7.2. Операционная система компьютера (назначение, состав, загрузка)

Все многообразие программ, используемых на современном компьютере, называется программным обеспечением — ПО (software). Программы, составляющие ПО, можно разделить на три группы: системное ПО, системы программирования, прикладное ПО. Две первые группы иногда называют базовым ПО. Ядром системного ПО является операционная система (ОС).

Операционная система — это часть ПО, наиболее тесно связанная с техническими средствами компьютера (hardware). Основные функции ОС:

· управление ресурсами компьютера: процессорным временем, распределением внутренней памяти, файлами, внешними устройствами;

· организация диалога с пользователем;

· осуществление загрузки компьютера;

· запуск программ на исполнение;

· тестирование оборудования.

Резидентная часть ОС (ядро ОС) постоянно занимает раздел оперативной памяти компьютера. Туда она загружается с системного диска при включении машины. Эта процедура называется первоначальной загрузкой. Вся дальнейшая работа на компьютере происходит под контролем и управлением ОС. Операционная система осуществляет загрузку в оперативную память всех программ, передает им управление в начале их работы, выполняет различные действия по запросу исполняемых программ и освобождает занимаемую программами оперативную память при их завершении.

Важнейшей функцией ОС является работа с файлами. В файлах на внешних носителях хранится все: программы, данные, сама ОС. Средствами ОС создается файловая система — определенная структура файлов на внешних носителях. Все действия с файлами производятся пользователем с помощью ОС.

Для общения ОС с пользователем используется специальный командный язык OC На персональных компьютерах общение происходит в режиме диалога. ОС в определенной форме выводит на экран приглашение пользователю, пользователь в ответ вводит с клавиатуры команду, предписывающую совершить определенное действие (запустить программу, вывести директории диска, уничтожить файл и пр.). ОС обеспечивает выполнение этой команды и снова возвращается к диалогу с пользователем.

Для упрощения диалога пользователя с ОС применяются так называемые диалоговые оболочки к операционной системе. Примером популярной оболочки является Norton Commander. При работе с подобной оболочкой пользователю не приходится набирать на клавиатуре команды по буквам; он выбирает их из меню в среде оболочки на экране. В последнее время на профессиональных компьютерах стала популярной операционная система Windows со встроенной графической оболочкой.

В качестве примера рассмотрим состав и функции операционной системы MS-DOS для IBM PC.

Базовая система ввода-вывода (BIOS) находится в постоянной памяти (ПЗУ) компьютера и является «встроенной» в компьютер (информация в ПЗУ сохраняется и после выключения компьютера, т. е. она обладает свойством энергонезависимости). Ее назначение состоит в выполнении наиболее простых и универсальных услуг операционной системы, связанных с осуществлением ввода-вывода. Она содержит также тест функционирования компьютера, проверяющий работу памяти и внешних устройств компьютера при включении его электропитания, и программу вызова загрузчика операционной системы.

Загрузчик операционной системы — это очень короткая программа, находящаяся в первом секторе каждой дискеты с операционной системой, функция этой программы заключается в считывании в память остальных модулей операционной системы, что и завершает процесс ее загрузки. На жестком диске загрузчик операционной системы состоит из двух частей. Это связано с тем, что жесткий диск может быть разбит на несколько разделов (логических дисков). Первая часть загрузчика находится в первом секторе жесткого диска, она выбирает, с какого из разделов жесткого диска следует продолжить загрузку. Вторая часть загрузчика находится в первом секторе этого раздела, она считывает в память модули DOS и передает им управление.

Модули ОС (io.sys и msdos.sys) загружаются в память загрузчиком операционной системы и остаются в памяти компьютера постоянно. (Файл io.sys представляет собой дополнение к BIOS, а файл msdos.sys реализует основные высокоуровневые услуги DOS).

Командный процессор DOS (command.corn) обрабатывает команды, введенные пользователем. Командный процессор находится на диске, с которого загружается операционная система. Некоторые команды пользователя (например, type, dir или copy) командный процессор выполняет сам. Такие команды называются внутренними. Для выполнения остальных (внешних) команд пользователя командный процессор ищет на дисках программу с соответствующим именем и если находит ее, то загружает в память и передает ей управление. По окончании работы программы командный процессор удаляет программу из памяти и выводит сообщение о готовности к выполнению команд— приглашение DOS.

Внешние команды DOS — это программы, поставляемые вместе с операционной системой в виде отдельных файлов. Они выполняют действия обслуживающего характера, например, форматирование дискет, проверку дисков и т. д.

Драйверы устройств — это специальные программы, которые дополняют систему ввода-вывода DOS и обеспечивают обслуживание новых или нестандартное использование имеющихся устройств. Драйверы загружаются в память компьютера при загрузке операционной системы, их имена указываются в специальном файле (config.sys). Такая схема облегчает добавление новых устройств и позволяет делать это, не затрагивая системные файлы DOS.

Загрузка DOS происходит следующим образом.

При включении электропитания компьютера (или при нажатии на клавишу Reset на корпусе компьютера, или при одновременном нажатии клавиш Ctrl, Alt и De1 на клавиатуре) начинают работать программы проверки оборудования, находящиеся в постоянной памяти компьютера. Если они находят ошибку, то выводят код ошибки на экран.

После окончания тестирования программа начальной загрузки пытается прочесть с дискеты, установленной на дисководе (а:), программу-загрузчик операционной системы. Если на дисководе нет дискеты, то загрузка ОС будет производиться с жесткого диска.

После того как с диска, с которого загружается ОС, прочитана программа-загрузчик ОС, эта программа считывает в память модули операционной системы (io.sys и msdos.sys) и передает им управление.

Далее с того же диска читается файл конфигурации системы (config.sys) и в соответствии с указаниями, содержащимися в этом файле, загружаются драйверы устройств и устанавливаются параметры операционной системы. Если такой файл отсутствует, то параметры устанавливаются по умолчанию.

После этого с диска, с которого загружается ОС, читается командный процессор (command.com) и ему передается управление. Командный процессор выполняет командный файл (autoexec.bat), если этот файл имеется в корневом каталоге диска, с которого загружается ОС. В этом файле указывают команды и программы, выполняемые при каждом запуске компьютера. Если такой файл не найден, то DOS запрашивает у пользователя текущую дату и время.