Назначение и состав операционной системы компьютера. Загрузка компьютера

Назначение  и состав операционной системы компьютера. Загрузка компьютера.

Для того чтобы мы могли  не думать о том, как в компьютере происходит работа процессора с программами, данными и с аппаратными устройствами, существует специальный комплекс программ, называемых операционной системой.

Операционные системы  разные, но их назначение и функции  одинаковые. Операционная система является базовой и необходимой составляющей ПО компьютера, без нее компьютер  не может работать в принципе.

Операционная система  – комплекс программ, обеспечивающих взаимодействие всех аппаратных и программных  частей компьютера между собой и  взаимодействие пользователя и компьютера. 

Операционная система  обеспечивает связь между пользователем, программами и аппаратными устройствами.

Структура операционной системы:

1. Ядро – переводит команды с языка программ на язык «машинных кодов», понятный компьютеру.
2. Драйверы – программы, управляющие устройствами.
3. Интерфейс – оболочка, с помощью которой пользователь общается с компьютером.

Операционная система  обеспечивает совместное функционирование всех устройств компьютера и предоставляет  пользователю доступ к его ресурсам.

Процесс работы компьютера в определенном смысле сводится к  обмену файлами между устройствами. В операционной системе имеются  программные модули, управляющие  файловой системой.

В состав операционной системы  входит специальная программа —  командный процессор, которая запрашивает  у пользователя команды и выполняет  их. Пользователь может дать, например, команду выполнения какой-либо операции над файлами (копирование, удаление, переименование), команду вывода документа  на печать и т. д. Операционная система  должна эти команды выполнить.

К магистрали компьютера подключаются различные устройства (дисководы, монитор, клавиатура, мышь, принтер и др.). В состав операционной системы входят драйверы устройств — специальные  программы, которые обеспечивают управление работой устройств и согласование информационного обмена с другими устройствами. Любому устройству соответствует свой драйвер.

Для упрощения работы пользователя в состав современных операционных систем, и в частности в состав Windows, входят программные модули, создающие графический пользовательский интерфейс. В операционных системах с графическим интерфейсом пользователь может вводить команды посредством мыши, тогда как в режиме командной строки необходимо вводить команды с помощью клавиатуры.

Операционная система  содержит также сервисные программы, или утилиты. Такие программы  позволяют обслуживать диски (проверять, сжимать, дефрагментировать и т. д.), выполнять операции с файлами (архивировать и т. д.), работать в компьютерных сетях и т. д.

Для удобства пользователя в операционной системе обычно имеется  и справочная система. Она предназначена  для оперативного получения необходимой  информации о функционировании как  операционной системы в целом, так  и о работе ее отдельных модулей. 

Запуск компьютера

При поступлении сигнала  о запуске процессор обращается к специально выделенной ячейке памяти. В ОЗУ в этот момент ничего нет, если бы там была какая-либо программа, то она начала бы выполнятся.

Для того чтобы компьютер  мог начать работу необходимо наличие  специальной микросхемы – ПЗУ. Программы  ПЗУ записываются на заводе и называются BIOS.

После включения компьютера процессор начинает считывать и  выполнять микрокоманды, которые  хранятся в микросхеме BIOS. Прежде всего  начинает выполнятся программа тестирования POST, которая проверяет работоспособность  основных устройств компьютера. В  случае неисправности выдаются определенные звуковые сигналы, а после инициализации  видеоадаптера процесс тестирования отображается на экране монитора.

Затем BIOS начитает поиск  программы-загрузчика операционной системы. Программа-загрузчик помещается в  ОЗУ и начинается процесс загрузки файлов операционной системы. 
 
Загрузка операционной системы

Файлы операционной системы  хранятся во внешней, долговременной памяти (на жестком диске, на CD …). Однако программы  могут выполнятся, только если они находятся в ОЗУ, поэтому файлы ОС необходимо загрузить в оперативную память.

Диск, на котором находятся  файлы операционной системы и  с которого происходит загрузка, называют системным. Если системные диски  в компьютере отсутствуют, на экране монитора появляется сообщение "Non system disk" и компьютер «зависает», т. е. загрузка операционной системы прекращается и компьютер остается неработоспособным.

После окончания загрузки операционной системы управление передается командному процессору. В случае использования  интерфейса командной строки на экране появляется приглашение системы  для ввода команд, в противном  случае загружается графический  интерфейс операционной системы. В  случае загрузки графического интерфейса операционной системы команды могут  вводиться с помощью мыши.

Компьютеры без  операционных систем

Первые персональные компьютеры не имели операционных систем и были похожи на современные игровые приставки. При включении компьютера в сеть процессор обращался к постоянной памяти (ПЗУ), в котором была записана программа поддержки несложного языка программирования, например языка  БЕЙСИК или похожего. Первичное изучение команд этого языка обычно занимало не более нескольких часов, и вскоре на компьютере можно было набирать и запускать несложные программы. Подключив к компьютеру магнитофон, можно было загрузить постороннюю  программу. Загруженная программа  отключала ПЗУ и далее работа с компьютером происходила под  управлением загруженной программы (как в игровых приставках).

Первые бытовые персональные компьютеры 70—80-х годов не имели  операционных систем, но некоторые  пользователи рассматривали содержащийся в ПЗУ язык программирования как  самостоятельную операционную систему, хотя и упрощенную. Она позволяла  принимать и понимать команды  от клавиатуры и загружать посторонние  программы.

Первые дисковые операционные системы

Серьезная необходимость  в операционных системах возникла, когда к персональным компьютерам  стали подключать дисководы. Дисковод отличается от магнитофона тем, что  это устройство свободного доступа, а магнитофон — устройство последовательного  доступа. Для загрузки программы  с ленты надо было перемотать кассету, после чего компьютер загружал первую встретившуюся программу. 
На диске есть свобода выбора. На музыкальном диске можно включить воспроизведение любой песни. С магнитного диска можно загрузить любую программу. Поэтому команды загрузки стали очень сложными. Надо было указывать номер дорожки и номер сектора, в котором находится то, что надо загрузить. Например, для загрузки игры Посадка на Луну приходилось давать команду типа: LOAD *d* 29:37, 31:14 
 
Помнить, в каких секторах что хранится, было мучительно трудно. И выход был найден. Была написана программа, которая переводит названия программ и файлов в номера дорожек и секторов. Человек мог загружать то, что ему нужно, пользуясь только названиями. Эта программа и стала дисковой операционной системой.

Дисковой операционной системе  поручили и другие задачи. Она могла  не только загружать файлы с диска  в компьютер, но и записывать файлы  на диск, следить за тем, чтобы два  разных файла не попадали в один сектор, при необходимости удалять  файлы, копировать их с диска на диск. В общем, она избавила человека от необходимости хранить множество  записей на отдельных бумажках, упростила  работу с дисководом и значительно  уменьшила количество ошибок.

Неграфические операционные системы

В дальнейшем операционные системы развивались параллельно  с аппаратным обеспечением. Появлялись новые дисководы гибких дисков, менялись и операционные системы. С появлением жестких дисков открылась возможность  хранить на них не десятки, а сотни  и тысячи файлов. В именах файлов стало так же легко запутаться, как в номерах дорожек и  секторов. Тогда дисковые операционные системы стали сложнее. В них  ввели средства для разбиения  дисков на каталоги и средства для  обслуживания каталогов (перенос и  копирование файлов между каталогами, сортировка файлов и прочее). Так  на дисках появилась файловая структура, а операционная система взяла  на себя ее создание и обслуживание. Когда же жесткие диски приобрели  еще большие размеры, операционная система «научилась» делить их на несколько логических дисков.

Вместе с развитием  жестких и гибких дисков происходило  увеличение оперативной памяти компьютера, менялись также процессоры. Каждая новая операционная система все  лучше использовала оперативную  память и могла работать со все  более мощными процессорами. 
Для компьютеров IВМ РС основной операционной системой с 1981 г. по 1995 г. была так называемая система МS-DOS. За эти годы она прошла развитие от версии МS-DOS 1.0 до МS-DOS 6.22.

Программы-оболочки

Операционная система  МS-DOS  позволила успешно работать с персональными компьютерами на протяжении почти 15 лет. Тем не менее, эту работу нельзя назвать удобной. Во-первых, МS-DOS  — неграфическая операционная система, которая использует интерфейс командной строки. Это значит, что все команды надо набирать по буквам в специальной строке. Требовалось хорошо знать эти команды, помнить, как они записываются. Изучение операционной системы стало самостоятельной задачей, достаточно сложной для простого пользователя.

Когда-то МS-DOS  выступила «посредником» между человеком и компьютером и помогла превратить сложные команды обращения к дискам в более простые и понятные, но по мере развития сама «обросла» изобилием команд и стала сдерживать работу с компьютером. Так возникла необходимость в новом посреднике — тогда появились так называемые программы-оболочки. Оболочка — это программа, которая запускается под управлением операционной системы и помогает человеку работать с этой операционной системой. Одна из самых известных и распространенных во всем мире программ-оболочек называется Norton Comander. Ее разработал известнейший американский программист Питер Нортон, получивший всемирное признание за то, что упростил работу с компьютером для миллионов людей. Программа-оболочка наглядно показывает на экране всю файловую структуру компьютера: диски, каталоги и файлы. С такой программой не надо набирать сложные команды МS-DOS  в командной строке. Файлы можно разыскивать, копировать, перемещать, удалять, сортировать, изменять (редактировать, править) запускать, пользуясь всего лишь нескольким клавишами. Просто, понятно и удобно. Сегодня Norton Comander все еще используют на многих компьютерах, особенно на тех, которые работают в системе МS-DOS. Правда, она все-таки устарела. Сейчас для работы с принято использовать более современные средства

Графические оболочки

Несмотря на то, что появление  программ-оболочек заметно упростило  работу с компьютером и его  операционной системой, оболочки все-таки долгое время оставались неграфическими.

Одна из особенностей компьютеров IВМ РС состоит в том, что в них  текстовый и графический режим  работы с экраном существуют отдельно. Компьютер переключается либо в  тот режим, либо в другой. Нельзя, например, сделать так, чтобы часть  экрана была в текстовом режиме, а часть — в графическом. Эти  режимы несовместимы.

Работа с текстовым  экраном долгое время была вполне приемлема для служебных целей. На многих предприятиях и в организациях не было необходимости в работе с  графикой, а если такая потребность  возникала, для этого было принято  использовать компьютеры Macintosh. Однако когда встал вопрос об использовании IВМ РС в качестве домашнего компьютера, возникла острая необходимость в графической операционной системе, которая наглядно выводит информацию на экран и которой можно управлять с помощью мыши.

Работы над графической  операционной системой для IВМ РС в  компании Microsoft начались еще в 1981 г., но впервые такая система вышла в свет только в 1995 г. под названием Microsoft Windows 95. До появления Microsoft Windows 95  компьютеры IВМ РС работали с неграфической системой МS-DOS, но для нее были сделаны несколько графических оболочек Windows 1.0, Windows 2.0, Windows 3.0, Windows 3.1, , Windows 3.11.

Оболочки Windows  запускались под управлением МS-DOS, то есть не были самостоятельными операционными системами. Но поскольку с появлением Windows   открылись некоторые новые возможности, все-таки принято называть Windows не оболочкой, а средой. Вот некоторые особенности Windows, отличающие эту среду от прочих оболочек:

• Многозадачность. 
• Единый программный интерфейс.
• Единый интерфейс пользователя.
• Графический интерфейс пользователя. 
• Единый аппаратно-программный интерфейс.

Графические операционные системы

Выпущенная в сентябре 1995 г. система Windows 95 стала первой графической операционной системой для компьютеров IВМ РС.

Все следующие версии операционных систем Windows (98, NT, ME, 2000, XP) являются графическими.

Производители аппаратного  обеспечения изготавливают узлы и приборы так, чтобы они были совместимы с Windows . Мы можем достаточно смело приобретать новые устройства и устанавливать их в компьютер, рассчитывая на то, что все прочие устройства и программы будут работать нормально. Система Windows  ввела новый стандарт самоустанавливающихся устройств (plud-and-play). Подключение таких устройств происходит автоматически. Операционная система сама «узнает», что установлено в компьютере, и настраивается на работу с новым оборудованием.

На сегодняшний день на рынке программного обеспечения  для IBM PC-совместимых компьютеров  сосуществуют несколько семейств операционных систем, но операционные системы Windows являются наиболее распространенными среды пользователей.

Операционные  системы компании Microsoft:

• DOS (Disk Operating System). Интерфейс – командная строка. Все команды приходилось набирать вручную, в командной строке ОС.
• Windows 3.1 и 3.11. – первый графический интерфейс. Хотя многие не считали эту систему операционной, а лишь системой, расширяющей возможности DOS.  
  У всех дальнейших операционных систем интерфейс графический.
• Windows-95.
• Семейство Windows-98 / NT / ME / 2000 / XP.