Операционные системы: история развития и современное использование в менеджменте

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция

Операционные системы: история развития и современное использование в менеджменте



Новейшую Историю развития операционных систем можно было бы свести к истории борьбы интерфейсов…

Современные пользователи персональных компьютеров, - самые продвинутые из которых должны быть именно менеджеры, - могут сетовать на то, что файл «адоба» или видеофайл загружается на несколько минут дольше, чем должен.

Но, еще каких-то 30-40 лет назад для того, чтобы посмотреть новый фильм, нужно было идти в кинотеатр в назначенное время. Для того чтобы послушать красивую мелодию лет 100 назад, нужно было бы пригласить к себе музыканта и отдать за это хорошие деньги. И это если говорить только о развлечениях. Трудно себе представить, сколько времени тратилось на проведение расчетов и составление документов, на коммуникацию и получение важной информации.

Сегодня это все делают за нас машины благодаря одному главному процессу - программированию. Даже если взглянуть на современную стиральную машинку или мультиварку, то и она оснащена простеньким, но все же искусственным интеллектом. Такие приборы мы используем почти каждый день, но даже не задумываемся, благодаря кому это все стало возможно.

Предлагаю немного вспомнить людей, которые облегчили нашу жизнь в разы и открыли нам невероятный мир программного кода - программистах. Вы узнаете, кто был первый программист в истории и с чего все начиналось.

Итак, в первой лекции мы отмечали, что в 1837 году английский математик Чарльз Бэббидж представил первый механический компьютер, названный аналитической машиной. Это был самый первый компьютер общего назначения. -

В это же время началось его сотрудничество с Адой Лавлейс.

Она переводила и дополняла его труды, а также сделала первые программы для его изобретения.

Принято считать, что к вычислительной технике имеют страсть и способности только мужчины. Если взглянуть на список самых выдающих программистов, в глаза бросаются только мужские имена. Однако мало кто знает, что именно женщина - первый программист в истории человечества. Кем же была эта знаменательная особа?

Многим из нас приходилось слышать о таком известном английском писателе, как Джорж Гордон Байрон. Его дочь, Ада Авгумста Лавлейс (Байрон), и есть первый программист в мире. Любовь к математике девушке привила мать еще с самого детства. С ней занимались лучшие ученые в округе, где жила юная особа. Так, ее первым учителем стал выдающийся Август де Морган, который считался выдающимся математиком и логиком. Именно эти две составляющие и закладывают основу программирования. Они и помогли девушке в ее последующих научных трудах. -

Свои первые программы для машин Бэббиджа девушка составляла для вычисления чисел Бернулли. Подробнее всего Ада Авгумста растолковала в своих трудах решение системы двух линейных уравнений. Тогда впервые появилось такое понятие, как рабочие переменные и их последовательная смена в программе. Девушка впервые применила понятие «оператор присвоения», который до сих пор является неотъемлемой частью даже самой сложной современной программы. Вторая программа была составлена Адой Авгумста для вычисления тригонометрических функций.

Имя Ады Авгумсты, первого программиста, вместе с тем, редко встречается в публикациях об истории технологического прогресса. По большей части это связано с тем, что при жизни Ады в работу не была запущена ни одна программа.

Понятие «операционная система»

Определение:

Операционная Система (ОС) - это комплекс управляющих программ, предназначенных для наиболее эффективного использования всех ресурсов вычислительной системы и удобства работы с ней.

Вычислительная система представляет собой взаимосвязанную совокупность аппаратных средств вычислительной техники и программного обеспечения, предназначенных для обработки информации.

Интерфейс - совокупность аппаратуры и программных средств, необходимых для подключения периферийных устройств к ПЭВМ (Персональная Электронно-Вычислительная Машина) = РС (Personal Computer).

Назначение операционных систем:

ОС предназначены для организации вычислительного процесса в вычислительной системе, рациональное распределение вычислительных ресурсов между отдельными решаемыми задачами; предоставление пользователям многочисленных сервисных средств, облегчающих процесс программирования, отладки задач, а также логическую координацию работы всех приложений, встраиваемых в данную ОС. Операционная система исполняет роль своеобразного интерфейса между пользователем и компьютером, т.е. ОС предоставляет пользователю виртуальную Вычислительную Систему (ВС). Это означает, что ОС в значительной степени формирует у пользователя представление о возможностях ВС, удобстве работы с ней, ее пропускной способности. Различные ОС на одних и тех же технических средствах могут предоставить пользователю различные возможности для организации вычислительного процесса или автоматизированной обработки данных.

В программном обеспечении ВС операционная система занимает основное положение, поскольку осуществляет планирование и контроль всего вычислительного процесса. Любая из компонент программного обеспечения обязательно работает под управлением ОС.

В 1950--1960-х годах сформировались и были реализованы основные идеи, определяющие функциональность ОС.

В в соответствии с условиями применения различают несколько режимов ОС:

- режим пакетной обработки. Необходимость оптимального использования дорогостоящих вычислительных ресурсов привела к появлению концепции «пакетного режима» исполнения программ. Пакетный режим предполагает наличие очереди программ на исполнение, причём система может обеспечивать загрузку программы с внешних носителей данных в оперативную память, не дожидаясь завершения исполнения предыдущей программы, что позволяет избежать простоя процессора.

В режиме пакетной обработки ОС последовательно выполняет собранные в пакет задания. В этом режиме пользователь не имеет контакта с ЭВМ, получая лишь результаты вычислений.

Заметим теперь, что пакетная система, приняв задачу, обслуживала ее вплоть до полного завершения, а это значит, что во время загрузки дополнительных данных или кода процессор простаивал, при этом стоимость простоя процессора возрастала с ростом его производительности, так как более производительный процессор мог бы сделать за время простоя большее количество полезной работы.

Сегодня производительность процессоров существенно возросла, и потери процессорного времени в простых пакетных системах стали недопустимо велики.

Впервые, пакетная система была разработана в середине 50-х компанией General Motors для машин IBM 701.

Это была первая операционная система. Основная прикладнамя идея пакетной обработки состоит в том, чтобы управление загрузкой программ и распечатку результатов поручить маломощным и относительно дешевым машинам-сателлитам, которые подключаются к большой (основной) машине через высокоскоростные электронные каналы. При этом большая (главная) ЭВМ будет только решать задачу, полученную от машины-сателлита, и после завершения задачи передавать результаты по высокоскоростному каналу другой машине-сателлиту для распечатки.

Системы пакетной обработки заданий, реализованные в 50-е годы, стали прообразом современных операционных систем. В них впервые было реализовано программное обеспечение, используемое для управления исполнением прикладных программ.

- обработка в режиме разделения времени. В режиме разделения времени ОС одновременно выполняет несколько задач, допуская обращение каждого пользователя к ЭВМ.

- обработка в режиме реального времени и многозадачности. В режиме реального времени ОС обеспечивает управление объектами в соответствии с принимаемыми входными сигналами. Время отклика ЭВМ с ОС реального времени на возмущающее воздействие должно быть минимальным.

Уже пакетный режим в своём развитом варианте требует разделения процессорного времени между выполнением нескольких программ.

Необходимость в разделении времени (многозадачности, мультипрограммировании) проявилась при распространении в качестве устройств ввода-вывода телетайпов (а позднее, терминалов с электронно-лучевыми дисплеями).

Поскольку скорость клавиатурного ввода (и даже чтения с экрана) данных оператором много ниже, чем скорость обработки этих данных компьютером, использование компьютера в «монопольном» режиме (с одним оператором) могло привести к простою дорогостоящих вычислительных ресурсов.

В этой связи логичным шагом стало появление многозадачных пакетных систем. Необходимым условием для создания многозадачных систем является достаточный объем памяти компьютера. Для многозадачности объем памяти должен быть достаточен для размещения, по крайней мере, двух программ одновременно.

Основная идея многозадачности: если текущая программа приостанавливается в ожидании завершения ввода-вывода, то процессор переходит к работе с другой программой, которая в данный момент готова к выполнению.

Первые многозадачные операционные системы появились в 60-е годы в результате дальнейшего развития систем пакетной обработки заданий. Основным стимулом к их появления стали новые аппаратные возможности ЭВМ: появились новые эффективные носители информации, на которых можно было легко автоматизировать поиск требуемых данных: магнитные ленты, магнитные цилиндры и магнитные диски. Это, в свою очередь, изменило структуру прикладных программ - теперь они могли в процессе работы загрузить дополнительные данные для вычислений или процедуры из стандартных библиотек.

Разделение времени позволило создать «многопользовательские» системы, в которых один (как правило) центральный процессор и блок оперативной памяти соединялся с многочисленными терминалами. При этом часть задач (таких как ввод или редактирование данных оператором) могла исполняться в режиме диалога, а другие задачи (такие как массивные вычисления) -- в пакетном режиме.

Применение универсальных компьютеров для менеджмента (управления производственными процессами) потребовало реализации «масштаба реального времени» («реального времени») -- синхронизации исполнения программ с внешними физическими процессами.

Включение функции масштаба реального времени позволило создавать решения, одновременно обслуживающие производственные процессы и решающие другие задачи (в пакетном режиме и/или в режиме разделения времени). операционный виртуальный память интерфейс

- режим разделения полномочий. Распространение многопользовательских систем потребовало решения задачи разделения полномочий, позволяющей избежать возможности изменения исполняемой программы или данных одной программы в памяти компьютера другой программой (намеренно или по ошибке), а также изменения самой системы прикладной программой.

Реализация разделения полномочий в операционных системах была поддержана разработчиками процессоров, предложивших архитектуры с двумя режимами работы процессора -- «реальным» (в котором исполняемой программе доступно всё адресное пространство компьютера) и «защищённым» (в котором доступность адресного пространства ограничена диапазоном, выделенным при запуске программы на исполнение).

Таким образом, в логической структуре современной вычислительной системы операционная система занимает положение между устройствами с их микроархитектурой, машинным языком и собственными (встроенными) микропрограммами (драйверами) -- с одной стороны -- и прикладными программами с другой.

Разработчикам программного обеспечения операционная система позволяет абстрагироваться от деталей реализации и функционирования устройств, предоставляя минимально необходимый набор функций.

В большинстве вычислительных систем операционная система является основной, наиболее важной (а иногда и единственной) частью системного программного обеспечения.

     В качестве вывода отмечу, что появление многозадачности было вызвано желанием максимально использовать процессор, исключив по возможности его простои, и в настоящее время многозадачность является неотъемлемым качеством практически любой современной операционной системы.

Операционные системы с поддержкой виртуальной памяти

Появление системы виртуальной памяти в конце 60-х, стало последним шагом на пути к современным операционным системам.

Толчком к появлению виртуальной памяти стали сложности управления памятью в многозадачных операционных системах.

Основные проблемы управления памятью в режиме многозадачности были следующие:

- программы требуют для своего размещения непрерывную область памяти. В ходе работы, когда программа завершается, она освобождает память, но этот сектор памяти далеко не всегда пригоден для размещения новой программы. Он или слишком мал, и тогда для размещения программы приходится искать участок в другой области памяти, или слишком велик, и тогда после размещения новой программы останется неиспользуемый фрагмент. При работе операционной системы, вскоре образуется очень много таких фрагментов - суммарный объем свободной памяти велик, но разместить новую программу не удается так как нет ни одной достаточно длинной непрерывной свободной области. Такое явление называется фрагментацией памяти.

- в случае, когда несколько программ одновременно находятся в общей памяти, ошибочные или преднамеренные действия со стороны какой-либо программы могут нарушить выполнение других программ, кроме того, данные или результаты работы одних программ могут быть несанкционированно прочитаны другими программами.

С 1990-х годов наиболее распространёнными операционными системами являются системы семейства Windows (в народе именуемая Винды), OS (в народе именуемая Осью), Unix и Unix-подобные системы.

Основные функции Операционных Систем:

Исполнение запросов программ (ввод и вывод данных, запуск и остановка других программ, выделение и освобождение дополнительной памяти и др.).

Загрузка программ в оперативную память и их выполнение.

Стандартизованный доступ к периферийным устройствам (устройствам ввода-вывода).

Управление оперативной памятью (распределение между процессами, организация виртуальной памяти).

Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жёсткий диск, оптические диски, флэш-накопители и др.), организованным в той или иной файловой системе.

Обеспечение пользовательского интерфейса.

Сохранение информации об ошибках системы.

Дополнительные функции Операционных Систем:

Параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность).

Эффективное распределение ресурсов вычислительной системы между процессами.

Разграничение доступа различных процессов к ресурсам.

Организация надёжных вычислений (невозможности одного вычислительного процесса намеренно или по ошибке повлиять на вычисления в другом процессе), основана на разграничении доступа к ресурсам.

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.

Многопользовательский режим работы и разграничение прав доступа

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 при 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.

Операционные системы нужны для решения следующих задач:

если нужен универсальный механизм сохранения данных;

для предоставления системным библиотекам часто используемых подпрограмм;

для распределения полномочий;

когда возникает необходимость имитации «одновременного» исполнения нескольких программ на одном компьютере;

для управления процессами выполнения отдельных программ.

Таким образом, современные универсальные операционные системы можно охарактеризовать, прежде всего, как:

использующие файловые системы (с универсальным механизмом доступа к данным),

многопользовательские (с разделением полномочий),

многозадачные (с разделением времени).

Многозадачность и распределение полномочий требуют определённой иерархии привилегий компонентов в самой операционной системе.

В составе операционной системы различают следующие группы компонентов:

ядро, содержащее планировщик;

драйверы устройств, непосредственно управляющие оборудованием;

сетевая подсистема;

файловая система;

системные библиотеки;

оболочка с утилитами.

Большинство программ, как системных (входящих в операционную систему), так и прикладных, исполняются в непривилегированном («пользовательском») режиме работы процессора и получают доступ к оборудованию (и, при необходимости, к другим ресурсам ядра, а также ресурсам иных программ) только посредством системных вызовов.

Ядро исполняется в привилегированном режиме: именно в этом смысле говорят, что система (точнее, её ядро) управляет оборудованием.

В определении состава операционной системы значение имеет критерий операциональной целостности (замкнутости), то есть, система должна позволять полноценно использовать свои компоненты. Поэтому в полный состав операционной системы включают и набор инструментальных средств (от текстовых редакторов до компиляторов, отладчиков и компоновщиков).

Ядро операционной системы -- центральная часть операционной системы, управляющая выполнением процессов, ресурсами вычислительной системы и предоставляющая процессам координированный доступ к этим ресурсам.

Основные ресурсы ядра «тратятся» на процессорное время, память и устройства ввода-вывода. Доступ к файловой системе и сетевое взаимодействие также могут быть реализованы на уровне ядра.

Основным элементом операционных систем, с которым буквально лицом к лицу сталкивается менеджер, являются графический интерфейс операционной системы.

С конца 80-х, персональные компьютеры получили повсеместное распространение, и в сообщество пользователей ПК оказалось вовлечено множество людей различных специальностей. Многие из них не имели специальной компьютерной подготовки, но хотели использовать компьютер в своей работе, т.к. использование компьютера давало ощутимые преимущества в их деле.

С другой стороны, усложнение операционных систем и прикладных программ сделало управление ими достаточно сложной задачей даже для специалистов, и интерфейс командной строки, который к этому времени стал стандартом для операционных систем, перестал удовлетворять практическим запросам.

Операционная система DOS - Disk Operation System, - была ярким примером управления системой с помощью диалога именно печатными строками (много фантастических фильмов того времени запечатлели эти диалоги). -

С появлением 286-й серии персональных компьютеров появились новые аппаратные возможности: цветные графические мониторы, высокопроизводительные графические контроллеры (видеокарты) и манипуляторы типа мышь. -

- современный графический интерфейс.

Основная идея графического интерфейса пользователя состоит в следующем:

- пользователю, в зависимости от текущей ситуации, предлагается выбрать один из нескольких альтернативных вариантов дальнейших действий;

- возможные варианты действий пользователя представлены на экране ЭВМ в виде текстовых строк (меню) или схематичных рисунков (пиктограмм);

- для выбора одного из вариантов дальнейших действий достаточно совместить на экране монитора указатель (курсор) с элементом меню или пиктограммой и нажать заранее определенную клавишу (обычно это<пробел>, <ввод> или кнопка мышки), чтобы проинформировать систему о сделанном выборе. -

Первый графический интерфейс был разработан в 1981 году в компании Xerox. Говорят, что посещение главой компании Microsoft Билом Гейтсом компании Xerox и знакомство с ее разработками в области графических пользовательских интерфейсов, подвигли Microsoft на создание собственных графических интерфейсов пользователя.

Использование графического интерфейса оказалось настолько простым и интуитивно понятным, что компьютеры в настоящее время стали эффективно использовать в своей работе люди, которые даже не имеют никакого представления об архитектуре самого компьютера, операционной системы или прикладной программы.

В конечном итоге, появление графических интерфейсов пользователя в составе операционных систем и прикладных программ оказало колоссальное влияние на компьютеризацию современного общества, но особенно - на развитие менеджмента и реализацию талантов менеджеров.

Операционные системы и сети

Современный оперативный менеджер реализует задачи компании в огромной степени через сети, предоставляющие за короткий срок оперативно связаться со многими удалёнными пользователями и, в свою очередь, получить от них необходимую информацию для принятия решений.

Сегодня сетевые возможности кажутся безграничными.

Встроенная сетевая поддержка в составе операционных систем общего назначения впервые появилась в середине 90-х, и первоначально обеспечивала только доступ к удаленным файлам, расположенным на дисках другого компьютера. Первоначально, поддержка сети требовалась только в небольших офисах для совместной работы нескольких компьютеров над одним документом.

Однако, развитие сети Интернет быстро привело к необходимости встроить сетевую поддержку даже в операционные системы для домашних компьютеров. Кроме того, интересно отметить, что постоянное снижение стоимости домашних компьютеров в последние годы вызвало к жизни домашние компьютерные сети, когда в одной семье используется несколько компьютеров с возможностью совместного использования общего принтера, сканера или другого оборудования.

Вершиной интеграции при сетевом взаимодействии являются сетевые операционные системы, объединяющие ресурсы всех компьютеров сети в общий сетевой ресурс, доступный любому компьютеру сети. - (напомнить о ЦОД - Центрах Обработки Данных, - величиной с огромный дом).

Разумное использование сетевой операционной системы позволяет решать сложные управленческие или оптимизационные задачи при наличии в сети достаточно большого количества ЭВМ, каждая из которых в отдельности не в состоянии решить задачу за приемлемое время.



Какие операционные системы применяются в менеджменте сегодня? -

- мы поговорим на следующем занятии

ВОПРОСЫ по теме ЛЕКЦИИ 2: «Операционные системы. История развития и современное использование в менеджменте».

Перечислите и опишите фундаментальные подсистемы операционных систем?

Какие возможности появились у менеджера при развитии многозадачных операционных систем?

Что такое IRQ?

Что такое BIOS?

Что такое язык программирования?

Основные языки программирования.

В каких приложениях (программах) применяются те или иные языки программирования?

Какие графические интерфейсы вам известны?

Структура и архитектура современных центральных процессоров (CPU)?

Что такое тактовая частота процессора?

Видеокарты и процессоры видеокарт (GPU)?

Основные элементы материнской платы персонального компьютера?

Что такое шина материнской платы, слоты и их основные характеристики?

Как определяется производительность компьютера и отдельных его элементов.

Виды современных гаджетов и операционные системы, используемые в них?

Размещено на Allbest.ru

...