ТЕМА 3.1. Операційна система комп’ютера

· призначення операційної системи

· основні функції та склад операційної системи

· завантаження операційної системи в пам’ять комп’ютера

Основні терміни теми: операційна система, ресурси комп’ютера, командний рядок, утиліти.

Операційна система – це найважливіша частина системного програмного забезпечення, яка організує процес виконання задач на ЕОМ, розподіляє для цього ресурси машини, керує роботою всіх її пристроїв і взаємодіє з користувачем. Іншими словами, це своєрідний адміністратор комп’ютера, що розподіляє його ресурси так, щоб користувач міг розв’язувати свої задачі максимально зручно. При цьому під ресурсами комп’ютера розуміють процесорний час, пам’ять всіх видів, пристрої введення-виведення, програми і дані.

Роль операційної системи можна наглядно представити собі за допомогою наступного рисунка. У його центрі зображений комп’ютер, тобто все те обладнання, яке стоїть на вашому столі і яке можна безпосередньо "відчути" руками (в інформатиці цю частину часто називають hardware). Зовнішньою оболонкою є різноманітне програмне забезпечення (software), що дозволяє численним користувачам розв’язувати свої прикладні задачі із всіх областей людської діяльності. ОС організує їх сумісну роботу і служить своєрідним програмним розширенням керуючого пристрою комп’ютера.

При цьому може виникнути питання: а чи не можна обійтися без використання ОС? Відповідь дамо враховуючи той факт, що неможливо закласти у центральний блок інформацію про всі пристрої, які можуть бути до нього підключені. Крім того, новий пристрій може бути винайдено вже після виготовлення комп’ютера! Звідси очевидно, що завантажувана (а як наслідок змінювана) програмна частина, що забезпечує роботу обчислювальної системи, потрібна.

З іншої сторони, наявність операційної системи досить суттєво полегшує розробку нового програмного забезпечення. Всі задачі, що найчастіше зустрічаються у роботі комп’ютера, сконцентровані в ОС. Тому програмістам вже не потрібно турбуватися про розміщення своєї програми в об’ємі пам’яті конкретного комп’ютера чи описувати окремі технічні деталі взаємодії із всеможливими зовнішніми пристроями різноманітних фірм-виробників – для цього досить звернутися до відповідної функції операційної системи. Приведемо простий приклад. Якщо б про це не турбувалась ОС, то кожна програма повинна була б самостійно перевіряти наявність дискети у дисководі при записування інформації чи факт підключення принтера перед друком. І таких ситуацій існує велика кількість.

Але наявність операційної системи зручна і для користувача. Оскільки на сучасних комп’ютерах діалог з ним ведеться саме засобами ОС, то інтерфейс (простіше кажучи, способи взаємодії з людиною) у всіх програмах приблизно однаковий. Так, засвоївши 2–3 програми в системі Windows, користувач може досить швидко навчитися працювати ще з однією, навіть повністю новою для нього.

Таким чином, ми бачимо, що операційна система розв’язує цілий комплекс важливих задач управління комп’ютером. Сформулюємо їх по можливості більш повно. Отже, ОС сучасного комп’ютера виконує наступні функції:

• Організація узгодженого виконання всіх процесів у комп’ютері; планування робіт, розподіл ресурсів.

• Організація обміну із зовнішніми пристроями; зберігання інформації та забезпечення доступу до неї, надання довідок.

• Запуск та контроль виконання задач користувача.

• Реакція на помилки та аварійні ситуації; контроль за нормальним функціонуванням обладнання.

• Забезпечення можливості доступу до стандартних системних засобів (програм, драйверів, інформації про конфігурації тощо).

• Збереження конфіденційності інформації у системах, де працює багато користувачів.

Перші операційні системи (CP/M, MS-DOS, Unix) вели діалог з користувачем на екрані текстового дисплею. Це був у повному змісті слова діалог, у ході якого людина та комп’ютер по черзі обмінювались повідомленнями: людина вводила чергову команду, а комп’ютер, перевіривши її, або виконував, або відхиляв як помилкову. Такі системи в літературі прийнято називати ОС з інтерфейсом командного рядка. Типовий приклад можливого фрагменту сеансу роботи наведений на наступному рисунку.

 

Користувач послідовно набрав дві команди виведення інформації про каталог дисків, причому першу комп’ютер виконав нормально, і на екрані з’явився потрібний список файлів, а другу "відмовився" виконувати, оскільки оператор помилково вказав ім’я неіснуючого диску. Очевидно, що подібний спосіб спілкування не дуже зручний для людини, оскільки вимагає пам’ятати жорсткий синтаксис всіх допустимих команд і дуже уважно їх вводити. Тому майже відразу стали з’являтися сервісні системні програми, що тим чи іншим чином полегшували роботу з ОС. Найбільш яскравим прикладом таких програм-оболонок може служити широко відомий Norton Commander, який був настільки розповсюджений, що багато користувачів вважали його частиною операційної системи.

Розвиток графічних можливостей дисплеїв привів до докорінної зміни принципів взаємодії людини та комп’ютера. Командний рядок був витіснений графічним інтерфейсом, у якому об’єкти маніпуляцій в ОС зображаються у вигляді невеликих рисунків, а необхідні дії тим чи іншим чином вибираються із пропонованого машиною списку – так званого меню. При подібному способі діалогу набір тексту повністю відсутній і зовсім достатньо всього декількох клавіш. Суттєвим доповненням до графічного способу введення є поява нового пристою введення інформації у комп’ютер – маніпулятора типу "миша", без якого зараз просто неможливо представити сучасний комп’ютер. Прикладами операційної системи з графічним інтерфейсом служать доволі схожі ОС для комп’ютерів "Macintosh" (не має окремої назви і позначається просто System з номером версії) та "IBM PC" – OS/2, Linux та Windows. Остання система у нашій країні розповсюджена надзвичайно широко.

Перейдемо тепер до описання складу операційних систем. Він, звичайно, може бути доволі різним для різних систем. Так, для "класичних" ОС з командним рядком доволі чітко виділяються три основні частини:

• машинно-залежна частина для роботи з конкретними видами обладнання;

• базова частина (ядро), що не залежить від конкретних деталей пристроїв: вона працює з абстрактними логічними пристроями і при необхідності викликає функції із попередньої частини; відповідає за найбільш загальні принципи будови ОС;

• програма ведення діалогу з користувачем (її часто називають командним процесором).

Значна частина операційної системи знаходиться у пам'яті постійно, що забезпечує її ефективну роботу. Програми для деяких рідко використовуваних операцій типу форматування дискет частіше всього оформляються у вигляді самостійних службових програм і зберігаються на зовнішніх носіях. Такі програми називають утилітами. Крім того, в ОС, як правило, включають невеликий стандартний набір самого необхідного програмного забезпечення, наприклад, найпростіший текстовий редактор.

Склад операційних систем з графічним інтерфейсом типу Windows значно ширший, але в цілому має подібну будову.

У момент включення комп’ютера в ОЗП немає змістовної інформації. Тому особливий інтерес представляє питання про те, як операційна система завантажується. Цей процес спрощено виглядає так. При включенні комп'ютера (або при натисканні кнопки перезавантаження) лічильник процесора апаратно встановлюється на початковий адрес ПЗП, і починає виконання  програми початкового завантаження. Перш за все шукається та тестується встановлене обладнання. Сучасні комп’ютери в основному використовують зовнішні пристрої "plug and play" (перекладається – "включив і працюй"), тому вони здатні повідомити процесору свої основні характеристики та умови роботи. Опитування зовнішніх пристроїв та перевірка їх працездатності займають досить тривалий час, не дивлячись на високу швидкодію комп’ютера. У випадку, якщо все обладнання функціонує нормально, відбувається перехід до наступного кроку – пошуку початкового завантажувача операційної системи. Він може знаходитися на жорсткому диску, на дискеті, на CD-ROM і навіть може бути отриманий за допомогою мереживної плати. Тому комп’ютер опитує перелічені пристрої по черзі, у певному порядку, до тих пір, поки не знайде потрібну інформацію. Після зчитування і запуску завантажувальної програми наступні дії машини вже визначаються тим, що введено ззовні. Оскільки завантажувальна програма досить мала, то вона вміє дуже мало – знайти і прочитати перший файл ОС з фіксованим іменем і передати йому управління. І тільки після цього буде завантажена в ОЗП операційна система і машина зможе, накінець, нормально спілкуватися з користувачем.