Решение любой задачи на компьютере требует наличия, с одной стороны, программ (программных средств — Software), определяющих последовательность всех подлежащих выполнению операций, с другой стороны, определенных аппаратных средств (процессора, памяти, дисплея, принтера, клавиатуры и т. д. — Hardware), привлекаемых для реализации этих операций. Многие процедуры управления аппаратными средствами компьютера являются более или менее стандартными и, по существу, не зависят от программных средств. Основной задачей операционной системы (ОС) и является автоматизация выполнения указанных стандартных.

Функциональные связи между ресурсами вычислительной системы можно представить так, как показано на рис. 2.

Рис. 2. Связи между ресурсами вычислительной системы

На рисунке показаны:

• аппаратные средства, объединяющие технические элементы компьютера;
• программные средства, объединяющие все средства системного программного обеспечения;
• операционная система, автоматизирующая стандартные процедуры управления аппаратными и программными средствами;
• прикладная программа, реализующая решение конкретной задачи пользователя.

С точки зрения пользователя ОС формирует удобный пользовательский интерфейс, командный язык для управления функционированием компьютера и набор сервисных услуг, освобождающих пользователя от выполнения рутинных операций), программное окружение, на фоне которого выполняется разработка и осуществляет исполнение прикладной программы пользователя.

С технической точки зрения ОС — комплекс программ, обеспечивающий управление ресурсами компьютера, процессами обработки информации, использующих эти ресурсы, и данными.

Управление ресурсами сводится к процедурам упрощения доступа к ресурсам, динамического распределения ресурсов между конкурирующими процессами. Следует иметь в виду, что ресурсом является любой объект вычислительной системы, который может использоваться вычислительными процессами и, соответственно, определяться между ними.

Различают аппаратные и программные ресурсы. К аппаратным ресурсам относят — микропроцессор, дополнительные процессоры (например, математический сопроцессор, процессор прямого доступа к памяти и т. п.), основная память, внешняя память, принтер, видеомонитор и другие периферийные устройства. Распределяются между процессами, соответственно, процессорное время, сегменты и ячейки памяти и т. д. К программным ресурсам относятся все доступные пользователю программные средства управления вычислительными процессами и данными. Управление процессами обработки информации заключается в организации и реализации эффективных режимов функционирования компьютера, таких как:

• однопользовательский и многопользовательский режимы (совместная работа с компьютером одновременно нескольких пользователей через отдельные терминалы);
• однопрограммный (однозадачный) и многопрограммный (многозадачный) режимы работы; многопрограммный режим работы в зависимости от режима доступа к ресурсам, в свою очередь, подразделяется на режимы:
  • пакетной обработки (без непосредственного доступа пользователя, а с предварительным сбором и формированием всего блока (пакета) программ, подлежащих одновременному решению);
  • разделения времени (одновременный диалоговый (интерактивный) доступ нескольких пользователей с разделением между ними каждого заранее фиксированного интервала машинного времени, или в соответствии с иной дисциплиной обслуживания);
  • реального времени (с гарантированным временем обслуживания каждого обращения пользователя или внешнего терминала);
  • режим формирования виртуальных машин (каждому пользователю в рамках основной конфигурации компьютера выделяется как бы отдельная машина меньшей производительности, возможно, со своей операционной системой);
  • работа в однопроцессорных, многопроцессорных, многомашинных, в том числе и сетевых, вычислительных системах.

Управление данными имеет целью обеспечить идентификацию, организацию и хранение данных, обрабатываемых в компьютере. Под организацией данных понимается в том числе и создание библиотек и баз данных, их актуализация, эффективный доступ к данным и их выборка. Характерной особенностью ОС ПК является то, что они обеспечивают «дружественный» пользовательский интерфейс. Дружественность ОС означает, что она обеспечивает необходимый сервис пользователю в процессе выполнения прикладных программ и обеспечивает комфортные условия программисту для разработки и отладки программ, а также для хранения, преобразования, отображения и копирования информации. Наибольшее распространение для ПК получили ОС семейств:

• MS-DOS — для ПК IBM PC;
• OS/2 — для ПК IBM PS/2 и PC с МП 80386 и выше;
• UNIX — для 32-разрядных ПК IBM PS/2 и IBM PC с МП 80386 и выше;
• Windows — для ПК IBM PC с МП 80486 и выше.

OS/2 (Operating system/2) является однопользовательской многозадачной ОС, односторонне (MS-DOS -» OS/2) программно-совместимой с MS-DOS и предназначенной для работы с МП 80386 и выше (ПК IBM PC и PS/2). OS/2 может одновременно выполнять до 16 программ (каждая из них в своем сегменте памяти), но среди них только одну, подготовленную для MS-DOS. Важными особенностями OS/2 является наличие:

• многооконного интерфейса пользователя;
• программных интерфейсов для работы с системой баз данных;
• эффективных программных интерфейсов для работы в локальных вычислительных сетях.

OS/2 поддерживает физическую ОП объемом до 16 Мбайт и виртуальную — до 512 Мбайт на каждую задачу. К недостаткам OS/2 относится в первую очередь сравнительно небольшой объем программных приложений (ППО), наработанных к настоящему времени.

Операционная система UNIX — многопользовательская, многозадачная ОС, включает достаточно мощные средства защиты программ и файлов различных пользователей. Большая часть программ ОС UNIX написана на языке С (а не на ассемблере, как в DOS и OS/2), и она является машинонезависимой, что обеспечивает высокую мобильность ОС и легкую переносимость прикладных программ на универсальные компьютеры, мини-компьютеры и ПК различной архитектуры. Важной особенностью семейства UNIX является ее модульность и обширный набор сервисных программ, которые позволяют создать благоприятную операционную обстановку для пользователей-программистов (то есть система особенно эффективна для специалистов — прикладных программистов).

UNIX поддерживает иерархическую файловую структуру, виртуальную память, многооконный интерфейс, многопроцессорные системы, многопользовательскую систему управления базами данных, неоднородные вычислительные сети.

Недостаток UNIX — большая ресурсоемкость, и для небольших однопользовательских систем на базе ПК она чаще всего является избыточной. Большое распространение UNIX и ее версия Linux получили в сети Интернет, где важнейшее значение имеет машинонезависимость ОС.

Операционные системы Windows — это семейство операционных систем, включающих: Windows 3.1, Windows for Workgroups 3.11, Windows 9x, Windows NT, Windows 2000, Windows ME, Windows XP (первые две обычно называют операционными оболочками, поскольку ОС DOS для них устанавливалась отдельно).

Windows 9x (Windows 95 и Windows 98) — это популярные операционные системы для персонального компьютера с графическим пользовательским интерфейсом; в отличие от предыдущих версий — программных оболочек Windows 3.1 и Windows for Workgroups 3.11, они включают в свой состав операционную систему DOS 7.0 и относятся к новому поколению 32-разрядных операционных систем. Они позволяют более полно использовать потенциал современного персонального компьютера, и многие операции в этих версиях Windows выполняются проще и быстрее. Windows 9x — хорошо защищенные многозадачные ОС, они обеспечивают эффективную работу в системах мультимедиа и в информационно-вычислительных сетях (в том числе и в Интернете), работу с электронной почтой.

При работе в Windows 9x можно использовать длинные, достаточно информативные имена файлов, в которых допускаются даже пробелы, можно перемещать любые объекты в любое место экрана и в любом месте экрана вызвать контекстное меню или получить контекстную помощь.

Windows NT — многопользовательская, многозадачная, многопоточная ОС, она имеет графический пользовательский интерфейс, почти аналогичный интерфейсу Windows 9x.

Отличительными чертами этой операционной системы являются:

• встроенная сетевая поддержка — в отличие от других ОС она изначально создавалась с учетом работы в вычислительной сети, поэтому в интерфейс пользователя встроены функции совместного сетевого использования файлов, устройств и объектов;
• приоритетная многозадачность, позволяющая приложениям с более высоким приоритетом вытеснять менее приоритетные приложения, что приводит, в частности, к более эффективному использованию машинного времени ввиду автоматической ликвидации зависания системы при выполнении сбойного приложения.
• наличие достаточно мощных средств защиты программ и файлов различных пользователей от несанкционированного доступа; наличие многоуровневого доступа к ресурсам с назначением пользователям уровня доступа в соответствии с их компетенцией;
• поддержка нескольких файловых систем — кроме файловой системы DOS, поддерживаемой всеми версиями Windows, Windows NT имеет собственную файловую систему (№TFS) и поддерживает файловые системы OS/2 (High Performance FS) и компакт-дисков (CDFS);
• поддержка широкого спектра компьютерных платформ, в том числе и мультипроцессорных вычислительных систем.