Приложениями операционной системы принято называть программы, предназначенные для работы под управлением данной системы.

Операционная система, как и аппаратное обеспечение, является неотъемлемой частью персонального компьютера. Однако если аппаратные узлы видимы, осязаемы и вполне материальны, то операционная система представляется пользователю как нечто неуловимое, абстрактное. Вместе с тем – это далеко не так. Пользователь, загружающий с диска компьютера операционную систему, инициирует процесс, позволяющий занести в различные модули ПК (процессор, оперативную память, контроллеры) всевозможную информацию. Эта информация настраивает информационно-вычислительную систему таким образом, чтобы пользователь смог выполнить на компьютере те или иные задачи.

Операционная система организует обмен информацией между оперативной памятью, внешними устройствами и центральным процессором. Она координирует работу всего множества устройств компьютера. При параллельной работе процессора, памяти и внешних устройств операционная система обеспечивает разделение ресурсов, чем предотвращает возможность возникновения конфликтов между компонентами вычислительной системы.

 

Операционные системы классифицируют:

- по количеству одновременно работающих пользователей – на однопользовательские и многопользовательские ОС;

- по числу задач, одновременно выполняемых под управлением ОС – на однозадачные и многозадачные;

- по количеству используемых процессоров – на однопроцессорные и многопроцессорные;

- по разрядности процессора – на 8-разрядные, 16-разрядные, 32-разрядные и т.д.;

- по типу пользовательского интерфейса – на командные (текстовые) и объектно-ориентированные (графические);

- по способу использования общих аппаратных и программных ресурсов – на сетевые и локальные.

Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей.

В многозадачном режиме каждой задаче (программе, приложению) поочередно выделяется какая-то доля процессорного времени. Поскольку процесс переключения идет очень быстро, а выделяемые задачам доли процессорного времени достаточно малы, то для пользователя создается впечатление одновременного выполнения сразу нескольких задач.

Можно одновременно запустить на счет математическую систему, включить принтер для печати текста, запустить проигрыватель музыкальных произведений, вести поиск вирусов и рисовать в графическом редакторе или раскладывать пасьянс. Заметить замедление работы можно будет, пожалуй, лишь по «притормаживанию» воспроизведения видео- и аудиофайлов на компьютерах с «медлительными» процессорами.

Различают вытесняющую и невытесняющую многозадачность.

При работе ЭВМ важнейшим разделяемым ресурсом является процес­сорное время. Распределение процессорного времени между несколькими одновременно выполняемыми программами может осуществляться двумя способами.

При невытесняющей многозадачности активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по собственной инициативе, не отдаст управление операционной системе для того, чтобы та выбрала из очереди другой готовый к выполнению процесс.

При вытесняющей многозадачности решение о переключении процессора с одного процесса на другой процесс принимается операционной систе­мой, а не самим активным процессом.

Многозадачные ОС подразделяются на три типа в соответствии с ис­пользованными при их разработке критериями эффективности:

- системы пакетной обработки;

- системы разделения времени;

- системы реального времени.

Системы пакетной обработки предназначены для решения задач в основном вычислительного характера, не требующих быстрого получения результатов. Главной целью систем пакетной обработки является решение максимального числа задач в единицу времени. Для достижения этой цели в системах пакетной обработки используется следующая схема функциониро­вания:

а) в начале работы формируется пакет заданий (мультипрограммная смесь). В мультипрограммной смеси желательно одновременное присутствие вычислительных задач и задач с интенсивным вводом-выводом информации;

б) выбор нового задания из пакета заданий зависит от внутренней ситуации, складывающейся в системе, т. е. выбирается «выгодное» для ОС задание.

Следовательно, в таких ОС невозможно гарантировать выполнение того или иного задания в течение определенного периода времени.

Взаимодействие пользователя с вычислительной машиной, на которой установлена ОС пакетной обработки, сводится к тому, что пользователь при­носит задание, отдает его диспетчеру-оператору, а в конце дня получает ре­зультат. Очевидно, что такой порядок снижает эффективность работы поль­зователя.

Операционные системы пакетной обработки применялись на больших ЭВМ централизованных вычислительных центров (вплоть до середины 90-х годов прошлого века).

ОС разделения времени позволяют исправить основной недостаток систем пакетной обработки – изоляцию пользователя от процесса выполне­ния его задач. Каждому пользователю системы разделения времени предос­тавляется терминал, с которого он может управлять вычислительным про­цессом. Так как в системах разделения времени каждой задаче выделяется только квант процессорного времени, ни одна задача не занимает процессор надолго и время ответа оказывается приемлемым. Если квант выбран доста­точно малым, то у всех пользователей, одновременно работающих на одной и той же ЭВМ, складывается впечатление, что каждый из них единолично использует машину.

Операционные системы разделения времени обладают меньшей про­пускной способностью, чем системы пакетной обработки, так как на выпол­нение принимается каждая запущенная пользователем задача, а не та, кото­рая «выгодна» операционной системе, и, кроме того, имеются накладные расходы на более частое переключение процессора с задачи на задачу. Кри­терием эффективности систем разделения времени является не максимальная пропускная способность ЭВМ (скорость обработки информации), а удобство и эффективность работы отдельного пользователя.

Системы реального времени применяются для управления различны­ми техническими объектами, такими, например, как конвейер, станок, робот, космический аппарат, научная экспериментальная установка, гальваническая линия, доменная печь, автомат для контроля качества выпускаемой продукции и т. п. Во всех этих случаях существует предельно допустимое время, в течение которого должна быть выполнена та или иная программа, управляющая объектом. Говорят так: «Система должна иметь гарантированное время ре­акции, т. е. задержка ответа не должна превышать определенного времени». В противном случае может произойти авария: спутник выйдет из зоны види­мости, экспериментальные данные, поступающие с датчиков, будут потеряны, толщина гальванического покрытия не будет соответствовать норме, брако­ванные изделия попадут в приемник годной продукции.

Таким образом, критерием эффективности для систем реального вре­мени является их способность выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получением результата (управляюще­го воздействия).

Наибольшую известность за годы использования персональных ЭВМ получили следующие ОС: СР/М, MS-DOS, OS/2, Windows, UNIX и MacOS (для компьютеров Macintosh фирмы Apple).

В качестве примера однопользовательских однозадачных ОС можно назвать СР/М, MS-DOS, однопользовательских многозадачных — OS/2, Windows. Операционная система UNIX является многопользовательской многозадачной ОС. Операционная система РАФОС является многопользова­тельской однозадачной.

Основная функция всех операционных систем – посредническая. Она заключается в обеспечении нескольких видов интерфейса:

- интерфейса между пользователем и программно-аппаратными средствами компьютера (интерфейс пользователя);

- интерфейса между программным и аппаратным обеспечением (аппаратно-программный интерфейс);

- интерфейса между разными видами программного обеспечения (программный интерфейс).