Основные объекты и приемы управления ОС Windows. Функции операционной системы Windows

Лекция 8. Основные объекты и приемы управления ОС Windows. Функции операционной системы Windows

Основные объекты и приемы управления ОС Windows

Все операционные системы фирмы Microsoft: Windows 95, Windows 98, Windows Me, Windows 2000, Windows XP, Windows Vista и Windows 7 - это ОС, обеспечивающие многозадачность работы в многооконном графическом пользовательском интерфейсе многих пользователей.

Отличие ОС Windows 98 и более поздних версий от их предшественниц в основном в том, что они обеспечивает более тесную интеграцию с Internet.

Все указанные ОС способны обеспечивать как пакетный, так и диалоговый режим работы с пользователем.

В пакетном режиме в компьютер вводятся все требуемые программы и данные, после чего система автоматически исполняет заданную последовательность команд. Результат работы заносится в оперативную память или в регистры процессора. Во время выполнения команд компьютер недоступен для внешнего управления.

Диалоговый (интерактивный) режим работы ОС гораздо более прогрессивен. В этом режиме компьютер находится в непосредственном взаимодействии с пользователем и техническими устройствами. Суть диалогового режима состоит в том, что ОС находится в ожидании очередной команды пользователя. Исполнив её, ОС выдает отклик и ждет очередной команды. Все персональные компьютеры работают, в основном, в этом режиме.

Таким образом, любая ОС Windows - это система программ, обеспечивающая возможность пользователю работать в диалоговом режиме с PC.

Возможность диалоговой работы пользователя с PC основана на системе прерываний, которую обеспечивает процессор PC.

Система прерываний организует непрерывный опрос клавиатуры, мыши и других устройств, с помощью которых пользователь общается с PC.

Её задача в том, чтобы прикладные программы не монополизировали работу процессора, а также, чтобы различные программы не перепутали свои данные, хранящиеся в оперативной памяти. Таким образом, система прерываний обеспечивает постоянное управление всеми процессами в PC в соответствии с установленными приоритетами.

Пользователь воспринимает готовность ОС к выполнению очередной операции как к предложению создать событие.

Основные средства для создания событий – это клавиатура, мышь, а также сенсорный экран. Кроме этого, при подключении к компьютеру периферийных устройств они автоматически настраиваются на обработку событий, связанных с ними, что обеспечивает мастер установки оборудования Plug-and-Play.

Таким образом, при использовании ОС Windows, компьютер не только готов к диалогу с пользователем, но способен развиваться и совершенствоваться.

Виды интерфейсов пользователя:

интерфейс командной строки (MS DOS, Norton Commander). Орган управления - клавиатура;
графический интерфейс (Windows и т. п.). Органы управления – клавиатура и графический манипулятор "мышь" сенсорный экран и т. п.

Элементы управления графического интерфейса:

активные – это курсор мыши – графический объект, перемещение которого на экране синхронизировано с перемещением мыши;
пассивные – это графические элементы управления приложений (экранные кнопки, значки, переключатели, флажки, строки меню, раскрывающиеся списки и т. п.).

Функции операционной системы Windows

Обеспечение автоматического запуска

Для дисковых ОС в специальной (системной) области жесткого диска создается запись программного кода.

Обращение к этому коду осуществляют программы, находящиеся в BIOS (Basic Input/Output System) – базовой системе ввода-вывода компьютера. Завершая свою работу, они дают команду на загрузку содержимого системной области запоминающего устройства (в частности, жесткого диска).

Недисковые ОС характерны для специализированных вычислительных систем. Это встроенные операционные системы, в частности, автоматизированных систем управления (АСУ). Осуществление автоматического запуска в них производится аппаратно.

Организация файловой системы

Принцип организации файловой системы ОС на дисках – табличный, в частности, таблица размещения файлов FAT (File Allocation Table).

Жесткий диск – это набор поверхностей ("этажерка"), каждая из которых разделяется на кольцевые дорожки, а дорожка – на секторы. Размер каждого сектора фиксирован и равен 512 байт.

Считывание и запись информации осуществляется головками, которые перемещаются по дорожкам не порознь, а одновременно, поэтому вместо понятия "дорожка" используют понятие "цилиндр".

Цилиндр – это совокупность всех дорожек диска, имеющих одинаковые номера, т. е. равноудаленных от оси вращения. Поэтому местоположение файла определяется 3-мя адресными компонентами: номером сектора, номером поверхности и номером цилиндра.

Но сектор – слишком малая единица для хранения данных, поэтому при адресации используют более крупную единицу хранения данных – кластер.

Кластер – это группа соседних секторов. Его размер зависит от размера жесткого диска. Типовые значения кластера: 8, 16, 32 и 64 сектора.

В кластер можно записывать данные только одного файла, но файл может занимать несколько кластеров.

Если диск свободен, то кластеры, относящиеся к одному файлу, записываются последовательно в смежные кластеры. Но если диск заполняется, то кластеры одного файла могут быть разбросаны по всему диску, т. е. находиться в любом свободном месте дисковой памяти.

В каждом из кластеров цепочки, относящейся к одному файлу, записана ссылка на адрес следующего кластера. Это позволяет рационально использовать дисковое пространство, многократно стирать и записывать файлы различного объёма, не заботясь о том, где размещены их кластеры.

Данные о том, в каком кластере диска начинается файл, хранятся в системной области диска, а именно, в специальной таблице размещения файлов: FAT-таблице (File Allocation Table) или NTFS (New Technology File System).

Для надежности она записывается в двух экземплярах, идентичность которых постоянно контролируется средствами ОС.

Устаревшая версия ОС - Windows 95 использовала в таблице размещения файлов 16-разрядные адреса. Такая файловая система называлась FAT 16.

Она позволяла разместить не более 65536 (216) записей о местоположении файлов, т. е. их адресов и характеристик.

В результате этого, даже если кластер диска имеет максимальный объём, т. е. состоит из 64 секторов, и равен:

512 х 64 = 32768 байт или 32,7 КB,

то при количестве адресов 65536 можно обеспечить работу с жесткими дисками, размер которых не превышает:

32768 х 65536 = 215 х 216 = 2 147 483 648 = 2,15 ГB,

что, конечно же, сдерживало развитие компьютерной техники.

Поэтому в Windows 98, Windows 2000, Windows Me была применена более совершенная, 32-разрядная файловая система - FAT 32, которая обеспечивает хранение 232 или 4,3 миллиарда адресов и работу с дисками, размер которых достигает:

32768 х 4 294 967 296 = 215 х 232 = 140 737,5 ГB > 140 ТB

что обеспечивает работу с современными дисками.

Линейка ОС Windows NT также работает в 32-разрядной файловой системе – NTFS, но значительно более совершенной, обеспечивающей большую надежность работы.

Размер кластера в системе NTFS может устанавливаться по усмотрению пользователя при форматировании диска.

Практически размер кластера ограничивают четырьмя килобайтами для того, чтобы как можно более эффективно использовать дисковое пространство.

При этом теоретически максимальный размер тома NTFS равен 17,6 TB.

Однако из-за ограничений, связанных с обеспечением надёжности файловой системы, эту величину уменьшают до 2,2 TB, что на данный момент развития информационных технологий вполне достаточно.

Обслуживание файловой системы

Табличная файловая система предоставляется пользователю в виде наиболее удобной иерархической структуры. Все необходимые преобразования файловой структуры обеспечивает ОС.

Функции обслуживания файловой структуры:

создание файлов и присвоение им имен;
создание каталогов и присвоение им имен;
переименование файлов и каталогов;
копирование и перемещение файлов между дисками компьютера и каталогами диска;
удаление файлов и каталогов;
навигация по файловой структуре;
управление атрибутами файлов (только чтение; скрытый; системный; архивный).

Просмотр атрибутов файлов: (правая кнопка мыши на имени файла) – Свойства.

В последних версиях ОС настройке подлежат два атрибута: только чтение и скрытый.

Управление исполнением приложений

С точки зрения управления исполнением приложений (программ) различают однозадачные и многозадачные операционные системы.

Однозадачные ОС, в частности MS DOS, передают все ресурсы одному исполняемому приложению и не допускают ни одного параллельного выполнения другого приложения.

В то же время в однозадачных ОС возможна одновременная работа специальных программ, называемых резидентными. Они не опираются на ОС, а работают непосредственно с процессором, используя его систему прерываний.

Многозадачные системы ОС, например, Windows управляют распределением ресурсов PC между задачами и обеспечивают:

возможность одновременной или поочередной работы нескольких приложений;
возможность обмена данными между различными приложениями;
возможность совместного использования программных, аппаратных, сетевых и прочих ресурсов несколькими приложениями.

Многозадачными ОС являются системы линейки Windows 9х, но они недостаточно надежны.

Удачное сочетание надежности и универсальности достигнуто уже в Windows 2000, и до недавнего времени она являлась основной ОС для специализированных рабочих мест.

В настоящее время наиболее распространёнными ОС являются: производительная и надёжная Windows XP, а в последнее время и Windows 7.

Установка и удаление приложений

Дистрибутивный комплект программы представляет собой полуфабрикат, из которого в процессе установки формируется полноценное рабочее приложение. При этом осуществляется привязка приложения к существующей аппаратно-программной среде и его настройка на работу в ней. (Комплект имеет запускающие файлы либо setup.ехе, либо install.ехе).

Корректные установка и удаление обязательно осуществляется через "Панель управления", раздел "Установка и удаление программ" по пути: "Пуск" – "Панель управления" – "Программы и компоненты".

Перед установкой рекомендуется закрыть все работающие приложения. После установки приложения в прежних ОС, как правило, требовалась перезагрузка компьютера. Но уже в ОС Windows XP необходимость перезагрузки возникает редко, хотя иногда всё же может потребоваться. После перезагрузки компоненты установленной программы активизируются.

Удаление приложений также осуществляется только через Панель управления. Это необходимо ввиду того, что в ОС Windows реализуется принцип совместного использования ресурсов, поэтому нельзя допустить, чтобы при удалении одного приложения были удалены ресурсы, на которые опираются другие приложения, даже если эти ресурсы были когда-то установлены вместе с удаляемым приложением

После проведения процесса удаления приложения остаются некоторые компоненты приложения (папка и файлы), ответственные за удаление приложения. Их следует удалить в Корзину вручную и несколько дней наблюдать за работоспособностью системы. Если она не нарушилась, то компоненты из Корзины можно удалить.

Взаимодействие с аппаратным обеспечением

Каждый разработчик оборудования прикладывает к нему специальные программные средства управления оборудованием – драйверы. Как правило, выпускаются несколько драйверов, а именно, для каждой из операционных систем: DOS, Windows 95/98/Me, Windows NT/2000/XP/7 и т. п.

В ОС DOS драйверы устройств загружаются как резидентные программы, напрямую работающие с процессором и другими устройствами материнской платы. При этом участие ОС сводилось лишь к тому, чтобы предоставить пользователю возможность загрузить драйвер. Далее драйвер сам перехватывал прерывания, используемые для обращения к устройству, и управлял его взаимодействием с вызывающей программой.

Команды на загрузку и настройку драйверов, как правило, включаются в состав файлов, автоматически читаемых при загрузке PC. В ОС DOS такие файлы называются файлами конфигурации, их два: config.sys и autoexec.bat. В них включаются, прежде всего, команды загрузки драйверов клавиатуры, мыши, дисководов CD и DVD, звуковой карты и т.п.

Современные операционные системы Windows, как правило, не нуждается в драйверах, полученных от производителя устройства, а используют драйверы из собственной базы данных.

При этом ОС Windows всех версий позволяют управлять не только установкой и регистрацией программных драйверов устройств, но и процессом аппаратно-логического подключения в целом.

Каждое подключенное устройство может использовать до трёх аппаратных ресурсов материнской платы:

адресов внешних портов процессора;
прерываний процессора;
каналов прямого доступа к памяти.

Устаревшие шины ISA (Industry Standard Architecture) и EISA (Extended – расширенная), применяемые ранее до появления шины PCI (Peripheral Component Interconnect, т. е. - взаимосвязь периферийных компонентов), не поддерживали принцип автоматической установки оборудования.

В этой ситуации ОС осуществляла только учёт уже захваченных устройствами ресурсов и не обеспечивала их динамическое перераспределение.

Только при подключении периферийных устройств к материнской плате через шину PCI возникла техническая возможность организации между материнской платой и подключаемым оборудованием обратной связи, что позволило операционной системе анализировать требования устройств о выделении им ресурсов и гибко реагировать на них, исключая захват одних и тех же ресурсов разными устройствами.

Принцип динамического распределения ресурсов ОС называется Plug-and-Play (включай и проигрывай), а устройства, удовлетворяющие этому принципу, - самоустанавливающимися.

При этом установка оборудования производится автоматически через раздел Панели управления "Установка оборудования" с помощью программы "Мастер установки".

Обслуживание компьютера

Производится путем включения в штатный состав ОС стандартных служебных приложений: Пуск – Все программы - Стандартные – Служебные.

Служебные (сервисные) программы также открываются щелчком правой кнопкой на имени диска и выбора опции "Свойства".

Средства проверки дисков

Эти средства – обязательное требование к любой ОС. Проверка осуществляется в двух категориях:

логической целостности файловой структуры;
физической диагностики поверхности.

Логические ошибки устраняются средствами ОС, а физические – только локализуются и исключаются из активной работы.

Логические ошибки имеют два характерных проявления: потерянные кластеры и общие кластеры.

Потерянные кластеры образуются в результате некорректного выхода из системы (выключение при работающей программе или незавершенной процедуре выхода из ОС). Они не используются, но программа сообщает, что они заняты файлами. Такая ошибка легко устраняется стандартным служебным средством ОС

(программа проверки диска ScanDisk).

Ошибка, проявляющаяся как общие кластеры, характеризуется тем, что согласно данным FAT-таблицы два или более файлов претендуют на одно и то же место на диске. Причиной этого может быть некорректное восстановление ранее удаленных данных с помощью внесистемных средств из-за их неадекватности или нарушения порядка операций восстановления данных (в частности, восстановление файлов, записанных средствами Windows, средствами MS DOS). Эта ошибка парируется повторной записью обоих конфликтующих файлов. Один из них обязательно испорчен, но, однако, велика вероятность порчи и другого файла

В разделе стандартных служебных средств присутствуют средства оптимизации: очистка, дефрагментация, сжатие диска, а также программы редактирования реестра, восстановления системы и т. п.

Средства управления виртуальной памятью

Современные ОС, в частности и ОС Windows, не только обеспечивают непосредственный доступ ко всему полю оперативной памяти, но и позволяют ее расширить за счет виртуальной памяти, создаваемой на жестком диске. Виртуальная память реализуется в виде так называемого файла подкачки.

При нехватке ёмкости ОЗУ для работы приложения часть памяти временно освобождается с сохранением образа данных (файла подкачки) на жёстком диске. Так как скорость работы ОЗУ во много раз (на три порядка) больше, чем механические операции с жёстким диском, то производительность PC значительно возрастает. Особенно это эффективно при многозадачной работе.

Однако следует отметить, что при смене выполняемых задач сохранение данных на жёстком диске или считывание с него несколько снижает производительность PC. Поэтому ОС берет на себя весь необходимый обмен данными между ОЗУ и диском, изменяя размер автоматически.

Но можно также изменять размер файла подкачки и вручную по пути: Компьютер – Свойства – Дополнительные параметры системы – Быстродействие – и т. д.

Однако делать это нужно с осторожностью, чтобы случайно не уменьшить быстродействие компьютера.

Средства кэширования дисков

В виду того, что взаимодействие процессора с дисками компьютера происходит намного медленнее операций обмена с оперативной памятью, иногда целесообразно хранение в ОЗУ считываемых с диска данных, которые постоянно используются при решении какой-либо текущей задачи.

При этом, когда процессору необходимо неоднократно обращаться к ранее считанным с диска данным, он находит их в специально отведенной области ОЗУ, называемой дисковым кэшем.

В современных ОС эту функцию включают в ядро системы, и она работает автоматически, хотя и некоторая возможность настройки сохраняется за пользователем.

Средства резервного копирования данных

При работе с важными данными необходимым средством их защиты является обеспечение копирования их на внешний носитель. Это относится и к операционным системам.

Обычно ОС содержат базовые служебные программы вида ntbackup.exe для резервного копирования или архивации данных. В результате копирования сохраняются образы дисков компьютера, т. е. конфигурация, настройки и т. п..

В ОС Windows 7 можно также создать диск восстановления системы по пути: Пуск – Все программы – Обслуживание.

Кроме этой возможности, восстановление ОС можно осуществить, создав точку восстановления по пути: Панель управления – Система и безопасность – Система – Защита системы – Создать.

Процесс восстановления ОС из точки восстановления осуществляется по пути: Все программы – Стандартные – Служебные – Восстановление системы – (выбрать точку…).

Прочие функции операционных систем

К ним относятся:

возможность работы в локальной сети без специального обеспечения - одноранговой сети;
обеспечение доступа в Internet;
возможность создания средствами сервера Internet, его обслуживание и управление, в том числе и дистанционное путем, удаленного соединения;
наличие средств защиты от несанкционированного доступа;
возможность обеспечения комфортной работы нескольких пользователей с сохранением индивидуальных настроек рабочей среды;
возможность автоматического обслуживания PC по заданному расписанию или под управлением от удаленного сервера;
возможность работы лиц, имеющих физические недостатки.

Современные ОС включают стандартный набор прикладного ПО, позволяющего решать практические задачи:

чтение, редактирование и печать текстовых документов (Блокнот, Wordpad);
создание и редактирование рисунков (Paint);
выполнение расчетов (Calculator);
обеспечение работы в DOS с помощью командной строки;
просмотр изображений и факсов;
воспроизведение и редактирование звукозаписи, и воспроизведение видеозаписи (Windows Media Player);
рукописный ввод данных;
запись математических формул;
подключение к проектору;
подключение к удалённому рабочему столу;
создание, редактирование и сохранение фрагментов графики и текста (приложение "Ножницы") и т. п.

PAGE 3

Основные объекты и приемы управления ОС Windows. Функции операционной системы Windows