Программы разработанные для операционных систем типа windows называются

Ни для кого не секрет, что управление операционной системой осуществляется с помощью программ и приложений, которые имеют конкретную практическую направленность и обладают собственным функционалом. Ведь чистая оболочка не может служить пользователю для решения его повседневных задач, для которых, собственно, и нужен персональный компьютер. Поэтому сейчас нам предстоит разобраться с тем, что такое операционная система, каких видов она бывает, какие программы нужны для работы с ней.

Что такое операционная система?

Операционная система – это совокупность взаимосвязанных программ, с помощью которых осуществляется управление компьютером и взаимодействие пользователя с электронно-вычислительной машиной. Фактически место ОС в общей архитектуре персонального компьютера (собственно, как и в смартфонах, гаджетах и иных современных девайсах) находится между устройствами (к коим относятся процессор, оперативная память, видеокарта и тому подобные) и прикладными программами. В современных компьютерах она состоит из так называемых пакетов, каждый из которых отвечает за взаимодействие с определенным устройством и выполняет ту или иную функцию.

Многие путают пакеты программ операционной системы и пакеты прикладных программ. Обработка графических файлов, создание и форматирование текстовой информации, запись и обработка звуковых файлов, обмен информацией на расстоянии между пользователями, программирование и многое другое… Все это невозможно осуществить, используя чистую операционную систему. Для полноценной работы необходимо наличие определенных прикладных программ и приложений. А вот пакеты операционной системы позволяют лишь функционировать графическому интерфейсу компьютера, обеспечивать связь устройств и иных программ. Но все же операционная система сама по себе является упорядоченной совокупностью взаимосвязанных программ, которые обеспечивают обработку информации, и, как следствие, работу пользователя с персональным компьютером.

Какие существуют операционные системы?

В настоящее время, несмотря на обилие фирм, специализирующихся на создании программного обеспечения, системных и прикладных программ, разработкой операционных систем занимается ограниченное число компаний. В основном весь этот рынок занят двумя гигантами сферы IT: Microsoft и Apple. К операционным системам относятся Microsoft Windows и Apple Mac OS. Ранее существовали иные проекты (и даже советские), однако по тем или иным причинам они прекратили свое существование.

Подавляющее преимущество находится на стороне фирмы Билла Гейтса: операционная система Microsoft Windows обеспечивает работу более чем 90% персональных компьютеров по всему миру. Во многом это сложилось благодаря относительно свободному распространению оболочки (ее могут использовать производители компьютеров, однако только при наличии лицензионной версии). Операционная система Windows 10 является последний на данный момент версией от Microsoft. Остальная доля рынка приходится на Mac OS, которая распространяется только на продукции Apple, за счет чего и проигрывает своему основному конкуренту.

Что не относится к операционным системам?

Полноценными комплексами программ, обеспечивающих взаимодействие пользователя с компьютером, ни в коем случае нельзя считать оболочки и среды для разработки программного обеспечения. К примеру, LPT, SDK и ряд других.

Многие считают, что к операционным системам не относится Linux, поскольку она является свободно разрабатываемой оболочкой. Правда это или нет, сложно сказать. Все зависит от того, с какой стороны подойти к рассмотрению данного вопроса. Если мы говорим о Linux как об основе для мобильных операционных систем по типу Android, Bada или BlackBerry, то речи о ней как о самостоятельном комплексе программ идти не может. Если же мы объединяем множество разработанных на этой основе самостоятельных систем под словом Linux, то будет логичным считать ее операционной системой.

Существует еще ряд спорных вопросов о принадлежности того или иного пакета программ к рассматриваемой нами категории. В первую очередь это касается DOS – дисковой операционной системы. Ссылаясь на то, что в самом названии содержатся эти заветные два слова, многие считают данную оболочку самостоятельной ОС. Но это заблуждение. DOS – интерфейс, позволяющий установить на компьютер Windows, не более. Следовательно, он к операционным системам не относится.

Что такое программное обеспечение?

Программное обеспечение – это определенная программа или пакет программ, с помощью которых осуществляется реализация той или иной функции, для выполнения которой предназначена операционная система. Данная категория является основной, поскольку без нее нет никакого смысла использовать персональный компьютер. Программное обеспечение бывает двух видов: системное и прикладное. Давать описание и находить различия между ними мы будем на примере наиболее популярной операционной системы – Microsoft Windows.

Системные программы

Рассматривая управление самой Windows, говорить нужно о системном ПО, поскольку именно оно и составляет операционную систему. Эта категория является самой важной, поскольку такое программное обеспечение служит для взаимодействия человека и электронно-вычислительной машины, то есть осуществляется работа с Windows. Набор таких программ зависит от того, какие технические характеристики имеет персональный компьютер, и какие составляющие находятся под крышкой корпуса. Системное программное обеспечение делится на два вида: базовое и служебное или сервисное.

Базовое ПО обеспечивает работу компьютера в принципе. К этой категории относятся операционная система как таковая (то есть как комплекс программ, необходимых для запуска машины) и операционная оболочка (он позволяет отображать интерфейс системы). Сервисные программы служат для непосредственной работы с системой в полноценном режиме. В этом плане к операционным системам относятся следующие программы:

1. Драйвера видеокарт. Это пакет программ, которые необходимы для того, чтобы видеокарта, которая находится в компьютере, осуществляла передачу изображения управляемых процессов системы на экран. Основными производителями видеокарт являются фирмы Nvidia и AMD, которые, соответственно, занимаются и разработкой драйверов для своей продукции.

2. Драйвера звуковых карт. Такие программы необходимы для выхода звуков, производимых при работе операционной системы. Пожалуй, единственным крупным поставщиком таких карт, а соответственно, и программного обеспечения к ним является Realtek.

3. Сетевые утилиты. Как уже видно из названия, они нужны для работы операционной системы с сетями, к которым подключен компьютер. Сетевые программы, как правило, встроены разработчиком и служат для подключения, настройки и работы с сетями. Обеспечивает сетевой доступ в Windows утилита Microsoft Net.

4. Программа установки и удаления программного обеспечения. Такой инструмент служит для управления в основном прикладными программами. С помощью нее можно удалять, изменять и устанавливать программы и обновления для компьютера.

5. Программы безопасности. Данная категория, пожалуй, самая обширная среди всего сервисного системного программного обеспечения. Объясняется это следующим. Во-первых, существует много различных программ для защиты информации пользователя от вирусов и кражи. К ним относятся брандмауэр (защита от сетевых атак и от проникновения вирусов через сети) и программы шифрования данных (кодирование информации для ее дальнейшего хранения и защиты).

6. Программы диагностики работы процессора и оперативной системы. Для наблюдения за тем, в каком состоянии находится память операционной системы, с какой частотой и производительностью работает процессор, наличие таких программ просто необходимо.

Прикладные программы

В начале нашего рассуждения мы немного затронули функции, для которых предназначено прикладное программное обеспечение. Но это был отнюдь не исчерпывающий список, который, пожалуй, составить и невозможно. Такие программы создаются для самых разных целей: от работы с базами данных до развлечения. Мы же рассмотрим только самые необходимые для повседневной работы.

Работа с текстовой информацией

Ввод, удаление, изменение, форматирование, передача, шифрование, сохранение – это далеко не полный перечень операций, которые пользователь может осуществлять с помощью такого рода программ. Наиболее популярным, удобным и знакомым всем набором программ для работы с текстовой информацией является пакет Microsoft Office. Долгое время приобретать данный пакет необходимо было отдельно от самого компьютера. Однако теперь к программам, прилагаемым непосредственно к операционным системам, относятся Word (классический текстовый редактор), Excel (работа с электронными таблицами), PowerPoint (совмещение текста и мультимедийных файлов в презентациях) и OneNote (текстовый редактор в форме заметок). Кроме того, в числе стандартных программ всех версий Windows присутствуют «Блокнот» и WordPad (упрощенный Word).

Работа с мультимедийной информацией

Графические файлы, аудио и видео, другие мультимедийные файлы создаются, редактируются и обрабатываются также с помощью дополнительного программного обеспечения. В отличие от предыдущей категории лидером среди разработчиков таких программ является не Microsoft, а Adobe. Пакеты, имеющие общее название Creative Suite, содержат в себе довольно широкий выбор программных продуктов для работы с мультимедиа. Среди них, безусловно, есть Photoshop, который является наиболее популярным графическим редактором. Помимо того, Adobe предлагает нам Illustrator (векторный графический редактор), After Effects (видеоредактор), Acrobat (электронные документы формата .pdf), Audition (аудиоредактор). Не входит в пакет, но также распространяется программа Adobe для воспроизведения веб-приложений Flash Player.

Что касается отдельных программ такого типа, существует великое множество самых разных продуктов, позволяющих работать с мультимедийными файлами. К примеру, встроенные в Windows графический редактор Paint и проигрыватель мультимедийных файлов или свободно распространяемый аудиоплеер AIMP.

Работа в сети

Вряд ли в наше время мало кто не знает об Интернете или не пользовался им ни разу в жизни. Но чтобы получить доступ к нему, недостаточно просто наличия сетевой карты, сетевых утилит и подключения. Начинать работу в сети в подавляющем большинстве случаев приходится через интернет-браузер, коих существует бесчисленное множество. Операционная система Windows 10 в качестве браузера по умолчанию предлагает Microsoft Edge, а его предшественником в более ранних версиях был Internet Explorer. Но пользуются им в силу не самого удобного интерфейса и слабой стабильности работы не очень охотно. Большинство интернет-пользователей предпочитают использовать «Яндекс.Браузер», Opera, Google Chrome или Mozilla Firefox. Здесь уже, как говорится, на вкус и цвет.

Кроме того, сейчас популярны облачные хранилища файлов, с помощью которых люди могут получать доступ к своим файлам из разных мест и с разных устройств. Стандартной службой Microsoft является OneDrive, который встроен в Windows 8, Windows 8.1 и Windows 10. Однако есть и другие сервисы, например, Dropbox, «Яндекс.Диск» и Google Drive.

Защита от вирусов

Простого брандмауэра и системы шифрования данных недостаточно, чтобы защитить вашу информацию от посягательства злоумышленников. Вирусы, которые проникают в операционную систему через различные источники (Интернет, зараженные флеш-карты), могут не только украсть ваши данные, но еще и вывести из строя весь компьютер. Благо антивирусов в наше время предостаточно. К компаниям, занимающимся разработкой программам безопасности к операционным системам, относятся Norton, Kaspersky, Dr.Web, Avast, Avira, а также десятки других. Стандартный защитник Windows, конечно, неплохо защищает систему, но антивирусные программы сторонних фирм все-таки обладают гораздо более широким функционалом.

Приложения в Design Language

В таких операционных системах, как Microsoft Windows 8, Windows 8.1 и Windows 10, которые разрабатываются в новом стиле, называемом Design Language, появилась новая категория программного обеспечения – приложения. Работа с ними осуществляется в другом графическом (плиточном) интерфейсе, хотя в «десятке» пользователь получил возможность совмещать обычные программы и новые. Приложения также могут быть как прикладными, так и системными. Последние, к сожалению, еще не до конца проработаны специалистами из Microsoft. К примеру, если сравнивать программу «Панель инструментов» и приложение «Параметры», то можно заметить некоторые отличия в пользу старой панели настроек, где функций по-прежнему больше. Но, тем не менее, уже смело можно говорить о том, что приложения теперь тоже относятся к операционным системам.

Подводя черту под рассуждениями

Работа операционных систем зависит от наличия программ и пакетов, которые необходимы для полноценного функционирования персонального компьютера. Пакеты системных приложений позволяют ему взаимодействовать с пользователем, осуществлять простейшие операции, принимать и выводить информацию на экран с помощью операционной оболочки. Для того чтобы операционная система работала, необходимо наличие пакета программ, которые взаимосвязанными процессами обеспечивают работу и управление ею. Но чтобы осуществлять более сложные действия, работать с информацией, нужно использовать прикладные программы. Их существует довольно много, поэтому каждый пользователь может найти себе именно ту программу или тот пакет, который позволит ему осуществлять задуманные действия.

Операционная система Microsoft Windows постоянно совершенствуется и обновляется, поэтому появляются все новые и новые способы работы с информацией. Универсальные приложения, написанные в стиле Design Language и работающие как на настольных компьютерах, так и на мобильных устройствах, начинают использоваться не меньше, чем и привычные программы, и в перспективе вовсе заместят предыдущее программное обеспечение. И это вполне логично, потому что мир постепенно переходит со стационарных компьютеров и ноутбуков к смартфонам и планшетах. Нам же остается лишь не запутаться в этом сложном мире современных информационных технологий.

Время прочтения
11 мин

Просмотры 59K

Несколько дней назад в сеть просочился образ ранней версии Windows 11. Различные издательства провели тесты по производительности и пришли к неутешительному выводу: Windows 11 в среднем работает хуже, чем Windows 10. Но расстраиваться рано! Проблемы производительности могут быть связаны с «сыростью» слитого образа и нюансами совместимости с текущими программами. Так или иначе, 24 июня состоится официальная презентация нового поколения операционных систем Windows, которая, возможно, даст ответы на многие вопросы. Если сегодня у вас есть настроение для ностальгии, предлагаем вам окунуться в мир Windows: познакомиться с историей, как менялась ось и что у нее внутри.

История Windows

В начале 80 годов прошлого века компания IBM работала над персональным компьютером на базе процессора Intel 8088. С середины 70 годов компания Microsoft была основным поставщиком Basic для восьмибитных микрокомпьютеров. Когда IBM обратилась к Microsoft для лицензирования Basic для их нового компьютера IBM PC, Microsoft согласилась, а также посоветовала обратиться к компании Digital Research для лицензирования операционной системы CP/M. Но, получилось так, что глава Digital Research не нашел в своем графике времени для встречи для IBM, и IBM снова обратилась к Microsoft, теперь уже с просьбой решить вопрос операционной системы для IBM PC. Microsoft купила клон ОС CP/M у компании Seattle Computer Products и перенесла её на IBM PC. Итоговым названием получившейся ОС стало MS-DOS 1.0.

IBM PC

Первые продукты с названием «Windows» от Microsoft не были операционными системами. Это были графические среды для MS-DOS. На фоне успеха, в том числе и коммерческого, пользовательского интерфейса на Apple Lisa, компания решила реализовать графический интерфейс на IBM PC с MS-DOS. В отличии от относительно дешевых IBM PC, Apple Lisa стоили дорого (почти 10 тысяч долларов), и немногие покупатели могли позволить купить их. Microsoft решила занять нишу дешевых компьютеров с графическим интерфейсом. При этом низкая стоимость достигалась экономией на комплектующих и более низкая производительность, по сравнению с Lisa, избежать не получилось. Так, в 1985, 1987 и в 1990 выходят первые три версии Windows — 1.0, 2.0 и 3.0. Причем за первые шесть месяцев после релиза Windows 3.0 было продано более 1 миллиона экземпляров. Дальнейшее развитие Windows можно разделить на два направления — Windows на базе MS-DOS и Windows на базе NT.

Windows 1.01

Windows 9x

Windows на базе MS-DOS или Windows 9x не были первыми ОС от Microsoft, но они продолжали «старые традиции» и были построены на основе 16-битного кода MS-DOS. В августе 1995 года была выпущена Windows 95 — первая система семейства Windows 9x. Она уже была полноценной операционной системой с соответствующими возможностями.  Однако у системы были проблемы с безопасностью (например, не было «администратора») и с изоляцией приложений. Зависание 16-битного приложения приводило к блокировке всей системы. Проблемы со стабильностью достались и Windows 98 и Windows ME, которые отличались от выпуска 95 года рядом небольших обновлений.

Windows 95

Windows NT

В целом, к концу 80-х годов в Microsoft появилось понимание о необходимости разработки операционной системы не на базе MS-DOS. Параллельно с разработкой софта, связанного с MS-DOS, Microsoft наняла команду инженеров из компании DEC для разработки новой 32-битной операционной системы. Главой группы стал Дэйв Катлер — один из главных разработчиков ОС VMS. Новая система была названа NT — от сокращения New Technology. Основной упор при разработке NT делался на безопасность и надежность системы, а также на совместимость с Windows на MS-DOS. Так получилось, что опыт при разработке VMS повлиял на NT и сходство между ними стало причиной спора между DEC и Microsoft. По итогу спор был решен во внесудебном порядке. 

Дэйв Катлер

Первая система Windows называлась Windows NT 3.1 и была выпущена в 1993 году. Это была первая ОС от Microsoft. Индекс 3.1 был выбран для соответствия Windows 3.1 на MS-DOS. Эта версия не имела особого успеха. Для NT требовалось больше памяти, 32-разрядных приложений на рынке было мало, возникали проблемы с совместимостью драйвером. Достичь поставленных целей смогли в NT 3.5. А первым серьезным обновлением для NT стала версия 4.0 в 96 году. Теперь эта система была мощна, надежна и безопасна, а также обеспечивала тот же интерфейс, что и Windows 95 (которая к тому моменту была чрезвычайно популярной). 

Windows NT 3.1

В 2000 году вышла новая версия Windows — Windows 2000. Она развивала идеи, заложенные в системы NT. Был добавлена технология Plug-and-Play, управление электропитанием и улучшен интерфейс пользователя. 

Windows 2000

Успех Windows 2000 задал вектор развития для следующего поколения — Windows XP. В «хрюшке» Microsoft улучшила совместимость, интерфейс стал более дружелюбным. Стратегия Microsoft завоевывать аудиторию уже знакомыми системами дала плоды — за несколько лет Windows XP была установлена на сотнях миллионах ПК. Эпоха MS-DOS подошла к концу.

Windows XP

Следующий проект Microsoft пал жертвой собственных амбиций. Через пять лет после Windows XP, в 2006 году на свет вышла Windows Vista. В ней был переделан графический интерфейс, переработаны и добавлены функциональные возможности в плане безопасности. Была улучшена производительность, надежность.

Первоначальные планы Microsoft по поводу Vista были настолько обширны, что через несколько лет после начала разработки проект пришлось сильно ограничить. Vista включала в себе 70 миллионов строк кода, часть которого составлял «причесанный» код XP. Неудача Vista отчасти с тем, что она вышла не в то время. На 2006 год пришелся бум недорогих компьютеров, которые не могли обеспечить достаточную для Vista производительность. 

Windows Vista

Проблемы Vista были учтены при разработке Windows 7. Microsoft уделила большее внимание тестированию и производительности новой системы. Windows 7 быстро вытеснила Vista, а затем и XP, став самой популярной версией Windows до появления Windows 10 (сейчас Windows 7 на втором месте по популярности).

Windows 7

Бум смартфонов в начале 2010-х подтолкнул Microsoft к созданию операционной системы, которую можно было бы развернуть на разных устройствах: на телефонах, планшетах, приставках и т. д. В результате этой работы мир узрел Windows 8. «Восьмерка» построена на модульном подходе MinWin для получения небольшого ядра ОС, которое можно было бы расширить на линейку других типов устройств. Но аудитория встретила холодно такой подход. Многие люди критиковали «смартфоноподобный» интерфейс на ПК, отсутствие кнопки пуск. Для решения многих проблем Microsoft выпустила обновление под названием Windows 8.1, которая, помимо исправления имеющихся ошибок, добавила новые функции. 

Windows 8.1

И вот, к 2015 году Microsoft выпускает Windows 10. При разработке Microsoft продолжала развитие идеи единой системы для разных устройств. В «десятке» появилась голосовая помощница Кортана, вернули меню «Пуск», улучшена системная безопасность. 

Технические аспекты

Чтобы осветить все технические аспекты и тонкости операционной системы Windows понадобится не менее 1000 страниц. Для особо любопытных советуем 7-е издание «Внутреннего устройства Windows« Марка Руссиновича, специалиста по внутреннему устройству Windows. Также можно почитать «Современные операционные системы« Эндрю Таненбаума и «Operating System Concepts«: в обеих книгах есть главы, посвященные Windows. Здесь же ограничимся рассмотрением инструментов взаимодействия приложений пользователя с операционной системой (Windows API) и архитектуры «оси». 

Архитектура 

Во многих многопользовательских операционных системах сама ОС отделяется от приложений. Код ядра ОС выполняется в привилегированном режиме процессора (режим ядра). Для него доступны системные данные и оборудование. В непривилегированном режиме (пользовательский режим) выполняется код приложений. Ему предоставляется ограниченный набор интерфейсов и ограниченный доступ к системным данным. Прямой доступ к оборудованию заблокирован. При вызове программой пользовательского режима системной функции процессор выполняет специальную команду, переключающую вызывающий поток (последовательность команд внутри процесса, планируемая Windows для исполнения) в режим ядра. Когда системная функция завершается, операционная система переключает контекст потока обратно в пользовательский режим и дает возможность вызывающей стороне продолжить работу. 

Windows считается операционной системой с гибридным ядром. С одной стороны компоненты ядра Windows располагаются в вытесняемой памяти и взаимодействуют друг с другом путем передачи сообщений, как в микроядерных системах. С другой стороны ядро слишком велико (более 1 Мбайт), а большая часть кода ОС и кода драйверов устройств использует одно защищенное пространство памяти защищенного режима, что свойственно монолитным ОС. Это означает, что в теории любой компонент ОС или драйвер устройства может повредить данные, используемые другими системными компонентами. В Windows эта проблема решается за счет повышения качества и контроля происхождения сторонних драйверов через такие программы, как WHQL или KMCS. Одновременно применяются дополнительные технологии защиты ядра, такие как безопасность на базе виртуализации, функции Device Guard.

Рассмотрим ключевые системные компоненты, формирующие архитектуру системы. На рисунке ниже представлена упрощенная схема, на которой опущены некоторые элементы, например, сетевые компоненты и различные уровни драйверов. Первое, на что стоит обратить внимание — это линия, разделяющая части пользовательского режима и режима ядра. Как упоминалось выше, потоки пользовательского режима выполняются в закрытом адресном пространстве процессов. На время выполнения в режиме ядра они получают доступ к системному пространству. Таким образом, системные процессы, пользовательские процессы, процессы служб и подсистемы среды обладают собственным закрытыми адресными пространствами. 

Упрощенная схема архитектуры Windows

Вторая линия разделяет компоненты режима ядра и гипервизор (Hyper-V). Гипервизор перехватывает многие привилегированные операции, выполняемые ядром, и эмулирует их таким образом, чтобы позволить на одной и той же машине одновременно работать нескольким операционными системам. Гипервизор работает на том же уровне привилегий процессора (0), что и ядро. Но из-за использования специализированных команд процессора (VT-x у процессоров Intel, SVM у АMD) он может изолироваться от ядра с сохранением контроля над ним и приложениями. Поэтому некоторые иногда применяют термин «кольцо -1».

Четыре базовых типа процессов пользовательского режима:

• Пользовательские процессы. Эти процессы относятся к одному из следующих типов: 32- или 64-разрядные приложения Windows (приложения Windows Apps, работающие на базе среды Windows Runtime в Windows 8 и выше, включаются в эту категорию), 16-разрядные приложения Windows 3.1, 16-разрядные приложения MS-DOS, 32- и 64-разрядные приложения POSIX. Заметим, что 16-разрядные приложения могут выполняться только в 32-разрядных версиях Windows, а приложения POSIX в Windows 8 уже не поддерживаются. 
• Процессы служб. В эту категорию входят процессы, являющиеся хостами для служб Windows (например, службы планировщика задач и диспетчер печати). Обычно к службам предъявляется требование независимости выполнения от входа пользователя. Многие серверные приложения Windows (например, Microsoft SQL Server и Microsoft Exchange Server) также включают компоненты, выполняемые как службы.
• Системные процессы. Фиксированные процессы, такие как процесс входа или диспетчер сеансов, не являются службами Windows. Другими словами, они не запускаются диспетчером служб.
• Серверные процессы подсистем среды. Такие процессы реализуют часть поддержки среды ОС, предоставляемой пользователю и программисту. Изначально в Windows NT было три подсистемы среды: Windows, POSIX и OS/2. Подсистема OS/2 включалась только до Windows 2000, подсистема POSIX в последний раз была включена в Windows XP.Ultimate- и Enterprise-выпуски клиента Windows 7. Все серверные версии Windows 2008 R2 включают поддержку расширенной подсистемы POSIX, называемой SUA (Subsystem for UNIX-based Applications). Сейчас подсистема SUA не поддерживается и уже не включается как необязательное часть в версии Windows (Windows 10 версии 1607 включает подсистему Windows для Linux — WSL, Windows Subsystem for Linux).

Обратим внимание на блок DLL подсистем под блоками Процессы служб и Пользовательские процессы. В Windows пользовательские приложения не вызывают низкоуровневые сервисные функции операционной системы напрямую. Вместо этого они проходят через одну или несколько динамических библиотек (DLL) подсистем. Их роль состоит в том, чтобы преобразовывать документированные функции в соответствующие внутренние (недокументированные) вызовы системных функций, реализованных в основном в Ntdll.dll. Преобразование может включать (а может не включать) отправку сообщения процессу, обслуживающему пользовательский процесс.

Компоненты режима ядра:

• Исполнительная система. Она содержит базовые сервисные функции ОС: управление памятью, управление процессами и потоками, безопасность, ввод/вывод, сетевая поддержка и межпроцессные коммуникации.
• Ядро Windows. Низкоуровневые функции ОС: планирование потоков, диспетчеризация прерываний и исключений и многопроцессорная синхронизация. Также ядро предоставляет набор функций и базовых объектов, которые используются исполнительной системой для реализации высокоуровневых конструкций.
• Драйверы устройств. Сюда входят как драйверы физических устройств, преобразующие вызовы пользовательских функций ввода/вывода в конкретные запросы ввода/вывода к устройству, так и драйверы устройств, не относящихся к физическому оборудованию, например драйверы файловой системы или сетевые драйверы. 
• Слой абстрагирования оборудования (HAL). Прослойка кода, изолирующее ядро, драйверы устройств и прочий исполняемый код Windows от платформенно-зависимых различий в работе оборудования, например различий между системными платами.
• Оконная и графическая система. Реализация функций графического интерфейса (GUI), также известных как функции GDI: работа с окнами, элементы пользовательского интерфейса и графический вывод.
• Уровень гипервизора. Включает всего-навсего один компонент: сам гипервизор. В этой среде нет ни драйверов, ни других модулей. При этом сам гипервизор состоит из нескольких внутренних уровней и служб: собственный диспетчер памяти, планировщик виртуальных процессов, управление прерываниями и таймером, функции синхронизации, разделы (экземпляры виртуальных машин) и внутрипроцессные коммуникации (IPC, Inter-Process Communication) и многие другие.

В таблице ниже представлены некоторые файлы некоторых базовых компонентов Windows:

Windows API

Windows API (Application Programming Interface) — это программный интерфейс пользовательского режима для Windows. До появления 64-разрядной версии операционной системы программный интерфейс 32-разрядных версий Windows назывался Win32 API в отличие от исходного 16-разрядного Windows API (программный интерфейс для исходных 16-разрядных версий Windows). На данный момент термин Windows API или Win32 API относят как к 32-разрядным, так и к 64-разрядным версиям.

В «доисторические времена» Windows API состоял только из функций в стиле C. Выбор языка C был обусловлен тем, что написанный на нем код также мог использоваться из других языков. Он являлся достаточно низкоуровневым для предоставления сервиса ОС. Но огромное количество функций в сочетании с недостаточной последовательностью выбора имен и отсутствием логических группировок (вроде пространств имен C++) привели к тому, что в некоторых новых API используется другой механизм — модель COM.

COM базируется на двух основных принципах. Во-первых, клиенты взаимодействуют с объектами (серверные объекты COM) через интерфейсы — четко определенные контракты с набором логически связанных методов, сгруппированных посредством механизма диспетчеризации по виртуальным таблицам. Такой же механизм, к слову, обычно применяется компиляторами C++ для реализации диспетчеризации виртуальных функций. Таким образом обеспечивается двоичная совместимость и снимаются проблемы с декорированием имен компилятором. Поэтому, такие методы могут вызываться из многих других языков и компиляторов, включая C, C++, VB, языки .NET, Delphi и т. д. Вторым принципом является динамическая загрузка компонентов (вместо статической компоновки с клиентом).

WinRT

В Windows 8 появился новый API и исполнительная среда поддержки Windows Runtime (WinRT). WinRT состоит из платформенных сервисов, предназначенных для разработчиков приложений Windows Apps (приложения Windows Apps подходят для устройств, начиная от миниатюрных IoT-устройств до телефонов, планшетов, десктопных систем, ноутбуков и даже Xbox One и Microsoft HoloLens).

С точки зрения API платформа WinRT строится на базе COM, добавляя в базовую инфраструктуру COM различные расширения. С архитектурной точки зрения она обладает намного большей целостностью: в ней реализованы иерархии пространств имен, последовательная схема назначения имен и паттерны программирования. На базовом двоичном уровне WinRT API все равно строится на основе унаследованных двоичных файлов и API Windows. Это не новый «машинный» API для системы: ситуация немного напоминает то, как .NET строится на основе традиционного Windows API. 

.NET Framework

.NET Framework является частью Windows. Он состоит из двух основных компонентов:

• CLR (Common Language Runtime). Исполнительная среда .NET, включает JIT-компилятор для преобразования инструкций языка CIL в низкоуровневый язык машинных команд процессора, сборщик мусора, систему проверки типов, безопасность обращения к коду и т. д. Среда реализована в виде внутрипроцессного сервера COM (DLL) и использует различные средства, предоставляемые Windows API.
• .NET Framework Class Library (FCL). Обширная подборка типов, реализующих функциональность, часто используемую в клиентских и серверных приложениях, — средства пользовательского интерфейса, поддержка сети, работа с базами данных и т. д.

На схеме представлены отношения между .NET Framework и ОС Windows:

Отношение между .NET и ОС Windows. Термин «сервер COM» обычно относится к DLL библиотеке или исполняемому файлу (EXE), в котором реализованы классы COM.

Лекция 3. Системное
программное обеспечение

Системное
программное обеспечение: понятие,
функции и
классификация

Программное
обеспечение
– это совокупность программ, программной
документации и средств программирования.

Программная
документация
– совокупность документов, обеспечивающих
пользователя всей необходимой информацией
о назначении, правилах и условиях
применения программ.

Средства
программирования
– совокупность языков программирования
и программных средств, используемых
для создания программ.

В настоящее время
в программном обеспечении персональных
компьютеров принято выделять следующие
группы программ: системное,
инструментальное и
прикладное
программное обеспечение.

Прикладное
программное обеспечение
обеспечивает решение задач в различных
областях применения компьютерных систем
обработки данных (текстовые, графические
редакторы, электронные таблицы, базы
данных и т.д.).

Инструментальное
программное обеспечение
служит для разработки всевозможных
пакетов программ, применяемых в самых
разных областях деятельности человека
(трансляторы языков программирования,
отладчики программ и т.д.).

Данные виды
программного обеспечения будут подробно
рассматриваться в последующих лекциях,
сейчас остановимся только на системном
программном обеспечении.

Программное
обеспечение, необходимое для обеспечения
эффективной работы с аппаратными
средствами, для выполнения других
программ пользователя, а также для
предоставления пользователю набора
всевозможных услуг, называется системным
программным обеспечением.

Системная программа
обеспечивает выполнение трех основных
функций:

1. выполнение
   необходимых манипуляций с объектами
   (целевая
   функция программы);

2. эффективность
   использования аппаратных ресурсов;

3. максимальное
   удобство работы пользователя
   («дружественность»
   интерфейса пользователя).

Взаимосвязь
между уровнями и программами системного
программного обеспечения можно
представить с помощью следующей схемы:

Основу системного
программного обеспечения составляют
программы, входящие в операционные
системы
компьютеров. Базовое
программное обеспечение
(BIOS)
является составной частью аппаратных
средств и одним из программных модулей
операционной системы. Служебные
программы
используются при работе или техническом
обслуживании компьютера для выполнения
вспомогательных функций: работа с
файлами (Total
Commander),
диагностирование аппаратуры, антивирусные
средства, восстановление поврежденной
информации (Norton
SystemWorks),
сжатие информации (WinRAR)
и др.

Базовое программное обеспечение

Базовое программное
обеспечение
(BIOS)
– записанная в постоянное запоминающее
устройство программа, которая отвечает
за управление всеми компонентами,
установленными на материнской плате.

Аббревиатура
BIOS
расшифровывается как Basic
Input/Output
System
– базовая система ввода/вывода. Раньше
основным назначением BIOS
была поддержка функций ввода-вывода,
однако в последнее время ее функции
значительно расширились.

Выделяют четыре
основные функции BIOS:

1. поддержка функций
   ввода-вывода (за
   счет предоставления операционной
   системе интерфейса для взаимодействия
   с аппаратурой);

2. процедура
   тестирования установленного на
   материнской плате оборудования;

POST
(Power
On
Self
Test)
проводится после каждого включения
компьютера. В процессе тестирования
оборудования BIOS
проверяет работоспособность системы
управления электропитанием, инициализирует
регистры микросхем и контроллеры,
тестирует оперативную память и порты,
подключает клавиатуру и жесткие диски.

1. загрузка операционной
   системы;

Определив тип
устройства загрузки (жесткий диск,
CD—ROM
и т.д.), BIOS приступает к поиску программы
(загрузчика операционной системы) на
носителе. Программа загрузки помещается
в оперативную память, откуда и происходит
загрузка системы.

1. управление
   потребляемой мощностью, а также
   включением и выключением источника
   питания.

Разработкой
программного обеспечения для BIOS
занимаются Award
Software,
Americans
Megatrends
и Microid
Research.

Назначение и функции операционных систем

Операционная
система –
это комплекс взаимосвязанных программ,
обеспечивающих взаимодействие между
приложениями и пользователем, с одной
стороны, и аппаратурой компьютера – с
другой, и реализующих рациональное
управление ресурсами компьютера.

Таким образом,
все аппаратные, а также и программные
средства предоставляются пользователю
только через посредника – операционную
систему.

Выделяют следующие
основные функции операционной системы:

1. контроль
   работоспособности и управление работой
   оборудования;

2. выполнение
   процедуры начальной загрузки;

3. управление файловой
   системой;

4. взаимодействие
   пользователя с компьютером;

5. загрузка и
   выполнение прикладных программ;

6. распределение
   аппаратных ресурсов между программами.

Операционная
система, являясь главной частью системного
программного обеспечения, создает среду
для выполнения приложений и во многом
определяет, насколько эффективно будут
работать эти приложения. Очевидно, что
главным требованием, предъявляемым к
операционной системе, является способность
выполнения основных функций.

Виды операционных систем

Классификацию
операционных систем можно выполнить
различным образом, основываясь на
нескольких ключевых критериях.

Операционные
системы

по
способу взаимодействия с пользователем

пакетные

диалоговые

реального
времени

с
графическим интерфейсом

с
командной строкой

однопользовательские

многопользовательские

однозадачные

многозадачные

однопроцессорные

многопроцессорные

локальные

сетевые

по
числу одновременно

работающих
пользователей

по
числу одновременно

выполняемых
задач

по
количеству поддерживаемых процессоров

по
возможности работы в вычислительных
сетях

Системы пакетной
обработки
– пользователь подготавливает исходные
данные в виде пакета программ (перфокарты,
магнитная лента, диск и т.д.),
подлежащих одновременному решению (ЕС
ЭВМ – Единая Система);

Диалоговые
системы –
работа пользователя с программой
выполняется путем подачи соответствующих
команд с терминала (Unix,
Windows, Linux);

Данные системы
работают в режиме разделения
времени.
На выполнение каждой задачи выделяется
небольшой интервал процессорного
времени, если программа не выполнена
до конца за этот интервал, ее исполнение
принудительно прерывается, программа
переводится в конец очереди и исполняется
следующая задача. Т.к. ни одна задача не
занимает процессор надолго, то время
отклика системы оказывается приемлемым.
Подобные системы обладают меньшей
пропускной способностью, чем системы
пакетной обработки, т.к. на выполнение
принимается каждая запущенная
пользователем задача, а не та, которая
«выгодна» системе.

Системы реального
времени –
исходные данные для обработки
обеспечиваются физическими сигналами,
поступающими от различных датчиков,
встроенных в технологическое оборудование
(QNX, RT-11).

Однозадачные
операционные системы
включают средства управления периферийными
устройствами, средства управления
файлами, интерфейс пользователя.
Многозадачные
операционные системы,
кроме вышеперечисленных функций,
управляет разделением совместно
используемых ресурсов, таких, как
процессор, оперативная память, файлы и
важнейшие устройства.

Локальные
операционные системы
предназначены для автономного компьютера;
сетевые
– ориентированы на обеспечение работы
компьютеров в локальной сети.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Существуют различные виды операционных систем, чья классификация зависит как от типа устройства, на которое установлена ОС, так и от внутренних особенностей и характеристик. Однако функции и задачи всегда будут схожими и направленными на облегчение управления и взаимодействия с устройством.

Для конечного пользователя важно то, насколько та или иная операционная система соответствует его задачам. В нашей статье мы расскажем, зачем нужны ОС, по каким принципам их разделяют, и поговорим, как выбрать ту, которая подойдет именно вам.

Понятие операционной системы

Операционная система (сокр. ОС) представляет собой совокупность взаимосвязанных программ, предназначенных для управления ресурсами компьютера, ноутбука или смартфона. Таким образом, главная задача ОС – управление всеми элементами девайса. С помощью нее человек может взаимодействовать со своим оборудованием. Кроме того, операционная система позволяет правильно распределять вычислительные ресурсы между процессами.

Благодаря операционной системе разработчики программного обеспечения (ПО) могут пользоваться удобным интерфейсом и с помощью этого создавать различные программы. При этом стоит понимать, что программы разрабатываются строго под конкретную ОС.

В большей части устройств OС выступает в качестве самого важного элемента ПО. Причем операционные системы имеют разный набор функций и ограничений. Но некоторые типы ОС дают возможность по собственному желанию увеличивать функционал своего устройства при помощи установки всевозможных программ.

ОС отсутствует в простой технике. Например, некоторые магнитолы, приставки и кухонные приборы ее не имеют, ведь в таких устройствах нет множества программ, которые должны правильно взаимодействовать друг с другом. Кроме того, для простой техники не нужно наличие единого механизма хранения данных, вариативность и графический интерфейс.

Наиболее важный элемент ОС – это ядро. Оно осуществляет контроль над правильным выполнением процессов и регулирует имеющиеся у устройства ресурсы. Например, когда пользователь взаимодействует с компьютером, в нем запускаются процессы, для которых, конечно же, требуются определенные ресурсы, а доступ к ним невозможен без отлаженной работы ОС.

Задачи и функции операционной системы

OС выполняет две основные задачи, которые и определяют ее предназначение:

• Управляет всеми ресурсами системы. Операционная система обеспечивает функционирование и правильную координацию процессов устройства;
• Упрощает для пользователя работу с устройством.

Скачать файл

ОС позволяет эффективно взаимодействовать со всевозможными девайсами и использовать различные приложения.

Функции операционных систем определяются разработчиками и зависят от самих комплектующих устройства, но можно выделить ряд свойств, которые присущи всем ОС:

• выполнение запросов ПО;
• работа с программами и загрузка их в оперативную память;
• обеспечение многозадачности и надежности вычислительных процессов;
• стандартизированный доступ к устройствам ввода-вывода;
• контроль над процессором, видеоадаптером, оперативной памятью и другими элементами девайса;
• отладка и логирование ошибок;
• предоставление удобного интерфейса;
• правильная координация ресурсов устройства и их распределение между запущенными процессами.

Некоторые типы OС имеют и другие функции.

Классификация операционных систем

Существует несколько классификаций ОС.

В зависимости от способа организации вычислений:

• Системы пакетной обработки – основной задачей является организация наибольшего количества вычислительных процессов за единицу времени. Определенные процессы объединяются в пакет, который затем обрабатывает ОС.
• Системы разделения времени – создание возможности единовременного взаимодействия с устройством сразу несколькими людьми. В порядке очереди каждый пользователь получает определенный промежуток процессорного времени.
• Системы реального времени – организация работы каждой задачи за определенный промежуток времени, присущий каждой конкретной задаче.

В зависимости от типа ядра:

• OС с монолитным ядром;
• OС с микроядром;
• OС с гибридным ядром.

В зависимости от количества единовременно решаемых задач:

• однозадачные;
• многозадачные;

В зависимости от количества пользователей:

• однопользовательские;
• многопользовательские.

Читайте также

В зависимости от количества поддерживаемых процессоров:

• однопроцессорные
• многопроцессорные

В зависимости от возможности работы в компьютерной сети:

• локальные – автономные ОС, которые не позволяют работать с компьютерными сетями;
• сетевые – ОС с поддержкой компьютерных сетей.

В зависимости от роли в сетевом взаимодействии:

• серверные – ОС, открывающие доступ к ресурсам сети и осуществляющие управление сетевой инфраструктурой;
• клиентские – ОС, которые имеют возможность получения доступа к ресурсам сети.

В зависимости от типа лицензии:

• открытые – ОС с открытым исходным кодом, который можно изучать и редактировать;
• проприетарные – ОС, связанные с определенным правообладателем и, как правило, имеющие закрытый исходный код.

В зависимости от сферы использования:

• ОС мэйнфреймов – больших компьютеров;
• ОС серверов;
• ОС персональных компьютеров;
• OC мобильных устройств;
• встроенные OC;
• OC маршрутизаторов.

Наиболее популярные операционные системы

Рассмотрим основные виды и примеры операционных систем, которые наиболее актуальны на данный момент.

Windows

Является лидером среди операционных систем для компьютеров, ноутбуков и планшетов. Среди всех пользователей 90 % используют именно Windows. Дата выхода первой версии OС приходится на 1985 год.

На сегодняшний день последняя номерная версия — Windows 11 является заключительной. И какие-либо изменения относительно ОС со стороны разработчиков направлены лишь на функционал и внешний вид выпущенной версии.

Отличительные характеристики:

• Платная и закрытая ОС.
• Возможность установки большого количества аппаратного обеспечения.
• Высокое качество интерфейса.
• Простота управления.
• Управление различными устройствами ввода.
• Высокая скорость работы.
• Удобная установка ПО.
• Отличный уровень безопасности (но не в старых версиях).
• Разнообразие программ и игр.

Mac OS

Данная ОС встраивается в компьютеры и ноутбуки фирмы Apple. По типу лицензии является закрытой операционной системой, установка которой осуществляется только на устройства бренда.

Благодаря удобству и эстетике эта ОС завоевала 10 % пользователей домашних персональных компьютеров и ноутбуков.

По мнению многих людей, функционал данной системы довольно специфичен и раскрывается в дизайне или архитектуре. Однако это не совсем верное утверждение, ведь Mac OS очень проста и многофункциональна. Ее непопулярность обусловлена отсутствием возможности использования на устройствах других брендов.

Отличительные характеристики:

• Платная и закрытая ОС.
• Не предназначена для игр.
• Устанавливается только на ПК и ноутбуки Apple.
• Высокая скорость работы.
• Простота использования.
• Высокий уровень безопасности.
• Надежность.
• Отлаженная координация ресурсов компьютера.

Linux

Бесплатная и открытая ОС, предназначенная для компьютеров и ноутбуков. Данная операционная система популярна в кругу небольшого количества пользователей. Трудно настраиваемый, не пригодный для игр вариант. Кроме того, игры в принципе редко разрабатываются для данной системы.

Имеется достаточно дистрибутивов Линукса, которые зачастую очень сильно различны между собой. Однако чаще всего пользователи делают выбор в сторону Ubuntu. Все дело в высокой скорости работы, приятном интерфейсе и удобстве при эксплуатации.

Отличительные характеристики:

• Открытая и бесплатная OC.
• Бесплатное программное обеспечение.
• Есть возможность выполнять программы от Windows при помощи эмулятора.
• Хороший уровень безопасности.
• Отличные показатели распределения ресурсов устройства.
• Не подойдет для игр.
• Отсутствие многообразия ПО.
• Трудности при настройке и использовании.
• Сложно найти информацию о решении проблем с системой.
• Ограниченная поддержка аппаратного обеспечения

Читайте также

iOS

ОС предназначенная для мобильных девайсов Apple. Встраивается во все смартфоны данной фирмы. Отличается удобством управления, плавностью функционирования и эстетичностью. Выступает в качестве ведущей операционной системы для смартфонов.

Выбирая новый мобильный девайс многие люди ориентируются именно на IOS. Качество ПО и обилие возможностей говорят сами за себя, поэтому данная операционная система полностью оправдывает свою популярность.

Отличительные характеристики:

• Закрытая ОС.
• Часто обновляется.
• Есть только на девайсах от Apple.
• Высокая скорость функционирования.
• Возможность управлять жестами.
• Хороший уровень безопасности.
• Огромное количество приложений.
• Отсутствуют другие магазины помимо App Store

Android

OC от компании Google, предназначенная для мобильных девайсов. Встраивается в большинство нынешних смартфонов и является наиболее популярной системой. Эта открытая ОС отличается удобством использования и славится своей многофункциональностью.

Отличительные характеристики:

• Открытая и бесплатная OC.
• Есть возможность установки приложений из альтернативных источников.
• Удобство использования.
• Огромное количество приложений.
• Устанавливается в девайсы от самых разных компаний.
• На Android довольно часто выходят обновления.
• Возможность управления жестами.
• Высокая скорость работы.
• Разнообразие оболочек/лаунчеров для управления.

Выбор подходящей операционной системы для компьютера

Чтобы определиться с конкретной ОС необходимо знать задачи, которые она должна будет выполнять. В этом смысле можно выделить несколько целей взаимодействия с ПК:

• Игры

Если вы собираетесь использовать свое устройство для игр, то лучше всего подойдет именно Windows. Данная ОС может запускать большинство современных игр и приложений. Отличный вариант для проведения времени в шутерах, стратегиях, квестах и т.д. В данной операционной системе наиболее актуальными магазинами игр будут: Steam, Оrigin, Battle. Net. Также при желании можно подключить к компьютеру игровую приставку.

• Программирование

В этой сфере самым оптимальным решением для вас станет LInux. В этой ОС очень удобно работать с интернетом, дизайном и утилитами, которые помогают осуществлять качественное программирование. В Linux существует огромное количество конфигураций, что позволит вам настроить OС под свои задачи. Кроме того, вы можете установить интерфейс, который будет внешне похож на Mac, Windows и др. Еще одним огромным плюсом этой операционной системы является то, что практически все приложения на нее являются абсолютно бесплатными.

• Работа с медиаконтентом

Для работы с видео/аудио редакторами лучше всего подходит MacOS. Данная система сможет обеспечить высококачественную обработку звука, отличную скорость рендеринга видео и плавность выполнения задач. В особенности это касается iMAC или MacPRO. Кроме того, эта ОС выпускается с уже установленными программами для работы с медиаконтентом.

Теперь вы обладаете базовыми знаниями о видах операционных систем. С каждым годом технологический прогресс идет все дальше и дальше, а это значит, что ОС также будут идти в ногу со временем.

Программное обеспечение, установленное на ПК, делится на 3 разновидности:
— прикладное;
— системное;
— инструментальное.

Прикладное
Наиболее обширная доля классификации. Сюда относятся графические и текстовые редакторы, браузеры, базы данных и все, что люди используют в привычной работе за компьютером. Здесь же находятся антивирусные пакеты, бухгалтерия и различные архивы.

Смысл этой разновидности в выполнении четко поставленной задачи: рисовать, учитывать, открывать сетевые страницы, набирать текст. Если утилита нужна для конкретного выполнения действия, то она является прикладным ПО.

Системное
Это часть системы, которая помогает следить за аппаратной стороной ПК и управлять ею. Сюда входят программы, контролирующие работу оперативной памяти, центрального процессора, видеокарты, устройств ввода и вывода информации, сетевые подпрограммы.

Таким ПО считается:

• Драйверы — утилиты небольшого размера, функционирование которых заключается в обеспечении корректной работы остальных элементов оборудования;
• ОС;
• Дополнения — языковые пакеты или настройки расширения экрана.

Основное отличие системной разновидности считается то, что она не рассчитана на выполнение конкретной поставленной задачи. Она необходима, чтобы обеспечивать бесперебойную работу остальных частей компьютера. Ее можно назвать посредником между оборудованием — «железом» и программным кодом.

Инструментальное
Специфическое обеспечение любой компьютерной техники. Его можно было бы отнести к прикладному, но из-за специфики применения его выделили в отдельный вид. Основная функция — отладка, настройка, переписывание программного кода.

Сюда входят компиляторы, отладчики, переводчики высокого уровня, редакторы, интерпретаторы и другие средства. Они необходимы, потому что техника не понимает человеческих слов. Чтобы ей «объяснить», что надо сделать, требуется специальный «машинный язык».

Постоянно пользоваться этим кодом базовым пользователям довольно сложно, поэтому были разработаны системы, которые позволяют переводить обычную речь в двоичную, привычную для ПК.

Разница между часто используемыми компиляторами и интерпретаторами заключается в том, что первый генерирует готовый файл, который можно запускать. А второй создает архив, который функционирует только с помощью самого сервиса.