V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Операционные системы
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
В данное время мы повсеместно слышим фразу «операционная система», все мы прекрасно знаем некоторые из них.
Операционная система — это комплекс взаимосвязанных системных программ, назначение которого — организация взаимодействия пользователя с компьютером и выполнение всех других программ.
Поэтому в данном проекте рассмотрено назначение ОС(операционная система), принцип работы, их разнообразие.
Целями данной научно-исследовательской работы являются:
- усвоить назначение и состав операционной системы компьютера;
- получение общего представления о процессе работы операционной системы.
Предметом исследования выступает изучение операционных систем.
Объектом исследования выступает процесс изучения важности ОС, их многообразия.
В соответствии с целью, предметом и объектом исследования необходимо решить следующие задачи:
- исследовать историю возникновения первых ОС;
- изучить разнообразие ОС;
- определить различия в назначении ОС.
Изученная информация должна позволить показать и понять значение операционных систем в жизни человека, насколько важна ее четкая и безошибочная работа.
Особую роль, в понимании и усвоении информации, оказал учебник для вузов, 2-е издание «Операционные системы», автором которой является Гордеев А.В, а так же «Сетевые операционные системы» В. Г. Олифер, Н. А. Олифер.
Теоретическая значимость выражена в проработанном теоретическом материале, представленном в данной работе. Персональный компьютер (ПК) в жизни человека занимает далеко не последнее место. Нужно знать его, уметь им пользоваться. Не каждый человек, который работает на компьютере, представляет себе полностью точный состав ПК, а тем более ОС и принцип ее работы.
История возникновения первых ОС, их функции и назначение.
Операционная система (ОС) управляет компьютером, запускает программы, обеспечивает защиту данных, выполняет различные сервисные функции по запросам пользователя и программ. Каждая программа пользуется услугами ОС, а потому может работать только под управлением той ОС, которая обеспечивает для нее услуги. Таким образом, выбор ОС очень важен, так как он определяет, с какими программами вы сможете работать на своем компьютере.
От выбора ОС зависит также производительность Вашей работы, степени защиты данных, необходимые аппаратные средства и т.д. Однако, выбор операционной системы также зависит от технических характеристик (конфигурации) компьютера.
Чем более современная операционная система, тем она предоставляет больше возможностей и более наглядна, но также тем больше она предъявляет требований к компьютеру (тактовая частота процессора, оперативная и дисковая память, наличие и разрядность дополнительных карт и устройств).
С тем, что такое операционные системы и их особенностями в целом, мы разобрались, теперь самое время приступить к более детальному, конкретному рассмотрению многообразия ОС, которое обычно начинается с рассмотрения краткой истории появления и развития.
Операционная система Multics.
С 1965 по 1969 год компания Bell Labs совместно с компанией General Electric и группой исследователей из Массачусетского технологического института участвовала в проекте ОС Multics. Целью проекта было создание многопользовательской интерактивной операционной системы, обеспечивающей большое число пользователей удобными и мощными средствами доступа ко всей мощности компьютера и его возможностям.
Во-первых, эта система основывалась на принципах многоуровневой защиты. Для того чтобы какая-либо программа могла вызвать программу или обратиться к данным, располагающимся в некотором секторе, точнее, сегменте, в котором эта программа содержалась, была не ниже уровня доступа соответствующего сегмента. Такая организация позволяла практически полностью и с полной защитой содержать операционную систему в системных секторах любого пользовательского виртуального адресного пространства.
Во-вторых, в ОС Multics была спроектирована и реализована полностью централизованная файловая система. В централизованной файловой системе файлы, физически располагающиеся на разных физических устройствах внешней памяти, логически объединяются в один централизованный архив или древовидную иерархическую структуру, промежуточными узлами которой являются именованные каталоги, а в листьях содержатся ссылки на файлы. В том случае, когда при поиске файла в архиве по его имени оказывалось, что соответствующий накопитель (магнитный диск или магнитная лента) не был установлен на устройство внешней памяти, ОС обращалась к оператору с требованием установить нужный том внешней памяти. Это существенно облегчало операторскую работу и администрирование файловой системы, хотя и затрудняло выполнение таких рутинных действий как перенос части файловой системы с одного компьютера на другой.
Операционная система Multics, хотя и не была полностью доведена до стадии коммерческого продукта, обогатила мировое сообщество системных программистов массой ценных идей, многие из которых сохраняют свою актуальность по сей день и используются применительно не только к операционным системам. Основным недостатком ОС Multics, который, по всей видимости, и помешал довести систему до уровня программного продукта, была ее чрезмерная сложность.
Операционная система Unix
Считается, что в появлении Юникса в частности виновата компьютерная игра. Дело в том, что Кен Томпсон непонятно зачем создал игрушку «Space Travel». Он написал ее в 1969 году на компьютере, который использовался для разработки ОС Multics. Но фишка в том, что имевшиеся на тот момент компьютеры не подходили для игрушки. И Кену пришлось найти другой компьютер. Кен с ребятами разрабатывал новую файловую систему, дабы облегчить себе жизнь и работу. Ну и решил опробовать свое изобретение на новенькой машине. Томпсону этого показалось мало и он начал ее усовершенствовать.
Собственно, сотрудники Кена еще помнили, как они мучались над ОС Multics, поэтому в честь старых заслуг один из них - Брайан Керниган - решил назвать ее похожим именем - UNICS. Через некоторое время название сократили до UNIX(Юникс).
В ноябре 1971 года был опубликован первый выпуск полноценной доки по Юниксу.
Позже была полностью изменена система управления оперативной и виртуальной памятью, заодно изменили интерфейс взаимодействия внешних устройств. Это позволило сделать систему легко переносимой на другие архитектуры.
Собрав своих друзей-программистов, Билл Джой начал разработку собственной системы на ядре Юникс. Он назвал всю эту сборную солянку BSD 1.0. разработка финансировалась Министерством Безопасности США.
Первая коммерческая система называлась UNIX SYSTEM III и вышла она в 1982 году. В этой ОС сочетались лучшие качества UNIX Version 7.
К 1984-му году был выпущен второй релиз Юникс
V, в котором появились: возможности блокировок файлов и записей, копирования совместно используемых страниц оперативной памяти при попытке записи, страничного замещения оперативной памяти и т. д. К этому времени ОС Юникс была установлена на более чем 100 тыс. компьютеров.
В 1987-м году выпущен третий релиз Юникс V. Было зарегистрировано четыре с половиной миллиона пользователей этой эпической операционной системы…
Операционная система DOS.
ДОСы были всегда.
Эта история развития началась в 1980 году в фирме Seattle Computer Products. Первоначально названная QDOS, ОС была изменена и, переименовавшись к концу года в MS-DOS, была продана нашей всенародно любимой Microsoft. Корпорация IВМ поручила Microsoft работу над ОС для новых моделей компьютеров.
Проблема операционной системы была в том, что под каждую конкретную машину ее приходилось настраивать заново. РС-DOS'ом занялась сама IВМ, а Майкрософту досталась ее собственная модификация, именуемая MS-DOS. В 1982-м одновременно появились РС-DOS и МS-DOS версии 1.1 с некоторыми добавленными и расширенными возможностями. К 1983-му году были разработаны версии 2.0, в которых появилась поддержка винчестеров, а также улучшенная система администрирования файлов. Третья версия MS-DOS, выпущенная в 1984-м году, дала лишь некоторые улучшения. Последующие версии были направлены на управление базовой и виртуальной памятью вплоть до версии 6.22, после которой появилась жутко урезанная 7.0, входящая в состав какой-то из Windows 9х. Больше Microsoft DOS'ами не занималась.
А тем временем, MS-DOS не умирала. Последняя версия включала в себя такие функции, как средства резервного копирования и восстановления поврежденных данных, встроенные в систему средства антивирусного контроля, обеспечение синхронизации файлов на двух компьютерах и т.д.
Операционная система Mac OS X.
Mac OS предназначена для компьютеров единственной платформы – Apple. Несмотря на это ограничение, система успешно развивается, для нее написана масса различных утилит и приложений. Все, что может делать пользователь Windows – готовить документы, листать интеренет, обрабатывать данные (видео, картинки…), пользоваться сервисами интернет, общаться и т.д., – доступно и пользователю Mac OS. Большинство популярных приложений представлено в версиях для обеих платформ: Mac OS и Windows. Разумеется, для Mac OS есть множество программ, у которых отсутствуют версии для работы на «соседней платформе», но имеются функциональные аналоги.
Mac OS увидела свет вместе с первым компьютером Apple (название бренду было дано в честь любимого сорта яблок Джефа Раскина, главного в те времена разработчика Apple) в 1984 году.
На момент выхода операционная система Apple по удобству в использовании далеко опережала своих конкурентов для платформы PC: у нее уже тогда имелся графический интерфейс (напомним, что пользователи РС в те времена довольствовались командной строкой, а файл-менеджеры только-только начинали появляться).
Пользователям Apple не нужно было утруждать себя ручным вводом текстовых команд, вместо этого они пользовались привычной ныне мышью. Кроме того, благодаря графическому интерфейсу тексты на экране отображались в том же виде, в котором они позже выводились на печать. Аналогичные удобства на платформе PC появились лишь с выходом Windows 3.0 в 1990 году.
Операционная система Windows
Windows была, наверное, первой операционной системой, которую Биллу Гейтсу никто не заказывал, а разрабатывать ее он взялся на свой страх и риск. Особенности: Во-первых, графический интерфейс. Такой на тот момент был только у пресловутой Мас 0S. Во-вторых, многозадачность. В ноябре 1985 вышла Windows 1.0.
Май 1990-го года, вышла Windows 3.0.
Чего там только не было: и ДОС-приложения выполнялись в отдельном окне на полном экране, и копировать-вставить работал для обмена с данными ДОС - приложений, и сами Виндоус работали в нескольких режимах памяти: в реальном, в защищенном и расширенном. При этом можно было запускать приложения, размер которых превышает размер физической памяти. Имел место быть и динамический обмен данными.
Через пару лет вышла и версия 3.1, в которой уже отсутствовали проблемы с базовой памятью. Также была введена новомодная функция, поддерживающая шрифты True Туре. Обеспечена нормальная работа в локальной сети. Появился перенос мышкой файлов.
24 августа 1995 - дата официального релиза Windows 95.Теперь это была не просто операционная среда - это была полноценная операционная система. 32-битное ядро позволяло улучшить доступ к файлам и сетевым функциям. 32-битные приложения были лучше защищены от ошибок друг друга, имелась и поддержка многопользовательского режима на одном компьютере с одной системой. Множество отличий в интерфейсе, куча настроек и улучшений.
Чуть позже вышла новая Windows NT с тем же интерфейсом, что и 95-е. Поставлялась в двух вариантах: как сервер и как рабочая станция.
В 1996-м году вышла Windows-95 OSR2. В дистрибутив входил Internet Explorer 3.0. Из основных функций улучшенный инициализатор оборудования и драйверов. Некоторые настройки в том числе и видео, можно менять без перезагрузки.
Через год вышла Windows 98 с оптимизированным ядром. Браузер добрался до версии 5.0, который по большому счету мало чем отличался от 4.x.
Год 2000. Выходит полная версия Windows Millenium. Браузер стал версией 5.5, DOS вроде умер, но умные лица утверждают, что он был, но назывался 8.0. Досовские приложения просто игнорируются. Интерфейс улучшился за счет графических функций и ускорения всего, что может двигаться, плюс пара сетевых функций.
2. Принцип работы операционной системы.
Если бы не было операционной системы, каждому пользователю пришлось бы стать программистом который должен постоянно писать приложения для того, чтобы правильно писать текстовые файлы или отображать информацию на экране, печатать на принтере и перезаписывать информацию с диска и на него, ну и, конечно, другие приложения, которые обеспечивают слаженную работу «железа» и программ.
Можно только представить, насколько операционная система облегчает пользователю работу. Но это далеко не всё, что она может.
Система создаёт в себе общую платформу, на которой базируется всё программное обеспечение. Без системы мы не сможем даже сохранить два подобных файла, созданных различными программами, на один и тот же диск, так как они могут иметь различный параметр хранения. Плюс ко всему операционная система предоставляет возможность действовать с программой за её пределами: удалить, скопировать данные частично или полностью, распечатать созданный программой документ и т.д.
Её эффективность и всеобъемлимость зависит не только от совместной работы с приложениями сторонних разработчиков, но и от неразрывной связи с кодом, «прошитым» в чипы материнской платы, а также взаимодействии с драйверами устройств, установленных в эту плату. BIOS – прошитый в материнскую плату – служит переводчиком между «железом», процессором и операционной системой.
Драйверы устройств – это маленькие BIOS для каждого из устанавливаемого в компьютер оборудования.
Базовая система ввода-вывода (BIOS) – это совокупность микропрограмм, которые помогают настроить комплектующие системного блока, а так же загрузку и нормальную работу ОС. На него даже можно посмотреть, если вскрыть корпус компьютера, то на материнской плате можно найти небольшую микросхему на которой хранится биос, не вооруженным взглядом понять о какой схеме идет речь достаточно сложно, но для наглядности смотрите картинку ниже (Рисунок 1).
Рисунок 1. Микросхема БИОС.
Они будут переводить команды, отправленные на эти устройства от пользователя. Нажимая мышью по какому-нибудь ярлыку на Рабочем столе компьютера, запуская программу, мы тем самым выгружаем с диска часть функций операционной системы, которая захватывает пакет данных с биос материнской платы; они вместе обращаются к драйверу необходимого устройства, и в итоге на экране мы видим результат наших действий.
На следующей картинке мы сможем рассмотреть как связаны элементы компьютера, а ОС же обеспечивает взаимосвязь между всеми этими элементами чтобы мы могли лишь отдавать команды и комфортно получать результат их выполнения (Рисунок 2).
Рисунок 2. Устройство ПК
Вместе эти компоненты производят такую работу, что в пределах коротких эссе описать невозможно.
Для того чтобы понять какая ОС пользуется наибольшей популярностью, мною был проведен небольшой опрос в стенах школы и среди друзей за ее пределами, результат вышел весьма интересным. Следует отметить, что опрос позволял выбрать более одного ответа, что особенно актуально для анкетируемых, которые используют две или несколько операционных систем. Всего в опросе, результаты которого представлены ниже, приняли участие 310 человек.
Как мы видим, превалирующее большинство опрошенных оказались пользователями Windows, что не удивительно, учитывая ее простоту и доступность. На втором месте оказалась Linux, что тоже ожидаемо, поскольку многие поклонники Windows используют эту ОС в качестве дополнительной. Следом идут пользователи "родственных" ОС. Отдельно стоит отметить также посетителей из числа пользователей Unix и MacOS.
|
№ |
Операционная система |
В процентах, % |
Количество человек |
|
1. |
Windows |
80 |
248 |
|
2. |
Linux |
16,8 |
52 |
|
3. |
Прочие |
2,6 |
8 |
|
4. |
Mac OS |
0,6 |
2 |
Заключение
В данном проекте показаны основные ОС, история их создания, сфера их использования и причины по которым без них не обойтись. Рассматривая операционные системы мы обращали внимание в каких сферах они будут работать, но брали в основном ОС для компьютеров и серверов по причине их большого количества. На данный момент их количество продолжает расти т.к. прогресс не стоит на месте и технологии постоянно усовершенствуются.
ОС необходима для упрощения работы и работы ПК в принципе.Очевидно, что способ общения через консоль не очень удобен для человека, поскольку требует постоянно держать в голове жесткий синтаксис всех допустимых команд и очень внимательно их вводить. Поэтому почти сразу же стали появляться сервисные системные программы, тем или иным способом облегчающие работу с ОС.
Мы определили общий состав ОС.
Операционная система для персонального компьютера, ориентированного на профессиональное применение, должна содержать следующие основные компоненты:
программы управления вводом/выводом;
программы, управляющие файловой системой и планирующие задания для компьютера;
процессор командного языка, который принимает, анализирует и выполняет команды, адресованные операционной системе.
Каждая операционная система имеет свой командный язык, который позволяет пользователю выполнять те или иные действия:
обращаться к каталогу
выполнять разметку внешних носителей;
запускать программы;
… другие действия.
Анализ и исполнение команд пользователя, включая загрузку готовых программ из файлов в оперативную память и их запуск, осуществляет командный процессор операционной системы.
Для управления внешними устройствами компьютера используются специальные системные программы — драйверы. Драйверы стандартных устройств образуют в совокупности базовую систему ввода-вывода (BIOS), которая обычно заносится в постоянное запоминающее устройство компьютера.
Таким образом, рассмотрев необходимую литературу, в том числе и интернет-ресурсы, были решены поставленные задачи и цели исследовательской работы.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Гордеев А.В, Операционные системы: Учебник для вузов. 2-е изд. — СПб.: Питер, 2017 - 416 с.
Леонтьев В.П., Новейшая энциклопедия персонального компьютера, Издательство «ОЛМА-ПРЕСС», Москва, 2003г.
Таненбаум Э., Современные операционные системы, Издательство «Питер», Санкт-Петербург, 2002г.
Холмогоров В., Windows XP, Самоучитель, Издательство «Питер», Санкт-Петербург, 2002г.
История развития операционных систем UNIX и MS Windows. [Электронный ресурс]/ 25.02.18. - Режим доступа: http://vasilisc.com/history_os.
Общие сведения о UNIX-подобной операционной системе [Электронный ресурс]/ 26.02.18. - Режим доступа: https://studfiles.net/preview/1466253/.
Операционная система Windows [Электронный ресурс]/ 22.02.18. - Режим доступа: http://useroff.com/chto-takoe-operacionnaya-sistema-windows.html.
Операционные системы: список, возможности, версии, отзывы - Читайте подробнее на FB.ru: http://fb.ru/article/272897/operatsionnyie-sistemyi-spisok-vozmojnosti-versii-otzyivyi [Электронный ресурс]/ 22.02.18. - Режим доступа: http://fb.ru/article/272897/operatsionnyie-sistemyi-spisok-vozmojnosti-versii-otzyivyi.