Операционная система компьютера (назначение, состав, способ организации диалога с пользователем). Загрузка компьютера.

2. Создание, преобразование, сохранение, распе­чатка рисунка в среде графического редактора.

1. Операционная система компьютера (назначение, состав, способ организации диалога с пользователем). Загрузка компьютера.

Операционная система — это важнейшая часть си­стемного программного обеспечения, которая организу­ет процесс выполнения задач на ЭВМ, распределяя для этого ресурсы машины, управляя работой всех ее уст­ройств и взаимодействием с пользователем. Иными сло­вами, это своеобразный администратор компьютера, рас­пределяющий его ресурсы так, чтобы пользователь мог решать свои задачи максимально удобно.

Примечание. Ресурсами компьютера являются процессор­ное время, память всех видов, устройства ввода/вывода, прог­раммы и данные.

Роль операционной системы можно наглядно пред­ставить себе с помощью следующего рисунка. В центре его изображен собственно компьютер, т.е. все то обору­дование, которое стоит на вашем столе и которое мож­но непосредственно " потрогать руками" (в информати­ке эта часть часто называется hardware). Внешней обо­лочкой является разнообразное программное обеспече­ние (software), позволяющее многочисленным пользо­вателям решать свои прикладные задачи из всех облас­тей человеческой деятельности. ОС организует их со­вместную работу и служит своеобразным программным расширением управляющего устройства компьютера. Вы можете спросить: а так ли нужен еще один дополни­тельный слой? Очень нужен, учитывая тот факт, что не­возможно заложить в центральный блок информацию обо всех устройствах, которые к нему могут быть под­соединены. И, кроме того, новое устройство может быть изобретено уже после изготовления компьютера! Отсю­да очевидно, что загружаемая (а следовательно, изменя­емая) программная часть, обеспечивающая работу ком­пьютерное аппаратуры, совершенно необходима.

С другой стороны, наличие операционной системы очень существенно облегчает разработку нового про­граммного обеспечения. Все наиболее часто встречаю­щиеся при работе компьютера задачи сконцентрирова­ны в ОС. Поэтому программисту уже не требуется за­ботиться о размещении своей программы в объеме па­мяти каждого конкретного компьютера или описывать отдельные технические детали взаимодействия со все­возможными внешними устройствами разнообразных фирм-изготовителей — для этого достаточно просто об­ратиться к соответствующей функции операционной системы. Приведем простой частный пример. Если бы об этом не заботилась ОС, каждая программа должна была бы самостоятельно проверять наличие дискеты в дисководе при записи информации или факт подключе­ния принтера перед печатью на бумагу. И таких ситуа­ций существует великое множество.

Но наличие операционной системы удобно и пользо­вателю. Поскольку на современных компьютерах диа­лог с ним ведется именно средствами ОС, то интерфейс (проще говоря, способы взаимодействия с человеком) во всех программах получается примерно одинаковым. Так, освоив 2—3 программы в системе Windows, пользо­ватель может довольно быстро научиться работать с еще одной, даже совершенно новой для него,

Таким образом, мы видим, что операционная систе­ма решает целый комплекс важных задач управления компьютером. Сформулируем их по возможности более полно. Итак, ОС современного компьютера выполняет следующие функции.

• Организация согласованного выполнения всех про­цессов в компьютере. Планирование работ, распределе­ние ресурсов.

• Организация обмена с внешними устройствами. Хра­нение информации и обеспечение доступа к ней, предо­ставление справок.

• Запуск и контроль прохождения задач пользователя.

• Реакция на ошибки и аварийные ситуации. Конт­роль за нормальным функционированием оборудования.

• Обеспечение возможности доступа к стандартным системным средствам (программам, драйверам, инфор­мации о конфигурации и т.п.).

• Обеспечение общения с пользователем.

• Сохранение конфиденциальности информации в многопользовательских системах.

Первые операционные системы (СР/М, МS-DOS, Unix) вели диалог с пользователем на экране текстового дисплея. Это был в полном смысле слова диалог, в ходе которого человек и компьютер по очереди обменива­лись сообщениями: человек вводил очередную команду, а компьютер, проверив ее, либо выполнял, либо отвер­гал по причине ошибки. Такие системы в литературе принято называть ОС с интерфейсом командной строки.

Пользователь последовательно набрал две команды вывода каталога дисков, причем первую компьютер вы­полнил нормально, и на экране появился требуемый спи­сок файлов, а вторую " отказался" делать, поскольку опе­ратор ошибочно указал имя несуществующего диска. Очевидно, что подобный способ общения не очень удо­бен для человека, поскольку требует постоянно держать в голове жесткий синтаксис всех допустимых команд и очень внимательно их вводить. Поэтому почти сразу же стали появляться сервисные системные программы, тем или иным способом облегчающие работу с ОС. Наиболее яр­ким примером таких программ-оболочек может служить широко известный Norton Commander, который был настолько распространен, что многие пользователи ис­кренне считали его частью операционной системы.

Развитие графических возможностей дисплеев привело к коренному изменению принципов взаимодействия че­ловека и компьютера. Командная строка была безвоз­вратно вытеснена графическим интерфейсом, когда объекты манипуляций в ОС изображаются в виде не­больших рисунков, а необходимые действия тем или иным образом выбираются из предлагаемого машиной списка — так называемого меню. При подобном методе диалога набор текста полностью отсутствует и вполне достаточно всего нескольких клавиш. Существенным до­полнением к графическому способу ведения диалога яви­лось появление нового устройства ввода информации в компьютер — манипулятора " мышь", без которого сей­час просто невозможно представить современный ком­пьютер. Примерами операционной системы с графиче­ским интерфейсом служат довольно похожие ОС для компьютеров " Масintosh" (не имеет специального на­звания и обозначается просто System с номером версии) и " IВМ РС" — 0S/2 и Windows. Последняя система в нашей стране распространена необычайно широко.

Перейдем теперь к описанию состава операционных систем. Он, конечно, может быть довольно разным для различных систем. Так, для " классических" ОС с ко­мандной строкой довольно четко выделяются три ос­новные части:

• машинно-зависимая часть для работы с конкретны­ми видами оборудования;

• базовая часть (ядро), не зависящая от конкретных деталей устройств: она работает с абстрактными логи­ческими устройствами и при необходимости вызывает функции из предыдущей части; отвечает за наиболее общие принципы устройства ОС;

• программа ведения диалога с пользователем (ее ча­сто называют командным процессором).

Значительная часть операционной системы находит­ся в памяти постоянно, что обеспечивает ее эффектив­ную работу. Программы для некоторых редко использу­емых операций типа форматирования дискет чаще все­го оформляются в виде самостоятельных служебных программ и хранятся на внешних носителях. Такие про­граммы обычно называют утилитами. Кроме того, в ОС, как правило, включают небольшой стандартный набор самого необходимого программного обеспечения, например, простейший текстовый редактор.

Состав операционных систем с графическим интер­фейсом типа Windows заметно шире, но в целом имеет похожее строение.

В момент включения компьютера в ОЗУ нет осмыслен­ной информации. Поэтому особый интерес представляет вопрос о том, как операционная система загружается. Процесс этот в заметно упрощенном виде выглядит так. При включении компьютера (или при нажатии кнопки сброса) счетчик процессора аппарате устанавливается на начальный адрес ПЗУ, и стартует выполнение программы начальной загрузки. Прежде всею ищется и тестируется установленное оборудование. Современные компьютеры в основном используют внешние устройства " plug and р1ау" (переводится — " включил и работай"), поэтому они спо­собны сообщить процессору свои основные характеристи­ки и условия работы. Опрос внешних устройств и провер­ка их работоспособности занимают достаточно длительное время, несмотря на высокое быстродействие компьютера. В случае если все оборудование функционирует нормаль­но, происходит переход к следующему этапу — поиску начального загрузчика операционной системы. Он может находиться на жестком диске, на дискете, на СD-RОМ и даже быть получен с помощью сетевой платы. Поэтому компьютер опрашивает перечисленные устройства по оче­реди, в определенном порядке, до тех пор, пока не обнаружит требуемую информацию (в скобках заметим, что порядок поиска при наличии достаточных навыков и зна­ний может быть легко изменен). Итак, загрузчик, пред­ставляющий собой не что иное, как программу дальней­шей загрузки, обнаружен и прочитан в память. Дальней­шие действия машины уже определяются тем, что введено извне. Поскольку начальный загрузчик очень мал, то он умеет очень немного — найти и прочесть первый файл ОС с фиксированным именем и передать ему управление. И только после этого будет загружена в ОЗУ остальная часть операционной системы и машина сможет, наконец, нор­мально общаться с пользователем.

Примечание. Несколько слов для тех, кого удивила слож­ность описанного процесса. Почему загрузка ОС такая много­ступенчатая • и почему, например, нельзя просто записать начальный загрузчик в то же самое ПЗУ? Технически это не представляет никакого труда, но все дело в том, что тогда мы сможем пользоваться только одной(!) операционной систе­мой, а именно той, загрузчик для которой жестко " зашили" в ПЗУ.

И в заключение еще одно дополнительное замеча­ние. Может быть, не стоит требовать этот материал с учеников, но рассказать об этом, по-моему, стоит. Все­гда ли существовала ОС и может ли компьютер рабо­тать без нее? Как ни странно, ответ на оба вопроса отрицательный. Операционная система существовала не всегда, а возникла на стыке второго и третьего по­колений.

Cсущественными причинами возникновения ОС являются появление сложных внешних устройств — в первую очередь магнитных дисков, и необходимость разделения ресурсов между задачами и пользователями. Что касается работы без ОС, то теоретически можно написать такую программу, которая будет сама загружаться и работать с внешними устройствами без всякого участия ОС. На практике это чересчур сложно и никогда не делается. Даже если компьютер целыми днями работает по единственной программе (кассовый аппарат в магазине или учет переводов в сберкассе), в нем все равно обычно используется операционная система.

2. Создание, преобразование, сохранение, распе­чатка рисунка в среде графического редактора.

Один из многочисленных вариантов задания может выглядеть следующим образом.

Задание

С помощью графического редактора создать, сохра­нить в файл с указанным учителем именем и в заданный каталог, а также распечатать изображение, представлен­ное на рисунке.

Сохранить уменьшенную в 4 раза копию рисунка в файл с другим именем в тот же самый каталог.