Операционные системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Информатика»

Введение

С одной стороны, информационные технологии все усложняются, и для их применения, а также дальнейшего развития, требуется иметь очень глубокие познания. С другой стороны, упрощаются интерфейсы взаимодействия пользователей с компьютерами. Важно и актуально проследить, как компьютеры и информационные системы становились все более дружественными и понятными даже для человека, не являющегося специалистом в области информатики и вычислительной техники. И это стало возможным прежде всего потому, что пользователи и их программы взаимодействуют с вычислительной техникой посредством специального (системного) программного обеспечения -- через ОС.

Для раскрытия темы я рассмотрела:

1) Назначение и функции ОС, а также процессы ОС.

2) Виды и направление развития ОС.

3) Эволюцию ОС.

4) Выделила основные понятия.

Для выполнения курсовой работы использована программа Microsoft Office Excel 2003 из пакета офисных программ Microsoft Office.

Компьютер с процессором Intel Pentium IV 3ГГц, RAM 512 МБ, HDD 200 ГБ. ОС Windows XP.

Необходимость изучения современных операционных систем (ОС) обусловлена важностью их выбора и применения в компьютерных системах любого назначения. В настоящее время можно выделить несколько направлений в развитии ОС, среди которых: настольные ОС (ОС общего назначения), сетевые ОС, встраиваемые ОС и т.д. Изучение ОС каждого типа предполагает получение соответствующих навыков по ключевым аспектам их использования, включая установку, настройку и модернизацию в течение всего жизненного цикла

Один из наиболее показательных и интересных с практической точки зрения примеров современного состояния развития информационных технологий - развитие ОС. Огромное влияние на развитие операционных систем оказали успехи в совершенствовании элементной базы и вычислительной аппаратуры, поэтому многие этапы развития ОС тесно связаны с появлением новых типов аппаратных платформ, таких как мини-компьютеры или персональные компьютеры (ПК). Остановимся и рассмотрим ОС для настольных ПК, т.е. Микро ЭВМ.

Назначение и функции операционных систем (ОС). Процессы ОС

Современная компьютерная система представляет собой один или несколько процессоров, оперативной памяти, дисков, клавиатуры, монитора, принтеров, сетевого интерфейса и других устройств, то есть является сложной комплексной системой.

Функции ОС:

1) Управление задачами (заданиями, процессами);

2) Управление данными;

3) Связь с человеком - оператором.

Программирование операций ввода-вывода относится к одной из самых трудоемких областей создания программного обеспечения. Необходимо создать подпрограмму в машинном виде, уже готовую к выполнению на компьютере, а не написанную с помощью некоторой системы программирования. При наличии такой подпрограммы программист может обращаться к ней столько раз, сколько операций ввода-вывода с этим устройством ему требуется. Для этого программисту недостаточно хорошо знать архитектуру вычислительного комплекса и уметь создавать программы на языке ассемблера. Он должен отлично знать и интерфейс, с помощью которого устройство подключено к центральной части компьютера, и алгоритм функционирования устройства управления вводом-выводом.

Управление ресурсами включает в себя их мультиплексирование (распределение) двумя способами: во времени и в пространстве. Когда ресурс распределяется во времени, различные пользователи и программы используют его по очереди (распределение заданий, посылаемых для печати на принтер). При пространственном мультиплексировании вместо поочередной работы каждый клиент получает часть ресурса. Обычно оперативная память разделяется между несколькими работающими программами, так что все они одновременно могут постоянно находиться в памяти (например, используя центральный процессор по очереди). Другой ресурс, распределяемый пространственно, -- это диск (жесткий). Во многих системах один диск в одно и то же время может содержать файлы нескольких пользователей. Распределение дискового пространства и отслеживание того, кто какие блоки диска использует, является типичной задачей управления ресурсами.

Процессы ОС

Когда говорят о процессах, хотят отметить, что ОС поддерживает их обособленность: у каждого процесса свое виртуальное адресное пространство, каждому ресурсу назначаются свои ресурсы-файлы, окна.

Если процесс был приостановлен потому что израсходовал отведенную для него часть рабочего времени центрального процессора в прошедшую секунду, то информацию о процессе нужно где-либо сохранить на время его приостановки. Позже он будет запущен заново из того же состояния, в каком его остановили. Во многих ОС вся информация о каждом процессе, дополнительная к содержимому его собственного адресного пространства, хранится в таблице ОС. Эта таблица называется таблицей процессов и представляет собой массив (или связанный список) структур, по одной на каждый существующий в данный момент процесс. Таким образом, приостановленный процесс состоит из собственного адресного пространства, обычно называемого образом памяти (core image, core в переводе означает «сердечник», в честь использовавшейся давным-давно памяти на магнитных сердечниках), и компонентов таблицы процесса, содержащей, помимо других величин, его регистры.

Процесс или интерпретатор команд или оболочка (shell), читает команды с терминала. Пользователь только что напечатал команду, содержащую запрос на компиляцию программы. Оболочка создаёт новый процесс, который запустит компилятор. Когда процесс закончит компиляцию, он выполнит системный вызов, завершающий его собственную работу. Если процесс может создавать несколько других процессов (называющихся дочерними процессами), а эти процессы, в свою очередь, тоже могут создать дочерние процессы, перед нами предстает дерево процессов.

Связанные процессы -- это те, которые объединены для выполнения некоторой задачи, и им нужно часто передавать данные от одного к другому и синхронизировать свою деятельность. Такая связь называется межпроцессным взаимодействием. Подобные ситуации встречаются часто (при работе с графическими редакторами при обработке больших изображений с высокой степенью детализации). Если же программные модули, исполняющие эти длительные операции, оформлять в виде самостоятельных «подпроцессов» (легковесных процессов, потоков выполнения, или задач), которые могут выполняться параллельно с другими подпроцессами, то у пользователя появляется возможность параллельно выполнять несколько операций в рамках одного приложения (процесса). Легковесные эти процессы потому, что ОС не должна для них организовывать полноценную виртуальную машину, то есть эти задачи не имеют своих собственных ресурсов, а развиваются в том же виртуальном адресном пространстве, могут пользоваться теми же файлами, виртуальными устройствами и ресурсами, выделенными ОС данному процессу. Единственное, что они имеют свое -- это процессорный ресурс.

Основные понятия, используемые при изучении ОС

Системные программы - программы, которые используются всеми остальными программами.

Мейнфремйм (от англ. mainframe) -- большая универсальная ЭВМ -- высокопроизводительный компьютер со значительным объёмом оперативной и внешней памяти, предназначенный для организации централизованных хранилищ данных большой ёмкости и выполнения интенсивных вычислительных работ.

Сервер (от англ. server, обслуживающий) (аппаратное обеспечение) -- компьютер (или специальное компьютерное оборудование), выделенный и/или специализированный для выполнения определенных сервисных функций.

Адресное пространство -- список адресов в памяти от некоторого минимума (обычно нуля) до некоторого максимума, которые процесс может прочесть и в которые он может писать.

Регистр процессора -- сверхбыстрая память внутри процессора, предназначенная для хранения адресов и промежуточных результатов вычислений (регистр общего назначения/регистр данных) или данных, необходимых для работы самого процессора.

Развитие - необратимое, направленное, закономерное изменение материи и сознания, их универсальное свойство; в результате развития возникает новое качественное состояние объекта - его состава или структуры.

Эволюция операционных систем

Развитие компьютеров по поколениям:

I поколение (1945-55): электронные лампы и коммутационные панели;

II поколение (1955-65): транзисторы и системы пакетной обработки;

III поколение (1965-1980): интегральные схемы и многозадачность;

IV поколение (с 1980 года по наши дни): персональные компьютеры,

привело к появлению огромного количества различных ОС, далеко не все из которых широко известны. Кратко рассмотрим семь из них.

1. Операционные системы мэйнфреймов:

На самом верхнем уровне находятся ОС для мэйнфреймов. Эти компьютеры размером с комнату все еще можно встретить в центрах данных больших корпораций. Мэйнфреймы отличаются от персональных компьютеров по своим возможностям ввода-вывода, часто у них сотни дисков и терабайты данных. Мэйнфреймы как бы возвращаются в виде мощных web-серверов, серверов для крупномасштабных электронно-коммерческих сайтов и серверов для транзакций в бизнесе. ОС для мэйнфреймов в основном ориентированы на обработку множества одновременных заданий, большинству из которых требуется огромное количество операций ввода-вывода. Обычно они предлагают три вида обслуживания: пакетную обработку, обработку транзакций (групповые операции) и разделение времени. Пакетная обработка представляет собой систему, выполняющую стандартные задания без присутствия пользователей, работающих в интерактивном режиме. Обработка исков в страховых компаниях или составление отчетов о продажах для цепи магазинов -- это типичные задания, обрабатываемые в пакетном режиме. Системы обработки транзакций управляют очень большим количеством маленьких запросов, например контролируют процесс работы в банке или бронирование авиабилетов. Каждый отдельный запрос невелик, но система должна отвечать на сотни или тысячи запросов в секунду. Системы, работающие в режиме разделения времени, позволяют множеству удаленных пользователей одновременно выполнять свои задания на одной машине. Хорошим примером является работа с большой базой данных. Все эти функции тесно связаны между собой, и зачастую ОС мэйнфрейма выполняет их все. Примером ОС для мэйнфрейма является OS/390, произошедшая от OS/360.

2. Серверные операционные системы:

Уровнем ниже находятся серверные ОС. Они работают на серверах, которые представляют собой или очень большие персональные компьютеры, или рабочие станции, или даже мэйнфреймы. Они одновременно обслуживают множество пользователей и позволяют им делить между собой программные и аппаратные ресурсы. Серверы предоставляют возможность работы с печатающими устройствами, файлами или Интернетом. Интернет-провайдеры обычно запускают в работу несколько серверов для того, чтобы поддерживать одновременный доступ к сети множества клиентов. На серверах хранятся страницы web- сайтов и обрабатываются входящие запросы. UNIX и Windows 2000 являются типичными серверными ОС. Теперь в этих целях стала использоваться и операционная система Linux.

3. Многопроцессорные операционные системы:

Все более часто применяемый способ увеличения мощности компьютеров заключается в соединении нескольких центральных процессоров в одной системе. В зависимости от вида соединения процессоров и разделения работы такие системы называются параллельными компьютерами, мультикомпьютерами или многопроцессорными системами. Для них требуются специальные ОС, но зачастую такие операционные системы представляют собой варианты серверных ОС со специальными возможностями связи.

4. Операционные системы для персональных компьютеров:

Следующую категорию составляют ОС для персональных компьютеров. Их работа заключается в предоставлении удобного интерфейса для одного пользователя. Такие системы широко используются для работы с текстом, электронными таблицами и доступа к Интернету. Наиболее яркие примеры -- это Windows 98, Windows 2000, ОС компьютера Macintosh и Linux. ОС для персональных компьютеров настолько хорошо известны, что вряд ли необходимо представлять здесь их краткий обзор. На самом деле множество людей даже не имеет понятия о существовании других видов ОС, кроме той, которой они пользуются.

5. Операционные системы реального времени:

Еще один вид операционной системы -- это системы реального времени. Главным параметром таких систем является время. Например, в системах управления производством компьютеры, работающие в режиме реального времени, собирают данные о промышленном процессе и используют их для управления машинами на фабрике. Часто такие процессы должны удовлетворять жестким временным требованиям. Так, если автомобиль передвигается по конвейеру, то каждое действие должно быть осуществлено в строго определенный момент времени. Если сварочный робот сварит шов слишком рано или слишком поздно, то нанесет непоправимый вред машине. Если некоторое действие должно произойти в конкретный момент времени (или внутри заданного диапазона времени), мы имеем дело с жесткой системой реального времени.

Существует и другой вид: гибкая система реального времени, в которой допустимы случающиеся время от времени пропуски сроков выполнения операции. В эту категорию попадают цифровое аудио и мультимедийные системы. Системы VxWorks и QNX являются хорошо известными операционными системами реального времени.

6. Встроенные операционные системы:

Продолжая двигаться от огромных систем ко все меньшим, мы добрались до «карманных» компьютеров и встроенных систем. Карманный компьютер или PDA (Personal Digital Assistant -- персональный цифровой помощник) -- это маленький компьютер, помещающийся в кармане брюк, выполняющий небольшой набор функций (телефонной записной книжки и блокнота). Встроенные системы, управляющие действиями устройств, работают на машинах, обычно не считающихся компьютерами, например в телевизорах, микроволновых печах и мобильных телефонах. Они часто обладают теми же самыми характеристиками, что и системы реального времени, но при этом имеют особый размер, память и ограничения мощности, что выделяет их в отдельный класс. Примерами таких ОС являются PalmOS и Windows CE (Consumer Electronics -- бытовая техника).

7. Операционные системы для смарт-карт:

Самые маленькие ОС работают на смарт-картах, представляющих собой устройство размером с кредитную карту, содержащее центральный процессор. На такие операционные системы накладываются крайне жесткие ограничения по мощности процессора и памяти. Некоторые из них могут управлять только одной операцией, например электронным платежом, но другие ОС на тех же самых смарт-картах выполняют сложные функции. Зачастую они являются патентованными системами. Некоторые смарт-карты являются Java-ориентированными. Это означает, что ПЗУ (постоянная память, по-английски она называется ROM, Read Only Memory -- память только для чтения) смарт-карт содержит интерпретатор виртуальной машины Java (JVM, Java Virtual Machine). Апплеты Java загружаются на карту и выполняются JVM-интерпретатором. Некоторые из таких карт могут одновременно управлять несколькими апплетами Java, что приводит к многозадачности и необходимости планирования. Из-за одновременной работы двух и более программ возникает необходимость в управлении ресурсами и защитой. Соответственно, все эти задачи выполняет обычно крайне примитивная ОС, находящаяся на смарт - карте.

компьютер смарт карта серверный

Практическая часть

Рассмотрим следующую задачу:

Банк «Акцепт» осуществляет кредитную деятельность. Ежемесячное погашение кредита осуществляется равными (аннуитетными) платежами. Клиент Саллес банка «Акцепт» взял кредит на 2006 г. (рис.1)

Рис.1. Платежи по кредиту клиента Саллеса банка «Акцепт»

· Построить таблицу по данным рис.1.

· Организовать автоматический подсчет сумм Текущего остатка по кредиту, Суммы процентов, Погашения основного долга и Платежа по кредиту.

· Платежи по кредиту представить в виде таблицы, содержащей итоговые суммы за месяц по каждой из граф платежа кредита банка «Акцепт» и в графическом виде.

· По данным таблицы (рис.1) построить гистограмму с отражением платежей по кредиту по месяцам.

· Произвести расчет платежа по кредиту клиентом банка с заданными данными (рис.2)

Описание алгоритма решения задачи

1. Запустить табличный процессор MS Excel.

2. Создать книгу с именем «Акцепт»

3. Лист 1 переименовать в лист с названием Кредит.

4. На рабочем листе Кредит MS Excel создать таблицу платежей по кредиту и заполнить исходными данными (рис.2).

Рис.2 Расположение таблицы «Платежи по кредиту клиента Саллеса банка «Акцепт» за 2006г.» на рабочем листе Кредит MS Excel.

5. Разработать структуру шаблона таблицы «Платежи по кредиту клиента Саллеса банка «Акцепт» за 2006г.»

6. Вид и месторасположение на листе Кредит таблицы «Платежи по кредиту клиента Саллеса банка «Акцепт» за 2006г.»

7. Заполнить графу Погашение основного долга (определяется как отношение суммы кредита к количеству месяцев, на которые выдан кредит) следующим образом: занести в ячейку Е7 формулу: =ОКРУГЛ(C5/C4;0). Скопировать введенную в ячейку Е7 формулу для остальных ячеек (с Е8 по Е17) данной графы. Для рассчёта последнего платежа в ячейку E18 вводим формулу: =СУММ(ОКРУГЛ(C5/C4;0);C18) для того, чтобы итоговая сумма погашения основного долга равнялась сумме выданного кредита. Сумма последнего платежа по погашению основного долга будет больше, чем платежи за предыдущие месяцы.

8. Заполнить графу Текущий остаток по кредиту (определяется как разница между суммой предыдущего остатка по кредиту и текущей суммы погашения основного долга) следующим образом: занести в ячейку С7 формулу: =C5-E7. В ячейку C8 - формулу: =C7-E7 и размножить её для остальных ячеек (с С9 по С18) данной графы. Таким образом, будет выполнен цикл, управляющим параметром которого является номер строки.

9. Заполнить графу Сумма процентов (произведение суммы текущего остатка по кредиту на процентную ставку в месяц. Процентная ставка в месяц равна отношению процентной ставки кредита к количеству месяцев, на который выдан кредит) следующим образом: занести в ячейку D7 формулу: =ПРОИЗВЕД(C5;$C$3/$C$4). Размножить её для остальных ячеек (с D8 по D18) данной графы. Таким образом, будет выполнен цикл, управляющим параметром которого является номер строки.

10. Заполнить графу Платёж по кредиту (определяется как сумма текущей суммы процента по кредиту и текущей суммы погашения основного долга) следующим образом: занести в ячейку F7 формулу: =D7+E7. Размножить её для остальных ячеек (с F8 по F18) данной графы. Таким образом, будет выполнен цикл, управляющим параметром которого является номер строки.

11. Подсчитать итоговую сумму в графе Погашение основного долга следующим образом: занести в ячейку E20 формулу: =СУММ(E7:E18).

12. Подсчитать итоговую сумму в графе Платёж по кредиту следующим образом: занести в ячейку F20 формулу: =СУММ(F7:F18).

13. Результаты вычислений представить графически (рис. 3).

Рис.3. Графическое представление результатов вычислений

Заключение

Завершая написание курсовой работы, отмечу насколько интенсивно развивались ОС. Ещё в 90-е года в ОС использовались средства мультиплексирования нескольких стеков протоколов, за счёт которого компьютеры могут поддерживать одновременную сетевую работу с разнородными клиентами и серверами. Хочется отметить, что сейчас эффективность работы человека становится основным фактором, определяющим эффективность вычислительной системы в целом. Усилия человека не должны тратиться на настройку параметров вычислительного процесса, как это происходило в ОС предыдущих поколений. Поэтому у современной ОС есть ряд плюсов:

1. Современная ОС берёт на себя выполнение задачи выбора параметров операционной среды, используя для этой цели различные адаптивные алгоритмы. Распределение оперативной памяти между процессами осуществляется автоматически с помощью механизмов виртуальной памяти в зависимости от активности этих процессов и информации о частоте использования ими той или иной страницы.

2. Пользовательский интерфейс ОС становится всё более интеллектуальным, направляя действия человека в типовых ситуациях и принимая за него рутинные решения.

3. На современном этапе развития ОС на передний план вышли средства обеспечения безопасности. Это связано с возросшей ценностью информации, обрабатываемой компьютерами, а также с повышенным уровнем угроз, существующих при передаче данных по сетям, особенно по публичным, таким как Интернет. Многие ОС обладают сегодня развитыми средствами защиты информации, основанными на шифрации данных, аутентификации и авторизации.

Список использованной литературы

1. Гордеев А. В. Операционные системы: учебник для вузов 2-е изд., - СПб.: «Питер», 2007.- 416с.

2. Партыка Т. Л., Попов И. И. Операционные системы, среды и оболочки, - М.: «Форум - Инфра-М», 2007.- 202с.

3. Олифер В. Г., Олифер Н. А. Сетевые операционные системы: учебник, - СПб.: «Питер», 2008.- 540с.

4. Таненбаум Э. Современные операционные системы 2-е изд., - СПб.: «Питер», 2008.- 1041с.

Приложения

Приложение 1

Связь между основными функциями ОС

Приложение 2

Дерево процесса. Процесс А создал два дочерних процесса В и С. Процесс В - три дочерних (D,Е,F)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на Allbest.ru