Понятие операционной системы
Существуют две группы определений операционной системы: «набор программ, управляющих оборудованием» и «набор программ, управляющих другими программами». Обе они имеют свой точный технический смысл, который связан с вопросом, в каких случаях требуется операционная система.
Есть приложения вычислительной техники, для которых операционные системы излишни. Например, встроенные микрокомпьютеры, содержащиеся во многих бытовых приборах, автомобилях (иногда по десятку в каждом), простейших сотовых телефонах, постоянно исполняют лишь одну программу, запускающуюся по включении. Многие простые игровые приставки — также представляющие собой специализированные микрокомпьютеры — могут обходиться без операционной системы, запуская при включении программу, записанную на вставленном в устройство «картридже» или компакт-диске.
основные классы операционных систем:
— однопользовательские однозадачные, которые могут выполняться только на одном компьютере, обслуживать только одного пользователя и работать только с одной (в данный момент) задачей. В настоящее время практически не используются;
— однопользовательские многозадачные, или настольные. которые обеспечивают одному пользователю одновременную работу с несколькими задачами.
— многопользовательские многозадачные или серверные. Позволяющие на одном компьютере запускать несколько задач нескольким пользователям. Эти ОС наиболее сложны и требуют значительных машинных ресурсов.
41Систе́мное програ́ммное обеспе́чение — это комплекс программ, которые обеспечивают эффективное управление компонентами компьютерной системы, такими как процессор, оперативная память, устройства ввода-вывода, сетевое оборудование, выступая как «межслойный интерфейс», с одной стороны которого аппаратура, а с другой - приложения пользователя. В отличие от прикладного программного обеспечения, системное не решает конкретные прикладные задачи, а лишь обеспечивает работу других программ, управляет аппаратными ресурсами вычислительной системы и т.д. Основные функции (простейшие ОС):
Загрузка приложений в оперативную память и их выполнение.
Стандартизованный доступ к периферийным устройствам (устройства ввода-вывода).
Управление оперативной памятью (распределение между процессами, виртуальная память).
Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жёсткий диск, компакт-диск и т. д.), организованным в той или иной файловой системе.
Пользовательский интерфейс.
Сетевые операции, поддержка стека протоколов.
Дополнительные функции:
Параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность).
Взаимодействие между процессами: обмен данными, взаимная синхронизация.
Защита самой системы, а также пользовательских данных и программ от действий пользователей (злонамеренных или по незнанию) или приложений.
Разграничение прав доступа и многопользовательский режим работы (аутентификация, авторизация).
Понятие операционной системы
Существуют две группы определений ОС: «совокупность программ, управляющих оборудованием» и «совокупность программ, управляющих другими программами». Обе они имеют свой точный технический смысл, который, однако, становится ясен только при более детальном рассмотрении вопроса о том, зачем вообще нужны операционные системы.
Есть приложения вычислительной техники, для которых ОС излишни. Например, встроенные микрокомпьютеры содержатся сегодня во многих бытовых приборах, автомобилях (иногда по десятку в каждом), сотовых телефонах и т. п. Зачастую такой компьютер постоянно исполняет лишь одну программу, запускающуюся по включении. И простые игровые приставки — также представляющие собой специализированные микрокомпьютеры — могут обходиться без ОС, запуская при включении программу, записанную на вставленном в устройство «картридже» или компакт-диске. Тем не менее, некоторые микрокомпьютеры и игровые приставки всё же работают под управлением особых собственных ОС. В большинстве случаев, это UNIX-подобные системы (последнее особенно верно в отношении программируемого коммутационного оборудования: файрволов, маршрутизаторов).
Программное обеспечение, можно условно разделить на три категории:
системное ПО (программы общего пользования), выполняющие различные вспомогательные функции, например создание копий используемой информации, выдачу справочной информации о компьютере, проверку работоспособности устройств компьютера и т.д.
прикладное ПО, обеспечивающее выполнение необходимых работ на ПК: редактирование текстовых документов, создание рисунков или картинок, обработка информационных массивов и т.д.
инструментальное ПО (системы программирования), обеспечивающее разработку новых программ для компьютера на языке программирования.
39Компьютер – это устройство или средство, предназначенное для обработки информации. Компьютер может обрабатывать только информацию, представленную в числовой форме. Информацию в иной форме представления для ввода в компьютер необходимо преобразовать в числовую форму. Современным компьютерам предшествовали ЭВМ нескольких поколений. В развитии ЭВМ выделяют пять поколений. В основу классификации заложена элементная база, на которой строятся ЭВМ. 1. В 1943 году была создана вычислительных машин ЭВМ первого поколения на базе электронных ламп. 2. Второе поколение (50 – 60 г.г.) компьютеров построено на базе полупроводниковых элементов (транзисторах). 3. Основная элементная база компьютеров третьего поколения (60 – 70 г.г.) - интегральные схемы малой и средней интеграции. 4. В компьютерах четвертого поколения (70 – по н/в) применены больших интегральных схемах БИС (микропроцессоры). Применение микропроцессоров в ЭВМ позволило создать персональный компьютер (ПК), отличительной особенностью которого является небольшие размеры и низкая стоимость. 5. В настоящее время ведутся работы по созданию ЭВМ пятого поколения, которые разрабатываются на сверхбольших интегральных схемах.
38Интерне́т (англ. Internet, МФА: [ˈɪn.tə.net][1]) — всемирная система объединённых компьютерных сетей, построенная на базе протокола IP и маршрутизации IP-пакетов. Интернет образует глобальное информационное пространство, служит физической основой для Всемирной паутины (World Wide Web, WWW) и множества других систем (протоколов) передачи данных. Часто упоминается как Всемирная сеть и Глобальная сеть, в обиходе иногда употребляют сокращённые наименования ине́т, нет.
В настоящее время под словом «Интернет» чаще всего имеется в виду Всемирная паутина и доступная в ней информация, а не физическая сеть.
В России День Интернета празднуется 30 сентября.[2]
К середине 2008 года число пользователей, регулярно использующих Интернет, составило около 1,5 млрд человек (около четверти населения Земли).[3] Вместе с подключёнными к нему компьютерами, Интернет служит основой для развития информационного общества.
37К аппаратному обеспечению сетей - сетевому оборудованию – относятся: кабели и провода каналов связи, сетевые адаптеры, концентраторы и коммутаторы, модемы, разъёмы и другие устройства.
Комплекс из линии связи и устройств, передающих и принимающих информацию, называется каналом связи.
Для организации каналов связи применяют различные способы:
Специализированное сетевое оборудование для организации сетей на основе медных кабелей, чаще всего так называемой «витой пары», 8-жильного кабеля. Такие сети являются высокоскоростными, но технология исходно предназначалась для локальных сетей, а потому вносит ограничения на количество узлов сети, связанное со строго регламентированным временем передачи. Скорости таких сетей могут быть 10, 100 или 1000 Мбит в секунду.
Сети на основе оптического кабеля. При использовании для передачи оптического кабеля резко возрастает возможная дальность передачи, уменьшается количество помех, снижается вероятность постороннего подключения к каналу. Но оптическое оборудование, кабель и его монтаж сложнее и дороже аналогичного для витой пары. Оптический кабель используют различные сетевые технологии, предусматривается его использование и в локальных сетях — для объединения далеко отстоящих сегментов. Оптический кабель используется и в технологиях региональных и глобальных сетей. В этом случае скорости передачи могут достигать десятков гигабайтов, а соединение организуется в основном по принципу «точка-точка».
Сети на базе существующих сетей телефонной связи. Это один из наиболее популярных способов подключения отдельных машин к Интернету, поскольку не требует прокладки дополнительных каналов связи. Применяются чаще других два варианта. Первый — использование модемов для коммутируемых линий, соединяющих два узла преобразованием цифрового сигнала в аналоговый, голосового диапазона. Требует только наличия модемов у абонентов, но не обеспечивает надежного и скоростного соединения, скорость не превышает 56 Кбит/с, а на специально соединенных линиях — до 512 Кбит/с. Второй — использование незанятой полосы частот (т. е. кроме голосового диапазона) на отрезке между точкой подключения и телефонной станцией. Такой способ позволяет организовывать высокоскоростные соединения, не лишая возможности одновременно с передачей данных использовать и телефон. Самая популярная технология такого рода — ADSL (асимметричная цифровая абонентская линия) позволяет добиться скоростей до 20 Мбит/с по направлению от телефонной станции к абоненту.
Беспроводные сети. соединение компьютеров, получающее всё большее распространение, особенно там, где прокладка кабелей отсутствует, затруднена или нецелесообразна. Например, в исторических зданиях, в офисах с краткосрочной арендой и др. Такие сети могут использовать в качестве среды передачи информации радиоволны и обеспечиваются сетевыми радиоадаптерами с антеннами на дальность 50-200 м (тип «все-со-всеми»). Для удалённых расстояний могут использоваться спутниковые линии связи, а с недавнего времени – и мобильные телефонные станции.
К основным характеристикам любого канала связи относят:
Пропускную способность. Это количество информации, которое можно передать через этот канал за единицу времени. Единицей измерения, таким образом, оказывается количество битов в секунду. Пропускная способность каналов цифровой связи, например, составляет от десятков тысяч до сотен миллионов килобод. Развитие цифровых каналов приводит к революции в технике связи, открывает огромные возможности для абонентов компьютерных сетей, обещает интегрировать в единое целое все существующие сегодня средства связи.
Надежность канала. Под надежностью канала понимают вероятность возникновения ошибки при передаче данных. Если возникает необходимость, ее рассчитывают как отношение времени, когда канал не мог передавать данные, ко времени, когда он эти данные передавал.
Максимальную длину. В зависимости от используемой технологии передачи данных, канал связи может иметь некоторую максимальную длину. Например, в сети, построенной по стандартам FastEthernet, максимальная длина медного кабеля между узлом и устройством сети — 100 метров.
Стоимость. Например, оптоволокно, обладая максимальной надёжностью, имеет и максимальную стоимость.
Резерв развития. Так у канала на основе коаксиального кабеля фактически нет дальнейшего развития, а при использования телефонного кабеля или оптоволокна возможности развития сети практически неограничены.
36Искусственные и реальные сети
По способу организации сети подразделяются на реальные и искусственные. Искусственные сети (псевдосети) позволяют связывать компьютеры вместе через витую пару, а ранее использовались последовательные или параллельные порты, и не нуждаются в дополнительных устройствах. Искусственные сети используются когда необходимо перекачать информацию с одного компьютера на другой.
Реальные сети позволяют связывать компьютеры с помощью специальных устройств коммутации и физической среды передачи данных.
Все многообразие компьютерных сетей можно классифицировать по группе признаков: 1) Территориальная распространенность; 2) Ведомственная принадлежность; 3) Скорость передачи информации; 4) Тип среды передачи; 5) Топология; 6) Организация взаимодействия компьютеров.
По территориальной распространенности сети могут быть локальными, глобальными, и региональными.
Локальные - это сети, расположенные в пределах одного здания. Региональные - расположенные на территории города или области. Глобальные на территории государства или группы государств, например, всемирная сеть Internet.
Термин "корпоративная сеть" также используется в литературе для обозначения объединения нескольких сетей, каждая из которых может быть построена на различных технических, программных и информационных принципах.
Локальные сети являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному кругу пользователей, для которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью. Глобальные сети являются открытыми и ориентированы на обслуживание любых пользователей.
Ведомственная принадлежность
По принадлежности различают ведомственные и государственные сети. Ведомственные принадлежат одной организации и располагаются на ее территории. Государственные сети - сети, используемые в государственных структурах.
По скорости передачи
По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на низко-, средне- и высокоскоростные.
низкоскоростные (до 10 Мбит/с),
среднескоростные (до 100 Мбит/с),
высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с);
По типу среды передачи
По типу среды передачи сети разделяются на:
проводные –коаксиальные, на витой паре, оптоволоконные;
беспроводные - с передачей информации по радиоканалам, в инфракрасном диапазоне.
Топологии компьютерных сетей
Узел сети представляет собой компьютер, либо коммутирующее устройство сети. Ветвь сети - это путь, соединяющий два смежных узла.
Узлы сети бывают трёх типов:
оконечный узел - расположен в конце только одной ветви;
промежуточный узел - расположен на концах более чем одной ветви;
смежный узел - такие узлы соединены по крайней мере одним путём, не содержащим никаких других узлов.
Способ соединения компьютеров в сеть называется её топологией.
Одноранговые и иерархические сети
С точки зрения организации взаимодействия компьютеров, сети делят на одноранговые и с выделенным сервером.
Одноранговые сети
Все компьютеры одноранговой сети равноправны. Любой пользователь сети может получить доступ к данным, хранящимся на любом компьютере.
Достоинства одноранговых сетей:
1. Наиболее просты в установке и эксплуатации.
2. Распространённые операционные системы обладают всеми необходимыми функциями, позволяющими строить одноранговую сеть.
Недостатки:
В условиях одноранговых сетей затруднено решение вопросов защиты информации. Поэтому такой способ организации сети используется для сетей с небольшим количеством компьютеров и там, где вопрос защиты данных не является принципиальным.
Иерархические сети
В иерархической сети при установке сети заранее выделяются один или несколько компьютеров, управляющих обменом данных по сети и распределением ресурсов. Такой компьютер называют сервером.
Любой компьютер, имеющий доступ к услугам сервера называют клиентом сети или рабочей станцией.
Сервер в иерархических сетях - это постоянное хранилище разделяемых ресурсов. Сам сервер может быть клиентом только сервера более высокого уровня иерархии. Поэтому иерархические сети иногда называются сетями с выделенным сервером.
Серверы обычно представляют собой высокопроизводительные компьютеры, возможно, с несколькими параллельно работающими процессорами, с винчестерами большой емкости, с высокоскоростной сетевой картой (100 Мбит/с и более).
Иерархическая модель сети является наиболее предпочтительной, так как позволяет создать наиболее устойчивую структуру сети и более рационально распределить ресурсы.
35Компьютерная сеть (вычислительная сеть, сеть передачи данных) — система связи компьютеров и/или компьютерного оборудования (серверы, маршрутизаторы и другое оборудование). Для передачи информации могут быть использованы различные физические явления, как правило — различные виды электрических сигналов, световых сигналов или электромагнитного излучения. По территориальной распространенности
PAN (Personal Area Network) — персональная сеть, предназначенная для взаимодействия различных устройств, принадлежащих одному владельцу.
LAN (Local Area Network) — локальные сети, имеющие замкнутую инфраструктуру до выхода на поставщиков услуг. Термин «LAN» может описывать и маленькую офисную сеть, и сеть уровня большого завода, занимающего несколько сотен гектаров. Зарубежные источники дают даже близкую оценку — около шести миль (10 км) в радиусе. Локальные сети являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному кругу пользователей, для которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью.
CAN (Campus Area Network — кампусная сеть) — объединяет локальные сети близко расположенных зданий.
MAN (Metropolitan Area Network) — городские сети между учреждениями в пределах одного или нескольких городов, связывающие много локальных вычислительных сетей.
WAN (Wide Area Network) — глобальная сеть, покрывающая большие географические регионы, включающие в себя как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Пример WAN — сети с коммутацией пакетов (Frame relay), через которую могут «разговаривать» между собой различные компьютерные сети. Глобальные сети являются открытыми и ориентированы на обслуживание любых пользователей.
Термин «корпоративная сеть» также используется в литературе для обозначения объединения нескольких сетей, каждая из которых может быть построена на различных технических, программных и информационных принципах.
По типу функционального взаимодействия
Клиент-сервер
Смешанная сеть
Одноранговая сеть
Многоранговые сети
По типу сетевой топологии
Шина
Кольцо
Двойное кольцо
Звезда
Ячеистая
Решётка
Дерево
Fat Tree
По типу среды передачи
Проводные (телефонный провод, коаксиальный кабель, витая пара, волоконно-оптический кабель)
Беспроводные (передачей информации по радиоволнам в определенном частотном диапазоне)
По функциональному назначению
Сети хранения данных
Серверные фермы
Сети управления процессом
Сети SOHO, домовые сети
По скорости передач
низкоскоростные (до 10 Мбит/с),
среднескоростные (до 100 Мбит/с),
высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с);
По сетевым операционным системам
На основе Windows
На основе UNIX
На основе NetWare
На основе Cisco
По необходимости поддержания постоянного соединения
Пакетная сеть, например Фидонет и UUCP
Онлайновая сеть, например Интернет и GSM
33Компью́терная па́мять (устройство хранения информации, запоминающее устройство) — часть вычислительной машины, физическое устройство или среда для хранения данных, используемых в вычислениях, в течение определённого времени. Память, как и центральный процессор, является неизменной частью компьютера с 1940-х. Память в вычислительных устройствах имеет иерархическую структуру и обычно предполагает использование нескольких запоминающих устройств, имеющих различные характеристики.
В персональных компьютерах «памятью» часто называют один из её видов — динамическая память с произвольным доступом (DRAM), — которая в настоящее время используется в качестве ОЗУ персонального компьютера.
Задачей компьютерной памяти является хранение в своих ячейках состояния внешнего воздействия, запись информации. Эти ячейки могут фиксировать самые разнообразные физические воздействия (см. ниже). Они функционально аналогичны обычному электромеханическому переключателю и информация в них записывается в виде двух чётко различимых состояний — 0 и 1 («выключено»/«включено»). Специальные механизмы обеспечивают доступ (считывание, произвольное или последовательное) к состоянию этих ячеек.
Процесс доступа к памяти разбит на разделённые во времени процессы — операцию записи (сленг. прошивка, в случае записи ПЗУ) и операцию чтения, во многих случаях эти операции происходят под управлением отдельного специализированного устройства — контроллера памяти.
Также различают операцию стирания памяти — занесение (запись) в ячейки памяти одинаковых значений, обычно 0016 или FF16.
Наиболее известные запоминающие устройства, используемые в персональных компьютерах: модули оперативной памяти (ОЗУ), жёсткие диски (винчестеры), дискеты (гибкие магнитные диски), CD- или DVD-диски, а также устройства флеш-памяти.
Оперативная память. Из нее процессор берет программы и исходные данные для обработки, в нее он записывает полученные результаты. Название «оперативная» эта память получила потому, что она работает очень быстро, так что процессору практически не приходится ждать при чтении данных из памяти или записи в память. Однако содержащиеся в ней данные сохраняются только пока компьютер включен.
Кэш-память. Для ускорения доступа к оперативной памяти на быстродействующих компьютерах используется специальная кэш-память, которая располагается как бы «между микропроцессором и оперативной памятью и хранит копии наиболее часто используемых участков оперативной памяти.
При обращении микропроцессора к памяти сначала производится поиск нужных данных в кэш-памяти. Поскольку время доступа к кэш-памяти в несколько раз меньше, чем к обычной памяти, а в большинстве случаев необходимые микропроцессору данные уже содержатся в кэш-памяти, среднее время доступа к памяти уменьшается.
ВIOS (постоянная память). В компьютере имеется также и постоянная память, в которую данные занесены при изготовлении. Как правило, эти данные не могут быть изменены, выполняемые на компьютере программы могут только их считывать.
В компьютере в постоянной памяти хранятся программы для проверки оборудования компьютера, инициирования загрузки ОС и выполнения базовых функций по обслуживанию устройств компьютера. Поскольку большая часть этих программ связана с обслуживанием ввода-вывода, часто содержимое постоянной памяти называется ВIOS. В ней содержится также программа настройки конфигурации компьютера (SЕТИР). Она позволяет установить некоторые характеристики устройств компьютера (типы видеоконтроллера, жестких дисков и дисководов для дискет.
CMOS (полупостоянная память). Кроме обычной оперативной памяти и постоянной памяти, в компьютере имеется также небольшой участок памяти для хранения параметров конфигурации компьютера. Его часто называют CMOS -памятью, поскольку эта память обычно выполняется по технологии, обладающей низким энергопотреблением. Содержимое CMOS -памяти не изменяется при выключении энергопитания компьютера, поскольку для ее электропитания используется специальный аккумулятор.
Видеопамять. Еще один вид памяти в компьютерах это видеопамять, то есть память, используемая для хранения изображения, выводимого на экран монитора. Эта память обычно входит в состав видеоконтроллера - электронной схемы, управляющей выводом изображения на экран.
Кроме оперативной памяти существует ещё и постоянная память (ПЗУ). Её главное отличие от ОЗУ - невозможность в процессе работы изменить состояние ячеек ПЗУ. В свою очередь и эта память делится на постоянную и репрограммируемую.
32Центральный процессор - это специальный чип (интегральная микросхема), который выполняет все основные вычислительные операции необходимые персональному компьютеру: складывает, вычитает, умножает, делит числа, хранящиеся в памяти компьютера, и делает это со скоростью в несколько сотен миллионов операций в секунду. Центральный процессор, который осуществляет в персональном компьютере обработку всей информации, работает под управлением программных средств, преобразуя входную информацию в выходную. Преобразования осуществляются системой команд, последовательность которых задается программой решения соответствующей задачи. Именно компьютерные программы сообщают процессору необходимую последовательность действий. Если опустить подробности, то принципы работы центрального процессора можно описать следующим образом. Процессору необходимо знать, какую математическую операцию надо проводить и с какими числами, а также, что делать с результатом. Все это содержится в микропроцессорных кодах. Например, операция сложения требует выполнения около семи инструкций (микрокоманд) процессора. Числа с которыми работает процессор, должны быть размещены в одном из трех мест: в регистрах процессора, в оперативной памяти компьютера (RAM), либо в самой микрокоманде. Если информация хранится в устройствах внешней памяти, она предварительно должна быть считана в оперативную память. Микрокоманды процессора заносят числа в его регистры, обрабатывают их, а затем записывают результат, например, в ту же оперативную память компьютера. Все процессоры только и могут выполнять вот такие пошаговые инструкции. Простое сложение двух чисел может содержать больше десятка шагов, включающих преобразование чисел из десятичной системы исчисления в двоичную (нули и единицы), понятную для процессора. Производительность центральных процессоров в компьютерах старых моделей (i80386, i80486) можно было наращивать за счет установки специального чипа - математического сопроцессора. Математический сопроцессор добавляли к основному процессору в тех случаях, когда на компьютере приходилось выполнять много математических вычислений (например, при научных или инженерных расчетах). Он помогает процессору выполнять математические операции над вещественными числами (операции с плавающей запятой). В современных компьютерах использование математического сопроцессора, как отдельного чипа, не требуется, поскольку он уже встроен в центральный процессор.
31На самом деле, ни один компьютер не сможет работать без материнской (системной) платы. Именно на ней располагаются все разъёмы и слоты для подключения различных устройств компьютера. Например, на ней есть разъёмы для видеокарт, для процессора, оперативной памяти и для многих других устройств, обеспечивающих работу компьютера. Естественно любому из этих устройств нужно напряжение, ведь без электрического тока они не смогут работать. Специально для этого к материнской плате подключается блок питания. Далее уже системная плата сама распределяет питание между всеми устройствами. К системной плате также подключаются устройства, которые располагаются отдельно от неё. Например, жесткий диск или CD-ROM, расположены в передней части компьютера и с материнской платой соединены специальными многоканальными шлейфами. Дорожки, которых на системной плате можно найти огромное количество, предназначены для передачи информации между всеми подключенными устройствами.
Если вы вставите в USB разъём Flash-накопитель, на котором записан фильм, и захотите, чтобы фильм оказался на вашем компьютере, то управляя мышкой, вы сможете осуществить передачу данных с вашего накопителя на встроенный жесткий диск компьютера. За моментом передачи данных можно следить на экране монитора. После того, как фильм будет успешно передан на жесткий диск, можно смело включать его через видеопроигрыватель и наслаждаться просмотром. Всю остальную работу будут делать видео и аудиоадаптер, которые будут выводить на экран видеофильм и соответственно воспроизводить звук фильма в акустической системе. В этих процессах также будет активно участвовать и системная плата.