Tóm lại, các chức năng chính được thực hiện bởi hệ điều hành là gì? Hệ điều hành MICROSOFT WINDOWS. Không gian thông tin thống nhất

Hệ điều hành (OS) là một phức hợp được kết nối với nhau chương trình hệ thốngđể tổ chức sự tương tác của người dùng với máy tính và thực hiện tất cả các chương trình khác. Hệ điều hành đề cập đến thành phần của phần mềm hệ thống và là phần chính của nó. Hệ điều hành: MS DOS 7.0, Windows Vista Kinh doanh, Máy chủ Windows 2008, OS/2, UNIX, Linux.

Các chức năng chính của hệ điều hành:

quản lý các thiết bị máy tính (tài nguyên), tức là hoạt động phối hợp của tất cả phần cứng PC: quyền truy cập được tiêu chuẩn hóa vào thiết bị ngoại vi, quản lý RAM, v.v.

quản lý quy trình, tức là thực hiện các chương trình và sự tương tác của chúng với các thiết bị máy tính.

kiểm soát quyền truy cập vào dữ liệu trên phương tiện không ổn định (chẳng hạn như ổ cứng, CD-ROM, v.v.), thường sử dụng hệ thống tệp.

duy trì cấu trúc tập tin.

giao diện người dùng, tức là đối thoại với người dùng.

Chức năng bổ sung:

thực hiện các nhiệm vụ song song hoặc giả song song (đa nhiệm).

tương tác giữa các quá trình: trao đổi dữ liệu, đồng bộ hóa lẫn nhau.

bảo vệ chính hệ thống cũng như dữ liệu và chương trình của người dùng khỏi hành động độc hại người dùng hoặc ứng dụng.

phân biệt quyền truy cập và chế độ hoạt động của nhiều người dùng (xác thực, ủy quyền).

Môi trường hoạt động các cửa sổđược phát triển bởi Microsoft cho các máy tính tương thích với IBM.

các cửa sổ thực hiện các chức năng chính sau:

Giao diện người dùng đồ họa thuận tiện, trực quan.
Đa nhiệm, tức là thực hiện đồng thời nhiều chương trình.
Thống nhất việc sử dụng tài nguyên phần cứng máy tính.

Tính năng của Windows:

Quy tắc viết chương trình. Để làm việc trong môi trường chương trình Windows phải được viết theo những quy tắc nhất định khác biệt đáng kể so với những quy tắc được áp dụng trong MS-DOS.

Windows cho phép bạn chạy các chương trình được viết cho MS DOS, nhưng các chương trình này không thể tận dụng lợi thế của Windows.

GUI Giao diện người dùng trong Windows dựa trên ý tưởng về giao diện cửa sổ, giao diện này cũng được áp dụng trong một số hệ điều hành hiện đại khác (ví dụ: UNIX). Mỗi chương trình có cửa sổ riêng trong đó các tin nhắn được trao đổi với người dùng. Để rõ ràng, Windows sử dụng rộng rãi các biểu tượng (chữ tượng hình) mô tả các chương trình riêng lẻ.

Ngoài ra, giao diện Windows phần lớn được chuẩn hóa, giúp người dùng dễ dàng tìm hiểu các chương trình mới hơn.

Đa nhiệm. Chế độ đa nhiệm cho phép bạn chạy nhiều ứng dụng cùng lúc, ví dụ: xử lý văn bản, cơ sở dữ liệu, trò chơi và chuyển đổi giữa chúng.
Trao đổi dữ liệu giữa các ứng dụng. Ngoài ra, có thể trao đổi dữ liệu giữa các ứng dụng, chẳng hạn như cho phép chuyển thông tin được tạo trong bảng tính sang tài liệu văn bản qua khay nhớ tạm.

Các thành phần cấu tạo nên máy tính được gọi là mô-đun. Trong số tất cả các mô-đun, có các mô-đun chính mà máy tính không thể hoạt động nếu không có mô-đun này và các mô-đun còn lại được sử dụng để giải quyết Các nhiệm vụ khác nhau: đầu vào và đầu ra thông tin đồ họa, kết nối với mạng máy tính, v.v.

Máy tính cá nhân thường bao gồm các module chính sau:

Đơn vị hệ thống.

TRONG đơn vị hệ thống Tất cả các thành phần chính của máy tính được đặt:

Bo mạch chủ;

Mạch điện(bộ xử lý, bộ điều khiển thiết bị, v.v.);

Đơn vị điện lực;

Ổ đĩa (thiết bị lưu trữ).

Đặc điểm của các mô-đun PC chính

bo mạch chủ

Bo mạch chủ (hệ thống, chính) là phần trung tâm của bất kỳ máy tính nào. Trên bo mạch chủ được đặt ở trường hợp chung bộ xử lý trung tâm, bộ đồng xử lý, bộ điều khiển cung cấp liên lạc giữa bộ xử lý trung tâm và các thiết bị ngoại vi, RAM, bộ nhớ đệm, phần tử ROM-BIOS, ắc quy, dao động đồng hồ tinh thể và khe cắmđể kết nối các thiết bị khác.

Tổng hiệu suất bo mạch chủ được xác định không chỉ tần số đồng hồ , mà còn về số lượng dữ liệu, được xử lý trên một đơn vị thời gian bởi bộ xử lý trung tâm, cũng như chiều rộng xe buýt trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị khác nhau trên bo mạch chủ.

Hải cảng– đầu vào hoặc đầu ra nhiều bit trong một thiết bị.

CPU

Nói chung, bộ xử lý được hiểu là một thiết bị thực hiện một tập hợp các thao tác trên dữ liệu được trình bày ở dạng kỹ thuật số. Áp dụng cho công nghệ máy tínhý chúng tôi là bộ xử lý bộ phận xử lý trung tâm; đơn vị xử lý trung tâm; Bộ phận điện tử Trung tâm, có khả năng lựa chọn, giải mã và thực thi các lệnh cũng như truyền và nhận thông tin từ các thiết bị khác.

Sản xuất hiện đại những máy tính cá nhân bắt đầu khi bộ xử lý được tạo ra như một con chip riêng biệt.

Chức năng xử lý:

1. xử lý dữ liệu theo một chương trình nhất định - chức năng ALU;

2. Phần mềm điều khiển hoạt động của các thiết bị máy tính - một chức năng của bộ điều khiển (thiết bị điều khiển).

Bộ xử lý cũng bao gồm các thanh ghi - một số ô lưu trữ đặc biệt.

Các thanh ghi thực hiện hai chức năng:

Lưu trữ ngắn hạn một số hoặc lệnh;

Thực hiện một số thao tác trên chúng.

Hiệu suất CPUđược đặc trưng bởi các thông số chính sau:

1. tần số đồng hồ;

2. mức độ hội nhập;

3. độ sâu bit bên trong và bên ngoài của dữ liệu đã xử lý;

4. bộ nhớ có thể được xử lý bởi CPU.

Ký ức

Bộ xử lý trung tâm có quyền truy cập vào dữ liệu nằm trong RAM. Công việc của máy tính với các chương trình người dùng bắt đầu sau khi dữ liệu được đọc từ bộ nhớ ngoài trong RAM.

RAM hoạt động đồng bộ với bộ xử lý trung tâm và có thời gian truy cập thấp. RAM chỉ lưu trữ dữ liệu khi có nguồn. Mất điện dẫn đến mất dữ liệu không thể khắc phục được, vì vậy những người dùng làm việc với lượng lớn dữ liệu trong thời gian dài nên lưu định kỳ kết quả trung gian trên các phương tiện truyền thông bên ngoài.

Các thiết bị ngoại vi có thể được chia thành nhiều nhóm theo chức năng của chúng:

1. Thiết bị vào/ra– nhằm mục đích nhập thông tin vào PC, xuất thông tin theo định dạng mà người vận hành yêu cầu hoặc trao đổi thông tin với các PC khác. Loại thiết bị điều khiển này bao gồm các ổ đĩa ngoài và modem.

2. Các thiết bị đầu ra- được thiết kế để hiển thị thông tin theo định dạng mà người vận hành yêu cầu. Loại thiết bị ngoại vi này bao gồm: máy in, màn hình, hệ thống âm thanh.

3. Thiết bị đầu vào- Thiết bị vào là thiết bị dùng để đưa thông tin vào máy tính. Mục đích chính của chúng là thực hiện tác động lên máy. Loại thiết bị ngoại vi này bao gồm: bàn phím, máy quét, Máy tính bảng đồ hoạ vân vân.

4. Điểm kiểm soát bổ sung– chẳng hạn như trình điều khiển “chuột”, chỉ cung cấp khả năng điều khiển thuận tiện cho giao diện đồ họa của hệ điều hành PC và không có chức năng rõ rệt về đầu vào hoặc đầu ra thông tin; Camera WEB tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền tải thông tin video và âm thanh tới Mạng Internet hoặc giữa các PC khác. Tuy nhiên, thiết bị sau cũng có thể được phân loại là thiết bị đầu vào nhờ khả năng lưu thông tin ảnh, video và âm thanh trên phương tiện quang từ hoặc quang từ.

Biên tập đồ họa

Các công cụ phần mềm để tạo và xử lý đồ họa vector bao gồm biên tập đồ họa(Ví dụ Adobe Illustrator, Macromedia Freehand, CorelDraw) và vectorizers (tracers) - gói chuyển đổi chuyên dụng hình ảnh raster sang vector (ví dụ Adobe StreamLine, CorelTrace). Vectơ Trình chỉnh sửa Adobe Illustrator là một trong những chương trình dẫn đầu thường được công nhận trong số các chương trình thuộc lớp này. Ưu điểm đặc biệt của nó nằm ở khả năng tương tác tốt với các sản phẩm Adobe khác, chủ yếu là với các gói Photoshop và PageMaker. Các ứng dụng này được thực hiện trong phong cách thống nhất và tạo thành một gói hoàn chỉnh. Trình chỉnh sửa vectơ Macromedia Freehand với giao diện đơn giản và thân thiện với người dùng là công cụ thuận tiện cho người mới bắt đầu. Chương trình có kích thước nhỏ và có hiệu suất tốt. Yêu cầu thấp về tài nguyên phần cứng cho phép bạn làm việc trên các máy tính cấp trung. Các công cụ của chương trình đủ để phát triển các tài liệu phức tạp và chỉ kém hơn một số thành phần so với các công cụ mạnh hơn của Adobe Illustrator và CorelDraw. Gói này được điều chỉnh đặc biệt để làm việc cùng với chương trình bố trí máy tính QuarkXPress. Trình chỉnh sửa vector CorelDraw trong lịch sử, đặc biệt là ở Nga, được coi là gói chính để tạo và xử lý đồ họa vector trên nền tảng Windows. Ưu điểm của nó bao gồm hệ thống điều khiển được phát triển và các công cụ mở rộng để thiết lập các thông số công cụ. Xét về khả năng tạo ra các tác phẩm nghệ thuật phức tạp nhất, CorelDraw vượt trội hơn hẳn so với các đối thủ. Tuy nhiên, giao diện chương trình rất khó để làm chủ. Trình theo dõi Adobe StreamLine chiếm vị trí dẫn đầu trong lớp chương trình của nó. Mặc dù có nhiều hơn gói mạnh mẽ, tập trung vào việc xử lý các bản vẽ, chúng đòi hỏi rất cao về tài nguyên phần cứng và đắt hơn nhiều. StreamLine cho phép bạn thực hiện tinh chỉnh các tham số vector hóa, giúp cải thiện độ chính xác của nó. Vectorization thuận tiện nhất cho việc chuyển đổi các bản vẽ, bản vẽ đen trắng và các đồ họa đơn giản khác mà không có bán sắc. Hình ảnh bán sắc và màu được xử lý kém hơn và kết quả đòi hỏi phải sửa đổi đáng kể để gần với bản gốc hơn. Trong số các chương trình tạo hình ảnh dựa trên Macintosh, PixelPaint Pro của Pixel Resources là gói vẽ và chỉnh sửa hình ảnh bitmap. Trong số các chương trình vẽ tranh trên máy tính dành cho trạm đồ họa Silicon Graphics (SGI), một vị trí đặc biệt bị chiếm bởi gói StudioPaint 3D của Alias Wavefront, cho phép bạn vẽ bằng nhiều công cụ khác nhau (“cọ vẽ”) trong thời gian thực trực tiếp trên các mô hình ba chiều. Gói này hoạt động với số lượng lớp hình ảnh không giới hạn và cung cấp 30 cấp độ hoàn tác hành động trước đó (hoàn tác), bao gồm các thao tác chỉnh sửa màu sắc và “bàn chải spline”, “nét vẽ” có thể được chỉnh sửa từng điểm giống như đường cong spline. StudioPaint 3D hỗ trợ máy tính bảng có bút nhạy, cho phép họa sĩ phác thảo theo cách truyền thống bằng tay, sau đó chuyển bản vẽ sang các gói mô hình 3D hoặc hoạt hình và xây dựng mô hình 3D từ bản phác thảo. Chương trình Kinetix 3D Studio Max để tạo và xử lý đồ họa ba chiều ban đầu được tạo cho nền tảng Windows. Gói này được coi là "bán chuyên nghiệp". Tuy nhiên, tài nguyên của nó khá đủ để phát triển hình ảnh ba chiều chất lượng cao của các vật thể vô tri. Các tính năng đặc biệt của gói này là hỗ trợ một số lượng lớn bộ tăng tốc phần cứng đồ họa 3D, hiệu ứng ánh sáng mạnh mẽ và một số lượng lớn tiện ích bổ sung do các công ty bên thứ ba tạo ra. Bản chất không thể so sánh được của tài nguyên phần cứng cho phép nó hoạt động ngay cả trên các máy tính cấp trung. Đồng thời, về mặt mô hình hóa và hoạt hình, gói 3D Studio Max kém hơn các phần mềm phát triển hơn.

Hệ điều hành là một tập hợp các chương trình hệ thống và tiện ích quản lý tài nguyên của hệ thống máy tính và cung cấp giao diện người dùng, phần mềm, phần cứng và phần mềm.

Nó dựa vào phần mềm cơ bản - BIOS (Hệ thống đầu vào-đầu ra cơ sở). Các chương trình đang chạy dưới hệ điều hành, được gọi là ứng dụng. Tài nguyên hệ thống máy tính được hiểu là dung lượng RAM, thời gian xử lý, dung lượng bộ nhớ ngoài, thiết bị bên ngoài.

Hệ điều hành cung cấp các loại sau giao diện:

1. giao diện giữa người dùng và phần cứng máy tính (giao diện người dùng);

2. Giao diện giữa phần mềm và phần cứng (giao diện phần cứng-phần mềm);

3.giao diện giữa các loại khác nhau phần mềm (giao diện phần mềm).

Tất cả các hệ điều hành đều cung cấp các chế độ hoạt động hàng loạt và hộp thoại.

Ở chế độ hàng loạt, hệ điều hành sẽ tự động thực thi một chuỗi lệnh nhất định.

Trực tuyến< операционная система находится в ожидании команды пользователя, получив её, приступает к исполнению, а после завершения возвращает отклик и ждёт очередной команды. Диалоговый режим работы основан на использовании прерываний. Прерыванием называется способность операционной системы прервать текущую работу и отреагировать на события, вызванные пользователем с помощью управляющих устройств.

Dựa trên cách triển khai giao diện người dùng, có sự phân biệt giữa hệ điều hành không có đồ họa và hệ điều hành đồ họa.

Hệ điều hành phi đồ họa sử dụng giao diện dòng lệnh. Thiết bị điều khiển chính trong trường hợp này là bàn phím. Các lệnh điều khiển được nhập dưới dạng một số từ trong trường dòng lệnh, nơi chúng có thể được chỉnh sửa. Việc thực thi lệnh thường bắt đầu sau khi nhấn một phím nhất định.

Hệ điều hành đồ họa cung cấp giao diện phức tạp hơn, sử dụng chuột làm thiết bị điều khiển ngoài bàn phím. Hoạt động của hệ điều hành đồ họa dựa trên sự tương tác của các điều khiển chủ động và thụ động trên màn hình. Yếu tố điều khiển hoạt động là con trỏ chuột, chuyển động của nó trên màn hình được đồng bộ hóa với chuyển động của chuột. Điều khiển ứng dụng đồ họa hoạt động như điều khiển thụ động: các nút trên màn hình, biểu tượng, công tắc, danh sách thả xuống, menu, v.v.

Hầu hết các hệ điều hành đồ họa hiện đại đều có tính đa nhiệm. Họ quản lý việc phân phối tài nguyên hệ thống máy tính giữa các ứng dụng và cung cấp:

1. khả năng chạy đồng thời nhiều ứng dụng;

2. khả năng trao đổi dữ liệu giữa các ứng dụng;

3. cơ hội chia sẻ tài nguyên phần mềm, phần cứng và mạng của một hệ thống máy tính bằng một số ứng dụng.

Thông tin liên quan.

hệ điều hành

Tất cả các chương trình đa dạng được sử dụng trên máy tính hiện đại, được gọi là phần mềm - phần mềm.

Các chương trình tạo nên phần mềm có thể được chia thành ba nhóm: phần mềm hệ thống, hệ thống lập trình, phần mềm ứng dụng. Cốt lõi của phần mềm hệ thống là hệ điều hành (OS).

Hệ điều hành là một phần không thể thiếu của phần mềm điều khiển phần cứng của máy tính. Hệ điều hành là một chương trình điều phối các hoạt động của máy tính; chương trình được thực hiện dưới sự kiểm soát của nó.

Các chức năng chính của hệ điều hành:

1. Trao đổi dữ liệu giữa máy tính và các thiết bị ngoại vi khác nhau (thiết bị đầu cuối, máy in, đĩa mềm, đĩa cứng, v.v.). Việc trao đổi dữ liệu này được gọi là "đầu vào/đầu ra dữ liệu".
2. Cung cấp một hệ thống tổ chức và lưu trữ các tập tin.
3. Tải chương trình vào bộ nhớ và đảm bảo việc thực thi chúng.
4. Tổ chức đối thoại với người dùng.

HĐH là một phức hợp các chương trình hệ thống được kết nối với nhau, mục đích của nó là tổ chức sự tương tác của người dùng với máy tính và thực thi tất cả các chương trình khác.

Thành phần của hệ điều hành.

Cấu trúc hệ điều hành là mô-đun sau:

mô-đun cơ bản(Nhân hệ điều hành) - điều khiển hoạt động của chương trình và hệ thống tệp, cung cấp quyền truy cập vào chương trình và trao đổi tệp giữa các thiết bị ngoại vi;

bộ xử lý lệnh - giải mã và thực thi các lệnh của người dùng nhận được chủ yếu qua bàn phím;

trình điều khiển ngoại vi - phần mềm đảm bảo tính nhất quán giữa hoạt động của các thiết bị này và bộ xử lý (mỗi thiết bị ngoại vi xử lý thông tin khác nhau và ở tốc độ khác nhau);

chương trình dịch vụ bổ sung (tiện ích) - làm cho quá trình giao tiếp giữa người dùng và máy tính trở nên thuận tiện và linh hoạt.

Đang tải hệ điều hành. Các tập tin tạo nên hệ điều hành được lưu trữ trên đĩa, đó là lý do tại sao hệ thống này được gọi là hệ điều hành đĩa (DOS). Được biết, để thực thi chúng, các chương trình - và do đó, các tệp hệ điều hành - phải được đặt trong bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM). Tuy nhiên, để ghi hệ điều hành vào RAM, bạn cần chạy một chương trình khởi động không có trong RAM ngay sau khi bật máy tính. Cách thoát khỏi tình huống này là tải hệ điều hành vào RAM một cách tuần tự từng bước một.

Giai đoạn đầu tiên tải hệ điều hành. Đơn vị hệ thống của máy tính chứa một thiết bị bộ nhớ chỉ đọc (ROM, bộ nhớ vĩnh viễn, Bộ nhớ chỉ đọc ROM - bộ nhớ có quyền truy cập chỉ đọc), chứa các chương trình để kiểm tra các đơn vị máy tính và giai đoạn đầu tải hệ điều hành. Chúng bắt đầu thực thi với xung hiện tại đầu tiên khi máy tính được bật. Ở giai đoạn này, bộ xử lý truy cập vào đĩa và kiểm tra sự hiện diện của một chương trình rất nhỏ - bộ tải khởi động - tại một vị trí nhất định (ở đầu đĩa). Nếu chương trình này được phát hiện, nó sẽ được đọc vào RAM và quyền điều khiển sẽ được chuyển tới nó.

Giai đoạn thứ hai của quá trình tải hệ điều hành. Đến lượt chương trình bootloader sẽ tìm kiếm mô-đun hệ điều hành cơ sở trên đĩa, ghi lại bộ nhớ của nó và chuyển quyền điều khiển cho nó.

Giai đoạn thứ ba của quá trình tải hệ điều hành. Mô-đun cơ sở bao gồm bộ tải khởi động chính để tìm kiếm các mô-đun hệ điều hành khác và đọc chúng vào RAM. Sau khi hệ điều hành tải xong, quyền điều khiển sẽ được chuyển đến bộ xử lý lệnh và lời nhắc hệ thống để nhập lệnh người dùng sẽ xuất hiện trên màn hình.

Lưu ý rằng mô-đun hệ điều hành cơ bản và bộ xử lý lệnh phải nằm trong RAM khi máy tính đang chạy. Do đó, không cần thiết phải tải tất cả các file hệ điều hành vào RAM cùng lúc. Trình điều khiển thiết bị và tiện ích có thể được tải vào RAM khi cần, giảm lượng RAM cần thiết được phân bổ cho phần mềm hệ thống.

Nhiệm vụ hệ điều hành đầu tiên– tổ chức giao tiếp, liên lạc giữa người dùng và máy tính nói chung và các thiết bị riêng lẻ của nó. Việc giao tiếp như vậy được thực hiện bằng cách sử dụng các lệnh mà một người giao tiếp với hệ điều hành dưới dạng này hay dạng khác. Trong các phiên bản đầu tiên của hệ điều hành, các lệnh như vậy được nhập đơn giản từ bàn phím vào một dòng đặc biệt. Sau đó, các chương trình đã được tạo - shell hệ điều hành cho phép bạn giao tiếp không chỉ với hệ điều hành, không chỉ bằng ngôn ngữ lệnh văn bản mà còn sử dụng menu (bao gồm cả menu tượng hình) hoặc thao tác với các đối tượng đồ họa.

Nhiệm vụ hệ điều hành thứ hai– tổ chức tương tác của tất cả các khối máy tính trong quá trình thực hiện chương trình mà người dùng đã chỉ định để giải quyết vấn đề. Đặc biệt, HĐH tổ chức và giám sát việc sắp xếp các dữ liệu cần thiết để chương trình hoạt động trong RAM và đĩa, đảm bảo kết nối kịp thời các thiết bị máy tính theo yêu cầu của chương trình, v.v.

Nhiệm vụ hệ điều hành thứ ba– cung cấp cái gọi là công việc hệ thống có thể cần được thực hiện cho người dùng. Điều này bao gồm kiểm tra, “xử lý” và định dạng đĩa, xóa và khôi phục tệp, sắp xếp hệ thống tệp, v.v. Thông thường công việc như vậy được thực hiện bằng cách sử dụng chương trình đặc biệt, được bao gồm trong HĐH và được gọi là tiện ích.

Hệ điều hành có vai trò sự liên lạc mặt khác, giữa phần cứng máy tính và các chương trình đang được thực thi cũng như người dùng.

Hệ điều hành thường được lưu trữ trong bộ nhớ ngoài của máy tính - trên đĩa. Khi bạn bật máy tính, nó sẽ được đọc từ bộ nhớ đĩa và được lưu vào RAM.

Quá trình này được gọi là tải hệ điều hành.

Các tính năng của hệ điều hành bao gồm:

- thực hiện đối thoại với người dùng;
- quản lý đầu vào/đầu ra và dữ liệu;
- lập kế hoạch và tổ chức quá trình xử lý chương trình;
- phân phối tài nguyên (RAM, bộ xử lý, thiết bị bên ngoài);
- khởi chạy các chương trình để thực thi;
- tất cả các loại hoạt động bảo trì phụ trợ;
- truyền thông tin giữa các thiết bị nội bộ khác nhau;
- hỗ trợ phần mềm cho hoạt động của các thiết bị ngoại vi (màn hình, bàn phím, máy in, v.v.).

HĐH có thể được gọi là phần mềm mở rộng của thiết bị điều khiển máy tính.

Tùy thuộc vào số lượng tác vụ được xử lý đồng thời và số lượng người dùng mà HĐH có thể phục vụ, có bốn loại hệ điều hành chính:

1. tác vụ đơn một người dùng, hỗ trợ một bàn phím và chỉ có thể hoạt động với một bàn phím (trong khoảnh khắc này) nhiệm vụ;
2. tác vụ một người dùng với tính năng in nền, cho phép, ngoài nhiệm vụ chính, chạy một nhiệm vụ bổ sung, thường hướng tới việc in ấn thông tin.
3. đa nhiệm một người dùng, cung cấp cho một người dùng khả năng xử lý song song một số tác vụ.
4. đa nhiệm nhiều người dùng,cho phép nhiều người dùng chạy nhiều tác vụ trên một máy tính.

Một hệ điều hành dành cho máy tính cá nhân dành cho mục đích sử dụng chuyên nghiệp phải chứa các thành phần chính sau:

- chương trình điều khiển I/O;
- các chương trình quản lý hệ thống tập tin và lên lịch tác vụ cho máy tính;
- bộ xử lý ngôn ngữ lệnh chấp nhận, phân tích và thực thi các lệnh được gửi tới HĐH.

Mỗi hệ điều hành đều có cái riêng ngôn ngữ lệnh, cho phép người dùng thực hiện một số hành động nhất định:

- truy cập danh mục;
- đánh dấu phương tiện truyền thông bên ngoài;
- chạy chương trình;
- ... và các hành động khác.

Việc phân tích và thực thi các lệnh của người dùng, bao gồm tải các chương trình tạo sẵn từ tệp vào RAM và khởi chạy chúng, được thực hiện bởi bộ xử lý lệnh của hệ điều hành.

Một lớp chương trình hệ thống quan trọng là trình điều khiển thiết bị.

Để điều khiển các thiết bị máy tính bên ngoài, các chương trình hệ thống đặc biệt - trình điều khiển được sử dụng. Trình điều khiển thiết bị tiêu chuẩn cùng nhau tạo thành một hệ thống đầu vào-đầu ra cơ bản ( BIOS ), thường được lưu trữ trong bộ lưu trữ vĩnh viễn của máy tính.

Các chương trình hệ thống thường bao gồm các công cụ chống vi-rút, chương trình lưu trữ tệp, v.v.

Lớp chương trình thứ hai là chương trình ứng dụng. Không có quan điểm duy nhất về chương trình nào thuộc lớp này. Thông thường, chương trình ứng dụng là bất kỳ chương trình nào cho phép người dùng giải quyết một loại vấn đề nhất định mà không cần lập trình.

Hệ điều hành đối phó với trách nhiệm của nó một cách xuất sắc. Trong thực tế, một trong những ưu điểm chính của việc sử dụng HĐH là dễ hiểu, mặc dù tính phức tạp về chức năng của nó (Nghĩa là hệ thống được thiết kế để thực hiện các chức năng khá phức tạp).

Có một số hệ điều hành phổ biến nhất.

Ví dụ: MS-DOS là viết tắt của hệ điều hành đĩa. Nhà phát triển MS-DOS là Tập đoàn Microsoft.

Truyện ngắn tạo MS-DOS

Sự phát triển đầu tiên của MS-DOS có thể được coi là một hệ điều hành dành cho những máy tính cá nhân, do Seattle Computer Products tạo ra vào năm 1980. Cuối năm 1980, hệ thống, ban đầu được gọi là QDOS, đã được sửa đổi và đổi tên thành 86-DOS. Quyền sử dụng hệ điều hành 86-DOS đã được Tập đoàn Microsoft mua, công ty này đã ký hợp đồng với IBM, cam kết phát triển hệ điều hành cho mẫu máy tính cá nhân mới do công ty sản xuất. Khi vào cuối năm 1981, cái mới máy tính IBM PC trở nên phổ biến rộng rãi và hệ điều hành của nó là phiên bản sửa đổi của hệ thống 86-DOS, được gọi là PC-DOS phiên bản 1.0.

Ngay sau khi IBM-PC ra mắt, các máy tính cá nhân “giống PC” bắt đầu xuất hiện trên thị trường. Hệ điều hành của những máy tính này được gọi là MS-DOS, phiên bản 1.0. Tập đoàn Microsoft đã cung cấp cho các công ty sản xuất những chiếc máy này một bản sao chính xác của hệ điều hành PC-DOS - MS-DOS hiện được sử dụng rộng rãi.

Kể từ khi được phát hành, hệ điều hành PC-DOS và MS-DOS đã phát triển song song và theo những cách tương tự nhau. năm 1982, phiên bản 1.1 xuất hiện. Ưu điểm chính của phiên bản mới là khả năng sử dụng đĩa mềm hai mặt (phiên bản 1.0 chỉ cho phép làm việc với đĩa mềm một mặt), cũng như khả năng gửi đầu ra máy in đến các thiết bị khác.

Năm 1983, phiên bản 2.0 được phát triển. So với những cái trước, chúng có thể sử dụng đĩa cứng, cung cấp thư mục đĩa phân cấp phức tạp và bao gồm các ổ đĩa mềm tích hợp và hệ thống quản lý tệp.

Các phiên bản MS-DOS 3.0, phát hành năm 1984, cung cấp một tùy chọn cải tiến để bảo trì ổ cứng và các máy vi tính được kết nối. Các phiên bản tiếp theo, bao gồm cả 3.3 (xuất hiện năm 1987), cũng được phát triển theo hướng tương tự.

MS-DOS phiên bản 5.0 cung cấp khả năng sử dụng bộ nhớ nằm trên 1M.

Trong MS-DOS phiên bản 6.0, khả năng sử dụng bộ nhớ trên 1M đã được mở rộng, thêm tiện ích tối ưu hóa việc sử dụng bộ nhớ, thêm công cụ để tăng dung lượng ổ đĩa hiệu quả. Gói này bao gồm các tiện ích xác minh và tối ưu hóa cứngđĩa.

Shell là các chương trình được thiết kế để làm việc với các công cụ phức tạp hệ thống phần mềm, chẳng hạn như, ví dụ, DOS . Họ biến giao diện người dùng dựa trên lệnh khó sử dụng thành giao diện đồ họa hoặc kiểu menu thân thiện với người dùng. Shell cung cấp cho người dùng quyền truy cập thuận tiện vào các tệp và dịch vụ mở rộng.

Shell phổ biến nhất trong số người dùng Chỉ huy Norton . Nó cung cấp:

· tạo, sao chép, chuyển tiếp, đổi tên, xóa, tìm kiếm tệp cũng như thay đổi thuộc tính của chúng;
· hiển thị cây thư mục và đặc điểm của các tệp có trong chúng ở dạng thuận tiện cho con người nhận thức;
· tạo, cập nhật và giải nén các kho lưu trữ (nhóm tệp nén);
· xem tập tin văn bản;
· chỉnh sửa tập tin văn bản;
· thực hiện hầu hết tất cả các lệnh từ môi trường của nó DOS ;
· khởi chạy chương trình;
· cung cấp thông tin về tài nguyên máy tính;
· tạo và xóa thư mục;
· hỗ trợ giao tiếp giữa máy tính với máy tính;
· hỗ trợ email.

Đầu những năm 90, shell đồ họa trở nên cực kỳ phổ biến trên toàn thế giới. MS - Windows 3.x , ưu điểm của nó là giúp máy tính dễ sử dụng hơn và giao diện đồ họa của nó, thay vì gõ các lệnh phức tạp từ bàn phím, cho phép bạn chọn chúng bằng chuột từ menu gần như ngay lập tức. hệ điều hành các cửa sổ , làm việc cùng với hệ điều hành DOS , thực hiện tất cả các chế độ cần thiết cho năng suất của người dùng, bao gồm cả chế độ đa nhiệm.

Chú thích: Chức năng của hệ điều hành. Cấu trúc hệ điều hành. Phân loại hệ điều hành. Yêu cầu về hệ điều hành.

hệ điều hành(hệ điều hành) - một bộ chương trình cung cấp cho người dùng môi trường thuận tiện để làm việc với thiết bị máy tính.

hệ điều hành cho phép bạn chạy các chương trình người dùng; quản lý toàn bộ tài nguyên của hệ thống máy tính - bộ xử lý (processors), RAM, các thiết bị vào/ra; cung cấp khả năng lưu trữ dữ liệu lâu dài dưới dạng tệp trên thiết bị bộ nhớ ngoài; cung cấp quyền truy cập vào mạng máy tính.

Để hiểu đầy đủ hơn về vai trò của hệ điều hành, chúng ta hãy xem xét các thành phần của bất kỳ hệ thống máy tính nào (Hình 1.1).

Cơm. 1.1.

Tất cả các thành phần có thể được chia thành hai lớp lớn - chương trình hoặc phần mềm(phần mềm) và thiết bị hoặc Phần cứng(phần cứng). Phần mềmđược chia thành ứng dụng, công cụ và hệ thống. Chúng ta hãy xem xét ngắn gọn từng loại phần mềm.

Mục đích của việc tạo ra một hệ thống máy tính là giải quyết các vấn đề của người dùng. Để giải quyết một số vấn đề nhất định, một chương trình ứng dụng (ứng dụng, ứng dụng) được tạo ra. Ví dụ chương trình ứng dụng là soạn thảo văn bản và bộ xử lý (Notepad, Phần mềm soạn thảo văn bản), trình chỉnh sửa đồ họa (Paint, Microsoft Visio), bảng tính ( Microsoft Excel), các hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu (Microsoft Access, Microsoft SQL Máy chủ), trình duyệt (Internet Explorer), v.v. Toàn bộ bộ chương trình ứng dụng được gọi là phần mềm ứng dụng.

Tạo phần mềm sử dụng nhiều công cụ lập trình khác nhau (môi trường phát triển, trình biên dịch, trình gỡ lỗi, v.v.), tổng số của chúng được gọi là phần mềm công cụ. Đại diện của phần mềm công cụ là môi trương phat triển Microsoft Visual Studio.

Loại phần mềm hệ thống chính là hệ điều hành. Nhiệm vụ chính của họ là cung cấp giao diện (cách tương tác) giữa một mặt là người dùng và ứng dụng và mặt khác là phần cứng. Phần mềm hệ thống cũng bao gồm các tiện ích hệ thống - các chương trình thực hiện chức năng được xác định nghiêm ngặt trong việc bảo trì hệ thống máy tính, ví dụ như chẩn đoán trạng thái của hệ thống, chống phân mảnh các tập tin trên đĩa và nén (lưu trữ) dữ liệu. Các tiện ích có thể được bao gồm trong hệ điều hành.

Sự tương tác của tất cả các chương trình với hệ điều hành được thực hiện bằng cách sử dụng các lệnh gọi hệ thống - yêu cầu từ các chương trình để hệ điều hành thực hiện các hành động cần thiết. Một tập hợp các lệnh gọi hệ thống tạo thành API - Giao diện lập trình ứng dụng.

Tính năng hệ điều hành

Các chức năng chính được thực hiện bởi hệ điều hành bao gồm:

đảm bảo thực thi chương trình - tải chương trình vào bộ nhớ, cung cấp thời gian xử lý cho chương trình, xử lý các lệnh gọi hệ thống;
Quản lý RAM – phân bổ bộ nhớ hiệu quả cho các chương trình, tính toán bộ nhớ trống và đã sử dụng;
quản lý bộ nhớ ngoài – hỗ trợ cho các hệ thống tệp khác nhau;
Quản lý I/O – đảm bảo hoạt động với nhiều thiết bị ngoại vi khác nhau;
sự cung cấp giao diện người dùng;
đảm bảo an ninh – bảo vệ thông tin và các tài nguyên hệ thống khác khỏi bị sử dụng trái phép;
tổ chức tương tác mạng.

Cấu trúc hệ điều hành

Trước khi nghiên cứu cấu trúc của hệ điều hành, bạn nên xem xét các chế độ hoạt động của bộ vi xử lý.

Bộ xử lý hiện đại có ít nhất hai chế độ hoạt động - đặc quyền (chế độ giám sát) và người dùng (chế độ người dùng).

Sự khác biệt giữa chúng là ở chế độ người dùng, các lệnh của bộ xử lý liên quan đến quản lý phần cứng, bảo vệ RAM và chuyển đổi chế độ hoạt động của bộ xử lý không có sẵn. Ở chế độ đặc quyền, bộ xử lý có thể thực thi tất cả các lệnh có thể.

Các ứng dụng chạy ở chế độ người dùng không thể truy cập trực tiếp vào không gian địa chỉ của nhau - chỉ thông qua các cuộc gọi hệ thống.

Tất cả các thành phần của hệ điều hành có thể được chia thành hai nhóm - nhóm hoạt động ở chế độ đặc quyền và nhóm hoạt động ở chế độ người dùng, và thành phần của các nhóm này thay đổi tùy theo hệ thống.

Thành phần chính của hệ điều hành là kernel. Các chức năng hạt nhân có thể thay đổi đáng kể tùy thuộc vào hệ thống khác nhau; nhưng trên tất cả các hệ thống, kernel chạy ở chế độ đặc quyền (thường được gọi là chế độ kernel).

Thuật ngữ "cốt lõi" cũng được sử dụng theo nhiều nghĩa khác nhau. Ví dụ, trong Thuật ngữ Windows"kernel" (hạt nhân NTOS) dùng để chỉ sự kết hợp của hai thành phần - hệ thống điều hành (lớp điều hành) và chính hạt nhân (lớp hạt nhân).

Có hai loại hạt nhân chính - hạt nhân nguyên khối và hạt nhân vi mô. Hạt nhân nguyên khối thực hiện tất cả các chức năng chính của hệ điều hành và trên thực tế, nó một chương trình duy nhất, đó là một tập hợp các thủ tục. Trong vi nhân chỉ còn lại một số chức năng tối thiểu phải được triển khai ở chế độ đặc quyền: lập lịch luồng, xử lý ngắt, giao tiếp giữa các tiến trình. Các chức năng còn lại của hệ điều hành như quản lý ứng dụng, bộ nhớ, bảo mật, v.v. được triển khai dưới dạng các mô-đun riêng biệt trong chế độ người dùng.

Hạt nhân chiếm vị trí trung gian giữa hạt nguyên khối và hạt vi mô được gọi là hạt nhân lai.

Ví dụ về các loại hạt nhân khác nhau:

hạt nhân nguyên khối – MS-DOS, Linux, FreeBSD;
hạt nhân vi mô – Mach, Symbian, MINIX 3;
hạt nhân lai – NetWare, BeOS, Âm tiết.

Để biết thảo luận về loại hạt nhân Windows NT, hãy xem [; ]. Windows NT được cho là có nhân nguyên khối, nhưng vì Windows NT có một số thành phần chế độ người dùng chính (chẳng hạn như các hệ thống con môi trường và quy trình hệ thống– xem Bài giảng 4 “Kiến trúc Windows”), thì Windows NT không thể được phân loại là nhân nguyên khối thực sự mà là nhân lai.

Ngoài kernel, trình điều khiển hoạt động ở chế độ đặc quyền (trong hầu hết các hệ điều hành) - module phần mềm, điều khiển các thiết bị

Hệ điều hành còn bao gồm:

các thư viện hệ thống (system DLL - Dynamic Link Library, thư viện liên kết động) chuyển đổi các lệnh gọi hệ thống ứng dụng thành các lệnh gọi hệ thống kernel;
shell người dùng cung cấp cho người dùng một giao diện - một cách thuận tiện để làm việc với hệ điều hành.

Shell người dùng triển khai một trong hai loại giao diện người dùng chính:

giao diện văn bản (Giao diện người dùng văn bản, TUI), tên khác – giao diện bảng điều khiển (Giao diện người dùng bảng điều khiển, CUI), giao diện dòng lệnh ( Dòng lệnh Giao diện, CLI);
giao diện đồ họa (Graphic User Interface, GUI).

Một ví dụ về triển khai giao diện văn bản trong Windows là trình thông dịch dòng lệnh cmd.exe; Một ví dụ về giao diện đồ họa là Windows Explorer (explorer.exe).

Phân loại hệ điều hành

Hệ điều hành có thể được phân loại theo nhiều cách.

Theo phương pháp tổ chức tính toán:
- hệ điều hành xử lý hàng loạt – mục tiêu là thực thi số lượng tối đa nhiệm vụ tính toán trên một đơn vị thời gian; trong trường hợp này, một gói được hình thành từ một số tác vụ được hệ thống xử lý;
- hệ điều hành chia sẻ thời gian – mục tiêu là cho phép nhiều người dùng sử dụng đồng thời một máy tính; được triển khai bằng cách luân phiên cung cấp cho mỗi người dùng một khoảng thời gian xử lý;
- hệ điều hành thời gian thực – mục tiêu là hoàn thành từng nhiệm vụ trong một khoảng thời gian được xác định nghiêm ngặt cho một nhiệm vụ nhất định.
Theo loại hạt nhân:
- hệ thống có lõi nguyên khối (hệ điều hành nguyên khối);
- hệ điều hành vi nhân;
- hệ thống có lõi lai (hệ điều hành lai).
Theo số lượng nhiệm vụ được giải quyết đồng thời:
- hệ điều hành đơn nhiệm;
- các hệ điều hành đa nhiệm.
Theo số lượng người dùng đồng thời:
- hệ điều hành một người dùng;
- hệ điều hành nhiều người dùng.
Theo số lượng bộ xử lý được hỗ trợ:
- hệ điều hành bộ xử lý đơn;
- hệ điều hành đa bộ xử lý.
Để được hỗ trợ mạng:
- hệ điều hành cục bộ – hệ thống tự trị không nhằm mục đích hoạt động trên mạng máy tính;
- hệ điều hành mạng – hệ thống có các thành phần cho phép bạn làm việc với mạng máy tính.
Theo vai trò trong mạng:
- hệ điều hành máy chủ – hệ điều hành cung cấp quyền truy cập vào tài nguyên mạng và quản lý cơ sở hạ tầng mạng;
- hệ điều hành máy khách – hệ điều hành có thể truy cập tài nguyên mạng.
Theo loại giấy phép:
- hệ điều hành nguồn mở – hệ điều hành có mã nguồn mở có sẵn để nghiên cứu và sửa đổi;
- hệ điều hành độc quyền – hệ điều hành có chủ sở hữu bản quyền cụ thể; thường đi kèm với mã nguồn đóng.
Theo lĩnh vực ứng dụng:
- hệ điều hành của máy tính lớn - máy tính lớn (hệ điều hành máy tính lớn);
- hệ điều hành máy chủ;
- hệ điều hành máy tính cá nhân;
- hệ điều hành thiêt bị di động(hệ điều hành di động);
- hệ điều hành nhúng;
- hệ điều hành bộ định tuyến.

Yêu cầu hệ điều hành

Yêu cầu chính đối với các hệ điều hành hiện đại là thực hiện các chức năng được liệt kê ở trên trong đoạn “Chức năng của hệ điều hành”. Ngoài yêu cầu hiển nhiên này, còn có những yêu cầu khác, thường không kém phần quan trọng:

khả năng mở rộng – khả năng hệ thống có được các chức năng mới trong quá trình phát triển; thường được thực hiện bằng cách thêm các mô-đun mới;
tính di động – khả năng chuyển hệ điều hành sang nền tảng phần cứng khác với những thay đổi tối thiểu;
khả năng tương thích – khả năng làm việc cùng nhau; có thể có sự tương thích của phiên bản hệ điều hành mới với các ứng dụng được viết cho phiên bản cũ hoặc khả năng tương thích của các hệ điều hành khác nhau theo nghĩa là các ứng dụng cho một trong các hệ thống này có thể chạy trên hệ điều hành khác và ngược lại;
độ tin cậy - xác suất hoạt động không có lỗi của hệ thống;
hiệu suất - khả năng cung cấp thời gian giải quyết vấn đề có thể chấp nhận được và thời gian phản hồi của hệ thống.

Bản tóm tắt

Bài giảng này cung cấp định nghĩa về hệ điều hành, giới thiệu các loại phần mềm và thảo luận về chức năng cũng như cấu trúc của hệ điều hành. Đặc biệt chú ý đến khái niệm "cốt lõi". Ngoài ra còn có nhiều cách phân loại hệ điều hành khác nhau và các yêu cầu đối với hệ điều hành hiện đại.

Bài giảng tiếp theo sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về hệ điều hành Microsoft Windows.

Câu hỏi kiểm soát

Xác định thuật ngữ "hệ điều hành".
Kể tên các ví dụ về phần mềm ứng dụng, công cụ và hệ thống.
Xác định các khái niệm "cuộc gọi hệ thống", "API", "trình điều khiển", "kernel".
Bạn biết những loại hạt nhân nào? Bạn biết những loại hạt nhân hệ điều hành nào?
Kernel khác với hệ điều hành như thế nào?
Đưa ra một số cách phân loại hệ điều hành.
Nêu tên các yêu cầu đối với hệ điều hành hiện đại và giải thích ý nghĩa của chúng.

Hệ điều hành là một bộ phần mềm cung cấp khả năng kiểm soát phần cứng máy tính và các chương trình ứng dụng cũng như sự tương tác của chúng với nhau và với người dùng. Trong hầu hết các hệ thống máy tính, hệ điều hành là phần chính của phần mềm hệ thống.

Một mặt, hệ điều hành hoạt động như một liên kết giữa phần cứng máy tính và các chương trình đang được thực thi cũng như người dùng. Hệ điều hành thường được lưu trữ trong bộ nhớ ngoài của máy tính - trên đĩa. Khi bạn bật máy tính, nó sẽ được đọc từ bộ nhớ đĩa và được lưu vào RAM. Quá trình này được gọi là tải hệ điều hành.

Hệ điều hành có thể được gọi là phần mềm mở rộng của thiết bị điều khiển máy tính. Nó ẩn các chi tiết phức tạp không cần thiết về tương tác với thiết bị với người dùng, tạo thành một lớp giữa chúng. Kết quả là, mọi người được giải phóng khỏi công việc tốn nhiều công sức trong việc tổ chức tương tác với thiết bị máy tính.

Hệ điều hành, một mặt, hoạt động như một giao diện giữa phần cứng máy tính và người dùng thực hiện các nhiệm vụ của mình, mặt khác, nó được thiết kế dành cho sử dụng hiệu quả tài nguyên hệ thống máy tính và tổ chức tính toán đáng tin cậy.

Chức năng chính của hệ điều hành:

Truy cập được tiêu chuẩn hóa vào các thiết bị ngoại vi (thiết bị đầu vào/đầu ra).

Quản lý RAM (phân phối giữa các tiến trình, bộ nhớ ảo).

Kiểm soát quyền truy cập vào dữ liệu trên phương tiện không ổn định (chẳng hạn như ổ cứng, CD, v.v.) được tổ chức trong hệ thống tệp này hoặc hệ thống tệp khác.

Giao diện người dùng.

Hoạt động mạng, hỗ trợ ngăn xếp giao thức.

Thực hiện các nhiệm vụ song song hoặc giả song song (đa nhiệm).

Tương tác giữa các tiến trình: trao đổi dữ liệu, đồng bộ hóa lẫn nhau.

Bảo vệ chính hệ thống cũng như dữ liệu và chương trình của người dùng khỏi các hành động của người dùng (độc hại hoặc không biết) hoặc các ứng dụng.

Phân biệt quyền truy cập và phương thức hoạt động của nhiều người dùng (xác thực, ủy quyền).

TRONG mô hình khác nhau Máy tính sử dụng hệ điều hành với kiến trúc và khả năng khác nhau. Họ đòi hỏi tài nguyên khác nhau. Họ cung cấp các mức độ dịch vụ khác nhau cho việc lập trình và làm việc với các chương trình làm sẵn. Tùy thuộc vào số lượng tác vụ được xử lý đồng thời và số lượng người dùng mà HĐH có thể phục vụ, có bốn loại hệ điều hành chính:

Một người dùng, một tác vụ, hỗ trợ một bàn phím và chỉ có thể làm việc trên một tác vụ (tại một thời điểm nhất định);

Một người dùng, một tác vụ với tính năng in nền, cho phép, ngoài tác vụ chính, còn khởi chạy một tác vụ bổ sung, thường tập trung vào việc in thông tin. Điều này tăng tốc độ công việc khi in khối lượng lớn thông tin;

Đa nhiệm một người dùng, cung cấp cho một người dùng khả năng xử lý song song một số tác vụ. Ví dụ: bạn có thể kết nối nhiều máy in với một máy tính, mỗi máy in sẽ thực hiện nhiệm vụ “riêng” của nó;

Đa nhiệm nhiều người dùng, cho phép nhiều người dùng thực hiện nhiều tác vụ trên một máy tính. Các hệ điều hành này rất phức tạp và yêu cầu tài nguyên máy đáng kể.

Các hệ điều hành phổ biến nhất là:

Mac OS là hệ điều hành của tập đoàn Apple.

OS/2 là một hệ điều hành của IBM.

Windows là hệ điều hành của Tập đoàn Microsoft.

Linux là tên chung cho các hệ điều hành giống Unix dựa trên nhân cùng tên và các thư viện, chương trình hệ thống được biên dịch cho nó, được phát triển trong dự án GNU.

1. Tổ chức (cung cấp) giao diện thuận tiện giữa các ứng dụng và người dùng và phần cứng máy tính. Thay vì phần cứng máy tính thực, hệ điều hành cung cấp cho người dùng một máy ảo mở rộng, thuận tiện hơn khi làm việc và dễ lập trình hơn. Đây là danh sách Dịch vụ cơ bảnđược cung cấp bởi các hệ điều hành điển hình.

Phát triển phần mềm: Hệ điều hành trình bày cho người lập trình nhiều loại nhạc cụ phát triển ứng dụng: trình soạn thảo, trình gỡ lỗi, v.v. Anh ta không cần biết các thành phần và thiết bị điện tử và cơ điện khác nhau của máy tính hoạt động như thế nào. Thông thường, người dùng thậm chí không biết tập lệnh của bộ xử lý vì anh ta có thể thực hiện được các chức năng cấp cao mạnh mẽ mà HĐH cung cấp.
Thực hiện chương trình. Để chạy một chương trình, bạn cần thực hiện một số hành động: tải chương trình và dữ liệu vào bộ nhớ chính, khởi tạo các thiết bị và tệp I/O cũng như chuẩn bị các tài nguyên khác. Hệ điều hành thực hiện tất cả công việc khó khăn này cho người dùng.
Truy cập thiết bị I/O. Mỗi thiết bị sử dụng bộ lệnh riêng để điều khiển nó. HĐH cung cấp cho người dùng một giao diện thống nhất ẩn tất cả các chi tiết này và cho phép lập trình viên truy cập các thiết bị I/O bằng cách sử dụng các lệnh đọc và ghi đơn giản. Nếu một lập trình viên làm việc trực tiếp với phần cứng máy tính, thì để tổ chức, chẳng hạn như đọc một khối dữ liệu từ đĩa, anh ta sẽ phải sử dụng hơn chục lệnh chỉ định nhiều tham số. Sau khi quá trình trao đổi hoàn tất, lập trình viên sẽ phải đưa ra một phân tích thậm chí còn phức tạp hơn về kết quả của thao tác được thực hiện.
Quyền truy cập tập tin được kiểm soát. Khi làm việc với các tệp, việc quản lý bằng hệ điều hành không chỉ đòi hỏi sự xem xét sâu sắc về bản chất của thiết bị I/O mà còn cả kiến thức về cấu trúc dữ liệu được ghi trong tệp. Hệ điều hành nhiều người dùng cũng cung cấp cơ chế bảo vệ khi truy cập tập tin.
Truy cập hệ thống. HĐH kiểm soát quyền truy cập vào toàn bộ hệ thống máy tính dùng chung hoặc công cộng, cũng như các tài nguyên hệ thống riêng lẻ. Nó bảo vệ tài nguyên và dữ liệu khỏi việc sử dụng trái phép và giải quyết các tình huống xung đột.
Phát hiện và xử lý lỗi. Trong quá trình vận hành hệ thống máy tính, nhiều lỗi khác nhau có thể xảy ra do các lỗi bên trong và lỗi bên ngoài về phần cứng, các loại lỗi phần mềm(tràn, cố gắng truy cập vào ô nhớ bị cấm truy cập, v.v.). Trong mỗi trường hợp, HĐH sẽ thực hiện các hành động nhằm giảm thiểu tác động của lỗi đến hoạt động của ứng dụng (từ một thông báo lỗi đơn giản đến sự cố chương trình).
Kế toán sử dụng tài nguyên. Một hệ điều hành tốt có phương tiện tính toán việc sử dụng nhiều tài nguyên khác nhau và hiển thị các thông số hiệu suất của hệ thống máy tính. Thông tin này rất quan trọng để điều chỉnh (tối ưu hóa) hệ thống máy tính nhằm cải thiện hiệu suất của nó.

Kết quả là, một máy thực, chỉ có khả năng thực hiện một tập hợp nhỏ các hành động cơ bản (lệnh máy), được hệ điều hành chuyển đổi thành một máy ảo thực hiện một loạt các chức năng mạnh mẽ hơn nhiều. Máy ảo cũng được điều khiển bằng các lệnh, nhưng bằng các lệnh ở cấp độ cao hơn, ví dụ: xóa một tệp có tên nhất định, khởi chạy một chương trình ứng dụng, tăng mức độ ưu tiên của một tác vụ, in văn bản của tệp, v.v. Vì vậy, mục đích của HĐH là cung cấp cho người dùng (lập trình viên) một số tính năng nâng cao máy ảo, dễ dàng lập trình và làm việc hơn là trực tiếp với phần cứng tạo nên máy tính thật, hệ thống hoặc mạng.

2. Tổ chức sử dụng hiệu quả tài nguyên máy tính. HĐH không chỉ cung cấp cho người dùng và lập trình viên một giao diện thuận tiện với phần cứng máy tính mà còn là một loại trình quản lý tài nguyên máy tính. Tài nguyên chính của hệ thống máy tính hiện đại bao gồm bộ xử lý, bộ nhớ chính, bộ hẹn giờ, bộ dữ liệu, đĩa, ổ băng từ (ML), ổ bộ nhớ ngoài (CD/DVD/Blu-Ray/USB), máy in, Thiết bị mạng v.v. Những tài nguyên này được hệ điều hành phân phối giữa các chương trình đang thực thi. Không giống như chương trình đối tượng tĩnh, một chương trình thực thi là một đối tượng động, nó được gọi là một tiến trình và là một khái niệm cơ bản của các hệ điều hành hiện đại.

Quản lý nguồn tài nguyên thống máy tính để sử dụng chúng một cách hiệu quả nhất là mục đích thứ hai của hệ điều hành. Tiêu chí thực hiện, theo đó hệ điều hành tổ chức Quản lý nguồn tài nguyên máy tính có thể khác. Ví dụ, trong một số hệ thống, một tiêu chí như thông lượng hệ thống máy tính, ở những hệ thống khác - thời gian phản ứng của nó. Thông thường, hệ điều hành phải đáp ứng một số tiêu chí xung đột nhau, điều này gây khó khăn nghiêm trọng cho các nhà phát triển.

Quản lý nguồn tài nguyên bao gồm giải pháp cho một số nhiệm vụ chung không phụ thuộc vào loại tài nguyên:

quy hoạch tài nguyên– xác định quá trình nào, khi nào và với năng lực như thế nào (nếu nguồn lực có thể được phân bổ theo từng phần) thì nguồn lực này nên được phân bổ;
đáp ứng yêu cầu tài nguyên– phân bổ nguồn lực cho các quá trình;
theo dõi trạng thái và tính toán sử dụng tài nguyên– duy trì thông tin vận hành về việc chiếm dụng tài nguyên và phần được phân phối của nó;
giải quyết xung đột giữa các tiến trình, yêu cầu cùng một tài nguyên.

Để giải quyết những vấn đề quản lý tài nguyên chung này, các hệ điều hành khác nhau sử dụng các thuật toán khác nhau, các tính năng của chúng cuối cùng sẽ xác định diện mạo của toàn bộ hệ điều hành, bao gồm các đặc tính hiệu suất, phạm vi và thậm chí cả giao diện người dùng. Như vậy, Quản lý nguồn tài nguyên là một mục đích quan trọng của hệ điều hành. Không giống như các chức năng của máy ảo mở rộng, hầu hết các chức năng quản lý tài nguyên được hệ điều hành thực hiện tự động và không có sẵn cho người lập trình ứng dụng.

3. Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình vận hành phần cứng, phần mềm của hệ thống máy tính. Một số hệ điều hành bao gồm các bộ chương trình tiện ích cung cấp hỗ trợ, lưu trữ, kiểm tra, dọn dẹp và chống phân mảnh dữ liệu thiết bị đĩa và vân vân.

Ngoài ra, các hệ điều hành hiện đại có một bộ công cụ và phương pháp khá lớn để chẩn đoán và khôi phục chức năng hệ thống. Bao gồm các:

các chương trình chẩn đoán để xác định lỗi trong cấu hình hệ điều hành;
phương tiện khôi phục cấu hình làm việc cuối cùng;
phương tiện phục hồi bị hư hỏng và mất tích tập tin hệ thống và vân vân.

Một mục đích nữa của hệ điều hành cần được lưu ý.

4. Cơ hội phát triển. Các hệ điều hành hiện đại được tổ chức theo cách chúng cho phép phát triển, thử nghiệm và triển khai các hệ điều hành mới một cách hiệu quả. chức năng hệ thống không làm gián đoạn quá trình hoạt động bình thường hệ thống máy tính. Hầu hết các hệ điều hành đều không ngừng phát triển (về mặt trực quan Ví dụ về Windows). Điều này xảy ra vì những lý do sau.

Cập nhật và xuất hiện các loại phần cứng mới. Ví dụ, phiên bản đầu UNIX và OS/2 không sử dụng cơ chế phân trang bộ nhớ (chúng ta sẽ xem đó là gì sau) vì chúng chạy trên các máy không có phần cứng thích hợp.
Dịch vụ mới. Để thỏa mãn người dùng hoặc nhu cầu của quản trị viên hệ thống, HĐH phải liên tục cung cấp các tính năng mới. Ví dụ: bạn có thể cần thêm các công cụ mới để theo dõi hoặc đánh giá hiệu suất, các công cụ nhập/xuất dữ liệu mới (đầu vào giọng nói). Một ví dụ khác là hỗ trợ các ứng dụng mới sử dụng cửa sổ trên màn hình hiển thị.
Đính chính. Hệ điều hành nào cũng có lỗi. Thỉnh thoảng chúng được phát hiện và sửa chữa. Do đó, sự xuất hiện liên tục của các phiên bản và phiên bản mới của HĐH. Nhu cầu thay đổi thường xuyên đặt ra những yêu cầu nhất định đối với việc tổ chức hệ điều hành. Rõ ràng là các hệ thống này (cũng như các hệ thống chương trình phức tạp khác) phải có cấu trúc mô-đun với các kết nối (giao diện) đa mô-đun được xác định rõ ràng. Tài liệu tốt và đầy đủ của hệ thống đóng một vai trò quan trọng.

Hãy chuyển sang xem xét thành phần của các thành phần và chức năng của hệ điều hành. Các hệ điều hành hiện đại chứa hàng trăm, hàng nghìn mô-đun (ví dụ: W2000 chứa 29 triệu dòng mã nguồn bằng ngôn ngữ C). Các chức năng của hệ điều hành thường được nhóm theo loại tài nguyên cục bộ mà hệ điều hành quản lý hoặc theo các tác vụ cụ thể áp dụng cho tất cả các tài nguyên. Tập hợp các mô-đun thực hiện các nhóm chức năng như vậy tạo thành các hệ thống con của hệ điều hành.

Các hệ thống con quản lý tài nguyên quan trọng nhất là các hệ thống con quản lý quy trình, bộ nhớ, tệp và thiết bị bên ngoài và các hệ thống con chung cho tất cả các tài nguyên là giao diện người dùng, bảo mật dữ liệu và các hệ thống con quản trị.

Quản lý quy trình. Hệ thống con điều khiển quá trình ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của hệ thống máy tính. Đối với mỗi chương trình chạy, HĐH sẽ tổ chức một hoặc nhiều quy trình. Mỗi quy trình như vậy được thể hiện trong HĐH bằng một cấu trúc thông tin (bảng, bộ mô tả, bối cảnh bộ xử lý) chứa dữ liệu về nhu cầu tài nguyên của quy trình, cũng như các tài nguyên thực sự được phân bổ cho nó (vùng RAM, lượng thời gian CPU, tệp, I/ O thiết bị, v.v.). Hơn nữa, trong này cấu trúc thông tin Dữ liệu được lưu trữ mô tả lịch sử của quy trình trong hệ thống: trạng thái hiện tại (đang hoạt động hoặc bị chặn), mức độ ưu tiên, trạng thái của các thanh ghi, bộ đếm chương trình, v.v.

Trong các hệ điều hành đa chương trình hiện đại, một số quy trình có thể tồn tại đồng thời, được tạo ra theo sáng kiến của người dùng và ứng dụng của họ, cũng như được hệ điều hành khởi tạo để thực hiện các chức năng của họ (quy trình hệ thống). Vì các tiến trình có thể yêu cầu đồng thời các tài nguyên giống nhau nên hệ thống con quản lý tiến trình lập kế hoạch thứ tự thực hiện các tiến trình và đảm bảo rằng chúng nguồn lực cần thiết, đảm bảo sự tương tác và đồng bộ hóa các quy trình.

Quản lý bộ nhớ. Hệ thống con quản lý bộ nhớ thực hiện việc phân bổ bộ nhớ vật lý giữa tất cả các quy trình hiện có trong hệ thống, tải và xóa mã chương trình cũng như xử lý dữ liệu vào các vùng bộ nhớ được phân bổ của chúng, đặt các phần nhạy cảm với địa chỉ của mã quy trình thành địa chỉ vật lý của vùng được phân bổ, cũng như bảo vệ các vùng bộ nhớ của từng quy trình. Chiến lược quản lý bộ nhớ bao gồm chiến lược lấy mẫu, sắp xếp và thay thế một khối chương trình hoặc dữ liệu trong bộ nhớ chính. Theo đó, các thuật toán khác nhau được sử dụng để xác định thời điểm tải khối tiếp theo vào bộ nhớ (theo yêu cầu hoặc chủ động), vị trí bộ nhớ để đặt khối đó và chương trình hoặc khối dữ liệu nào cần xóa khỏi bộ nhớ chính để nhường chỗ cho các khối mới.

Một trong những cách phổ biến nhất để quản lý bộ nhớ trong các hệ điều hành hiện đại là bộ nhớ ảo. Thực hiện cơ chế bộ nhớ ảo cho phép người lập trình coi rằng anh ta có một sự đồng nhất ĐẬP, phạm vi của nó chỉ bị giới hạn bởi khả năng đánh địa chỉ do hệ thống lập trình cung cấp.

Một chức năng quan trọng của quản lý bộ nhớ là bảo vệ bộ nhớ. Vi phạm bảo vệ bộ nhớ có liên quan đến các quá trình truy cập vào vùng bộ nhớ được phân bổ cho các tiến trình khác của chương trình ứng dụng hoặc chương trình của chính hệ điều hành. Các biện pháp bảo vệ bộ nhớ phải ngăn chặn những nỗ lực truy cập đó bằng cách tai nạn chương trình vi phạm.

Quản lý tập tin. Các chức năng quản lý tệp tập trung trong hệ thống tệp OS. hệ điều hànhảo hóa một tập hợp dữ liệu riêng biệt được lưu trữ trên ổ đĩa ngoài dưới dạng tệp - một chuỗi byte đơn giản không có cấu trúc với một tên tượng trưng. Để dễ dàng làm việc với dữ liệu, các tệp được nhóm thành các thư mục, sau đó tạo thành các nhóm - thư mục ở cấp độ cao hơn. Hệ thống tập tin chuyển đổi tên tượng trưng của các tệp mà người dùng hoặc lập trình viên làm việc thành địa chỉ vật lý của dữ liệu trên đĩa, sắp xếp chia sẻ vào tập tin, bảo vệ chúng khỏi sự truy cập trái phép.

Quản lý các thiết bị bên ngoài. Các chức năng điều khiển thiết bị bên ngoài được gán cho hệ thống con điều khiển thiết bị bên ngoài, còn được gọi là hệ thống con đầu vào/đầu ra. Nó là giao diện giữa lõi máy tính và tất cả các thiết bị được kết nối với nó. Phạm vi của các thiết bị này rất rộng (máy in, máy quét, màn hình, modem, bộ điều khiển, bộ điều hợp mạng, ADC các loại, v.v.), hàng trăm kiểu thiết bị này khác nhau về bộ và trình tự lệnh được sử dụng để trao đổi thông tin với bộ xử lý và các bộ phận khác.

Chương trình điều khiển mô hình cụ thể thiết bị bên ngoài và tính đến tất cả các tính năng của nó được gọi là trình điều khiển. khả dụng số lượng lớn trình điều khiển phù hợp quyết định phần lớn sự thành công của HĐH trên thị trường. Trình điều khiển được tạo bởi cả nhà phát triển hệ điều hành và các công ty sản xuất thiết bị bên ngoài. HĐH phải hỗ trợ giao diện được xác định rõ ràng giữa trình điều khiển và phần còn lại của HĐH. Sau đó, các nhà phát triển của các công ty sản xuất thiết bị I/O có thể cung cấp trình điều khiển cho một hệ điều hành cụ thể cùng với thiết bị của họ.

Bảo vệ và quản trị dữ liệu. Tính bảo mật của dữ liệu hệ thống máy tính được đảm bảo bằng các biện pháp khoan dung lỗi của hệ điều hành nhằm bảo vệ chống lại các lỗi phần cứng và lỗi phần mềm, cũng như bằng các biện pháp bảo vệ chống truy cập trái phép. Đối với mỗi người dùng hệ thống, cần phải có quy trình đăng nhập hợp lý, trong đó HĐH đảm bảo rằng người dùng được dịch vụ quản trị ủy quyền đang truy cập vào hệ thống. Quản trị viên hệ thống máy tính xác định và giới hạn khả năng người dùng thực hiện một số hành động nhất định, tức là. xác định quyền truy cập và sử dụng tài nguyên hệ thống của họ.

Một phương tiện bảo vệ quan trọng là chức năng kiểm tra hệ điều hành, bao gồm việc ghi lại tất cả các sự kiện mà tính bảo mật của hệ thống phụ thuộc vào đó. Hỗ trợ khả năng chịu lỗi của hệ thống máy tính được thực hiện trên cơ sở dự phòng ( mảng RAID đĩa, máy in dự phòng và các thiết bị khác, đôi khi là sự dư thừa của bộ xử lý trung tâm, trong hệ điều hành đời đầu - hệ thống kép và song công, hệ thống có thẩm quyền đa số, v.v.). Nhìn chung, việc cung cấp khả năng chịu lỗi hệ thống- một trong những trách nhiệm quan trọng nhất của quản trị viên hệ thống, người sử dụng một số công cụ và công cụ đặc biệt cho việc này [