Презентация по теме "Понятие операционной системы. Классификация ПО"

Слайд #1

Понятие операционной системы

Слайд #2

Операционная
система
Операционная система (ОС, OS, operating system) — это набор программ, обеспечивающих работу компьютера или другого устройства и взаимодействие с ним пользователя.

Слайд #3

Любые компьютеры, будь то ПК, ноутбуки, смартфоны или планшеты, состоят из двух групп компонентов:
Аппаратной части — процессора, оперативной памяти, клавиатуры, компьютерной мыши и так далее.
Программного обеспечения — системного и прикладного софта.
Чтобы они понимали друг друга, а пользователь мог взаимодействовать с устройством (запускать приложения), необходим посредник — операционная система.

Слайд #4

Операционная система занимает промежуточное положение между пользователем и компонентами устройства

Слайд #5

Функции операционной системы
ОС выполняет много функций:
создаёт удобный для пользователя интерфейс;
стандартизирует доступ к устройствам ввода и вывода, например к клавиатуре и дисплею;
координирует распределение ресурсов между запущенным программным обеспечением;
выполняет запросы софта к аппаратной части;
фиксирует ошибки и проводит их отладку;
обеспечивает многозадачность программ;
и так далее.

Слайд #6

Виды операционных систем
По разрядности
32-битные (x32). Адресуют до 4 ГБ оперативной памяти и могут запускать программы, написанные только под 32-битную систему.
64-битные (x64). Ограничение по оперативной памяти — до 16 ТБ. Такие ОС поддерживают 64-битные программы, а 32-битные запускают через эмулятор.

Слайд #7

ПОЧЕМУ ТАК
Битность операционной системы характеризует длину двоичных чисел, с которыми она способна работать (помним, что в компьютере вся информация, в том числе текст и изображения, представляется в виде 1 и 0). Чтобы рассчитать максимальную длину числа в 32-битной системе, нужно возвести 2 в 32-ю степень: 2^32 = 4 294 967 296
Это также означает, что максимальное значение адреса ячейки ОЗУ, к которой может обратиться 32-битная система, не может превышать 4 294 967 296. Отсюда и ограничение на объём оперативной памяти в 4 ГБ.

Слайд #8

Виды операционных систем
По типу лицензии
Коммерческие. Это платные ОС, которые лицензируются за деньги. Как правило, у них закрытый исходный код, который принадлежит конкретной компании. Например, Windows от Microsoft или macOS от Apple.
Свободно распространяемые. Бесплатные для пользователей, но могут включать платную поддержку. Например, как у продуктов Red Hat или Canonical.
Такие ОС можно свободно скачивать, распространять и даже модернизировать под себя. Главный пример — Linux, вариантов которого насчитывается уже более 500.

Слайд #9

Виды операционных систем
По области применения
Серверные операционные системы используются на серверах. Они включают в себя инструменты для обмена данными между компьютерами через сетевые соединения. Такими ОС являются Windows Server и Unix-системы для серверов.
Клиентские — системы для использования на автономных компьютерах или устройствах, подключённых к серверам. К примеру, Windows 11, macOS 14.3 или Ubuntu Linux.
Мобильные операционные системы разработаны для смартфонов и планшетов. Они позволяют работать с мобильными приложениями, управлять настройками сотовой сети и энергопотреблением. К ним относят Android и iOS.

Слайд #10

Компоненты операционной системы
Операционная система представляет собой многослойную структуру, в центре которой находится ядро. Поверх него располагаются драйверы и службы, а оболочкой выступает пользовательский интерфейс.

Слайд #11

Общая структура операционной системы

Слайд #12

Что такое ядро операционной системы
Ядро - это центральный компонент операционной системы. Ядро также считается сердцем операционной системы. Он отвечает за управление всеми процессами, памятью, файлами и т. д.
Ядро функционирует на самом низком уровне операционной системы. Он действует как интерфейс (мост) между пользовательским приложением (программным обеспечением) и аппаратным обеспечением.
Поэтому связь между программным обеспечением и аппаратным обеспечением осуществляется через ядро.

Слайд #13

Функции ядра
Основные функции, которые выполняет ядро:
управление процессами
управление памятью
управление устройством
обработка прерываний
операции ввода/вывода

Слайд #14

Функции ядра в операционной системе
Управление процессами
Создание, выполнение и завершение процессов выполняются внутри системы всякий раз, когда система находится во включенном состоянии (режиме ON). Процесс содержит всю информацию о задаче, которую необходимо выполнить.
Таким образом, для выполнения любой задачи внутри системы создается процесс. В то же время существует множество процессов, которые находятся в активном состоянии внутри системы.

Слайд #15

Функции ядра в операционной системе
Управление памятью
Всякий раз, когда процесс создается и выполняется, он занимает память, и когда он завершается, память должна быть освобождена и может быть использована снова.
Но память должна быть обработана кем-то, чтобы освобожденная память могла быть снова назначена новым процессам. Эта задача также выполняется ядром.
Ядро отслеживает, какая часть памяти в данный момент выделена и какая часть доступна для выделения другим процессам.

Слайд #16

Функции ядра в операционной системе
Управление устройствами
Ядро также управляет всеми различными устройствами, подключенными к системе, такими как устройства ввода и вывода и т. д.

Обработка прерываний
При выполнении процессов возникают условия, при которых сначала необходимо решить задачи с большим приоритетом. В этих случаях ядро должно прерывать выполнение текущего процесса и обрабатывать задачи с большим приоритетом, которые были получены в промежутке.

Операции ввода/вывода

Поскольку ядро управляет всеми подключенными к нему устройствами, оно также отвечает за обработку всех видов входных и выходных данных, которыми обмениваются эти устройства. Таким образом, вся информация, которую система получает от пользователя, и все выходные данные, которые пользователь получает через различные приложения, обрабатываются ядром.

Слайд #17

Типы ядер в операционной системе
Возможны следующие типы структуры (архитектуры) ядра операционной системы:
Монолитная структура ядра.
Модульная структура ядра.
Микроструктура ядра.
Экзо структура ядра.
Нано структура ядра.
Гибридная структура ядра.
Комбинированная структура ядра.

Слайд #18

Монолитное ядро 
Формируется из обширного комплекта абстракций оборудования. Все элементы монолитного ядра работают в едином адресном формате.
При такой организации операционной системы все составляющие части её ядра выступают как элементы основной программы, применяют одни и те же системы организации данных и работают друг с другом, используя непосредственный вызов процедуры.
Достоинством является большая скорость выполнения операций и простота конструирования модулей.
Недостатком можно считать работу ядра в едином адресном пространстве, так как неисправность в любом элементе способна блокировать работу всей системы.

Слайд #19

Аппаратные абстракции
Аппаратные абстракции - это наборы подпрограмм в программном обеспечении, которые предоставляют программам доступ к аппаратным ресурсам через программные интерфейсы

Слайд #20

Модульное ядро 
Является современной и модифицированной версией структуры монолитного ядра операционной системы.
Она отличается от классического монолитного ядра тем, что не требует общей реструктуризации ядра при различных вариациях аппаратной оснастки компьютеров.
У модульных ядер есть возможность подгружать различные модули (элементы) ядра, которые поддерживают нужное аппаратное оборудование (как пример, загрузка драйвера).

Слайд #21

Микроядро
Решает лишь самые простые задачи по управлению процессами и имеет небольшой комплект абстракций оборудования.
Основная часть функций выполняется специальными процессами пользователя, которые называются сервисами. Главным признаком микроядра можно считать распределение практически всех драйверов и элементов в процессах сервиса.
Достоинством является нечувствительность к аппаратным сбоям, компонентных ошибках системы.
Недостатком можно считать тот факт, что пересылка данных между процессами ведёт к накладным расходам.

Слайд #22

Экзоядро 
Это ядро операционной системы, которое предоставляет только возможность взаимного обмена между процессами и надёжного распределения и высвобождения ресурсов.

Слайд #23

Наноядро
Имеет такую структуру, при которой очень простое ядро решает лишь проблему обработки аппаратного прерывания программы, которое генерируют различные блоки компьютера.
Когда обработка прерывания, например, при нажатии символа на клавиатуре, завершается, наноядро пересылает результаты программе, которая выше по рангу. При этом пересылка тоже выполняется посредством прерываний.

Слайд #24

Гибридное Ядро
Для наилучшей производительности системы нам требуется как высокая скорость, так и малый размер ядра, чтобы наша система могла иметь максимальную эффективность.
Поэтому для решения этой задачи был разработан новый тип ядра, который представлял собой комбинацию монолитного ядра и микроядра.
Такой тип архитектуры используется практически во всех системах, которые производятся в настоящее время.

Слайд #25

Драйверы
Это программное обеспечение, благодаря которому операционная система работает с подключённым в устройстве «железом».
Без драйверов она не узнает, что могут делать видеокарта, клавиатура, принтер и другие комплектующие и как правильно отправлять к ним запросы.

Слайд #26

Пользовательский интерфейс
Бывает графическим (GUI) и командным (CLI).
Графический интерфейс (GUI) представляет собой визуальную среду с кнопками, иконками, меню и диалоговыми окнами. Именно он используется по умолчанию в Windows, macOS, Android, iOS и средах рабочих столов Linux.
Командный интерфейс (CLI) использовался в DOS, а сейчас реализован в виде терминала в Linux и macOS и командной строки в Windows, в которых пользователь вводит команды с клавиатуры. CLI даёт возможность гибко управлять системой, используя функции и скрипты. Его чаще всего используют разработчики и системные администраторы.

Слайд #27

Классификация
программного обеспечения

Слайд #28

Программное обеспечение
Программное обеспечение, или ПО, – это совокупность программ на компьютере или другом устройстве. Еще так называют сами программы. По-английски программное обеспечение – software, поэтому используется еще и термин «софт».

Слайд #29

Для чего используют ПО
Есть электроника, которая работает без программного обеспечения, но ее мало. Это обычно примитивные устройства вроде настольных ламп – там процессы происходят благодаря непрограммируемым электрическим схемам.
Чаще, чтобы «железо» выполняло свои функции, нужны программы. Программирование дает возможность работать с устройством более гибко и разнообразно, благодаря нему техника стала умнее и функциональнее. А еще программируемые контроллеры часто дешевле, чем непрограммируемые схемы – так что электроника стала еще и более доступной.

Слайд #30

Для чего используют ПО
Программное обеспечение очень разнообразно. Его используют, чтобы:
управлять работой «железных» компонентов;
взаимодействовать с компьютером через интерфейс;
выходить в сеть и делиться информацией;
генерировать, хранить и пересылать данные;
выполнять прикладные задачи – писать, считать, рисовать что-то и так далее.

Слайд #31

Каким бывает ПО по назначению
Существует популярная классификация программного обеспечения по видам.
Это не единственное разделение – о других вы узнаете на других парах.
Но конкретно эта классификация помогает понять, для чего вообще используют разное ПО.

Слайд #32

Каким бывает ПО по назначению
Системное
Это программное обеспечение, которое нужно для работы компьютерной системы. Как пример такого софта – операционная система Windows или macOS, ее службы и процессы.
Без нее обычный пользователь просто не сможет пользоваться компьютером, да и профессионал вряд ли обойдется вообще без софта.
Еще к системному ПО относят прошивки смартфонов и других умных устройств, управляющие инструкции в домашней технике и промышленной электронике.

Слайд #33

Каким бывает ПО по назначению
Инструментальное 
Так называют софт, который нужен для создания других программ. Это профессиональные инструменты айтишников.
Компиляторы и интерпретаторы языков программирования, разные библиотеки и фреймворки, среды программирования и редакторы кода – все это инструментальное ПО.

Слайд #34

Каким бывает ПО по назначению
Прикладное.
Это самая знакомая обычному пользователю группа – программы, которыми мы пользуемся в повседневной жизни, от «Блокнота» до 1С.
Сюда же относятся приложения на телефон, разные плагины и надстройки для программ, браузеры и многое другое.
Онлайн-сервисы – по сути тоже прикладное ПО. Это такие же программы, только установлены они не на компьютере пользователя, а на удаленных серверах