Операционная система: что это, значение в информатике, как устроена

Выражение «операционная система» слышал каждый, кто  пользовался компьютером, телефоном, смарт-телевизором и другими устройствами. Операционная система хоть в информатике, хоть не в информатике всегда означает одно и то же. Итак, что такое ОС в компьютере или в любом другом устройстве?

Операционная система — это набор из взаимосвязанных системных программ, благодаря которым работает компьютерное устройство. ОС в компьютере помогает человеку правильно и эффективно взаимодействовать с устройством и другими установленными программами. Самые популярные операционные системы у многих «на слуху». Например, наверное все слышали про такие ОС для компьютеров как:

Обладатели телефонов точно знают, что вся армия этих гаджетов делится на две большие группы согласно их операционным системам, это:

• Android;

• iOS.

Конечно, операционных систем для компьютеров и телефонов намного больше, чем мы обозначили. Но их достаточно, чтобы понять, что операционная система — это не нечто отдаленное, это такой вид программы, с которой мы сталкиваемся каждый день. Теперь давайте подробнее остановимся на том, что такое ОС в компьютере.

Операционная система в информатике  

Информатика — это родоначальник компьютерных устройств, роботов, программирования и др. Информатика, как наука, покрывает разнообразные сферы: начиная от строения и производства программ и заканчивая программированием программного обеспечения.

С курса школьной информатики многим  примерно знакомо внутреннее строение компьютера: 

• процессор;

• материнская плата;

• жесткий диск;

• оперативная память;

• и др.

Устройство компьютера кажется сложным, а его возможности очень впечатляющими, но на самом деле он не всесилен. И его стабильная работа и функциональные возможности доступны благодаря операционной системе.

«Мозгом» в компьютере является процессор. Именно он проводит сложнейшие вычисления и отдает команды другим компонентам компьютера, чтобы они правильно реагировали на программный код и действия пользователя. Но процессор не может самостоятельно регулировать собственную работу. Все что он может — это обрабатывать определенное количество команд в секунду. Но процессор никак не может решить какие команды  ему нужно обрабатывать, а какие нет. Все что в него попало, то он и обработал.

Распределением возможностей процессора и всей производительности компьютера занимается операционная система. Именно она решает:

• какую команду и когда должен обработать процессор;

• какие еще компоненты компьютера нужно задействовать в работе;

• сколько оперативной памяти нужно выделить программе;

• что сохранить в оперативной памяти, а что удалить;

• как распределить приоритет между всеми открытыми программами на компьютере;

• и др.

Операционная система в любом устройстве представляет собой самую главную программу, которая отвечает за работоспособность, мощность и функциональность всего устройства. Каким бы мощным ни было устройство в аппаратной части, если его операционная система работает с ошибками и неправильно управляет возможностями устройства, тогда толку от этого устройства не будет. И наоборот, в маломощных устройствах их стабильная работа достигается за счет эффективности операционной системы.

Что такое ОС в компьютере: основные моменты

 Операционная система в информатике представлена комплексом разнообразных программ, свойств и функций. Полноценно описать возможности и работу операционной системы в одной статье нереально. Но можно остановиться на ее основных моментах, о которых нужно знать.

1. Процесс, как способ управления. Каждая запущенная программа на компьютере для операционной системы будет отдельным процессом. При этом сама ОС в компьютере также состоит из множества процессов. ОС вынуждена отслеживать каждый запущенный процесс, для того чтобы правильно распределять ресурсы компьютера. Для этого действия в ОС присутствует специальная структура данных, которая является блоком управления процессов.

2. Потоки и параллельное выполнение. Одна программа — это один процесс. В процессоре постоянно производятся вычисления, где очередь из команд для вычисления составляют поток. Принято считать, что одно ядро — это один поток для команд. При этом некоторые производители ядер разделяют одно ядро на несколько потоков. Но сейчас не об этом. Одна программа или один процесс могут выполняться в одном потоке, то есть в одном потоке процессора. Но также один процесс может выполняться в несколько потоков. В многопоточном режиме программы выполняются быстрее, за счет того, что нужно меньше времени стоять в очереди команд процессора. Быть программе однопоточной или многопоточной — решает программист.

   Но ОС распределяет работу программы (процесса) в несколько потоков, если такой режим в ней заложен.

3. Приоритет выполнения или планирование. Не важно сколько потоков в процессоре. В них всегда будет стоять очередь из команд, которые нужно выполнить. В обычном режиме команды выполняются процессором последовательно, то есть как очередь из команд идет, так они и выполняются. Но случаются моменты, когда нужно некоторые команды выполнить без очереди и в срочном порядке. Именно ОС в компьютере определяет приоритет выполнения команд. Приоритет выполнения команд в потоке определяется  действиями пользователя. Операционная система постоянно «следит» за теми приложениями, которые использует пользователь в данный момент. Активные приложения выполняются процессором без очереди.

4. Оперативная память. В оперативной памяти хранится та информация, которая наиболее часто используется процессором. Потому что к этой памяти можно легко и быстро обратиться.

   Однако оперативная память не безгранична. Нужно постоянно следить за ее состоянием, чтобы вовремя очищать или, наоборот, вносить в нее новые данные. Этим действием занимается операционная система.

5. Ядро. Ядро операционной системы — это ее центральная программная часть. Именно ядро отвечает за работу операционной системы и является ее основной частью. Операционную систему можно представить так: ядро, а на ядро «наложены» другие программы ОС: драйвера, кодеки, интерфейс, системные утилиты, системные программы, адаптеры и др.

Заключение

Операционная система в информатике — это «мозг» устройства, на котором она используется. Операционных систем много и каждая из них обладает разными характеристиками и свойствами. Но задача у всех общая — это наладить эффективную работу устройства.

Операционная система — что это?

Определение и примеры операционных систем; примеры современных операционных систем.

Часто обозначаемая аббревиатурой ОС, операционная система это мощная, и обычно большая, программа, управляющая аппаратным и другим программным обеспечением в компьютере.

Все компьютеры и подобные им устройства имеют операционную систему: ноутбуки, планшеты, десктопы, смартфоны, смарт-часы, роутеры … всего не перечислить.

Содержание

1. Примеры операционных систем
2. Программное обеспечение и операционные системы
3. Операционная система Microsoft Windows

Примеры операционных систем

Ноутбуки, планшеты и настольные компьютеры – на всех работают операционные системы, о которых вы, вероятно, знаете.

Как пример можно назвать версии Microsoft Windows (такие как Windows 10, Windows 8, Windows 7, Windows Vista, и Windows XP), macOS компании Apple (бывшая OS X), iOS, Chrome OS и варианты операционной системы с открытым кодом Linux.

В вашем смартфоне также работает операционная система, скорее всего это iOS от компании Apple или Android от Google. Оба этих названия известны всем, но вы можете и не предполагать, что это операционные системы.

Сервера, как те, на которых размещаются Интернет-сайты, которые вы посещаете, предоставляющие видео, которые вы смотрите, обычно работают на специальных операционных системах, разработанных и оптимизированных для работы специального программного обеспечения, требующегося для их функционирования. Примерами названий будут Windows Server, Linux, и FreeBSD.

Программное обеспечение и операционные системы

Большинство программ предназначены для работы с операционной системой только одной компании, то есть только Windows (Microsoft) или только macOS (Apple).

Программа четко проинформирует пользователя, какие операционные системы она поддерживает, и при необходимости будет очень конкретной.

Например, программа для создания видео может сказать, что поддерживает Windows 10, Windows 8, и Windows 7, но не поддерживает более старые версии системы Windows, такие как Windows Vista или XP.

Разработчики также часто выпускают дополнительные версии своих программ, работающие с другими операционными системами. Возвращаясь к программе для создания видео, компания может выпустить другую версию программы с точно такими же функциями, но работающую только с системой macOS.

Также важно знать, какая у вас операционная система, 32-битная или 64-битная. Этот вопрос вам обычно задают при скачивании программы. Если вам нужна помощь, посмотрите статью Как определить, 64-битная или 32-битная версия Windows установлена.

Операционная система Microsoft Windows

Одна из самых популярных операционных систем в мире – Microsoft Windows.

Вот очень короткий перечень популярных статей о операционной системе Windows:

• Как установить Windows «с чистого листа»
• Как восстановить работоспособность Windows
• Как восстановить утраченный пароль к Windows
• Что такое Product Key?
• Гаджеты Windows для наблюдения за состоянием системы
• Как разбить жесткий диск на логические
• Как отформатировать жесткий диск
• Что такое реестр в Windows?

Используете Windows, но не уверены, какая у вас версия? Вам поможет статья Какая у меня версия Windows?

Что такое операционная система (ОС)?

Операционная система (ОС) — это тип программного обеспечения, которое контролирует и управляет всем аппаратным и программным обеспечением на устройстве. Он позволяет выполнять сложные задачи, такие как обновление дисков, загрузка приложений, запуск программ или устранение ошибок, без изучения языка программирования. Операционные системы бывают разных видов и могут быть большими, мощными и сложными или относительно простыми, в зависимости от характера устройства. Например, тип ОС, на которой работает ваш компьютер, значительно сложнее, чем ОС, управляющая светофором.

Где хранится операционная система?

Обычно ОС находится в основном разделе жесткого диска. Но операционные системы также могут работать с компакт-дисков, DVD-дисков, USB-накопителей и внешних жестких дисков, хотя и медленнее, чем с внутренних дисков. Один из самых быстрых способов запуска операционной системы с компьютера — через твердотельный накопитель (SSD). Многие преимущества твердотельных накопителей по сравнению с жесткими дисками делают их предпочтительным накопителем в настоящее время.

Распространенные операционные системы

Windows

Windows от Microsoft начала набирать популярность в середине 1980-х благодаря первому графическому пользовательскому интерфейсу (GUI) для IBM-совместимых компьютеров. Сегодня это самая популярная операционная система для ноутбуков и настольных компьютеров во всем мире. Windows предустановлена ​​на большинстве фирменных ПК, но ее также можно установить вручную на компьютеры, изготовленные по индивидуальному заказу. Microsoft Windows 11 — это последняя версия операционной системы от софтверного гиганта из Редмонда.

macOS

Нельзя говорить о разных типах операционных систем, не упомянув macOS. Это программное обеспечение от Apple является основной ОС для iMac и MacBook. Хотя он немного более строгий, чем Windows, он также традиционно считается немного более стабильным и безопасным. Пользователи Mac, которые хотят получить лучшее из обоих миров, могут загружать как Windows, так и macOS с помощью утилиты двойной загрузки Apple, Boot Camp Assistant.

Linux

Linux и его варианты, такие как Ubuntu и Red Hat, популярны среди пользователей компьютеров, предпочитающих открытые, безопасные и настраиваемые операционные системы. Linux также прост в установке, гибок и требует мало ресурсов. Однако его более крутая кривая обучения, проблемы совместимости и отсутствие поддержки некоторых популярных программ, таких как компьютерные игры, сдерживают его от широкого распространения.

Chrome OS

Google Chrome OS — это операционная система для Chromebook с быстрой и легкой конструкцией, которая представляет собой обоюдоострый меч. Хотя Chrome OS отлично подходит для задач с низкой интенсивностью, она не идеальна для сложных приложений, таких как редактирование видео, графический дизайн или игры. И хотя он обеспечивает отличную безопасность, да, Chromebook может быть заражен вредоносным ПО.

Android

Android — это операционная система от Google для мобильных устройств, таких как смартфоны и планшеты, основанная на программном обеспечении с открытым исходным кодом, таком как Linux. Android имеет наибольшую долю рынка мобильных операционных систем в мире, поскольку она работает на различных аппаратных конфигурациях и удобна для пользователя. Как и любая операционная система, Android уязвим для вредоносных программ, таких как рекламное ПО. К счастью, есть способы полностью удалить рекламное ПО на телефоне Android.

iOS

iOS — это мобильная операционная система Apple для таких устройств, как iPhone и iPad. В отличие от Android, iOS является программным обеспечением с закрытым исходным кодом, что затрудняет взлом хакерам. Тем не менее, iPhone по-прежнему сталкивается со своей долей атак вредоносных программ.

Советы по обслуживанию операционной системы

Очистите запуск

Вы можете ускорить загрузку и работу компьютера, загружая при запуске только те программы, которые вам нужны. Вам не нужно удалять программы, которые вы используете реже, но они также не должны постоянно работать в фоновом режиме. Однако вам лучше оставить ваше основное программное обеспечение, такое как антивирус, постоянно включенным.

Перезагрузите компьютер

Попробуйте перезагрузить компьютер, если ваша ОС работает медленно. Перезапуск может очистить память от ошибочных процессов и стать глотком свежего воздуха для вашей машины. Перезапуск также может инициировать обновление программного обеспечения.

Регулярное обновление

Вы должны регулярно проверять наличие обновлений Windows и устанавливать их, чтобы поддерживать свою ОС. Обновления могут повысить производительность, решить проблемы совместимости и открыть новые функции. Патчи также могут содержать критические исправления безопасности для уязвимостей, которые могут использовать вредоносные программы, такие как программы-вымогатели.

Сканирование на наличие вредоносных программ

Регулярно запускайте антивирусное программное обеспечение вашей ОС, чтобы не дать вредоносным программам нарушить вашу безопасность и конфиденциальность или снизить производительность вашего компьютера. Например, компьютерный вирус может повредить важные файлы и замедлить работу ОС. Протяните руку помощи встроенным инструментам безопасности вашего компьютера, загрузив программное обеспечение для защиты от вредоносных программ, которое останавливает эти надоедливые угрозы.

Удаление ПНП

Удалите вирусы, мусор и другие потенциально нежелательные программы (ПНП) ​​из вашей системы, чтобы оптимизировать вашу ОС. Вы также можете попробовать расширение безопасности, такое как Browser Guard, чтобы защитить свой компьютер от вредоносных программ, распространяемых через Интернет, которые могут угрожать стабильности вашего компьютера. Также будьте осторожны с приложениями, которые вы загружаете, и ссылками, по которым вы переходите, так как они могут привести к заражению вредоносным ПО.

Операционные системы

Цели обучения

1. Понять, что такое операционная система и почему компьютерным устройствам требуются операционные системы.
2. Оцените, как встроенные системы расширяют закон Мура, позволяя компаниям создавать «умные» продукты и услуги

Вычислительное оборудование необходимо контролировать, и это роль операционной системы. Операционная система (иногда называемая «ОС») предоставляет общий набор элементов управления для управления компьютерным оборудованием, упрощая пользователям взаимодействие с компьютерами, а программистам — написание прикладного программного обеспечения. Почти каждое вычислительное устройство имеет операционную систему — настольные компьютеры и ноутбуки, серверные компьютеры корпоративного класса, ваш мобильный телефон. Даже специализированные устройства, такие как iPod, игровые приставки и телевизионные приставки, работают под управлением той или иной ОС.

Некоторые фирмы, такие как Apple и Nintendo, разрабатывают собственные ОС для собственного оборудования. Microsoft продает операционные системы всем, от Dell до производителя банкоматов Diebold (прислушайтесь к знакомому звуковому сигналу Windows об ошибке на некоторых банкоматах). И есть множество специализированных фирм, таких как Wind River (куплена Intel), которые помогают фирмам разрабатывать операционные системы для всех видов устройств, которые не обязательно выглядят как ПК, включая автомобили, системы редактирования видео и истребители. панели управления.

Любой, кто использовал ПК и Mac и замечал различия между этими платформами, может получить представление о том, что делает операционная система.

Даже для программ, которые в остальном идентичны для этих двух систем (например, браузер Firefox), видны различия в субтитрах. Элементы экрана, такие как меню, полосы прокрутки и границы окон, выглядят на Mac иначе, чем в Windows. Как и диалоговые окна, которые появляются при печати или сохранении.

Эти элементы выглядят и ведут себя по-разному, потому что каждая из этих функций связана с аппаратным обеспечением, а команда, разработавшая Microsoft Windows, создала систему, заметно отличающуюся от своих коллег Macintosh в Apple. Графический пользовательский интерфейс (UI) Механизм, с помощью которого пользователи взаимодействуют с вычислительным устройством. Пользовательский интерфейс включает в себя элементы графического пользовательского интерфейса (или GUI, произносится как « липкий »), такие как окна, полосы прокрутки, кнопки, меню и диалоговые окна; а также могут включать другие формы взаимодействия, такие как сенсорные экраны, датчики движения или тактильные устройства, используемые слабовидящими.

такие элементы, как полосы прокрутки и меню, отображаются на оборудовании дисплея компьютера. Файлы сохраняются на жестком диске или другом запоминающем устройстве. Большинство операционных систем также включают в себя панели управления, управление файлами на рабочем столе и другие вспомогательные программы для прямой работы с элементами оборудования, такими как устройства хранения данных, дисплеи, принтеры и сетевое оборудование. Macintosh Finder и проводник Windows являются примерами компонентов этих операционных систем. Единый внешний вид, ощущение и функциональность, которые операционные системы обеспечивают в различных программах, упрощают пользователям изучение нового программного обеспечения, что снижает затраты на обучение и количество ошибок оператора. См. рис. 9..2 сходства и различия.

Рисунок 9.2

Различия между операционными системами Windows и Mac очевидны во всем пользовательском интерфейсе, особенно когда программа взаимодействует с оборудованием.

Операционные системы также предназначены для предоставления программистам общего набора команд для последовательного взаимодействия с оборудованием. Эти команды облегчают работу программиста, уменьшая сложность программы и ускоряя ее написание, сводя к минимуму вероятность ошибок в коде. Подумайте, что операционная система делает для разработчиков игр для Wii. ОС Wii от Nintendo предоставляет программистам Wii набор общих стандартов для доступа к Wiimote, воспроизведения звуков, рисования графики, сохранения файлов и многого другого. Без этого игры было бы намного сложнее писать, они, вероятно, выглядели бы по-другому, были бы менее надежными, стоили бы дороже, и было бы меньше доступных названий.

Точно так же, когда Apple предоставила разработчикам общий набор надежных, простых в использовании стандартов для iPhone и (через App Store) простой способ для пользователей устанавливать эти приложения поверх iPhone/iPod touch/iPad операционной системы (iOS), разработка программного обеспечения процветала, и Apple стала самым универсальным из доступных мобильных вычислительных устройств. Операционная система iPhone и iPod touch основана на операционной системе Apple Mac OS X. В случае с Apple около пятидесяти тысяч приложений стали доступны через App Store менее чем за год. Хорошая ОС и платформа для разработки программного обеспечения могут катализировать сетевые эффекты (см. главу 6 «Понимание сетевых эффектов»). Несмотря на то, что ОС кажется вызывающей, ее эффективный дизайн имеет очень важные стратегические последствия для бизнеса!

Рисунок 9.3 Доля рынка операционных систем для настольных компьютеров, серверов и мобильных телефонов

Источник: HitsLink (настольные компьютеры, январь 2011 г.), IDC (серверы, первый квартал 2011 г.) и Canalys.com (мобильные устройства, январь 2011 г.).

Микропрограммы и встроенные системы

На жестких дисках большинства персональных компьютеров установлена ​​операционная система. Эта система позволяет легко заменять или обновлять ОС. Но на многих небольших специализированных вычислительных устройствах операционные системы установлены в энергонезависимой памяти, часто на микросхемах постоянной памяти (ПЗУ). Программы управления, хранящиеся на микросхемах, иногда называют прошивкой. Программное обеспечение хранится на микросхемах энергонезависимой памяти (в отличие от таких устройств, как жесткие диски или съемные диски). Несмотря на кажущийся постоянным характер прошивки, многие продукты позволяют обновлять прошивку онлайн или путем подключения к другому устройству. ОС в iPod, мобильном телефоне или телевизионной приставке, скорее всего, хранится как прошивка. На вашем ПК также есть небольшая прошивка, которая позволяет ему выполнять самые основные функции, такие как запуск (загрузка) и начинать загрузку операционной системы с диска.

Другой термин, который вы можете услышать, это встроенные системы. Программное обеспечение специального назначения, разработанное и включенное в физические продукты (часто встроенное ПО). Встроенные системы помогают сделать устройства «умнее», обмениваясь информацией об использовании, помогая диагностировать проблемы, указывая графики обслуживания, предоставляя оповещения или позволяя устройствам принимать заказы от других систем. различных устройств, таких как автомобили, рамы для картин, авиационные двигатели, копировальные аппараты, а также системы отопления и кондиционирования воздуха. Программное обеспечение, входящее в состав встроенных систем, также часто хранится в виде встроенного программного обеспечения.

Закон Мура (см. главу 5 «Закон Мура: быстрые и дешевые вычисления и что это значит для менеджера») делает возможным использование встроенных систем, и эти системы могут создавать реальную стратегическую ценность. Компания Otis Elevator, подразделение United Technologies, использует встроенные системы в своих продуктах, чтобы предупредить свои сервисные центры, когда лифты, эскалаторы и движущиеся дорожки компании нуждаются в техническом обслуживании или ремонте. Это предупреждение обеспечивает Otis несколько основных преимуществ:

1. Поскольку продукты автоматически связываются с Otis, когда им требуется внимание, эти системы создают прибыльный сервисный бизнес для фирмы и затрудняют для третьих сторон предлагать конкурирующий бизнес по обслуживанию продуктов Otis.
2. Изделия обращаются к специалистам по обслуживанию для выполнения технического обслуживания на основе конкретных потребностей (например, низкий уровень смазки или достаточное количество использованной детали для замены), а не предполагаемых графиков, что делает обслуживание более рентабельным, вероятность поломки изделий меньше, и клиенты счастливее.
3. Любые сбои продукта обнаруживаются немедленно, при этом встроенные системы обычно отправляют технических специалистов до телефонного звонка клиента.
4. Данные возвращаются в группу исследований и разработок Otis, предоставляя информацию о надежности и отказах, чтобы инженеры могли использовать эту информацию для разработки более качественных продуктов.

В совокупности программное обеспечение, встроенное в крошечные микросхемы, дает очень большие преимущества, в течение многих лет помогая Otis оставаться на вершине своей отрасли.

Ключевые выводы

• Операционная система (ОС) управляет аппаратным обеспечением компьютера и предоставляет общий набор команд для написания программ.
• Большинство вычислительных устройств (компьютеры-серверы корпоративного класса, ПК, телефоны, телевизионные приставки, видеоигры, автомобили, марсоход) имеют операционную систему.
• Некоторые продукты используют операционные системы, предоставленные коммерческими фирмами, в то время как другие разрабатывают свои собственные операционные системы. Другие могут использовать альтернативы с открытым исходным кодом (см. главу 10 «Программное обеспечение в движении: частично облачно и иногда бесплатно»).
• Встроенные системы — это специализированные компьютерные системы, предназначенные для выполнения одной или нескольких специальных функций, которые часто встраиваются в обычные продукты, такие как автомобили, кондиционеры и лифты.
• Встроенные системы могут сделать продукты и услуги более эффективными, надежными и функциональными, а также открыть новые возможности для бизнеса и создать или усилить ресурсы для конкурентного преимущества.

Вопросы и упражнения

1. Что делает операционная система? Зачем вам операционная система? Как операционные системы облегчают работу программиста? Как операционные системы облегчают жизнь конечным пользователям?
2. Как изменился рынок настольных, серверных и мобильных операционных систем за последние годы? Набирают ли обороты определенные продукты? Как вы думаете, почему это так?
3. Какие операционные системы используются на ваших устройствах? На вашем персональном компьютере? Ваш мобильный телефон? Телевизионная приставка на телевизоре? Есть ли другие операционные системы, с которыми вы соприкасаетесь? Если вы не можете сказать, какая операционная система установлена ​​на каждом из этих устройств, посмотрите, можете ли вы найти ее в Интернете.
4. Для вашего списка в предыдущем вопросе (и в той степени, в которой вы можете), схематически изобразите аппаратное/программное обеспечение для этих устройств.
5. Как вы думаете, для этого же списка производитель каждого устройства написал все программное обеспечение, которое вы используете на этих устройствах? Можете ли вы добавить или изменить программное обеспечение для всех этих устройств? Почему или почему нет? Каковы будут последствия для стоимости, безопасности, сложности, надежности, обновлений и обновлений, а также привлекательности каждого устройства?
6. Некоторые банкоматы используют Windows. Почему производитель банкоматов решил построить свои системы на базе Windows? Почему он может хотеть избежать этого? Сталкивались ли вы с другими устройствами, отличными от ПК, которые работали под управлением какой-либо версии Windows?
7. Что такое встроенные системы? Когда фирмы могут захотеть установить программное обеспечение на микросхемы, а не на жесткий диск?
8. Важно понимать, как технологии влияют на стратегию фирмы и конкурентную среду. Рассмотрим описание использования лифтом Отис встроенных систем.