Виды интерфейсов пользователя

Неграфические операционные системы и оболочки данных операционных систем работают в текстовом режиме. В текстовом режиме все элементы, выводимые на экран, ограничены определенными наборами букв, цифрами и псевдографическими символами. При помощи этих символов можно, например, строить таблицы. Неграфические операционные системы реализуют интерфейс командной строки. Основным устройством управления в данном случае является клавиатура. Управляющие команды вводят в поле командной строки, где их можно и редактировать (команда машинной программы или машинная коман­да – элементарная инструкция машине, выполняемая ею автоматически без каких-либо дополнительных указаний и пояснений). Исполнение команды начинается после ее утверждения, например, нажатием клавиши ENTER. Для компьютеров платформы IBM PC интерфейс командной строки обеспечивается семейством операционных систем под общим названием MS-DOS (версии от MS-DOS 1.0 до MS-DOS 6.2).

Для облегчения работы пользователя с операционной системой были созданы специальные программы, получившие название программ-оболочек, например, Norton Commander. Эти программы предоставляют пользователю табличный или менюпо­добный интерфейс. Пользователь нажимает одну из клавиш, назначение которой описано в меню, а программа-оболочка формирует соответствующую управляющую команду и передает ее операционной системе для исполнения.

В графическом режиме изображение на экране строится при помощи точек, что позволяет создавать любые изображения, в том числе различные шрифты, рисунки или фотографии.

Для того чтобы сделать работу с компьютером более приятной, создатели операционных систем начали разработку графи­ческих операционных систем.

Корпорация Microsoft вначале выпустила графическую оболочку для DOS, которую назвала Windows. С версии 1.0 до версии 3.11 Windows оставалась графической оболочкой и работала под управлением DOS. Начиная с версии Windows 95, MS Windows стала полноценной операционной системой со своим собственным операционным ядром.

Графические операционные системы реализуют более сложный тип интерфейса – графический, в котором в качестве органа управления кроме клавиатуры может использоваться мышь или адекватное устройство позиционирования. Работа с графической операционной системой основана на взаимодействии активных и пассивных экранных элементов управления.

В качестве активного элемента управления выступает указатель мыши – графический объект, перемещение которого на экране синхронизировано с перемещением мыши.

В качестве пассивных элементов управления выступают графические элементы управления приложений (экранные кнопки, значки, переключатели, флажки, раскрывающиеся списки, строки меню и многие другие).

Характер взаимодействия между активными и пассивными элементами управления выбирает сам пользователь. В его распоряжении приемы наведения указателя мыши на элемент управления, щелчки кнопками мыши и другие средства.

Одним из важных объектов графической системы является окно. Идею окна (WINDOW) предложил Дуглас Энгельбарт в 1968 г. Реализация оконного интерфейса заключается в том, что программа выводит информацию не на весь экран, а только на его часть. Эта часть экрана, имеющая четкие границы, и называется окном.

В графических операционных системах появилась многозадачность – способность выполнять одновременно несколько пользовательских программ.

Здесь надо отметить, что многозадачность не является свойством графической операционной системы, просто по времени совпало, что многозадачность для персональных компьютеров была реализована именно в этих системах.

Каждая программа многозадачной системы выполняется как бы на отдельном экране – в окне. Окна имеют стандартный набор инструментов управления ими. Для ограничения информации, находящейся в окне, от другой информации на дисплее окно имеет границу – четко выраженные линии по его краям.

В настоящее время все новые операционные системы являются графическими и используют идею окна.

4.3. Основные функции операционных систем
и их классификация

Операционная система в наибольшей степени определяет облик всей вычислительной системы в целом. Она играет роль связующего звена между аппаратурой компьютера, с одной стороны, и выполняемыми программами, а также пользователем, с другой стороны.

Операционная система обычно хранится во внешней памяти компьютера – на диске. При включении компьютера она считывается с дисковой памяти и размещается в оперативной памяти. Этот процесс называется загрузкой операционной системы .

В функции операционной системы входит:

– осуществление диалога с пользователем;

– ввод-вывод и управление данными;

– планирование и организация процесса обработки программ;

– распределение ресурсов (оперативной памяти и кэш-памяти, процессора, внешних устройств);

– запуск программ на выполнение;

– всевозможные вспомогательные операции обслуживания;

– передача информации между различными внутренними устройствами;

– программная поддержка работы периферийных устройств (дисплея, клавиатуры, дисковых накопителей, принтера и др.).

Операционные системы могут различаться особенностями реализации внутренних алгоритмов управления основными ресурсами компьютера (процессорами, памятью, устройствами), особенностями использованных методов проектирования, типами аппаратных платформ, областями использования и многими другими свойствами.

Ниже приведена классификация ОС по нескольким основным признакам:

1. По числу процессов, которые могут одновременно выполняться под управлением, ОС операционные системы делятся на однозадачные (например MS-DOS) и многозадачные (OS/2, UNIX, Windows).

Однозадачные ОС в основном выполняют функцию предоставления пользователю виртуальной машины, делая более простым и удобным процесс взаимодействия пользователя с компьютером. Однозадачные ОС включают средства управления периферийными устройствами, средства управления файлами, средства общения с пользователем.

Многозадачные ОС, кроме вышеперечисленных функций, управляют разделением совместно используемых ресурсов, таких как процессор, оперативная память, файлы и внешние устройства. Важнейшим разделяемым ресурсом является процессорное время. Способ распределения процессорного времени между несколькими одновременно существующими в системе процессами (или нитями) во многом определяет специфику ОС. Среди множества существующих вариантов реализации многозадачности можно выделить две группы алгоритмов: невытесняющая многозадачность (NetWare, Windows 3.x) и вытесняющая многозадачность (семейство Windows 9x и выше, OS/2, UNIX).

Основным различием между вытесняющим и невытесняющим вариантами многозадачности является степень централизации механизма планирования процессов. В первом случае механизм планирования процессов целиком сосредоточен в опе­рационной системе, а во втором – распределен между системой и прикладными программами. При невытесняющей многозадачности активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по собственной инициативе, не отдаст управление операционной системе для того, чтобы та выбрала из очереди другой готовый к выполнению процесс. При вытесняющей многозадачности решение о переключении процессора с одного процесса на другой принимается операционной системой, а не самим активным процессом.

2. По количеству пользователей, одновременно обслуживаемых системой, различают однопользовательские (MS-DOS, Windows 3.x, Windows 98/ME, ранние версии OS/2) и многопользовательские (UNIX, Windows NT/2000/XP). Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей. Следует заметить, что не всякая многозадачная система является многопользовательской, и не всякая однопользовательская ОС является однозадачной.

3. По типу доступа пользователя к ЭВМ операционные системы делятся на:

– системы с пакетной обработкой, когда из программ, подлежащих выполнению, формируется пакет, который предъявляется ЭВМ. В этом случае пользователи непосредственно с ОС не взаимодействуют. Данный тип ОС предназначен для наиболее эффективного использования ресурсов ЭВМ;

– системы разделения времени, обеспечивающие одновременный диалоговый (интерактивный) доступ к ЭВМ нескольких пользователей через терминалы. Ресурсы ЭВМ выделяются при этом каждому пользователю «по очереди» в соответствии с той или иной дисциплиной обслуживания. Этот тип ОС предназначен для обеспечения удобства работы группы пользователей;

– системы реального времени, которые должны обеспечивать гарантированное время ответа на внешние события. Такие ОС служат для управления внешними по отношению к ЭВМ процессами и объектами.

4. По типу средств вычислительной техники операционные системы делятся на однопроцессорные , многопроцессорные, сетевые и распределенные .

В наши дни становится общепринятым введение в ОС функций поддержки многопроцессорной обработки данных. Такие функции имеются в операционных системах Solaris 2.x фирмы Sun, Open Server 3.x компании Santa Crus Operations, OS/2 фирмы IBM, Windows NT фирмы Microsoft и NetWare 4.1 фирмы Novell.

5. Поразрядности : 16-разрядные операционные системы (DOS, Windows 3.x) ушли в прошлое с появлением 32-разрядных Windows 98/2000/XP. 64-разрядные ОС пока используются только на серверах.

6. По специализации : универсальных операционных систем не существует. Одна более пригодна для работы в сети, другую выберут программисты, третью – домашние пользователи. В различных моделях компьютеров используют операционные системы с разной архитектурой и возможностями. Для их работы требуются разные ресурсы. Они предоставляют разную степень сервиса для программирования и работы с готовыми программами.

Понятие прерывания в ОС

Обычно считают, что если ОС может решать несколько задач одновременно, то она является многозадачной, в противном случае – однозадачной. Так ли это? Попробуем разобраться. Мы уже знаем, что ПК состоит из различных подсистем и устройств, причем как внутренних, так и внешних, и всеми ими необходимо управлять, чем, собственно, и занимается операционная система.

В однопроцессорных ПК в соответствии с принципом программного управления в данную единицу времени может выполняться только одна команда. Получается, что ОС в принципе не может выполнять несколько задач одновременно, то есть не может быть многозадачной! Но, работая на компьютере, мы одновременно можем пользоваться клавиатурой, мышью, монитором, принтером и т. д.

Все дело в том, что современные ПК выполняют сотни миллионов операций в секунду, и, хотя ОС обращается к каждому из вышеперечисленных устройств последовательно, в силу быстротечности этих операций мы их не замечаем, и кажется, что все происходит одновременно. Хотя в действительности можно говорить только о квазиод­новременном выполнении действий, т. е. реализации режима временнго разделения выполнения различных операций.

Операционная система начинает работать с каким-либо устройством (программой), в какой-то момент времени работа с ним приостанавливается (прерывается), и ОС обращается к следующему устройству (программе) и т. д., затем ОС возвращается к работе с первым устройством, причем работа с ним возобновляется именно с того места, в котором была приостановлена, и весь цикл повторяется.

Фактически работа любой ОС представляет собой последовательность прерываний. Но в одних ОС пользователь не может вмешиваться в процесс прерываний (MS-DOS), а в других (Windows) – ему специально предоставляется возможность управлять прерываниями отдельных (прикладных) программ.

Для выполнения одновременно нескольких программ в памяти используется так называемый механизм прерываний. Процесс прерывания состоит в том, что текущая работа процессора может быть приостановлена на короткое время одним из сигналов (прерыванием), который указывает на возникновение ситуации, требующей немедленной обработки.

Прерывание – это реакция системы на событие, происходящее на аппаратном или программном уровне, требующее использования специальной программы.

Если прерывание вызвано событием, произошедшим в самой программе (например, обращение к программам DOS, обслуживающим периферийные устройства), то такое прерывание называется программным.

Если обслуживания требует какое-либо устройство (аппаратная часть, например, таймер), то такое прерывание называется аппаратным.

Представим работу механизма прерываний графически (рис. 4.1). Предположим, что в момент времени t₁ процессор получает сигнал прерывания. Он приостанавливает выполнение одной программы (Программа I), запоминает адрес ее последней команды и активизирует находящуюся в памяти программу обработки прерываний. После того как эта программа выполнит свою задачу, в момент времени t₂ управление возвращается Программе I, и ее выполнение продолжается с того адреса, на котором выполнение было прервано в момент времени t₁.

В единицу времени выполняется небольшая последовательность команд каждой программы, передача управления осуществляется автоматически, и пользователь не замечает, когда останавливается одна программа и начинает работать другая, поскольку время его реакции значительно больше того времени, которое затрачивается на выполнение группы команд каж­дой программы.

Таким образом, даже в так называемой однозадачной системе могут работать несколько программ, но все эти программы, кроме одной, – системные и обычный пользователь напрямую с ними не работает.

Чем же отличается работа такой системы от прерываний многозадачной ОС? Принципиально ничем. С системными программами многозадачная ОС работает точно так же, как и одно

задачная, не предоставляя пользователю права вмешиваться в процесс прерываний.

Однако одно обстоятельство существенно отличает работу многозадачной системы от однозадачной: при работе с несколькими пользовательскими программами система позволяет вводить информацию попеременно то в одну, то в другую программу и отслеживать сообщения, поступающие от различных программ. При этом операционная система подразделяет программы (задачи) на активные и пассивные.

Активные – задачи, которые в данный момент запрашивают ввод с клавиатуры или производят вывод информации пользователю.

Пассивные – задачи, работа которых с устройствами ввода-вывода информации в данный момент блокирована полностью или частично.

Пользователь с использованием механизма (особых действий с устройствами ввода-вывода) осуществляет указание активной программы, и ОС передает ей управление устройствами ввода-вывода почти полностью. «Почти» означает, что некоторые ресурсы ОС оставляет за собой для слежения за действиями пользователя по переключению от одной программы к другой.

Таким образом, правильнее будет называть многозадачными операционные системы, в которых может функционировать несколько пользовательских программ, а, соответственно, однозадачными – системы, в которых может функционировать только одна пользовательская программа.

123456789Следующая ⇒

Поделиться: