Классификация и функции операционных систем. Целью данного курсового проекта является
 Скачать 4.92 Mb.
|
|
ВВЕДЕНИЕ Одним из основных направлений развития современного российского общества является внедрение инновационных технологий для улучшения качества жизни. На данном этапе приоритетное развитие получают вычислительная техника и информационные технологии, которые способны решить задачу перехода к информационной цивилизации и значительно увеличить интеллектуальные возможности человека. Проникновение компьютера в различные сферы жизнедеятельности не обошло стороной и образование, став основным направлением его модернизации. Для успешного выполнения поставленных перед обществом задач на данном направлении требуется подготовка высококвалифицированных технических специалистов в различных отраслях. Однако особенно широкое распространение в последние годы получили ПК, предназначенные для обслуживания одного рабочего места, автоматизации учебного процесса по любым предметам в образовательных учреждениях, организации дистанционного обучения и досуга. Повышения популярности ПК обусловлено их относительной дешевизной, стремительно возрастающей производительностью и увеличивающимся многообразием функциональных возможностей. Как известно, современные ПК представляют собой не просто сложное устройство с электронными и электронно-механическими узлами, но и устройство, наполненное сложными операционными системами, программными пакетами, "вшитыми" программами тестирования и самопроверки контроллеров, адаптеров - всех узлов и блоков ПК, принимающих участие в работе машины. Целью данного курсового проекта является установка, конфигурирование и настройка операционной системы, драйверов и резидентных программ персонального компьютера Глава 1 Классификация и функции операционных систем, драйверов и резидентных программ Классификация операционных систем, драйверов и резидентных программ Операционные системы могут различаться особенностями реализаций внутренних алгоритмов управления основными ресурсами компьютера (процессорами, устройствами, памятью), особенностями использованных методов проектирования, типами аппаратных платформ, областями использования и многими другими свойствами. Существует несколько классификаций операционных систем, в которых выделяют определенные критерии, отражающие разные существенные характеристики систем, рассмотрим наиболее часто встречающиеся: По назначению 1. Системы общего назначения. Подразумевает ОС, предназначенные для решения широкого круга задач, включая запуск различных приложений, разработку и отладку программ, работу с сетью и мультимедиа. 2. Системы реального времени. Предназначены для работы в контуре управления объектами. 3. Прочие специализированные системы. Это различные ОС, ориентированные, прежде всего на эффективное решение определенного класса, с большим или меньшим ущербом для прочих задач По характеру взаимодействия с пользователем 1. Пакетные ОС, обрабатывающие заранее подготовленные задания 2. Диалоговые ОС, выполняющие задания пользователя в интерактивном режиме 3. ОС с графическим интерфейсом 4. Встроенные ОС, не взаимодействующие с пользователем По числу одновременного выполнения задач 1. Однозадачные ОС. В таких систем ах в каждый момент времени может существовать не более чем один пользовательский процесс. Однако, одновременно с этим, могут работать системные процессы 2. Многозадачные ОС. Они обеспечивают параллельное выполнение некоторых пользовательских процессов. Реализация многозадачности требует значительного усложнения алгоритмов и структур данных, используемых в системе. По числу одновременных пользователей 1. Однопользовательские ОС. Для них характерен полный пользовательский доступ к ресурсам. Подобные системы приемлемы в основном на изолированных компьютерах. 2. Многопользовательские ОС. Их важной компонентой являются средства защиты данных и процессов каждого пользователя, основанные на понятии владельца ресурса и на точном указании прав доступа, предоставленных каждому пользователю системы. По аппаратурной основе 1. Однопроцессорные ОС. 2. Многопроцессорные ОС. В задачи такой системы входит эффективное распределение выполняемых заданий по процессорам и организация согласованной работы всех процессоров. 3. Сетевые ОС. Они включают возможность доступа к другим компьютерам локальной сети, работы с файловыми и другими серверами. 4. Распределенные ОС. Распределенная система, используя ресурсы локальной сети, представляет их пользователю как единую систему, не разделенную на отдельные машины. По способу построения 1. Микроядерные 2. Монолитные В отличие от пользовательского приложения, драйвер не является процессом и не имеет потока исполнения. Вместо этого управление драйверу передаётся в результате запроса на ввод/вывод от пользовательского приложения или драйвера, либо возникает в результате прерывания. В первом случае контекст исполнения драйвера точно известен - это прикладная программа. Во втором случае контекст исполнения может быть как известным, так и случайным - это зависит от контекста исполнения функции вызывающего драйвера. В третьем случае контекст исполнения случайный, поскольку прерывание (и, соответственно, исполнение кода драйвера) может произойти при выполнении любой прикладной программы. По расположению в стеке драйверов: Драйверы высшего уровня — получают запросы от пользовательского приложения и взаимодействуют с нижестоящими драйверами; Промежуточные драйверы — получают запросы от вышестоящих драйверов и взаимодействуют с нижестоящими драйверами; Драйверы низшего уровня — получают запросы от вышестоящих драйверов, осуществляют конечную обработку пакетов запросов. Также выделяют понятие монолитного драйвера – драйвера высшего уровня, не взаимодействующего ни с какими другими драйверами. В связи с усовершенствованием модели драйверов Windows (WDM – Windows Driver Model), в которой были добавлены поддержка Plug and Play и энергосберегающие технологии, драйвера стали разделять на: Унаследованные драйвера (Legacy-драйвера, драйвера «в стиле NT») — драйвера, написанные в старом манере, без поддержки нововведений; WDM-драйвера – драйвера, которые удовлетворяют всем требованиям расширенной модели WDM. Резидентные программы могут переключать на себя обработку прерываний, например, связанных с выводом на печать или с обращением к клавиатуре и т. д. Такие программы тоже обычно запускаются через файл AUTOEXEC.BAT или при необходимости. Они перехватывают прерывания, предназначенные для работы с клавиатурой. Как только пользователь нажимает заранее определенную комбинацию клавиш, резидентная программа активизируется. Поверх имеющегося на экране изображения выводится диалоговое окно резидентной программы. Иногда резидентные программы используют вместо загружаемых драйверов для обслуживания нестандартной аппаратуры. В этом случае резидентная программа может встроить свой обработчик, через который все прикладные программы смогут обращаются к аппаратуре. Аналогично работают резидентные модули некоторых систем управления базами данных (СУБД). Прикладная программа посылает запросы к базе данных через прерывание, устанавливаемое при запуске такой СУБД. На резидентные программы накладываются многочисленные ограничения, затрудняющие работу программиста. Например, резидентным программам не разрешается использовать прерывания MS-DOS, когда вздумается. Это связано с тем, что MS-DOS с самого начала проектировалась как однозадачная операционная система, поэтому функции прерываний MS-DOS не обладают свойством реентерабельности (повторной входимости). Представьте себе такую ситуацию. Пусть обычная программа вызвала какую-либо функцию прерывания MS-DOS, на выполнение которой требуется относительно много времени (например, запись на диск). Так как пользователь может активизировать резидентную программу в любой момент, то если не принять специальных мер предосторожности, возможен повторный вызов той же самой функции, обработка которой ещё не завершена. В этом случае мы получим повторный вызов функции MS-DOS, который недопустим из-за того, что функции MS-DOS не реентерабельны. Функции BIOS также далеко не все реентерабельны. Резидентная программа может смело вызывать разве лишь прерывание INT 16h (которое предназначено для работы с клавиатурой). Если резидентной программе нужно вывести что-нибудь на экран, то вместо прерывания INT 10h следует выполнить непосредственную запись символов и их атрибутов в видеопамять. Без принятия специальных мер предосторожности резидентная программа не может вызывать многие функции библиотеки транслятора, так как последние вызывают прерывания MS-DOS. Например, функция malloc вызывает прерывание MS-DOS для определения размера свободной памяти в системе. У программы есть две возможности остаться резидентной в памяти — использовать прерывание INT 27h или функцию 31h прерывания INT 21h . Для использования прерывания INT 27h сегментный регистр CS должен указывать на PSP программы. При этом в регистр DX следует записать смещение последнего байта программы плюс один байт. Нетрудно заметить, что этот способ больше всего подходит для com-программ, так как с помощью прерывания INT 27h невозможно оставить в памяти резидентной программу длиннее 64 Кбайт. Другой, более удобный способ заключается в вызове функции 31h прерывания INT 21h . В регистре AL вы можете указать код завершения программы, регистр DX должен содержать длину резидентной части программы в параграфах. Здесь уже нет указанного выше ограничения на размер программы. Для того чтобы оставить резидентной в памяти программу, размер которой превышает 64 Кбайт, вы можете использовать только последний метод. Но не стоит увлекаться большими резидентными программами, так как занимаемая ими память нужна другим программам. 1.2 Функции операционных систем, драйверов и резидентных программ Основные функции операционной системы: выполнение команд пользователя по запросу (запуск и закрытие программ, ввод и вывод информации, освобождение дополнительной памяти и так далее); доступ к периферийным устройствам (принтеру, мыши, клавиатуре и так далее); загрузка программного обеспечения в оперативную память и его выполнение; осуществление управления оперативной памятью; сохранение данных об ошибках и сбоях в системе; обеспечение интерфейса для пользователя; осуществление доступа к другим носителям информации и управление ним. То есть все действия, осуществляемые человеком посредством инструментов ввода, производятся компьютером при помощи ОС. Она позволяет обеспечить удобный интерфейс пользователю. Также существуют и дополнительные функции операционных систем: многозадачность; разграничение прав доступа; эффективное распределение ресурсов между процессами; защита системы и данных пользователя; взаимодействие между процессорами и их синхронизация. Системная оболочка, к которой мы так привыкли, предоставляет нам возможность комфортного пользования ресурсами компьютера. Назначение и функции операционных систем - удобство общения с машиной, структуризация и автоматизация процессов. С годами разработчики и создатели оболочек для персональных компьютеров упрощают нам, обычным пользователям, программистам, жизнь за счет введения новых возможностей и сокращения ручной работы. Бытует даже мнение, что в ближайшем будущем машины во многом заменят человека. Прежде всего, драйвер должен иметь функции, вызываемые ядром при загрузке и выгрузке модуля и при подключении модуля к конкретным устройствам. Например, в Sun Solaris это перечисленные функции: 1. Инициализация драйвера. Эта функция вызывается при загрузке модуля. Драйвер должен зарезервировать все необходимые ему системные ресурсы и проинициализировать собственные глобальные переменные. Инициализация устройства на этом этапе не происходит. 2. Проверить наличие устройства в системе. Во многих системах эта функция реализуется не самим драйвером, а специальным модулем-“сниффером” (sniffer – дословно, “нюхач”), используемым программой автоконфигурации. 3. Динициализация копии драйвера, управляющей конкретным устройством. Эту функцию можно рассматривать как аналог конструктора объекта в объектноориентированном программировании. Если в системе присутствует несколько устройств, управляемых одним драйвером, некоторые ОС загружают несколько копий кода драйвера, но в системах семейства Unix эта функция просто вызывается многократно. Каждая из инициализированных копий драйвера имеет собственный блок локальных переменных, в которых хранятся переменные состояния устройства. При вызове инициализации драйвер должен прочитать конфигурационный файл, где записаны параметры устройства (номенклатура этих параметров зависит от устройства и от драйвера), разместить и проинициализировать блок переменных состояния, зарегистрировать обработчики прерываний, проинициализировать само устройство и, наконец, зарегистрировать устройство как доступное для пользовательских программ, создав для него минорную запись (minor node). В ряде случаев драйвер создает для одного устройства несколько таких записей. Пример: в большинстве систем семейства Unix лентопротяжные устройства имеют две минорные записи. Одно из этих устройств при открытии перематывает ленту к началу, другое не перематывает. В действительности оба устройства управляются одним и тем же драйвером, который определяет текущий режим работы в зависимости от указанной минорной записи. 4. Деинициализация драйвера (аналог деструктора объекта в ООП). Впрочем, в отличие от деструктора, эта операция не безусловна – если не удается нормально завершить обрабатываемые в данный момент операции над устройством, драйвер может и даже обязан отказаться деинициализироваться. При деинициализации драйвер должен освободить все системные ресурсы, которые он занял при инициализации и в процессе работы (в том числе и уничтожить минорную запись) и может, если это необходимо, произвести какие-то операции над устройством, например, выключить приемопередатчик, запарковать головки чтения-записи и т. д. После того, как все устройства, управляемые драйвером, успешно деинициализированы, система может его выгрузить. 5. Выгрузка драйвера. Драйвер обязан освободить все ресурсы, которые он занял на этапе инициализации модуля, а также все ресурсы, занятые им во время работы на уровне модуля (не привязанные к конкретному управляемому устройству). После того, как драйвер проинициализировался и зарегистрировал минорную запись, пользовательские программы могут начинать обращаться к нему и к управляемым им устройствам. Понятно, что обеспечить единый интерфейс к разнообразным категориям устройств сложно. Наиболее радикально подошли к этой проблеме разработчики системы UNIX, разделившие все устройства на два класса (блочные и последовательные) и определившие операции над устройствами каждого из них. 1.3 Основные компоненты персонального компьютера Основные компоненты компьютера. Персональный компьютерпредставляет собой универсальную техническую систему. Его конфигурацию (состав оборудования) можно гибко изменять по мере необходимости. Существует понятие базовой конфигурации, которую считают типовой. Понятие базовой конфигурации может меняться. В настоящее время в базовой конфигурации рассматривают следующие устройства: системный блок; монитор; клавиатуру; мышь. Системный блок персонального компьютера служит для компактного размещения в металлическом корпусе: материнской (системной) платы, динамика, источника питания, плат расширения (видеокарты, звуковой карты), дисковода для магнитных дисков, оптического (лазерного) дисковода. Системный блок обычно имеет несколько параллельных и последовательных портов для подключения устройств ввода и вывода, таких как клавиатура, мышь, монитор, принтер. Источник питания обеспечивает преобразование напряжения сети 220 вольт в напряжение постоянного тока для питания всех электронных схем системного блока. Корпуса системного блока могут различаться габаритами и формой. В некоторых моделях домашних ПК системный блок с монитором собраны в едином корпусе (Apple iMac, Aser Aspire, Compaq Presario). Материнская плата(Main Board или Mother Board) служит для размещения основных электронных компонентов компьютера и отдельных адаптеров. На ней размещаются процессор, микропроцессорный комплект (чипсет), шины, оперативная память, постоянная память, кэш-память. Материнская плата является главным узлом, определяющим возможности компьютера. Процессор.Преобразованием информации в компьютере занимается центральный процессор (ЦП или CPU - Central Processor Unit). Он играет роль главного вычислителя, реализуя наиболее важные операции с данными, устанавливает очередность задач, выполняемых системой, управляет передачей информации, воспринимает и обрабатывает управляющие сигналы. Процессор путем выбора из оперативной памяти по очередному адресу команды (с последующим ее декодированием для определения исполняемой операции, а также абсолютных адресов операндов) исполняет ее. Результат исполнения операции заносится по адресу, определяемому выбранной командой. Основными характеристиками процессора являются тип архитектуры (Pentium, Itanium), разрядность, тактовая частота. Разрядность показывает сколько бит данных может обработать процессор за один раз. В настоящее время выпускаются 32-х разрядные (например, Intel Pentium) и 64-х разрядные (например, Intel Itanium) процессоры. Тактовая частота определяет количество элементарных операций, выполняемых процессором в единицу времени. Чем больше тактовая частота, тем выше производительность процессора. Тактовая частота измеряется в герцах, мегагерцах (МГц), тактовая частота современных ПК достигает 1-2 Гигагерц. Основными производителями процессоров являются фирмы Intel (Pentium, Itanium), AMD (Athlon), Cyrix (M-2). Чипсет(chipset) — набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств ПК и определяющих основные функциональные возможности материнской платы. Память.Компьютеры используют несколько видов памяти, различающихся назначением, длительностью хранения информации, размером, быстродействием и другими параметрами. Оперативная память(ОП или RAM — Random Access Memory) — набор микросхем, предназначенный для временного хранения данных, пока ПК включен или пока вы не завершили сеанс. Во время работы ПК в ОП загружаются операционная система, программа и данные, с которыми вы работаете. Например, минимальный объем памяти, необходимый для работы Windows' 2000 составляет 64 Мб, для работы Microsoft Office XP — 128 Мб. Постоянная память(ПЗУ — постоянное запоминающее устройство) обычно содержит такую информацию, которая не должна меняться в ходе выполнения микропроцессором различных программ. Постоянная память энергонезависима, т. е. может сохранять информацию и при отключенном питании. Все микросхемы постоянной памяти по способу занесения в них информации делятся на масочные, программируемые изготовителем (ROM — Read Only Memory), однократно программируемые пользователем (Programmable ROM) и многократно программируемые пользователем (Erasable PROM). Последние, в свою очередь, подразделяются на стираемые электрически и с помощью ультрафиолетового облучения. К элементам EPROM с электрическим стиранием информации относятся, например, микросхемы флэш-памяти(flash). От обычных EPROM они отличаются высокой скоростью доступа и быстрым стиранием записанной информации. Данный тип памяти сегодня широко используется для хранения BIOS и другой постоянной информации. Кэш - память (Cache)является буфером между ЦП и оперативной памятью и служит для увеличения быстродействия компьютера. Информация в нее записывается аппаратными средствами автоматически. Необходимость применения кэш-памяти обусловлена тем, что процессор может обрабатывать данные гораздо быстрее, чем их поставляет большинство систем памяти. Когда это происходит, процессор простаивает, не используя свои возможности на полную мощность. Кэш-память второго уровня, расположенная на материнской плате, может существенно ускорить работу процессора. Объем кэш-памяти, обеспечивающий хорошее быстродействие ПК составляет 256 Кб-512 Кб, серверы могут иметь кэш-память второго уровня 2 и более Мб CMOS (Complementory Metal— Oxide Semiconductor)— памятьпредназначена для хранения наиболее важной информации о параметрах настройки компьютера. В ней запоминается пароль пользователя, если он был установлен, текущее время и дата. Для питания этой памяти при выключении компьютера предусмотрена специальная батарейка, или аккумулятор. Доступ к содержимому CMOS — памяти выполняет при помощи команд BIOS. CMOS можно скорректировать. Системная магистраль (шина или bus)осуществляет физическое соединение процессора, оперативной памяти и адаптеров внешних устройств, а также позволяет реализовывать принцип «открытой архитектуры» подключением дополнительных устройств. Системная шина находится непосредственно на системной плате. Наиболее быстрой шиной является шина PCI. Локальная шина PCI увеличивает скорость ввода/вывода, особенно графического. Видеоподсистема ПК включает в себя видеокарту и монитор (дисплей). Монитор служит окном в компьютер. Любую информацию из компьютера можно вывести на экран монитора. Подавляющее большинство современных ПК используют мониторы на базе электронно-лучевых трубок (ЭЛТ). Плоские мониторы имеют несомненные преимущества (небольшая толщина, малый вес, экономное энергопотребление). Плоские мониторы могут использовать различную технологию, например, газоплазменную (янтарный цвет экрана), электролюминисцентную (желтый экран) и жидких кристаллов. Жидкокристаллические экраны преобладают на рынке мониторов для переносных компьютеров. Основными характеристиками монитора являются цветность, разрешающая способность, размер экрана, кадровая частота. Мониторы для офисного и домашнего использования имеют кадровую частоту более 80 Гц при разрешении 1024x768. В основном это 15-17 дюймовые модели. Мониторы этого класса поддерживают частоту 85 Гц при разрешении 1600x1280 и размер экрана 17-21 дюйм. Видеокарта (видеоадаптер, видеоконтроллер) устройство, обеспечивающее взаимодействие процессора с монитором и реализующее тот или иной режим разрешения и цветности. Видеокарта вставляется в слот материнской платы. Видеопамять — это оперативная память, расположенная на видеокарте, в которой формируется образ картинки с установленным режимом разрешения и цветности. Для нормальной работы с современными программами необходимо не менее 32 Мб видеопамяти. Графические акселераторы и сопроцессоры — видеоконтроллеры, самостоятельно строящие изображение на экране монитора и работающие параллельно с центральным процессором. Их назначение — разгрузить ЦП и ускорить работу компьютера за счет уменьшения количества информации, передаваемой на монитор процессором. Выполнение части графических задач перекладывается на видеоконтроллер. Разница между графическим акселератором и графическим сопроцессором заключается в степени программируемости, т.е. в возможности изменения их характеристик при работе с различными программами. Графические акселераторы и сопроцессоры необходимы при работе с трехмерной графикой, анимацией, при реализации виртуальной реальности. Звуковые карты используются для записи и воспроизведения различных звуковых сигналов: речи, музыки, шумовых эффектов. Любая современная звуковая карта может использовать несколько способов воспроизведения звука. Одним из простейших является преобразование ранее оцифро-ванного сигнала снова в аналоговый. Глубина оцифровки сигнала (например, 8 или 16 бит) определяет качество записи и, соответственно, воспроизведения. Так, 8-разрядное преобразование обеспечивает качество звучания кассетного магнитофона, а 16-разрядное — качество компакт-диска. Аппаратные средства, необходимые для прямой записи и воспроизведения сигнала, часто называют цифровым аудиоканалом (digital audio channel). Жесткий диск или винчестер (HDD - Hard Disk Drive). Жесткий диск характеризуется объемом памяти (десятки гигабайт) и способом подключения к материнской плате (стандарты EIDI и SCSI). Жесткий диск находится внутри системного блока. |