"Что такое операционная система?"

Тема: «Что такое операционная система?»

Тип урока: объяснение нового материала с выполнением практической работы;

Цели:

Образовательные:

·                   познакомить учащихся с основными понятиями данной темы, рассказать о некоторых существующих ОС (Windows, Linux, Mac OS).

Воспитательные:

·                   развивать у учащихся стремление к активной познавательной деятельности;

·                   развивать умение работать самостоятельно и формировать навыки исследовательской деятельности.

Развивающие:

·              воспитывать информационную культуру учащихся.

Методы: словесный (рассказ), наглядный, диалогический, самостоятельная работа (тест).

Современная компьютерная система состоит из одного или нескольких процессоров, оперативной памяти, монитора, клавиатуры, дисков, принтеров, сетевого интерфейса и других устройств, т.е. является сложной комплексной системой.

Операционная система (ОС) – это программа, которая обеспечивает возможность рационального использования оборудования компьютера удобным для пользователя образом. Вводная лекция рассказывает о предмете, изучаемом в рамках настоящего курса. Сначала мы попытаемся ответить на вопрос, что такое ОС. Затем последует анализ эволюции ОС и рассказ о возникновении основных концепций и компонентов современных ОС. В заключение будет представлена классификация ОС с точки зрения особенностей архитектуры и использования ресурсов компьютера.

Большинство пользователей компьютеров обычно испытывают затруднения при попытке дать определение операционной системы. Операционные системы выполняют две основные функции: расширение возможностей машины и управление ее ресурсами. Функции практически не связанны между собой. Все зависит от того какому пользователю вы зададите вопрос, в ответ вы можете услышать больше либо об одной функции, либо о другой.

История развития операционных систем существует уже много лет. Кратко рассмотрим некоторые основные моменты этого развития.

Первое поколение (1945-1955): электронные лампы и коммутационные панели

После неудачных попыток Бэббиджа вплоть до Второй мировой войны в конструировании цифровых компьютеров не было практически никакого процесса. На первых машинах использовались механические реле, но они были очень медлительны, длительность такта составляла несколько секунд. Позже реле заменили электронными лампами (рисунок 1), но все равно они были в миллионы раз медленнее.

Программирование выполнялось на машинном языке, управление основными функциями машины осуществлялось просто при помощи соединения коммутационных панелей (рисунок 2) проводами. Тогда еще не были известны языки программирования и об операционных системах никто не слышал. На компьютерах занимались только прямыми вычислениями, например, расчетами таблиц синусов, логарифмов.

К началу 50-х с выпуском перфокарт[1] (рисунок 3) установившееся положение несколько улучшилось. Стало возможно вместо использования коммутационных панелей записывать и считывать программы с карт, но во всем остальном процедура вычислений осталась прежней.

Рисунок 3 - Информация представлена наличием или отсутствием отверстия в определённой позиции карты из тонкого картона

Второе поколение (1955-1965): транзисторы и системы пакетной обработки

В середине 50-х изобретение и применение транзисторов радикально изменило всю картину. Появилась высокая вероятность что машина будет работать довольно долго, выполняя при этом полезные действия, компьютеры стали достаточно надёжными.

Изначально замысел был в том, чтобы собрать полные колоды перфокарт в комнате входных данных и затем переписать их на магнитную ленту, используя небольшой и относительно недорогой компьютер, например, IBM 1401[2]. Другие, более дорогостоящие машины такие как IBM 7094[3] использовались для настоящих вычислений (рисунок 4).

Рисунок 4 – Ранняя система пакетной обработки

Большие компьютеры второго поколения использовались главным образом для научных и технических вычислений, таких как решение дифференциальных уравнений в частных, производных часто встречающихся в физике и инженерных задачах.

Третье поколение (1965-1980): интегральные схемы и многозадачность

К началу 60-х годов большинство производителей компьютеров имели две отдельные производственные линии (полностью несовместимые).

В одной производственной линии появились научные масштабные ЭВМ с текстовой обработкой текста, используемые в науке и технике для числовых вычислений.

В другой производственной линии коммерческие компьютеры с обработкой символов использовались банками и страховыми компаниями для сортировки и печати данных.

Поддержка и развитие двух совершенно разных производственных линий были довольно дорогими для производителей.

Самым важным достижением стала многозадачность. Для сложных научных расчётов редко использовались ограниченные возможности процессора, устройства ввода и вывода. Для коммерческой обработки данных время ожидания может занимать от 80% до 90% рабочего времени, поэтому пришлось что-то сделать, чтобы избежать длительного простоя дорогостоящего процессора.

Решением этой проблемы стало разделение памяти на несколько частей. Эти части назывались секциями, каждой из которых была поставлена отдельная задача (рисунок 5).

Задание 3

Задание 2

Задание 1

Операционная система

 ­Рисунок 5 - Многозадачная система с тремя заданиями в памяти

Одним из важных преимуществ операционных систем третьего поколения была возможность чтения задания с пунш-карты на диск по мере их доставки в машинное отделение.

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

Следующий период в эволюции операционных систем связан с появлением Больших Интегральных Схем (LSI, Large Scale Integration) – кремниевых микросхем, содержащих тысячи транзисторов на квадратный сантиметр. Персональные компьютеры (рисунок 6) были похожи на мини-компьютеры, но отличались по цене.

Рисунок 6 – Персональные компьютеры

В 1974 году компания Intel[4] выпустила Intel 8080 – первый универсальный 8-разрядный центральный процессор. Для тестирования нового продукта необходима операционная система.

В 1977 году Digital Research[5] переработала CP/M чтобы сделать систему пригодной для использования на микрокомпьютерах с процессорами Intel 8080 или Zilog Z80, а также другими процессорами.

В начале 80-х корпорация IBM разработала IBM PC (Personal Computer – персональный компьютер) и начала искать для него программное обеспечение.

С середины 80-х годов начали расти и развиваться сети персональных компьютеров, управляемых сетевыми и распределенными операционными системами.

Сетевые операционные системы несущественно отличаются от однопроцессорных. Напротив, распределенная операционная система представляется пользователям как традиционная система, несмотря на то, что она состоит из нескольких процессоров.

Чтобы создать настоящую распределенную операционную систему недостаточно просто добавить несколько страниц кода к однопроцессорной операционной системе, так как распределенные и централизованные системы имеют существенные различия.

Наличие задержек при передаче данных в сетях означает, что эти алгоритмы должны работать с неполной устаревшей или даже некорректной информацией. Эта ситуация радикально отличается от однопроцессорной системы, в которой операционная система обладает полной информацией о состояния системы.

---

[1] Перфокарта (перфорационная карта, перфорированная карта, от лат. Perforo - пробиваю и лат. Charta - лист из папируса; бумага) - носитель информации из тонкого картона, представляет информацию наличием или отсутствием отверстий в определённых позициях карты.

[2] IBM 1401 — переменный десятичный компьютер, анонсированный 5 октября 1959 года компанией IBM.

[3] Обновленная версия, IBM 7094, была впервые установлена в сентябре 1962 года.

[4] «И́нтел» («Intel Corp.», МФА: [ˈɪntɛl ˌkɔːpə'reɪʃən]) — производитель электронных устройств и компьютерных компонентов, включая микропроцессоры, наборы системной логики (чипсеты).

[5] Digital Research, Inc. (также DR или DRI; изначально Intergalactic Digital Research) — компания, созданная американским учёным Гари Килдаллом для продвижения и разработки его операционной системы CP/M и связанных с ней продуктов.