Понятие операционной системы (ОС), цели ее работы. Классификация компьютерных систем

Ключевые термины

CISC (Complicated Instruction Set Computer – компьютер с усложненной системой команд) – исторически первый подход к компьютерной архитектуре, суть которого в усложненности в системе команд вследствие реализации в них сложных по семантике операций, реализующие типовые действия, часто используемые при программировании и при реализации языков (например, групповая пересылка строк).

EPIC (Explicit Parallelism Instruction Computers – компьютеры с явным распараллеливанием команд) – подход к архитектуре компьютера, аналогичный VLIW, но с добавлением ряда усовершенствований, например, спекулятивных вычислений – параллельного выполнения обеих веток условной конструкции с вычислением условия.

RISC (Reduced Instruction Set Computer – компьютер с упрощенной системой команд) – упрощенный подход к архитектуре компьютеров, характеризующийся следующими принципами: упрощение семантики команд; отсутствие сложных групповых операций; одинаковая длина команд (32 или 64 бита, по размеру машинного слова); выполнение арифметических операций только в регистрах и использование специальных команд записи и считывания регистр память; отсутствие специализированных регистров; использование большого набора регистров общего назначения (регистрового файла); передача при вызове процедур параметров через регистры.

VLIW (Very Long Instruction Word – компьютеры с широким командным словом) – подход к архитектуре компьютеров, основанный на следующих принципах: статическое планирование параллельных вычислений компилятором на уровне отдельных последовательностей команд и подкоманд.; представление команды как "широкой " - содержащей несколько подкоманд, выполняемых параллельно за один и тот же машинный такт на нескольких однотипных устройствах процессора – например, двух устройствах сложения и двух логических устройствах.

Внешние устройства - см. Устройства ввода-вывода

Гибридный процессор – новый, все шире распространяющийся подход к архитектуре компьютеров, при котором процессор имеет гибридную структуру – состоит из (многоядерного) центрального процессора (CPU) и (также многоядерного) графического процессора (GPU – Graphical Processor Unit).

Инициатива по надежным и безопасным вычислениям (trustworthy computing initiative) – инициатива корпорации Microsoft (2002), целью которой является повышение надежности и безопасности программного обеспечения, прежде всего – операционных систем.

Карманный портативный компьютер (КПК, органайзер) - миниатюрный компьютер, помещающийся на ладони или в кармане, по своим параметрам почти сравнимый с ноутбуком, предназначенный для повседневного использования с целью записи, хранения и чтения информации, в том числе – мультимедийной, и коммуникации через Интернет.

Кластеры компьютеров – группы компьютеров, физически расположенные рядом и соединенные друг с другом высокоскоростными шинами и линиями связи.

Многоцелевые компьютеры ( компьютеры общего назначения, mainframes) – традиционное историческое название для компьютеров, распространенных в 1950-х – 1970-х гг., использовавшихся для решения любых задач.

Многоядерный компьютер (multi-core computer) – наиболее распространенная в настоящее время (2010 г.) архитектура компьютеров, при которой каждый процессор имеет несколько ядер (cores), объединенных в одном кристалле и параллельно работающих на одной и той же общей памяти, что дает широкие возможности для параллельных вычислений.

Мобильное устройство (мобильный телефон, коммуникатор) – карманное устройство, предназначенное для голосовой связи, обмена короткими сообщениями, а также для чтения, записи и воспроизведения мультимедийной информации и коммуникации через Интернет.

Настольный компьютер – персональный компьютер, размещаемый на рабочем столе и используемый на работе или дома.

Носимый компьютер – сверхминиатюрный компьютер, встроенный в одежду или имплантированный в тело человека, предназначенный для обработки информации от датчиков, управления специализированными устройствами (например, кардиостимулятором), или выдачи рекомендаций по навигации и выполнению других типовых действий человеком.

Операционная система – базовое системное программное обеспечение, управляющее работой компьютера и являющееся посредником (интерфейсом) между аппаратурой, прикладным программным обеспечением и пользователем компьютера.

Память – часть компьютера, хранящая данные и программы.

Подсистема управления ресурсами – компонент операционной системы, управляющий вычислительными ресурсами компьютера.

Портативный компьютер (ноутбук, лаптоп) – миниатюрный компьютер, по своим параметрам не уступающий настольному, но по своим размерам свободно помещающийся в небольшую сумку и предназначенный для использования в поездке, дома, на даче.

Прикладное программное обеспечение – программы, предназначенные для решения различных классов задач.

Распределенная система – вычислительная система, состоящая из нескольких компьютеров, объединенных в проводную или беспроводную сеть.

Система реального времени – вычислительная система, предназначенная для управления техническим, военным или другим объектом в режиме реального времени.

Суперкомпьютер – мощный многопроцессорный компьютер, производительностью до нескольких петафлопс (10¹⁵ вещественных операций в секунду), предназначенный для решения задач, требующих больших вычислительных мощностей, например, моделирование, прогнозирование погоды.

Управляющая программа – компонент операционной системы, управляющая исполнением других программ и функционированием устройств ввода-вывода.

Устройства ввода-вывода – устройства компьютера, обеспечивающие ввод информации в компьютер и вывод результатов работы программ в форме, воспринимаемой пользователем или другими программами

Центральный процессор – центральная часть компьютера, выполняющая его команды (инструкции)

Ядро – низкоуровневая основная компонента любой операционной системы, выполняемая аппаратурой в привилегированном режиме, загружаемая при запуске ОС и резидентно находящаяся в памяти

Краткие итоги

В настоящее время наблюдается бурное развитие операционных систем (Windows, Linux, Solaris, MacOS и др.) , в том числе – с открытым исходным кодом (Windows Research Kernel, Linux, OpenSolaris и др.).

По мнению Дэвида Проберта (менеджера Microsoft по развитию Windows), Знание ОС способствует становлению зрелого мышления программиста и хорошему знанию сетевых технологий и протоколов, виртуальных машин, методов современного программирования.

Операционная система (ОС) – общее системное программное обеспечение, являющееся интерфейсом между аппаратурой компьютера, пользователем, прикладным программным обеспечением и другими компьютерами в сети.

Цели работы ОС – обеспечение удобства, эффективности, надежности и безопасности выполнения пользовательских программ, использования компьютерного оборудования и внешних устройств, подключенных к компьютеру. Особая важность в настоящее время придается инициативе по надежным и безопасным вычислениям (trustworthy computing) фирмы Microsoft.

Компонентами компьютерной системы (в широком смысле слова) являются аппаратура, операционная система, прикладное программное обеспечение, пользователи (клиенты) – люди и другие компьютеры в сети.

Компьютерные системы очень разнообразны по своему назначению и по архитектуре.

По своему назначению и параметрам различаются суперкомпьютеры, многоцелевые компьютеры (mainframes), кластеры компьютеров, настольные компьютеры, портативные компьютеры, карманные портативные компьютеры (КПК), мобильные устройства (мобильные телефоны, коммуникаторы), носимые компьютеры, распределенные компьютерные системы, компьютерные системы реального времени.

Основные архитектуры компьютеров: CISC, RISC, VLIW, EPIC, многоядерные компьютеры, компьютеры с гибридными процессорами.

Основные компоненты операционной системы: ядро, подсистема управления ресурсами, управляющая программа.

Набор для практики

Вопросы

1. Назовите наиболее распространенные операционные системы, в том числе – с открытым исходным кодом.
2. Дайте определение операционной системы.
3. Каковы цели работы операционной системы?
4. Назовите компоненты компьютерной системы (включая программное обеспечение и пользователей).
5. Назовите основные виды компьютерных систем, различающиеся по своему назначению и параметрам.
6. Назовите основные архитектуры компьютерных систем и кратко определите, в чем суть каждой из них.
7. Каковы основные компоненты операционной системы?

Темы для курсовых работ, рефератов, эссе

1. Краткий обзор современных операционных систем (реферат).
2. Классификация современных компьютерных систем (реферат).
3. Обзор современных компьютерных архитектур (реферат).