Операционная система Windows - Программное обеспечение информационных компьютерных систем

Само название Windows, на русском языке означает "Окна" и имеет в нашем языке синонимы Виндовс, Вундоуз и другие производные полученные после перевода.

Следующие версии Windows постепенно заменяли многое построенное в MS-DOS, аппаратный и программный функционал. Все внесенные изменения Microsoft в MS-DOS с дальнейшей интеграцией поспособствовали получению развитой операционной системы.

В настоящее время Microsoft Windows является самой популярной ОС, не только из-за привычного удобства для использования и внушительного функционала, но и из-за высокого уровня интеграции с возможностями ее ядра и другого программного обеспечения, в том числе MS Office.

На самом высоком уровне абстракции процесс в Windows включает следующее:

закрытое виртуальное адресное пространство - диапазон адресов виртуальной памяти, которым может пользоваться процесс;

исполняемую программу - исполняемый код и данные, проецируемые на виртуальное адресное пространство процесса;

список открытых описателей (handles) различных системных ресурсов - семафоров, коммуникационных портов, файлов и других объектов, доступных всем потокам в данном процессе;

контекст защиты (security context), называемый маркером доступа (асcess token) и идентифицирующий пользователя, группы безопасности и привилегии, сопоставленные с процессом;

уникальный идентификатор процесса (во внутрисистемной терминологии называемый идентификатором клиента);

минимум один поток. Каждый процесс также указывает на свой родительский процесс (процесс-создатель). Однако, если родитель существует, эта информация не обновляется. Поэтому есть вероятность, что некий процесс указывает на уже несуществующего родителя. Это не создает никакой проблемы, поскольку никто не полагается на наличие такой информации.

Архитектура ОС Windows

Архитектура ОС Windows имеет модульную структуру. Из этого можно сделать вывод, что она состоит из разделяемых компонентов, любой из которых жестко отвечает за собственные функции.

Она состоит из Двух уровней: компонентов, которые работают в режиме пользователя (User mode), и компонентов, работающих в режиме ядра (Kernel mode). Это очень удобно, потому что пользователь, имея доступ к системным программам и внутренним компонентам ОС, может случайно что-то изменить или удалить. Это спровоцирует поломку системы. Поэтому с компьютером мы работаем через пользовательский режим и его приложения, а в режиме ядра выполняются наши команды. У пользовательского режима и режима ядра есть свои привилегии. У режима ядра их больше. В операционной системе они разделены на уровни.

Режим ядра

Сначала мы рассмотрим режим ядра, который, непременно, является очень важной и неотъемлемой частью операционной системы.

Ядро - центральная часть операционной системы, управляющая выполнением процессов, ресурсами вычислительной системы и предоставляющая процессам координированный доступ к этим ресурсам. [3] По сути это некоторая абстракция, которая позволяет получить доступ к ресурсам вычислительной системы, который нужны пользователю для работы с компьютером. Работа ядра полностью скрыта от пользователя, и он не имеет к нему доступа.

Существует несколько типов архитектур ядер операционных систем:

    1) Монолитное ядро; 2) Микроядро; 3) Экзоядро; 4) Наноядро; 5) Гибридное ядро.

Но подробнее мы рассмотрим Монолитное и модульное Ядра, так как сначала операционная система Windows имела монолитное ядро, а позже усовершенствовалась до модульного ядра. "Монолитное ядро - классическая архитектура ядер операционных систем. Монолитные ядра предоставляют богатый набор абстракций оборудования. Все части монолитного ядра работают в одном адресном пространстве". [4] То есть в памяти нашего компьютера хранится информация, и каждой ее составляющей соответствует число - адрес, который определяет место ее хранения. Кстати, монолитное ядро сейчас все равно является самой распространенной архитектурой ядер операционных систем. Монолитные ядра долго развивались и усовершенствовались. Сейчас они являются наиболее архитектурно зрелыми и пригодными к эксплуатации. Но, к сожалению, монолитное ядро имеет свои недостатки. Оно работает в одном адресном пространстве. Если вдруг произойдет сбой в одном из компонентов, то нарушится работоспособность всей системы. Эти сбои невозможны в модульном ядре, о котором мы сейчас поговорим. "Модульное ядро - современная, усовершенствованная модификация архитектуры монолитных ядер операционных систем компьютеров. В отличие от "классических" монолитных ядер, считающихся ныне устаревшими, модульные ядра, как правило, не требуют полной перекомпиляции ядра при изменении состава аппаратного компьютера". [5] Взамен этим функциям модульные ядра просто дополнительно загружают модули ядра, которые в свою очередь поддерживают то или иное аппаратное обеспечение. Например, модульное ядро может загрузить нужный для работы драйвер. Модульное ядро может загрузить модуль прямо во время работы системы, не перезагружая ее. А также Подгрузка модуля может выполняться при перезагрузке ОС. В это время ОС перестраивается на загрузку определенных модулей. Но, не смотря на новые возможности, модульные ядра все равно остаются монолитными. Они по-прежнему работают в адресном пространстве. Это дает им возможность использовать все функции ядра. "Модульные ядра удобнее для разработки, чем традиционные монолитные ядра, не поддерживающие динамическую загрузку модулей, так как от разработчика не требуется многократная полная перекомпиляция ядра при работе над какой-либо его подсистемой или драйвером. Выявление, локализация, отладка и устранение ошибок при тестировании также облегчаются". [6] То есть если нужно усовершенствовать функции модульного ядра, то сначала можно улучшить одну из его составляющих частей, например, какой-нибудь драйвер, а потом загрузить его к ядру. Эта задача гораздо усложняется в случае с монолитным ядром. Его придется полностью переделывать, чтобы поместить туда новый драйвер. Функции, которые входят в состав ядра, решают очень важные задачи. Они переключают контексты, занимаются организацией процесса вычислений, загружают и выгружают страницы, обрабатывают прерывания. А в свою очередь приложения, работающие из режима пользователя, могут обращаться к ядру, чтобы выполнить нужные действия.

Скорость выполнения функция ядра является показателем производительности ОС. Все модули ядра или большая их часть находятся в ОС. Ядро является главной составляющей компьютерной системы, благодаря которой она работает. По этой причине так необходимо, чтобы коды ядра были надежны.

Ядро состоит из следующих слоев:

    1) Средства аппаратной поддержки; 2) Машинно-зависимые компоненты; 3) Базовые механизмы ядра; 4) Менеджеры ресурсов; 5) Интерфейс системных вызовов.

Программное обеспечение, находящееся в режиме ядра:

    - может иметь прямой и неограниченный доступ к аппаратному обеспечению; - имеет доступ ко всей памяти компьютера; - не может быть вытеснено в страничный файл на жестком диске; - имеют больший приоритет по сравнению с процессами пользовательского режима.

Сама архитектура ядра позволяет защитить его компоненты от изменения их другими программами.

Драйвер - это компьютерные программы, благодаря которым ОС может работать с устройствами компьютера. Драйвер обрабатывает наши запросы, которые мы вводим в режиме пользователя. Затем он переводит их на машинный язык (с высокого уровня на низкоуровневый), который понятен компьютеру, тем самым обеспечивая нам полное взаимопонимание. Основная часть кода Windows выполняется в режиме ядра. Если драйвер будет содержать вирус, то он может сломать ОС. Когда мы загружаем драйверы из интернета, то нужно быть осторожными, так как они сразу переходят в режим ядра и получают полный доступ ко всем данным операционной системы. Поэтому очень важно, чтобы компоненты, которые работают в этом режиме, были хорошо проверены и протестированы, не содержали ошибок.

Режим пользователя

Режим пользователя имеет гораздо меньше привилегий по сравнению с режимом ядра. У него нет прямого доступа к оборудованию. А также он имеет ограниченный доступ к памяти. "Режим пользователя состоит из подсистем, которые передают запросы ввода и вывода соответствующему драйверу режима ядра посредством менеджера Ввода-вывода. Уровень пользователя состоит из Двух подсистем - Подсистема окружения(Environment) и интегральная подсистема (Integral)".

Подсистема окружения нужна для того, чтобы запускать приложения, которые написаны для разных видов ОС. Обратим внимание на то, что ни у какой из подсистем окружения нет прямого доступа к аппаратной части компьютера. У ОС есть менеджер Вирт. Памяти. Этот менеджер имеет привилегии, так как работает в режиме ядра. Именно он обеспечивает доступ к ресурсам памяти. В состав системы окружения входят следующие подсистемы: Win32, POSIX, OS/2. Самой важной из них является Win 32. Она предоставляет компьютерным программам интерфейс программирования приложения (англ. application programming interface, API).

Две другие подсистемы тоже предоставляют свой интерфейс программирования приложения. Но для того чтобы им получить пользовательский ввод и показать результаты, им нужно использовать подсистему Win32. Без подсистемы Win32 Windows работать не может, поэтому Win32 работает всегда. Это ее главное отличие от двух других подсистем. Эта подсистема обрабатывает все, что связано с клавиатурой, мышью и экраном, и нужна даже на серверах в отсутствие интерактивных пользователей. Также Win32 управляет окнами и базовыми сервисами. "Подсистема окружения OS/2 поддерживает неграфические 16-разрядные приложения операционной системы OS/2 и эмулирует систему OS/2 2.1.x. Подсистема окружения POSIX поддерживает приложения, написанные в соответствии со стандартом POSIX.1" [9] Интегрированная подсистема работает от имени подсистемы окружения. Она наблюдает за несколькими функциями операционной системы. В ее состав входят подсистемы безопасности, службы рабочей станции и службы сервера. "Служба безопасности обращается с маркерами доступа, позволяет или запрещает доступ к учетной записи пользователя, обрабатывает запросы авторизации и инициирует процесс входа пользователя в систему. Служба Рабочая станция обеспечивает доступ компьютера к сети - является API для сетевого редиректора. Служба Сервер позволяет компьютеру предоставлять сетевые сервисы". [9] Теперь можно рассмотреть более полную схему архитектуры ОС. Главные отличия двух режимов Чем же отличаются программы, работающие в режиме пользователя от программ, работающих в режиме ядра? Отличия процессов, работающих в режиме пользователя, от процессов, работающих в режиме ядра: не имеют прямого доступа к оборудованию, все запросы на использование аппаратных ресурсов должны быть разрешены компонентом режима ядра; ограничены размерами выделенного адресного пространства; могут быть выгружены из физической памяти в виртуальную на жестком диске; приоритет процессов данного типа ниже приоритета процессов режима ядра, это предохраняет ОС от снижения производительности или задержек, происходящих по вине приложений.

Стандартные программы:

    1. Блокнот - это несложный текстовый редактор, используемый для создания простых документов (.txt), часто применяется для создания Web - страниц. 2. WordPad - это редактор текста. При помощи этого редактора можно создавать и редактировать как простые текстовые документы, так и документы со сложным форматированием и рисунками. Имеется возможность связывать и внедрять данные из других документов в документ WordPad. Файлы WordPad можно сохранять как тестовые документы, файлы в формате RTF, тестовые документы DOS и документы в формате Юникод. 3. Редактор Paint - это программа для создания и редактирования растровых рисунков.

Редактор Paint

На рисунке представлен интерфейс редактора Paint.

Рис. 1

Для создания и редактирования рисунков в редакторе имеется строка меню, панель инструментов и палитра цвета. Для того чтобы воспользоваться каким-либо инструментом, необходимо щелкнуть на соответствующей пиктограмме, затем переместить указатель в рабочее поле. Редактор может работать с файлами расширения: bmp, dib, JPEG, GIF, TIFF, PNG.

Для установки цвета фона и цвета рисунка необходимо щелкнуть на пиктограмме основного цвета и цвета фона:

    § чтобы задать основной цвет, щелкните цвет на палитре левой кнопкой мыши; § чтобы задать цвет фона, щелкните цвет на палитре правой кнопкой мыши.

Часто редактор используется для создания скриншотов. Для этого необходимо открыть требуемый рисунок, затем на клавиатуре нажать клавишу Print Screen, в результате чего содержимое экрана вместе с рисунком будет сохранено в буфере обмена.

Далее необходимо запустить Paint, и в меню Правка выбрать команду Вставить, в окне Paint появится содержимое экрана, выберите необходимый фрагмент для сохранения.

Для этого надо щелкнуть на пиктограмме Выделение на панели инструментов, при этом указатель мыши примет вид крестика. Выделите интересующий вас элемент графики, и в меню правка выбираем Вырезать, затем в меню Файл выбираем команду Создать, откроется окно диалога "Сохранить изменения в файле Безымянный", выбираем - Нет.

Затем необходимо выполнить Правка / Вставить, и в рабочем окне Paint появится выделенный фрагмент рисунка. После этого необходимо сохранить этот рисунок: Файл / Сохранить, в окне диалога указать имя, тип файла и выбрать диск и папку для хранения.

Служебные программы:

    1. Дефрагментация диска. 2. Очистка диска. 3. Назначение заданий. 4. Проверка диска.

Дефрагментация диска

Для дефрагментации диска необходимо выполнить команду Пуск / Программы / Стандартные / Служебные и выбрать Дефрагментация диска, откроется окно диалога. В окне необходимо выбрать том для осуществления дефрагментации и щелкнуть на пиктограмме Анализ.

По результатам анализа состояния диска операционная система выдаст оценку использования диска до дефрагментации и заключение о целесообразности проведения дефрагментации.

Рис. 2

Для продолжения выполнения дефрагментации необходимо щелкнуть на кнопке Дефрагментация. По завершении дефрагментации можно вывести отчет на экран.

Очистка диска

Программа очистка диска применяется для освобождения пространства на жестком диске путем удаления компонентов ОС и программ, которые уже не используются, временных файлов и очистки корзины.

Для запуска этой программы необходимо выполнить: Пуск / Программы / Стандартные / Служебные / Очистка диска, появится окно выбор диска, после выбора диска нажмите ОК. В результате появится окно диалога Очистка диска с перечнем файлов, доступных для удаления, в этом окне установите флажки тех файлов, которые требуется удалить и щелкните на кнопке ОК.

Рис. 3

Назначение заданий

Для назначения задания необходимо выбрать команду Пуск / Программы / Стандартные / Служебные / Назначенные задания, откроется окно диалога

Рис. 4

В окне диалога надо дважды щелкнуть по пиктограмме Добавить задание, откроется окно диалога Мастер планирования задания.

Далее выполните следующее:

    1. В окне Мастер планирования заданий нажмите кнопку Далее. 2. Выделите программу, которую необходимо запустить. 3. Укажите имя и когда запускать. 4. Установите время и дни запуска программы. 5. Введите имя пользователя и пароль. 6. Готово.

Проверка диска

Служебная программа проверка диска предназначена для обнаружения ошибок файловой системы и повреждения секторов на жестком диске. Для того чтобы запустить программу проверка диска необходимо выполнить следующее:

    1. В окне Мой компьютер выберите диск, который необходимо проверить. 2. Выберите команду Свойства диска из контекстного меню. 3. В появившемся окне диалога на вкладке Сервис выберите Выполнить проверку (проверка тома на наличие ошибок). 4. В появившемся окне диалога Проверка диска установите флажки Автоматически проверять системные ошибки, а также Проверять и восстанавливать поврежденные сектора и щелкните на кнопке Запуск. Перед запуском проверки диска необходимо закрыть все содержащие в нем файлы. 5. Paint - специальная достаточно функциональная утилита для рисования и редактирования фотографий, узнать о ней подробнее, вы можете в статье о том, как пользоваться paint; 6. Wordpad и Блокнот - служат для печати, по сути они оба одинаковые, различие лишь в том, что wordpad функциональнее; 7. Выполнить - это аналог поиска в меню пуск; 8. Записки - это заметки, которые вы можете добавить на рабочий стол, чтобы не забыть о чем-либо; 9. Звукозапись - способствует записи звука с помощью микрофона, но перед тем, как начать запись, нужно подключить микрофон и установить драйвера для него; 10. Калькулятор - это достаточно функциональный калькулятор, служащий для всяческих вычислений; 11. Командная строка - специальная утилита для указания разных команд компьютеру. Например, здесь вы можете сделать загрузочную флешку; 12. Подключение к удаленному рабочему столу - нужна для того, чтобы на расстоянии подключиться к компьютеру с помощью сети интернет; 13. Проводник - Это программа для навигации между папками и файлами, открыть его можно двумя способами: здесь и нажатием на ярлык "мой компьютер".

Окна и типы окон

Окно - прямоугольная область экрана, предназначенная для отображения на экране объектов, элементов управления и информации. В ОС Windows можно выделить четыре вида окон:

    - Окна папок - используются для поиска, выбора и загрузки приложений и документов; - Окна приложений - используют для работы с документами; - Диалоговые окна - применяют для настройки ОС и приложений; - Окна справочной системы - используют для получения дополнительной информации. - Структура окон разных видов в основном одинаковая. - Основными элементами окна папки являются: - Рамка - ограничивает окно. Установив указатель мыши на рамку окна, можно изменять размеры окна протягиванием мыши. - Строка заголовка. Расположена вверху под рамкой и содержит название окна. За эту строку выполняется перетаскивание окна по экрану с помощью мыши. - Кнопка Системное меню. Расположена слева от заголовка. Щелчок по кнопке открывает список основных операций по управлению данным окном.

. Расположены справа от заголовка. Кнопка Свернуть убирает окно с экрана, но не останавливает работу приложения. Кнопка Закрыть завершает работу окна. Кнопка Развернуть / Восстановить разворачивает окно на весь экран и восстанавливает исходный размер.

    - Строка меню. Расположена под заголовком и содержит перечень основных режимов работы с объектами окна. - Панель инструментов. Находится под строкой меню и содержит кнопки для выполнения основных операций с объектами окна. Эта панель может выводиться на экран или удаляться по команде пользователя. - Рабочая область - внутренняя область окна, в которой отображаются объекты. - Полосы прокрутки. Отображаются в окне папки, если все содержащиеся в папке объекты не помещаются в пределах рабочей области. Бывают вертикальными и горизонтальными. - Строка состояния - информационная строка в нижней части окна.

Диалоговыми окнами пользуются, когда надо что-либо настроить или изменить. В отличие от окон папок, диалоговые окна не стандартны, хотя и стандартизированы за счет применения типовых элементов управления.

Большинство диалоговых окон содержат больше информации, чем может разместиться на одной экранной странице окна. В этом случае в диалоговом окне создаются Вкладки. Переключение между вкладками выполняют щелчком мыши на ее названии.

Диалоговые окна обычно содержат Командные кнопки, которые служат для выполнения команд.

Например:

    - ОК - закрытие окна с сохранением всех выполненных в нем настроек. - Отмена - закрытие окна без сохранения внесенных изменений. - Обзор... - открывает диалоговое окно, с помощью которого удобно выполнить поиск и выбор объекта. - Печать - печать на принтере текущих параметров настройки. - Далее>, - переход к следующему этапу работы программы-мастера или возврат к предыдущему этапу.

В диалоговых окнах также может содержаться много других разнообразных элементов управления,

Например:

    - Текстовое поле - область ввода текстовой информации с клавиатуры; - Список, Поле со списком, Раскрывающийся список - позволяют выбрать один параметр из заданного набора; - Переключатели - позволяют выбрать только один вариант настройки из нескольких; - Флажки - похожи на переключатели, но в отличие от них может быть установлено одновременно несколько флажков; - Счетчик - для ввода числовых параметров; - Позиционируемый движок - наглядно осуществляет изменение регулируемых параметров.

Похожие статьи




Операционная система Windows - Программное обеспечение информационных компьютерных систем

Предыдущая | Следующая