Лекція "Операційні системи та оболонки"

Тема: Операційні системи та оболонки

План:

1.          Поняття програмного забезпечення
2.          Системне програмне забезпечення
3.          Операційні системи та оболонки

Під програмним забезпеченням. (Software) розуміють сукупність програм, які виконує комп'ютер. Програмне забез­печення — невід'ємна частина комп'ютер­ної системи. Воно є логічним продовжен­ням апаратних засобів. Сфера застосу­вання конкретного комп'ютера визнача­ється створеним для нього програмним забезпеченням..

Сам по собі комп'ютер не містить знань з жодної галузі застосування: все це зосереджено у програмах, які виконують на комп'ютерах.

Програмне  забезпечення сучасних комп'ютерів   охоплює   мільйони   програм — від ігрових до наукових.        

Усі програми можна умовно поділити на три категорії:

1.     Системні програми, що виконують такі функції: керування ресурсами й комп'ютера; перевірку роботоздатності і пристроїв   ПК;   видавання  довідкової 1 інформації про комп'ютер тощо.
2.   Прикладні  програми,  що безпо­середньо забезпечують виконання не­обхідних для користувачів робіт.
3. Інструментальні програмні системи, що полегшують про­цес створення нових програм для комп'ютерів.

Стрімкий розвиток обчислювальної техніки і розширення сфе­ри застосування комп'ютерів різко прискорили процес еволюції програмного забезпечення. Якщо раніше можна було на пальцях перелічити основні категорії програмного забезпечення — опера­ційні системи, транслятори, пакети прикладних програм, то нині ситуація докорінно змінилася. Навіть класичні програмні продук­ти, такі як операційні системи, безупинно розвиваються і наділя­ються інтелектуальними функціями, багато з яких раніше стосу­валися тільки інтелектуальних можливостей людини. Крім того, з'явилися нетрадиційні програми, класифікувати які за прийня­тими критеріями дуже важко.

Нині застосовують такі групи програмного забезпечення:

•       операційні системи і оболонки;
•       мережне програмне забезпечення;
•       системи програмування (транслятори, бібліотеки підпрог­рам, відладчики тощо);
•       прикладне програмне забезпечення;
•       інтегровані пакети програм.

Зрозуміло, що цю класифікацію не можна вважати вичерпною, але вона більш-менш наочно відображує напрями вдосконалю­вання і розвитку програмного забезпечення.

Системне програмне забезпечення

Системні програми призначені для керування ресурсами комп'ютера і виконуються разом з прикладними. Системне про­грамне забезпечення розробляють так, щоб використання ком­п'ютера було комфортним для користувача, щоб комп'ютер міг ефективно виконувати прикладні програми.

Серед десятків тисяч системних програм особливе місце за­ймають операційні системи, що забезпечують керування ресур­сами комп'ютера, виконання прикладних програм.

Операційні системи і оболонки

Операційна система — це комплекс взаємозалежних систем­них програм, які призначені для організації взаємодії користува­ча з комп'ютером, керування ресурсами комп'ютера і виконання всіх інших програм. Операційна система виконує роль сполучної ланки між апаратними засобами комп'ютера, з одного боку, і прикладними програмами, а також користувачем, з іншого.

 Операційна система зберігається в зовнішній пам'яті комп'ютера — на диску. При ввімкненні комп'ютера вона зчитується з дискової пам'яті й розміщується в оперативній. Цей процес називають  завантаженням операційної системи.

Функціями операційної системи є:

•       здійснення діалогу з користувачем;
•       введення — виведення і керування даними;
•       планування і організація процесу оброблення програм;
•       розподіл ресурсів (оперативної пам'яті, кеша, процесора, зов­нішніх пристроїв);
•       запуск програм на виконання;
•       допоміжні операції обслуговування;
•       передавання інформації між різними внутрішніми пристро­ями;
•       програмна підтримка роботи периферійних пристроїв (дисп­лея, клавіатури, дискових накопичувачів, принтера тощо).

У різних моделях комп'ютерів використовують операційні сис­теми з різною архітектурою і можливостями. Для їх роботи потріб­ні різні ресурси. Вони надають різний ступінь сервісу для програ­мування і роботи з готовими програмами.

Аналіз і виконання команд користувача, у тому числі заванта­ження готових програм із файлів в оперативну пам'ять і їх запуск, здійснює командний процесор операційної системи. Для керуван­ня зовнішніми пристроями комп'ютера використовують спеціальні системні програми-драйвери.

Важливим класом системних програм є програми допоміжного призначення — утиліти (від лат. utilitas — користь). Вони або розширюють і доповнюють можливості операційної системи, або вирішують самостійні завдання, а саме:

•       програми контролю, тестування і діагностики, що використо­вуються для перевірки правильності функціонування пристроїв комп'ютера і для виявлення несправностей у процесі експлуатації, показують причину і місце несправності;
•       програми-драйвери розширюють можливості операційної си­стеми з керування пристроями введення - виведення, оператив­ною пам'яттю тощо; за допомогою драйверів можна підключати до комп'ютера нові пристрої або нестандартно використовувати на­явні;
•       програми-архіватори, що дають змогу стискувати інформа­цію на дисках, а також поєднувати копії кількох файлів в один архівний файл;
•       антивірусні програми, призначені для запобігання вражен­ню комп'ютерними вірусами і ліквідації наслідків зараження;
•       програми оптимізації і контролю якості дискового простору;
•       програми відновлення інформації, форматування, захисту даних;
•       комунікаційні програми, що організовують обмін інформа­цією між комп'ютерами;
•       програми для керування пам'яттю, що забезпечують більш гнучке використання оперативної пам'яті;
•       програми для записування CD- та DVD-дисків тощо.

Частина утиліт входить до складу операційної системи, інші функціонують незалежно від неї.

Файлова система ОС. Файл (file) — це іменована ділянка пам'яті на машинних носіях. Файл може містити програму, число­ві дані, текст, закодоване зображення тощо.

Файли обслуговує спеціальний модуль операційної системи, який називають драйвером файлової системи. Кожен файл реєст­рується в каталозі, який називають ще директорією (directory). Каталог — це зміст, який містить інформацію про файли та інші каталоги, які називають ще підкаталогами. Каталог, як і файл, має своє ім'я. У каталозі для кожного файла реєструються: ім'я, тип, розмір пам'яті, яку він займає, дата і час його створення. Ка­талог називають ще директорією, або папкою. Він доступний ко­ристувачеві через командну мову операційної системи. Його мож­на переглядати, перейменовувати зареєстровані в ньому файли, копіювати, переносити їхній вміст на нове місце, видаляти.

До файлової системи має доступ також будь-яка прикладна програма, для чого в усіх мовах програмування є спеціальні про­цедури. Структура файлової системи і структура збереження да­них на зовнішніх магнітних носіях визначає зручність роботи ко­ристувача, швидкість доступу до файлів тощо.

Файлова система — це сукупність програм, які забезпечують роботу з файлами та їх каталогами, а також сама сукупність фай­лів і каталогів, що зберігаються в зовнішній пам'яті ПК (жорсткі, гнучкі диски).

Оболонки — це програми, створені для спрощення роботи зі складними програмними системами, такими як MS DOS. Вони перетворюють незручний командний інтерфейс на «дружній» гра­фічний інтерфейс або інтерфейс на зразок «меню». Оболонки на­дають користувачеві зручний доступ до файлів, сервісні послуги.

Найпопулярнішою для користувачів IBM-сумісного ПК є обо­лонка Norton Commander. Вона забезпечує:

•       створення, копіювання, перейменування, видалення, пошук файлів, а також зміну їхніх атрибутів;
•       відображення дерева каталогів і характеристик їхніх файлів у зручній для сприйняття людини формі;
•       створення, відновлення і розпакування архівів;
•       перегляд, редагування текстових файлів;
•       виконання практично всіх команд DOS;
•       запуск програм;
•       видавання інформації про ресурси комп'ютера;
•       створення і видалення каталогів;
•       підтримку електронної пошти через модем.

На початку 90-х років XX ст. велику популярність набула гра­фічна оболонка MS Windows 3.x, перевага якої полягає в наявнос­ті графічного інтерфейсу замість використання складних команд, які потрібно вводити з клавіатури. Операційне середовище Windows 3.x, що працює разом з операційною системою DOS, реа­лізовує всі властивості, необхідні для продуктивної роботи корис­тувача, зокрема багатозначний режим.

Операційні системи Windows. Нині більшість комп'ютерів у світі працює під керуванням тієї або іншої версії операційної сис­теми Windows фірми Microsoft.

Windows NT (NT — англ. New Technology) — операційна сис­тема, а не просто графічна оболонка. Вона використовує всі мож­ливості апаратних засобів персональних комп'ютерів і працює без DOS. Windows NT — 32-розрядна ОС з убудованою підтримкою мережі. Вона надає користувачам багатозначність, багатопроце­сорну підтримку, захист даних тощо. Ця операційна система дуже зручна для користувачів, які працюють у межах локальної мере­жі, для колективних користувачів, особливо для груп, що працю­ють над великими проектами й обмінюються даними.

Windows 95 є універсальною багатозадачною і багатопотоковою ОС з графічним інтерфейсом. Windows 95 — інтегроване се­редовище, що забезпечує обмін інформацією між окремими про­грамами, надає користувачам можливості роботи з мультимедіа, оброблення текстової, графічної інформації. Інтегрованість перед­бачає також спільне використання ресурсів комп'ютера всіма про­грамами.

Ця операційна система забезпечує роботу користувача в мере­жі, надаючи убудовані засоби підтримки для обміну файлами, можливість спільного використання принтерів, факсів та інших загальних ресурсів. Вона призначена для встановлення на насті­льних ПК і ноутбуках з процесором 486 або Pentium. Після ввімк­нення комп'ютера і виконання тестових програм BIOS операційна система Windows 95 автоматично завантажується з жорсткого ди­ска. Після завантаження й ініціалізації системи на екрані з'являється робочий стіл, на якому розміщені різні графічні об'єкти. Інтерфейс користувача спроектований так, щоб максима­льно полегшити засвоєння цієї операційної системи початківцями і створити комфортні умови для користувача.

Windows 98 відрізняється від Windows 95 тим, що в ній опера­ційна система об'єднана з браузером Internet Explorer за допомо­гою інтерфейсу, виконаного у вигляді веб-браузера й оснащеного кнопками «Назад» і «Вперед» для зручної навігації. Крім того, у ній поліпшена сумісність з новими апаратними засобами комп'ютера, вона однаково зручна для використання як на насті­льних, так і на портативних комп'ютерах.

Windows 2000 Professional — операційна система нового по­коління для ділового використання на найрізноманітніших комп'ютерах — від портативних до серверів. Ця ОС поєднує влас­тиву Windows 98 простоту використання з властивою Windows NT надійністю, економічністю і захистом.

Windows СЕ 3.0 — операційна система для мобільних обчис­лювальних пристроїв, таких як кишенькові комп'ютери, цифрові інформаційні пейджери, мультимедійній розважальні приставки, у тому числі DVD, програвачі та пристрої доступу до Internet.

Операційна система Windows СЕ — 32-розрядна, багатозадачна, багатопотокова, що мас відкриту архітектуру. Windows СЕ дає змогу пристроям різних категорій «говорити» і обмінюватися інфор­мацією один з одним, зв'язуватися з корпоративними мережами і з Internet, користуватися електронною поштою. Windows СЕ ком­пактна, але високопродуктивна. Для неї є програми Word і Excel, що сумісні з їхніми настільними аналогами. Має інтегровану сис­тему керування живленням.

Windows XP — це найкраща на сьогодні операційна система, випущена компанією Microsoft (про цю операційну систему читай­те в наступних розділах посібника).

Windows Server 2003 є наступним кроком у безперервній ево­люції серверних операційних систем Windows. Ця ОС ґрунтується на підвищеній надійності, масштабованості і керованості. Вона є інфраструктурною платформою високої продуктивності для під­тримки мереж і веб-служб XML у будь-якому масштабі — від ро­бочої групи до центра даних.

Сімейство продуктів Windows Server 2003 узяло все найкраще від технології ОС Windows 2000 Server, спрощуючи при цьому роз­гортання,   керування  і використання.   Технологія  Windows   Server 2003 містить усі функції, які користувачі очікують від серверної ОС Windows. Крім того, корпорація Microsoft удосконалила і розширила ОС Windows для того, щоб користувачі могли оцінити переваги технології Microsoft NET, розробленої для зв'язку людей, систем, пристроїв і обміну даними.

Windows Server 2003 є багатозадачною операційною системою, здатною централізовано або розподілено керувати різними набо­рами ролей, залежно від потреб користувачів. Сервер використо­вують як:

•       файловий сервер і сервер друкування;
•       веб-сервер і веб-сервер додатків;
•       поштовий сервер;
•       сервер терміналів;
•       сервер віддаленого доступу/сервер віртуальної приватної ме­режі (VPN);
•       службу каталогів, система доменних імен (DNS), сервер про­токолу динамічного настроювання вузлів (DHCP) і службу Win­dows Internet Naming Service (WINS).

Windows Vista — це найграндіозніший проект компанії Microsoft з моменту виходу першої версії Windows NT. Перехід га на цю систему можна порівняти хіба що з міграцією свого часу на « 32-розрядну архітектуру ОС з 16-розрядної». Microsoft планує реалізовувати в майбутньому продукті великий набір абсолютно  нових технологій, причому зміни будуть внесені відразу в кількох напрямах: інтерфейс користувача, надійність системи, структура збереження й організації даних, робота з графікою, нові о принципи розроблення програм. Як і попередні ОС від Microsoft, операційна система наступного покоління Windows Vista    націлена на підвищення продуктивності праці користувача і забезпечення інновацій для розробників. З цією метою ОС охоплює потужну інфраструктуру діагностики для швидкого виявлення, аналізу й усунення проблем, а також нові засоби резервування даних. Windows Vista має значно удосконалену систему активного захисту, що ґрунтується на Windows XP SP 2. Це дає змогу зменшити загрозу вірусних і хакерських атак. Щодо   інтерфейсу, то слід відзначити нову графічну підсистему Avalon.   Вона надає уніфіковану архітектуру інтерфейсу користувача,   документів та інших даних. У Vista   реалізовано нову файлову систему — WinFS. Вона забезпечує ефективнішу opганізацію файлів і розширені можливості пошуку. Принципи роботи WinFS багато в чому нагадують реляційну базу даних —різні документи, електронна пошта, довідники зберігатимуться в   єдиній   базі   даних.   Подібні   нововведення   дають   можливість значно спростити синхронізацію даних між різними програмни­ми системами і пристроями, а також сортування, групування і пошук даних.

Крім того, нині Microsoft тісно працює з виробниками антивірусного ПО для забезпечення максимального захисту від вірусів.

Unix.  Операційну систему Unix було створено в Bell Telephone Laboratories. Unix — багатозначна операційна система, здатна забезпечити одночасну роботу великої кількості користувачів. У численні існуючі версії Unix постійно вносяться зміни. З одного боку, це розширює можливості системи, робить її потужнішою і надійнішою, з іншого — призводить до появи розходжень між іс­нуючими версіями. У зв'язку з цим виникає необхідність стандар­тизації різних версій системи. Тому в 80-х роках XX ст. розроблено стандарти, що впливають на розвиток Unix. Тепер існують десят­ки операційних систем, які можна об'єднати під загальною назвою Unix. Це, як правило, комерційні версії, випущені виробниками апаратних платформ для комп'ютерів свого виробництва. Причи­ни популярності ОС Unix:

•       код системи написано мовою високого рівня С, що зробило її простою для розуміння, зміни і перенесення на інші платформи. Unix є однією з найбільш відкритих систем;
•       Unix — багатозадачна система. Один потужний сервер може обслуговувати запити великої кількості користувачів. При цьому потрібно адмініструвати тільки одну систему. Крім того, система здатна працювати як обчислювальний сервер, як сервер баз да­них, як мережний сервер, що підтримує найважливіші сервіси, тощо;
•       наявність стандартів. Незважаючи на розмаїтість версій Unix, основою всього сімейства є принципово одна архітектура і кілька стандартних інтерфейсів;
•       простий, але потужний модульний користувацький інтер­фейс. Маючи у своєму розпорядженні набір утиліт, кожна з яких розв'язує вузьке спеціалізоване завдання, можна конструювати з них складні комплекси;
•       використання єдиної ієрархічної файлової системи. Файлова система Unix — це не тільки доступ до даних, що зберігаються на диску, через уніфікований інтерфейс файлової системи здійсню­ється доступ до терміналів, принтерів, мережі тощо;
•       дуже велика кількість програм, зокрема безкоштовних, по­чинаючи від найпростіших текстових редакторів і закінчуючи по­тужними системами керування базами даних.

Linux.  Операційну систему Linux у 1991 р. почав створювати фін­ський студент Лінус Торвальдс (Linus Torvalds). У вересні 1991 р. він поширив по e-mail перший прототип своєї операційної систе­ми. З цього моменту багато програмістів почали підтримувати Linux, додаючи драйвери пристроїв, розробляючи програми тощо.

Атмосфера роботи ентузіастів над корисним проектом, а також вільне поширення і використання вихідних текстів стали основою феномену Linux.

Лінус Торвальдс розробив не саму операційну систему, а тільки її ядро, підключивши вже наявні компоненти. Сторонні компанії, побачивши перспективи для розвитку свого бізнесу, незабаром почали насичувати ОС утилітами і прикладним програмним за­безпеченням. Недолік такого підходу — відсутність уніфікованої і продуманої процедури установлення системи, що дотепер є одним із головних стримувальних чинників для більшого поширення Linux.

Феномен Linux полягав у тому, що народилася принципово нова філософія програмування. Готовий працюючий макет по­стійно вдосконалювала і розвивала децентралізована група ен­тузіастів, дії яких лише дещо координувалися. У результаті має­мо анархічний характер і «висхідну» розробку системи: збір бі­льших блоків із раніше створених дрібних. При традиційному розробленні основою є проектування і написання текстів, при розробленні за методом Linux — макетування, налагодження і тестування. Інакше кажучи, розроблення за методом Linux — це метод проб і помилок, побудований на інтенсивному тестуванні. На будь-якому етапі система має працювати, навіть якщо це мі-ні-версія того, до чого прагне розробник. Природний відбір за­лишає тільки життєздатне.

Неважко помітити, що «висхідна» розробка характеризує дослід­ницьке програмування, коли система ґрунтується навколо ключо­вих компонентів і програм, що створюються на ранніх стадіях про­екту, а потім постійно модифікуються. Відсутність чіткого плану, мінімальне керування проектом, велика кількість сторонніх тери­торіально вилучених розробників, вільний обмін ідеями і кода­ми — все це атрибути нового програмування.