Конспект лекции "Операционная система: назначение и состав"

Дата_____________________________________________________________________________________

Учебные группы___________________________________________________________________________

Лекция «Операционная система: назначение и состав»

Цель:  1.      Дать понятие «операционная система» и показать, какие они бывают. 2.     Объяснить из чего состоит «операционная система». 3.     Рассказать о файловой системе, как о важном компоненте операционной системы 4.     Ввести понятия, файлов и каталогов (папок) 5.     Объяснить принципы именования файлов.

Задачи: Образовательная - познакомить учащихся с операционной системой ПК. Развивающая – развивать познавательный интерес учащихся, умения применять полученные знания на практике. Воспитательная – повысить уровень информационной культуры учащихся.

Методы обучения: - словесные (рассказ учителя); - наглядные (метод иллюстраций с использованием компьютера);

Тип урока: лекция

Наглядные пособия и технические средства обучения

1.                  Презентация

На IBM-совместимых персональных компьютерах используются операционные системы корпорации Microsoft Windows, а также свободно распространяемая операционная система Linux.             На персональных компьютерах фирмы Apple используются различные версии операционной системы Mac OS.             На рабочих станциях и серверах наибольшее распространение получили операционные системы Windows NT/2000/XP и UNIX. ¢    Операционные системы разные, но их назначение и функции одинаковые. Операционная система является базовой и необходимой составляющей программного обеспечения компьютера, без нее компьютер не может работать в принципе. Операционная система обеспечивает совместное функционирование всех устройств компьютера и предоставляет пользователю доступ к его ресурсам. Современные операционные системы имеют сложную структуру, каждый элемент которой выполняет определенные функции по управлению компьютером. ¢    Управление файловой системой. Процесс работы компьютера сводится к обмену файлами между устройствами. В операционной системе имеются программные модули, управляющие файловой системой. ¢    Командный процессор. Специальная программа, которая запрашивает у пользователя команды и выполняет их. ¢    Драйверы устройств. Специальные программы, которые обеспечивают управление работой устройств и согласование информационного обмена с другими устройствами, а также позволяют производить настройку некоторых параметров устройств. Технология «Plug and Play»(подключай и играй) позволяет автоматизировать подключение к компьютеру новых устройств и обеспечивает их конфигурирование. ¢    Графический интерфейс. Используется для упрощения работы пользователя. ¢    Сервисные программы или утилиты. Программы, позволяющие обслуживать диски (проверять, сжимать, дефрагментировать и т.д.), выполнять операции с файлами (архивировать и т.д.), работать в компьютерных сетях и т.д. ¢    Справочная система. Позволяет оперативно получить информацию как о функционировании операционной системы в целом, так и о работе ее отдельных модулей. После включения компьютера происходит загрузка операционной системы с системного диска в оперативную память. Загрузка должна выполнятся в соответствии с программой загрузки. Однако для того, чтобы компьютер выполнял какую-нибудь программу, эта программа должна уже находится в оперативной памяти. Разрешение этого противоречия состоит в последовательной, поэтапной загрузке операционной системы. ¢    В состав компьютера входит энергонезависимое постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), содержащее программы тестирования компьютера и первого этапа загрузки операционной системы – это BIOS(Basic Input/Output System – базовая система вввода/вывода). ¢    После включения питания или нажатия кнопки RESET на системном блоке компьютера или одновременного нажатия комбинации клавиш {Ctrl+Alt+Del} на клавиатуре процессор начинает выполнение программы самотестирования компьютера POST(Power-ON Self Test). Производится тестирование работоспособности компьютера. ¢    В процессе тестирования сначала могут выдаваться диагностические сообщения в виде различных последовательностей коротких и длинных звуковых сигналов. ¢    После успешной инициализации видеокарты краткие диагностические сообщения выводятся на экран монитора. После проведения самотестирования специальная программа, содержащаяся в BIOS, начинает поиск загрузчика операционной системы. Происходит поочередное обращение к имеющимся в компьютере дискам и поиск в определенном месте наличия специальной программы Master Boot (программы загрузчика операционной системы). Если системный диск и программа-загрузчик оказываются на месте, то она загружается в оперативную память и ей передается управление работой компьютера. Если системные диски в компьютере отсутствуют, на экране монитора появляется сообщение «Non system disk» и компьютер остается неработоспособным. Диалоговые панели. Диалоговые панели могут включать несколько вкладок, переключение между которыми осуществляется щелчком мышью по их названиям. На диалоговой панели размещаются разнообразные управляющие элементы. кнопка — обеспечивает выполнение того или иного действия, а надпись на кнопке поясняет ее назначение; текстовое поле — в него можно ввести последовательность символов; раскрывающийся список — представляет собой набор значений и выглядит, как текстовое поле, снабженное кнопкой с направленной вниз стрелкой; флажок — обеспечивает присваивание какому-либо параметру определенного значения. Флажки могут располагаться как группами, так и поодиночке. Флажок имеет форму квадратика, когда флажок установлен, в нем присутствует «галочка»; переключатель — служит для выбора одного из взаимоисключающих вариантов, варианты выбора представлены в форме маленьких белых кружков. Выбранный вариант обозначается кружком с точкой внутри; счетчик — представляет собой пару стрелок, которые позволяют увеличивать или уменьшать значение в связанном с ними поле; ползунок — позволяет плавно изменять значение какого-либо параметра. Пользователь с помощью координатного устройства ввода (например, мыши) может указателем мыши осуществлять одинарные или двойные щелчки левой или правой кнопкой мыши по элементам графического интерфейса. В результате операционная система будет выполнять определенные действия: запуск программ, операции над файлами и т. д.   Контекстные меню. Контекстные меню дисков, папок и файлов позволяют ознакомиться с их свойствами, а также выполнить над этими объектами различные операции (копирование, перемещение, удаление и др.). Основные операции, выполняемые с помощью мыши:   Информационное пространство Это доступные пользователю папки и файлы на локальном компьютере и компьютерных сетях. ¢    Рабочий  стол. Название «Рабочий стол» подобрано удачно. На нем, как и на обычном рабочем столе расположены различные программы и инструменты, представленные в виде значков, или иконки. ¢    Значки. Значками в Windows обозначаются программы, документы. Запуск производится двойным щелчком кнопки мыши по значку. Программа может быть расположена непосредственно на Рабочем столе, а может быть скрыта глубоко на диске, но и в этом случае представлена на Рабочем столе своим образом – ярлыком. ¢    Ярлыки. Ярлык программы – это не сама программа, а только ее образ, указание на то место на диске, где она находится. Двойной щелчок по ярлыку также вызывает запуск программы. Ярлыки от значков отличаются наличием небольшой стрелочки внизу слева. ¢    Панель задач. Располагается в нижней части экрана. На ней находятся: кнопка Пуск, кнопки открытых окон, индикаторы и часы. ¢    Окно. Окно – один из главных элементов интерфейса Windows. Окно – это обрамленная часть экрана, в которой отображается приложение, документ или сообщение. В 50-60-е годы когда компьютер еще назывался ЭВМ (электронно-вычислительная машина), он мог только вычислять. Процесс обработки информации состоял в операциях над числовыми данными. В 70-е годы компьютер «научился» работать с текстом. Пользователь получил возможность редактировать и форматировать текстовые документы. В настоящее время большая часть компьютеров и большая часть времени используется для работы именно с текстовыми данными. В 80-е годы появились первые компьютеры, способные работать с графической информацией. Сейчас компьютерная графика широко используется в деловой графике (построение диаграмм, графиков и так далее), в компьютерном моделировании, при подготовке презентаций, при создании web-сайтов, в рекламе на телевидении, в анимационном кино и так далее. Применение компьютеров для обработки графических данных постоянно расширяется. В 90-е годы компьютер получил возможность обрабатывать звуковую информацию. Любой пользователь современного персонального компьютера может воспользоваться стандартными приложениями Windows для прослушивания, записи и редактирования звуковых файлов. Работа со звуковыми данными является неотъемлемой частью мультимедиа технологии. В 2000-е годы компьютеры стали доступны каждому. Практически у каждого в доме появился компьютер. Они все чаще стали использоваться в образовательных целях, поэтому обучение без их использования становится невозможным. Данные и программы Для того чтобы числовая, текстовая, графическая и звуковая информация могли обрабатываться на компьютере, они должны быть представлены в форме данных. Данные хранятся и обрабатываются в компьютере на машинном языке, то есть в виде последовательностей нулей и единиц. Для того чтобы процессор компьютера «знал», что ему делать с данными, как их обрабатывать, он должен получить определенную команду (инструкцию). Такой командой может быть, например, «сложить два числа» или «заменить один символ на другой». Обычно для решения какой-либо задачи процессору требуется не единичная команда, а их последовательность. Такая последовательность команд (инструкций) называется программой. Информация, представленная в цифровой форме и обрабатываемая на компьютере, называется данными. Последовательность команд, которую выполняет компьютер в процессе обработки данных, называется программой. На заре компьютерной эры, в 40-50-е годы, программы разрабатывались непосредственно на машинном языке, то есть на том языке, который «понимает» процессор. Такие программы представляли собой очень длинные последовательности нулей и единиц, в которых человеку разобраться было очень трудно. В 60-е годы началась разработка языков программирования высокого уровня (Алгол, Фортран, Basic, Pascal и др.), которые позволили существенно облегчить работу программистов. В настоящее время с появлением систем визуального программирования Visual Basic, Delfi и др.) создание программ стало доступно даже для начинающих пользователей компьютера. В течение нескольких десятилетий создавались программы, необходимые для обработки различных данных. Обработка данных на компьютере 1.                  Пользователь запускает программу, хранящуюся в долговременной памяти, она загружается в оперативную и начинает выполняться. 2.                  Выполнение: процессор считывает команды и выполняет их. Необходимые данные загружаются в оперативную память из долговременной памяти или вводятся с помощью устройств ввода. 3.                  Выходные (полученные) данные записываются процессором в оперативную или долговременную память, а также предоставляются пользователю с помощью устройств вывода информации. Совокупность программ, хранящихся на компьютере, образует его программное обеспечение. Совокупность программ, подготовленных к работе, называют установленным программным обеспечением. Совокупность программ, работающих в тот или иной момент времени, называют программной конфигурацией. Базовая система ввода-вывода На самом нижнем уровне находятся программы базовой системы ввода-вывода (BIOS). Их код жестко записан в одной из микросхем компьютера. В момент включения компьютера эти программы выполняют проверку оборудования и обеспечивают простейшее взаимодействие с клавиатурой и монитором — клавиатура способна реагировать на нажатие некоторых клавиш, а на мониторе отображается информация о ходе запуска компьютера. Взаимодействие с человеком у программ этого уровня крайне ограниченно и возможно только в первые секунды после запуска компьютера. Системные программы предназначены для работы со всеми устройствами компьютера. Они принадлежат к промежуточному уровню. Снизу системные программы управляют работой устройств и используют программы нижнего уровня, а сверху отвечают на запросы программ более высоких уровней. Те системные программы, которые непосредственно управляют устройствами, еще называют драйверами устройств. Люди работают с программами этого уровня только в тех сравнительно редких случаях, когда требуется настроить оборудование. Служебные программы. Это следующий уровень, программы которого предназначены для обслуживания компьютера, проверки его устройств, а также для настройки устройств и программ. Снизу эти программы общаются с программами нижних уровней, а сверху передают данные программам верхнего уровня по их запросу. Степень взаимодействия с человеком определяется необходимостью. Например, мастера по наладке и настройке оборудования активно работают со служебными программами. Обычные пользователи используют их сравнительно редко Уровень прикладных программ — самый верхний. Здесь находятся программы, обслуживающие человека и удовлетворяющие его потребности. С их помощью выполняется набор и редактирование текстов, создание чертежей и иллюстраций, коммуникация между людьми, воспроизведение музыки и видео, а также многое другое. Сверху программы прикладного уровня общаются с человеком, а снизу — с программами нижележащих уровней. Прямого доступа к устройствам программы прикладного уровня, как правило, не имеют. Новые компьютеры обычно не оснащают прикладными программами, потому что ни производители компьютеров, ни продавцы не могут знать заранее, для каких целей компьютеры будут использоваться. Однако компьютеры должны быть готовы к тому, чтобы любой пользователь, не будучи специалистом в компьютерной технике, мог оснастить их необходимыми ему программами. Для этого на компьютерах должны быть заранее установлены программы нижних уровней. Программы самого нижнего уровня (базовой системы ввода-вывода) устанавливать не надо — они поступают вместе с компьютером, поскольку встроены в одну из его микросхем, которая называется ПЗУ— постоянное запоминающее устройство. Их достаточно, чтобы установить на компьютере программы системного и служебного уровней. Поскольку количество необходимых системных и служебных программ очень велико (измеряется сотнями), то для простоты они устанавливаются одним обширным пакетом. Этот стандартный пакет системных и (частично) служебных программ называют операционной системой. Операционная система позволяет человеку начать работать с компьютером, получить доступ к его устройствам, а затем устанавливать и запускать необходимые прикладные и служебные программы. Файл и файловая система Файл – это упорядоченная совокупность данных, занимающая именованную область памяти на внешнем носителе информации.             Файл является логической единицей хранения информации и в процессе обработки рассматривается как единое целое.             Имя файла = Собственно имя . Расширение (тип файла)             В операционной системе Windows имя файла может иметь не более 255 символов (в имени файла могут использоваться латинские и русские буквы, пробелы, тире, символ подчёркивания, точка, восклицательный знак и некоторый другие символы). Расширение файла в системе Windows, как правило, не отображается. Информация о файлах, размещённых на внешних носителях хранится в каталогах. Кроме имени файла (и его типа), в каталоге записывается и другая информация о файле (размер файла, дата и время создания, место хранения на диске и т.д.), а также хранится набор атрибутов (свойств) файла, например: «только для чтения» (read only) – файл доступен ОС и приложениям только для чтения, т.е. в нём нельзя сохранять исправления. «скрытый» (hidden) – файл не видим при обычном просмотре папок, для отображения файла необходимо изменить настройки отображения папок. «системный» (system) – файлы относятся к системным файлам ОС, которые нельзя изменять или удалять. «архивный» (archive) – атрибут указывает программам-архиваторам файлы, предназначенные для резервного копирования. Для установки (снятия) атрибутов файла, необходимо щёлкнуть по нему правой кнопкой мыши для вызова контекстного меню. Далее выбрать пункт меню Свойства. В нижней части окна Свойства установите (снимите) атрибуты файла. Для установки (снятия) других атрибутов щёлкните по кнопке Дополнительно. В процессе работы на компьютере чаще всего приходится выполнять следующие операции с файлами: • копирование - при выполнении этой операции физически создаются новый файл и новая запись в файловой системе; • перемещение - при выполнении этой операции файл физически остается на диске на прежнем месте, но меняется его «адрес» в файловой системе; • удаление - физически файл остается на диске  (перемещается в папку Корзина), но запись о нём удаляется из файловой системы; • переименование - изменяется только имя файла в файловой системе, а сам файл остается неизменным; • создание - чаще всего файлы создаются программно: автоматически или при сохранении пользователем введенной в ту или иную программу информации, кроме того файл можно создать в выбранном каталоге.             Выполнять операции с файлами можно как непосредственно при помощи графического интерфейса операционной системы (контекстного меню), так и с помощью специализированных приложений – различных файловых менеджеров: приложения «Проводник», программ Total Commander, Far, Windows Commander и многих других. В процессе работы на компьютере часто необходимо найти (выделить) группу однотипных файлов (для копирования, перемещения, удаления, преобразования и .т.п.). При поиске (выделении) файлов можно воспользоваться масками имен, или подстановочными символами. Поиск с использованием маски удобен также в том случае, если вы не помните точно имя файла, который надо найти.             В масках, кроме «обычных» символов можно использовать символ «?» (означает один любой символ) и символ «*» (означает любое количество или отсутствие любых символов). Следовательно для поиска всех документов с расширением .doc можно указать в строке для поиска следующую комбинацию: *.doc.             Маска ???.jpg – означает, что в имени графического файла используется три любых символа. В результате поиска по такой маске будут выделены все графические файлы типа jpg с именем из трёх любых символов.             Для поиска файлов по заданному параметру (имени, типу, размеру, дате создания файла и т.п.) можно также применить сортировку файлов (по возрастанию-убыванию) в любом файловом менеджере. Для поиска файлов по заданному параметру (имени, типу, размеру, дате создания файла и т.п.) можно также применить сортировку файлов (по возрастанию-убыванию) в любом файловом менеджере в режиме Таблица. Файловая система – функциональная часть ОС, организует работу с файлами, отвечает за хранение данных на внешних носителях и обмен данными между внешними носителями.             Устройство файловой системы зависит от операционной системы, установленной на компьютере. операционные системы Windows могут работать с файловыми системами FAT и NTFS.             Жесткий диск состоит из дорожек, каждая из которых делится на секторы.             Кластер – это минимальный адресуемый блок дисковой памяти для записи/чтения данных на дисковом накопителе (жёстком диске).             Кластер может занимать один или несколько секторов. Номера занятых кластеров определяют «координаты» файла для ОС.             Все файлы на диске вне зависимости от своего объема имеют размер, кратный размеру кластера. Любой самый маленький файл не может занимать размер на диске меньше кластера. Размер кластера зависит от типа используемой файловой системы – 512 байт - 64 Кбайта.             Кластеры нумеруются  в линейной последовательности – от первого кластера нулевой дорожки до последнего кластера последней дорожки.               Файловая система организует кластеры в файлы и каталоги (каталог – файл содержащий список файлов в данном каталоге).             Файловая система отслеживает состояние кластеров: —     кластер свободен; —     bad-кластер, который по каким-то причинам использовать уже нельзя; —     кластер занят каким-либо файлом; —     последний кластер файла; —     «зарезервированный» кластер.             На незаполненом диске файлы записываются последовательно в свободные кластеры. После удаления файлов кластеры освобождаются. В дальнейшем файлы записываются в произвольные свободные кластеры, что часто приводит к фрагментации файлов и замедлению их чтения (части файла хранятся в удалённых друг от друга кластерах). Так как на диске могут хранится сотни тысяч файлов в миллионах кластеров, то фрагментированность файлов, возникающая при активной работе (запись-удаление файлов), будет существенно замедлять доступ к файлам и приводить к износу жёсткого диска – магнитным головкам придётся постоянно перемещаться с дорожки на дорожку.             Для устранения данной проблемы рекомендуется периодически производить дефрагментацию диска.   Файловая система FAT (File Allocation Table – «таблица размещения файлов»). БД «Корневой каталог» – это база данных, в которой хранится информация о файлах и папках, находящихся на диске. Упрощенно структуру БД «Корневой каталог» можно представить в виде таблицы: Файловая система. FAT-32. В файловой системе FAT-32 выделяется 32 бита для хранения адреса кластера.             232 = 4 294 967 296 кластеров.             Объём кластера по умолчанию – 4 Кбайта.             4 Кбайта × 4 294 967 296 кластеров = 16 384 Гбайта = 16 Тбайт, поэтому FAT-32 можно использоваться для носителей информации до 16 Тб!             Недостатки файловой системы FAT32:             В файловой системе FAT32 были сняты ограничения на длину имени и размер корневого каталога, но остальные ограничения, присущие FAT, остаются в силе ¢    ограничения на размер файла; ¢    фрагментация файлов, приводящая к снижению быстродействия и износу оборудования; ¢    потери памяти диска, вызванные большими размерами кластера. Файловая система NTFS. Файловая система NTFS (New Technology File System – «файловая система по новой технологии») поддерживает любые размеры кластеров от 512 байт до 64 Кбайт, но по умолчанию используется кластер размером 4 Кбайта.             По сравнению с FAT-32 файловая система NTFS увеличивает надёжность и эффективность использования дискового пространства.             В NTFS для повышения надёжности используется система журналирования – перед фактическими изменениями в файловой системе сохраняется список этих изменений в специальной части файловой системы, называемой «журналом» или «логом». Система восстановления позволяет восстановить работу ОС после критических ошибок.   В файловой системе NTFS все файлы подразделяются по размеру на следующие категории: Другие файловые системы Ø    Ext3  и ReiserFs – журналируемые файловые системы для операционной системы Unix. Ø     HFS - журналируемая файловая система для операционной системы Mac OS. Ø     CDFS – файловая система для работы с оптическими CD- и DVD-дисками. Ø     UDF - файловая система для работы с оптическими перезаписываемыми CD-RW и DVD-RW-дисками. Новый жёсткий диск не может быть сразу использован для хранения информации и установки программ.             Вначале на диске необходимо создать разделы (тома) и произвести процесс форматирования (разметки) диска. На одном физическом носителе информации можно создать один или несколько разделов (логических дисков). Логическим дискам ставятся в соответствие заглавные буквы латинского алфавита (С:, D:, E: и т.д.).             Форматирование – создание логической структуры диска в соответствии с определённой файловой системой. Разделы на одном физическом носителе могут быть отформатированы в различных файловых системах, соответственно на один физический носитель могут быть установлены различные операционные системы.             При установке операционной системы на новый диск процедура создания разделов и форматирование диска выполняется средствами установочного (инсталляционного) диска.             При установке дополнительного диска, создание разделов и форматирование диска выполняется средствами операционной системы. Фрагментация диска – такое распределение дискового пространства, при котором  отдельные кластеры файлов размещаются в удаленных друг от друга частях жесткого диска. Дефрагментация диска – это процесс объединения фрагментированных файлов на жестком диске. В иерархической файловой системе в процессе форматирования создаётся корневой каталог. В нем могут храниться не только файлы, но и другие каталоги более низкого уровня, называемые подкаталогами, или поддиректориями. В операционной системе Windows подкаталоги принято называть папками. Каталоги, организованные в многоуровневую иерархическую структуру, называют также «деревом каталогов». Каждый каталог, кроме корневого имеет один единственный «родительский» каталог, внутри которого он находится. Чтобы найти нужный файл в указанной иерархической структуре, необходимо указать путь к этому файлу. Для этого нужно указать логическое имя диска, на котором хранится файл, а потом через знак «\» указать последовательно все подкаталоги, вложенные друг в друга, где последним будет тот подкаталог, в котором расположен файл. Например, в показанной выше иерархии путь к файлу 1.txt записывается как D:\Doc\, а путь к файлу tetris.exe – как D:\Games\Tetris\. Если Если указаны и путь к файлу, и его имя, то такая конструкция называется полным именем файла. Так, полное имя файла tetris.exe – это D:\Games\Tetris\tetris.exe Для ОС Windows корневым каталогом можно считать папку «Рабочий стол», в которой располагаются подкаталоги «Мой компьютер», «Корзина» и «Сетевое окружение». Эти подкаталоги носят стандартные названия и служат для заранее определенных целей. Папка «Мой компьютер» в качестве подкаталогов содержит все диски, имеющиеся в данном компьютере. Папка «Сетевое окружение» содержит папки всех компьютеров, которые подключены в этот момент к локальной сети и к которым можно обратиться с данного компьютера. Папка «Корзина» временно хранит все удаленные на данном компьютере папки и файлы.

1)      Задание на дом:

Подготовить сообщение про любую из файловых систем.

Преподаватель _____________________________________/Збинякова М.В.