Основные функции любого компьютера – ввод, хранение, обработка и вывод данных. Общие принципы работы электронных вычислительных машин сформулировал в 40-ых годах нашего века американский математик Дж. Фон Нейман. Согласно этим принципам, любую ЭВМ образуют три главных компонента, показанных на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Принципиальная схема ЭВМ
Информация, с которой работает ЭВМ, делится на два принципиально разных типа:
- набор команд по обработке (программа);
- данные, которые обрабатывает программа.
Руководит обработкой процессор, который в свою очередь состоит из двух блоков: устройства управления и арифметико-логического устройства.
Команды и данные вводятся в оперативную память машины. Устройство управления процессора выбирает команды из ОЗУ и организует их выполнение, а арифметико-логическое устройство проводит арифметические и логические операции над данными.
Таким образом, без программ не может работать никакая вычислительная машина. Программы для ЭВМ делятся на два больших класса:
- системное программное обеспечение (операционные системы);
- прикладное программное обеспечение.
Операционные системы служат для обеспечения работы всех частей компьютера и для упрощения взаимодействия пользователя с компьютером.
Первые компьютеры обладали очень скромными вычислительными возможностями и программы в них вводились вручную, путём набора кодов команд, которые мог выполнить процессор. По мере усложнения компьютеров появились первые программы, целью которых было упростить работу с компьютером. Такая программа обычно называлась «Монитор». С помощью монитора можно было просмотреть содержимое участка памяти, можно было скопировать данные из одного участка в другой, можно было ввести программу пользователя и даже сохранить её на внешнем носителе и потом обратно загрузить в память компьютера. Можно считать, что это была первая операционная система, хотя она так никогда не называлась.
С усложнением самих компьютеров и ростом их производительности монитора стало явно недостаточно, и была действительно создана операционная система, которая называлась MS DOS. В её названии аббревиатура DOS расшифровывалась как дисковая операционная система. Слово дисковая говорило о том, что эта операционная система позволяла компьютеру иметь внешнюю память на магнитных дисках. Причём, информация на дисках хранилась в так называемых файлах, и операционная система брала на себя все операции по работе с файлами. Так появилась первая файловая организация хранения информации, и были выработаны принципы работы с файловой системой.
Диски, на которых хранилась информация, получили имена, состоящие из одной буквы латинского алфавита. Файлы имели имена, состоящие не более чем из 8 символов и расширения, состоящего из трёх символов. Кроме этого имелась ещё одна структура файловой системы, которая называлась директорией и служила хранилищем для файлов и других директорий. Таким образом, у файла появился так называемый полный путь, который характеризовал местонахождения файла и состоял в общем случае из имени диска, имени директории, имени поддиректории, … и, наконец, имени файла. Эта структура сохранилась и в настоящее время.
Операционная система MS DOS была достаточно простой. В её задачи входило обеспечить работу составляющих частей компьютера, обеспечить работу файловой системы, и обеспечить взаимодействие с пользователем. Взаимодействие компьютера с пользователем в этой ОС осуществлялось с помощью так называемой командной строки. Операционная система выполняла определённый набор команд, и чтобы команда была выполнена, надо было набрать на клавиатуре имя этой команды и соответствующие параметры. Всё, что набиралось - отображалось в строке на экране монитора, так как графического интерфейса ещё не было и мониторы работали в текстовом режиме.
Например, чтобы запустить на выполнение программу, надо было набрать имя файла этой программы, а команда
copy c:/temp/referat.txt d:/docs/
производила копирование текстового файла referat.txt из директории temp на диске с: в директорию docs на диске d:.
Работать с такой операционной системой было не очень удобно, во-первых, набирать команды на клавиатуре не очень производительно, а во-вторых, помнить наизусть все команды было непросто. Поэтому с развитием компьютерной техники, когда вычислительные мощности и производительность процессоров достигли определённого уровня, появилась возможность разработать графический интерфейс. Для графического интерфейса характерно представление файлов и директорий в виде небольших изображений, а работа с ними производится с помощью устройства ввода, называемым мышью.
Практически все современные операционные системы в качестве интерфейса с пользователем используют графическое представление информации, хотя и сохраняют возможность работы с командной строкой. Наиболее распространённой операционной системой в настоящее время является ОС Microsoft Windows. Она имеет графический интерфейс, хотя и предусмотрена возможность работы с командной строкой. Напротив, операционная система Linux ориентирована на работу с командной строкой, хотя в последнее время, имеет возможность в случае необходимости работать и с графическим интерфейсом.
Кроме рассмотренных ОС имеется множество других, например, Unix, Mac OS, FreeBSD, Solaris и т.д.
Одной из важнейших характеристик операционной системы является наличие так называемой многозадачности. Первые операционные системы не обладали многозадачностью, т.е. запущенная на выполнение программа целиком захватывала все ресурсы компьютера и пока она не заканчивала работу, нельзя было запустить на выполнение другую программу. Современные операционные системы являются многозадачными, т.е. в них можно запустить на выполнение одновременно несколько программ, которые будут работать независимо друг от друга. Многозадачность осуществляется в основном программными средствами, но в последнее время всё большее распространение получают компьютеры, в которых находятся более одного процессора. В таких компьютерах одна программа может выполняться на одном процессоре, а другая на другом.
Контрольные вопросы
1. Каковы основные функции компьютера?
2. Роль программ в работе компьютера?
3. На какие классы делятся программы для компьютера?
4. Какой была первая операционная система?
5. Какие принципы заложены в организацию файловой системы?
6. Каким был интерфейс первой операционной системы?
7. Каков интерфейс большинства современных операционных систем?
8. В чём заключается принцип работы графического интерфейса операционной системы?
9. В чём заключается принцип многозадачности в операционных системах?