Текст книги "Новейшая энциклопедия персонального компьютера 2008"

Глава 4
Операционные системы

Операционная система – это первая и самая главная программа, которая загружается после включения компьютера и делает возможным его общение с пользователем.

Операционная система, или попросту ОС, осуществляет управление деятельностью компьютера и его ресурсами (оперативная память, место на дисках и т. д.), а также всеми подключенными к нему устройствами, обеспечивая доступ к ним другим программам, запускает прикладные программы и, принимая от них сигналы-команды, «переводит» их на язык, понятный машине. Кроме того, операционная система обеспечивает удобство работы с компьютером для пользователя.

Исходя из всего сказанного выше, можно сделать вывод, что любая ОС включает в себя, как минимум, три основные части. Во-первых, это ядро, или командный интерпретатор, который осуществляет перевод с программного языка на язык машинных кодов. Во-вторых, специализированные программы, или драйверы, которые управляют различными устройствами, имеющимися в компьютере. В-третьих, оболочка, или интерфейс, обеспечивающая пользователю и прикладным программам удобный способ общения с компьютерными устройствами. Интерфейс – набор средств, с помощью которых пользователь взаимодействует с операционной системой. В это понятие входят окна и пиктограммы, а также все операции, которые выполняются посредством позиционирования курсора мыши на пиктограмме или окне.

Какими же качествами на сегодняшний момент должна обладать операционная система?

Быть развиваемой. Если ваша система не может работать с какой-либо программой, она должна уметь запускать другие программы, которые смогут это сделать. Вообще, хорошая система без проблем должна загружать все программы, написанные специально для нее и носящие название приложений. Примерами последних могут служить текстовые и графические редакторы, а также всевозможные компьютерные игры.

Осуществлять посредническую функцию между аппаратурой и приложениями. Какой бы ни была на вашем компьютере видео– или звуковая карта, какой бы вы ни подключили к нему монитор или принтер, операционная система должна обеспечивать их бесперебойную работу и совместимость со всем остальным оборудованием.

Быть обеспечена достаточным количеством программных приложений.

Настраиваться по вкусу конкретного пользователя, быть удобной и понятной. К примеру, в России удобно использовать версию ОС, которая «разговаривает» с вами на русском языке, во Франции – на французском и т. д. Кроме того, ОС должна предоставлять пользователю быструю и обстоятельную справку, если у него возникнут какие-либо вопросы.

Быть «прозрачной». Это значит, что школьник должен достаточно быстро освоить работу с ОС на начальном уровне. Чем опытнее пользователь, тем больше возможностей он открывает в используемой ОС.

Выполнять сразу несколько процессов, или задач. Первые операционные системы (MS-DOS) были однозадачными, то есть они могли выполнять одновременно только одну задачу. Современные ОС способны справляться в одно и то же время с таким количеством задач, на выполнение которых хватит мощности процессора, установленного на вашем компьютере, и размера его оперативной памяти. К многозадачным системам относятся Windows 98/МЕ/… Они позволяют создавать сложные документы, содержащие, к примеру, текст, иллюстрации и музыку одновременно.

Работать надежно. ОС должна предотвращать серьезные ошибки, которые может допустить пользователь в процессе работы за компьютером, и вовремя предупреждать об опасности тех или иных его действий, не допускать «зависания», а тем более, выхода из строя работающих программ, если все же произойдет какой-либо сбой в их работе, быстро и безболезненно устранять аварийные ситуации.

Обеспечивать безопасность. Требование безопасности связано с необходимостью работы в компьютерных сетях. ОС должна располагать всеми необходимыми средствами, обеспечивающими защиту от повреждения и похищения информации. Таким образом, система может быть однопользовательской, предназначенной для обслуживания одного пользователя, и многопользовательской, рассчитанной на работу с несколькими пользователями в одно и то же время. К первым относятся Windows 98/МЕ, а ко вторым Windows – 2000/ХР.

Помимо всего прочего, операционные системы отличаются друг от друга разрядностью. На смену 16-разрядным операционным системам MS-DOS, Windows 3.1, Windows 3.11 пришли 32-разрядные – Windows 95/98/МЕ. Windows X P, наряду с привычными 32-разрядными, имеет и 64-разрядную модификацию. Она предназначена для установки на серверы, оснащенные 64-разрядным процессором Itanium, появившимся на рынке массовых компьютеров в 2001 году.

Все операционные системы имеют определенную специализацию. Одни предназначены для работы в сети, другие – дома, третьи идеально подходят для опытных программистов. Как показывает практика, знать только одну операционную систему в наше время недостаточно, ведь вполне возможно, что, к примеру, на новом месте работы вам придется столкнуться с другими ОС. Поэтому далее рассмотрим особенности всех наиболее распространенных операционных систем и проследим их эволюцию, начиная с дисковой операционной системы MS-DOS. ОС Windows XP рассмотрим отдельно и более подробно, поскольку она на данный момент является самой распространенной и наиболее часто используемой.

Переход от процедурного подхода в ранних ОС к объектно-ориентированному подходу в Windows 95–98

В ранних операционных системах преобладал процедурный подход. Для осуществления какого-либо действия в системе пользователю нужно было вызвать соответствующую программу, или процедуру, и передать ей имя обрабатываемого файла либо другие параметры. Программа выполняла указанные действия над файлом и завершала свою работу. При этом пользователь имел дело прежде всего с задачей обработки документа, а затем уже непосредственно с самим документом. В те времена, когда еще не было персональных компьютеров, пользователю приходилось описывать действия, которые должна была выполнить программа, на специальном языке, именовавшимся языком управления заданиями (JCL – Job Control Language).

С появлением терминала язык управления заданиями стал намного проще и постепенно превратился в командную строку. Тем не менее на первом месте по-прежнему оставалась процедура обработки документа, сам же документ играл второстепенную роль.

Следующим этапом упрощения работы с компьютером стала разработка различных операционных оболочек, которые сначала были текстовыми, а впоследствии спрятали от пользователя командную строку MS-DOS. Постепенно ввод символов, располагавшихся в определенном порядке и составлявших команду операционной системы, свелся к одному нажатию кнопки мыши или соответствующей функциональной клавиши. Наиболее распространенной из таких надстроек над операционной системой стала оболочка Norton Commander.

Однако для ввода команд по-прежнему использовалась главным образом клавиатура. Качественный переход был осуществлен лишь после того, как появились графические оболочки, которые позволили пользователю работать с устройством указания – мышью, а не с клавиатурой (естественно, это утверждение не относится к работе внутри таких приложений, как текстовые редакторы). Пользователю, общающемуся с графической оболочкой, нет необходимости запоминать какие-либо команды операционной системы. Ему достаточно щелкнуть мышью по соответствующей пиктограмме или высветившейся команде, чтобы было выполнено требуемое действие.

Процедурный подход занимал преобладающее положение вплоть до начала 1990-х годов. Однако уже в операционной системе Windows 3.1 проявились первые признаки объектно-ориентированного подхода. Так, стало возможным поставить в соответствие определенному документу приложение для его обработки. Примерно в то же время возник метод объектного связывания и встраивания (OLE). Щелкнув по изображению объекта, пользователь мог неявно запустить приложение, которое осуществляло обработку данного объекта, а после ее завершения снова вернуться в предыдущее приложение.

OLE тесно взаимосвязан с методом in-place, или методом редактирования документов «на месте». Суть его заключается в следующем. Если в документе имеется объект, для обработки которого требуется конкретное приложение, то пользователь может, щелкнув мышью на этом объекте, неявным образом запустить это приложение, причем в рабочем поле ничего не изменится, за исключением панелей инструментов. Например, если в документе, обрабатываемом в редакторе Microsoft Word, есть таблица, созданная в редакторе Microsoft Excel, то при щелчке на ней в рабочем поле появится панель инструментов Excel.

Еще один механизм, который упростил управление машиной и приблизил эпоху объектно-ориентированного подхода, носит название Drag & Drop, что буквально переводится как «перетащить и оставить». При использовании этого метода вы щелкаете левой кнопкой мыши на изображении объекта, удерживая эту кнопку, перемещаете объект по экрану и после установки указателя мыши в нужном месте экрана отпускаете кнопку. Таким образом, не только процедура перемещения объекта, но также и процедуры копирования и удаления стали объектно-ориентированными.

Если вам приходилось когда-либо работать в операционной системе MS-DOS, вы наверняка помните, что, к примеру, при необходимости удаления какого-либо файла нужно было запустить соответствующую процедуру, передавая имена этих файлов в качестве параметров: del FILE1.TXT FILE2.TXT. В операционных оболочках, которые работали под управлением Windows 3.1, это действие было максимально приближено к аналогичному действию, которое мы выполняем в реальном мире. Мы выбрасываем ненужные бумаги в мусорную корзину. Так и в операционной системе Windows, используя механизм Drag & Drop, можно подхватить ненужный объект и переместить его непосредственно на изображение мусорной корзины. Это и есть пример реализации объектно-ориентированного подхода, при котором работа на компьютере напоминает манипуляции с объектами, производимые в реальном мире.

В полной мере объектно-ориентированный подход был реализован в ОС Windows 95–98, созданных корпорацией Microsoft. Возникает вопрос: почему же этот подход при всем удобстве его применения получил право на существование сравнительно недавно? Дело в том, что каких-нибудь несколько десятков лет назад мощность машин была настолько мала, что о создании операционных систем, ориентированных на объект, не могло быть и речи. Поэтому работа компьютеров была основана на создании программных кодов. Программисты формулировали команды, необходимые для выполнения тех или иных действий над данными, записывая их в определенной последовательности и преобразуя в модули и процедуры. Свои процедуры приходилось создавать для работы с каждым объектом.

Постепенно производительность вычислительных систем увеличивалась, в связи с чем наметился переход от процедурного подхода к объектному. На первом месте теперь стоял сам объект, а не программный код, посредством которого осуществлялась его обработка. На пользовательском уровне объектно-ориентированный подход выражается в том, что интерфейс, как мы уже говорили, представляет собой подобие реального мира, а работа с компьютером сводится к действиям с привычными объектами. Так, папки можно открыть и закрыть, документы – просмотреть, отредактировать, переложить из одной папки в другую, выбросить в корзину, письмо отправить адресату и т. д.

Понятие объекта имеет настолько широкое значение, что до сих пор ему не дано строгого определения. Как и в реальном мире, компьютерный объект обладает различными свойствами. Программист или пользователь может изменить не все эти свойства, а лишь некоторые из них. Например, переименовать объект можно, но изменить объем свободного места на диске, который также является его свойством, нельзя. Свойства первого типа программисты называют read/write (для чтения и записи), а свойства второго типа – read only (только для чтения).

Под методом подразумевается способ воздействия на объект. Применяя различные методы, можно создавать, удалять объекты и изменять некоторые их свойства. Например, если вы хотите нарисовать на экране монитора точку, линию или плоскую фигуру, когда-то пришлось бы составить разные последовательности кодов или программы. Пользователю, работающему в современных системах, достаточно применить для отображения указанных объектов один метод, называемый Drow и содержащий программные коды для всех объектов, с которыми он работает. Однако реализацию такого удобства, а значит, и работу объектно-ориентированных систем могут осуществить только достаточно мощные компьютеры.

Дисковая операционная система MS-DOS

Подробно на характеристике этой системы останавливаться не будем, поскольку она уже практически отжила свой век, уступив место более совершенным ОС. Рассмотрим лишь основные ее особенности. Эта система включает следующие части.

Базовая система ввода-вывода, или BIOS, которая находится в постоянной памяти компьютера (ПЗУ – постоянном запоминающем устройстве). Эта часть операционной системы, являющаяся «встроенной в компьютер», выполняет наиболее простые и универсальные задачи, связанные с вводом-выводом. Кроме того, базовая система содержит тест функционирования компьютера, который проверяет работу памяти и устройств компьютера при включенном электропитании, а также специальную программу, осуществляющую вызов загрузчика операционной системы.

Загрузчик операционной системы. Эта небольшая программа находится в первом секторе дискеты с операционной системой MS-DOS. С ее помощью производится считывание в память еще двух модулей операционной системы, которые завершают процесс загрузки MS-DOS. На жестком диске загрузчик разделен на две части (связано это с тем, что винчестер может быть разбит на несколько разделов, или логических дисков). Первая часть загрузчика находится в первом секторе жесткого диска. Она определяет, с какого его раздела необходимо продолжить загрузку. Вторая часть располагается в первом секторе выбранного логического диска. Она переводит в память компьютера модули MS-DOS и передает им управление.

Дисковые файлы I0.SYS и MSDOS.SYS. В зависимости от версии операционной системы они могут иметь и другие названия, например IВМВ. СОМ и IBMDOS.COM для PC DOS; URBIOS.SYS и DRDOS.SYS для DR DOS. Загрузчик операционной системы передает эти файлы в память компьютера, и они находятся в ней постоянно. Файл I0.SYS является дополнительным к базовой системе ввода-вывода в ПЗУ, а файл MSDOS.SYS реализует основные высокоуровневые услуги MS-DOS.

Командный процессор MS-DOS. Он осуществляет обработку команд, которые вводит пользователь. Находится командный процессор в дисковом файле COMMAND.СОМ на том диске, с которого производится загрузка операционной системы. Некоторые команды пользователя, которые называются внутренними, например Type, Dir или Сор, командный процессор выполняет самостоятельно. Для того чтобы выполнить внешние команды, процессор отыскивает на дисках соответствующую программу, загружает ее в память и передает ей управление действиями компьютера. После того как эта программа завершает свою работу, процессор удаляет ее из памяти и выводит сообщение о готовности выполнения введенных пользователем команд (приглашение MS-DOS).

Внешние команды MS-DOS. Они представляют собой программы, заключенные в отдельные файлы, которые поставляются вместе с операционной системой. Относятся данные команды к разряду служебных программ и выполняют такие действия, как проверка дисков, форматирование дискет и т. п.

Драйверы устройств. Это специальные программы, служащие дополнением к системе ввода-вывода MS-DOS. Они обслуживают новые устройства или осуществляют нестандартное использование уже имеющихся в компьютере составляющих. Так, с помощью драйверов можно обеспечить работу с «электронным диском» – частью памяти компьютера, работающей так же, как диск. Драйверы загружаются в память компьютера в процессе загрузки операционной системы, а их имена указываются в специальном файле CONFIG.SYS. Такая схема загрузки драйверов позволяет добавлять новые устройства, не затрагивая системных файлов MS-DOS.

Первая версия операционной системы, предназначенная для компьютера IBM PC и получившая название MS-DOS 1.0, была создана корпорацией Microsoft в 1981 году. По мере совершенствования компьютеров разрабатывались новые версии операционной системы MS-DOS, однако даже самые совершенные среди них версии 5.0 и 6.0 имели средства для эффективного использования оперативной памяти сверх всего лишь 640 Кб и позволяли работать с логическими дисками, превышающими 32 Мб.

Кстати, старушка MS-DOS даже в эпоху господства Windows XP и Windows Vista еще не совсем изжила себя. Возможно, вам еще придется к ней обратиться, если вдруг возникнет необходимость загрузки или обновления операционной системы с компакт-диска, то есть из режима MS-DOS.

Windows 3.х

Операционная оболочка Windows 3.0 была разработана корпорацией Microsoft в 1990 году как надстройка над операционной системой MS-DOS. Иными словами, она представляет собой операционную оболочку, выполняемую под управлением MS-DOS. В 1992 году появилась Windows 3.1, а в 1994 – Windows 3.11. Для удобства будем обозначать все три версии одним названием – Windows 3.х.

В отличие от оболочек типа Norton Commander, Windows 3.х обеспечивает наглядный и удобный интерфейс, посредством которого производятся операции с дисками, файлами и т. п., а также предоставляет новые возможности для программ, запускаемых в среде Windows. Однако использование этих возможностей становится осуществимым лишь в том случае, если эти программы адаптированы к Windows и являются так называемыми Windows-приложениями. Кроме того, Windows поддерживает и программы, разработанные для MS-DOS, но работают они гораздо медленнее, чем при запуске из операционной системы MS-DOS, и не используют преимущества Windows.

Оболочка Windows 3.х состоит из большого количества компонентов, обеспечивая тем самым комфортные условия работы пользователям различной квалификации. Основная идея оболочки Windows 3.х заключается в естественности предоставления информации, обеспечивающей наиболее эффективное ее усвоение пользователем. Несмотря на простоту этого принципа, его реализация в Windows 3.х оставляла желать лучшего. Тем не менее оболочка этой операционной системы стала существенным шагом вперед по сравнению с интерфейсами ее предшественниц. Среди наиболее важных отличительных черт Windows 3.х необходимо назвать следующие:

Windows – это замкнутая рабочая среда. Практически любые операции, доступные на уровне ОС, могут выполняться без выхода из Windows. Запустить прикладную программу, распечатать текст, отформатировать дискеты – все это и многое другое можно проделать из Windows, а по завершении операции вернуться обратно в ОС. Основными понятиями пользовательского интерфейса в Windows являются «окно» и «пиктограмма», так что все происходящее в рамках оболочки Windows представляет собой либо операцию с окном или в окне, либо операцию с пиктограммой. Структура окон и расположение элементов управления ими в среде Windows стандартизированы, так же как и наборы операций и структура меню для сервисных программ. Операции, выполняемые посредством использования кнопок мыши, тоже стандартны для всех прикладных и сервисных программ;

Windows представляет собой графическую оболочку. Пользователю, работающему в этой ОС, не приходится вводить директивы, имеющие вид текстовых строк, с клавиатуры. Ему следует только внимательно смотреть на экран и выбирать требуемую операцию с помощью кнопок мыши. Курсор мыши позиционируется на поле требуемой директивы из предлагаемых меню, интересующей пиктограмме или поле переключателя систем, рассчитанных на выполнение только одной программы в данный момент: одно нажатие на соответствующую кнопку этого манипулятора – и действие выполнено. Windows предоставляет пользователю возможность запускать сразу несколько программ и использовать их параллельно, то есть независимо друг от друга. Каждая из выполняемых программ работает в своем собственном окне. Переключение с одной программы на другую производится с помощью мыши. Для этого достаточно зафиксировать курсор в окне требуемой программы;

3) Windows 3.х представляет собой интегрированную программу. Под управлением оболочки этой ОС могут работать не только Windows-приложения, но и DOS-прикладные программы. Оболочка Windows обеспечивает эффективный и комфортабельный обмен информацией между отдельными программами, которые работают под ее управлением. В первую очередь это Windows-приложения. Под интегрированностью также подразумевается возможность совместного использования ресурсов машины сразу несколькими программами. Например, подключенный к компьютеру принтер может в одинаковой степени использоваться всеми программами на конкурентной основе. При этом все операции по перекодировке, смене драйверов, к примеру при переходе от вывода иллюстраций к распечатке текстовых файлов, осуществляет оболочка.

Большинство пользователей предпочли работу в Windows не только и не столько из-за комфортабельности самой оболочки, сколько из-за специфики приложений, реализованных в этой среде. Особенности реализации в среде Windows даже тех приложений, или прикладных программ, с которыми пользователю приходилось работать в MS-DOS, позволили рассматривать Windows-версии этих программ как совершенно новаторские продукты.

Работа в оболочке Windows и в Windows-приложениях предоставила пользователю новый вариант управления действиями машины с помощью манипулятора-мыши, а также возможность независимого запуска, параллельного выполнения и обмена данными между отдельными программами. Стандартизация интерфейсов отдельных Windows-приложений позволила одним щелчком мыши переходить от одного приложения к другому, а не начинать каждый раз с нуля, как это было ранее. Кроме того, с помощью мыши стало возможным перемещать по экрану пиктограммы и открытые окна, изменять их размер, открывать и закрывать их, давать машине определенные команды и т. д., а самое главное – все это проделывалось при минимальном использовании клавиатуры для ввода директив.

При создании графического интерфейса Windows разработчики исходили из соображений максимальной эргономичности: в частности учитывались требования к цветовой гамме, сочетаниям цветов, шрифтам, формам и размерам пиктограмм и окон. Внешнее оформление оболочки Windows было признано поистине спартанским, поскольку в нем отсутствовали какие-либо излишества и соблюдался деловой стиль. Для тех пользователей, которые не хотели расставаться с традиционным интерфейсом MS-DOS, была предусмотрена возможность выхода на этот уровень.

Windows – графически-ориентированная оболочка. Это означает, что изображение на экране монитора в точности соответствует его последующему отображению на твердой копии (распечатке). Таким образом, в среде Windows был реализован принцип WYSIWYG, или What You See Is What You Get, что в буквальном переводе означает: «Что вы видите, то и получаете». До разработки этой оболочки он являлся привилегией относительно небольшого количества программ. В рамках Windows 3.х данный принцип нашел свое дальнейшее развитие благодаря использованию TrueType-шрифтов.