Операционная система; работа с таблицами

Понятие о функции и операционной системы

Современная компьютерная система состоит из одного или нескольких процессоров, оперативной памяти, дисков, клавиатуры, монитора, принтеров, сетевого интерфейса и других устройств, то есть является сложной комплексной системой. Написание программ, которые следят за всеми компонентами, корректно используют их и при этом работают оптимально, представляет собой крайне трудную задачу. По этой причине компьютеры оснащаются специальным уровнем программного обеспечения, называемого операционной системой.

Операционная система — комплекс программ, который управляет ресурсами компьютерной системы, осуществляет организацию вычислительных процессов в широком смысле и обеспечивает взаимодействие между пользователями, программистами, прикладными программами, системными приложениями и аппаратным обеспечением компьютера.

Операционная среда — это программная среда, образуемая операционной системой, определяющая интерфейс прикладного программирования (API) как множество системных функций и сервисов (системных вызовов), предоставляемых прикладным программам. Операционная среда может включать несколько интерфейсов прикладного программирования Оболочка операционной системы — в общем случае, это часть операционной системы, определяющая интерфейс пользователя, его реализацию, командные и сервисные возможности по управлению прикладными программами и компьютером.

Развитие операционных систем непосредственно связано с развитием вычислительной техники. С увеличением производительности компьютерных систем постепенно менялся, расширялся и качественно усложнялся, круг задач, решаемых компьютерными системами. Соответственно изменились и требования, предъявляемые к операционным системам. В настоящий момент можно сформулировать ряд задач, для решения которых должна быть предназначена ОС. Эти задачи можно разделить на четыре основных составляющих:

• 1. Организация удобного интерфейса между приложениями и пользователями, с одной стороны, и аппаратурой компьютера, с другой стороны. Сюда можно отнести:
  • · Разработка программ. ОС предоставляет различные инструменты разработки (от библиотек API до редактора)
  • · Исполнение программ. ОС берёт на себя все задачи по загрузке программы в память, предоставлению для программ единообразного интерфейса ввода-вывода различных устройств, подготовке ресурсов и т. п.
  • · Доступ к устройствам ввода-вывода. Для управления любым устройством необходимо знать технические параметры и специфический для данного устройства набор команд. Операционная система скрывает сложность взаимодействия с устройствами и предоставляет пользователю удобный универсальный пользовательский интерфейс всех устройств, а программисту — удобный программный интерфейс использующий простые команды чтения и записи.
  • · Контролируемый доступ к файлам. Доступ к файлам контролируется ОС в зависимости от типа и структуры файла и описанных прав субъекта, желающего получить доступ к файлу. Кроме того контролируют и урегулируются конфликтные ситуации, возникающие в случае одновременного доступа.
  • · Системный доступ. ОС управляет доступом к совместно используемой и общедоступной вычислительной системе в целом, а также к отдельным системным ресурсам, защищает от несанкционированного использования и разрешает конфликтные ситуации.
  • · Обнаружение ошибок и их обработку. ОС имеет собственные средства контроля возникающих ошибок исполняемых программ и аппаратуры, а также имеет возможность самостоятельно обрабатывать эти ошибки, в случае если конкретная обработка возникшей ошибки не предусмотрена программистами в соответствующей программе или драйвере аппаратуры.
  • · Учёт использования ресурсов. ОС, зачастую, имеет встроенные средства учёта потребления и доступа к ресурсам, примером могут служить счётчики (counters) потребления сетевого трафика в ОС Linux и система аудита действий с файлами в ОС Windows версии 2000 и старше.
• 2. Организация эффективного использования ресурсов компьютера в зависимости от некоторого выбранного разработчиками ОС критерия эффективности. Критерии выбираются разработчиками в зависимости от назначения ОС. К примеру, для системы, контролирующей некий технический процесс (конвейерная сборка, полёт вертолёта), критерием эффективности будет служить минимальное время реакции на возникающие внешние события, а для настольного компьютера — обязательная корректная обработка всех действия пользователя (реакции на нажатия клавиш, возможность снять задачу, сохранность данных), даже если какие-то программы работают нестабильно. Управление ресурсами включает решение ряда общих задач, не зависимо от типа ресурса:
  • · Планирование (распределение) — определение, какому процессу, когда и в каком количестве (если ресурс может выделяться частями) следует выделить этот ресурс.
  • · Отслеживание состояния ресурса
  • · Учёт использования ресурса
  • · Урегулирование конфликтов, возникающих при запросе ресурсов процессами
• 3. Облегчение процессов эксплуатации аппаратных и программных средств вычислительной системы. Сюда можно отнести служебные программы, обеспечивающие резервное копирование, архивацию данных, проверку, очистку, дефрагментацию дисковых устройств, программы диагностики, средства восстановления данных и прочее.
• 4. Возможность развития. Многие современные ОС устроены так, что допускают эффективную разработку, тестирование и внедрение новых системных функций, не прерывая процесса функционирования системы.

Современные операционные системы включают в себя сотни и даже тысячи модулей, ориентированных на решения различных задач. Часто эти модули группируются по назначению в подсистемы. Каждая из таких подсистем включает в себя набор модулей и функций для решения некоторого класса задача. Эти задачи можно разделить на семь крупных классов. операционная система таблица

• 1. Управление процессами. Подсистема управления процессами распределяет между исполняемыми процессами главный ресурс вычислительной системы — процессорное время. Параллельно решается ряд общих задач по распределению других ресурсов и управлению межпроцессорными взаимодействиями, например: синхронизация процессов и предотвращение эффекта гонок .
• 2. Управление памятью. Подсистема управления памятью распределяет имеющийся объём физической памяти между всеми существующими в данный момент времени процессами, производит загрузку программ в память, настройку адресно-зависимых частей кода процесса на физические адреса выделенной области, а также защищает области памяти каждого процесса от влияния других процессов. Одним наиболее удобных способов управления памятью, используемых в настоящее время, является механизм виртуальной памяти. Этот механизм позволяет программисту работать с памятью как с потенциально бесконечным ресурсом (ограниченным лишь возможностями адресации конкретной архитектуры процессора). Более того, вне зависимости от реального (возможно, весьма сложного) распределения памяти, этот механизм предоставляет программе и программисту память как однородную последовательность ячеек, занумерованную, начиная нуля.
• 3. Управление файлами. Файловая подсистема ОС виртуализирует в виде файлов набор данных, хранящихся на внешнем накопителе. Для удобство пользователя файлы могут объединяться в группы — каталоги, в свою очередь, каталоги и файлы также могут группировать в каталоги, образуя древовидную структуру. Многие реализации файловых систем позволяют реализовать не только древовидную структуру организации информации, но более сложные структуры, когда один и тот же файл или каталог отображается одновременно в различных частях структуры (например, в разных каталогах). Такая организация файлов называется сетевой, а соответствующая математическая структура носит название — сеть и является частным случаем более сложного математического объекта — графа. Виртуализация информации в виде файлов оказалась настолько удобной, что некоторые операционные системы обобщили этот подход на прочие задачи представления ресурсов компьютерной системы. Так например файловые системы семейства *nix (Linux, Unix, Free BSD и прочие) отображают в файловой системе специальный каталог /dev/ каждый файл которого на самом деле является интерфейсом какого-либо устройства, и для каждого подключенного в систему устройства в этом каталоге создаётся специальный файл. Таким образом, взаимодействия с устройствами сводятся к операциям записи и чтения, производимым с такими специальными файлами.
• 4. Управление внешними устройствами. Функции управления внешними устройствами образуют подсистему ввода-вывода. Основная сложность построения этой подсистемы заключается в том, что она должна обеспечивать работу с любым подключенным устройством. Изначально ОС не может «знать» как управлять всеми возможными устройствами. Для каждого конкретного устройства производитель пишет специальную программу, встраиваемую в подсистему ввода-вывода ОС и обеспечивающую управление данным устройством. Такая программа называется драйвером. Т. е. подсистема ввода-вывода должна быть устроена так, чтобы допускать встраивание модулей (драйверов), написанных сторонними программистами (например, производителями оборудования), при этом взаимодействия между подсистемой ввода-вывода и прочими частями ОС должны оставаться корректными.
• 5. Защита и администрирование. Соответствующая подсистема обеспечивает сохранность данных, контроль доступа, отказоустойчивость, контроль и отработку ошибок исполнения процессов и аппаратуры. Эта подсистема влияет на работу прочих подсистем. Одна из важнейших её задач — определение прав субъекта, получающего доступ к компьютерной системе. С этой целью используется процедура логического входа в систему, в процессе которого «устанавливается личность пользователя» (введённые имя и пароль проверяются на соответствие хранимым). Такая процедура называется аутентификацией .

Аутентификация (Authentication) — подтверждение подлинности — процедура проверки соответствия субъекта и того, за кого он пытается себя выдать, с помощью некой уникальной информации, в простейшем случае — с помощью имени и пароля.

При доступе к конкретному ресурсу компьютерной системы подсистемой защиты и администрирования производится другая, не менее важная процедура — авторизация. Авторизация — процесс, а также результат процесса проверки необходимых параметров и предоставление определённых полномочий (прав доступа) лицу или группе лиц на выполнение некоторых действий в системах с ограниченным доступом.

Кроме того, во многих современных ОС предусмотрена возможность протоколирования (аудита) пользовательских действий, от которых зависит безопасность системы.

Также подсистема защиты и администрирования обеспечивает отказоустойчивость вычислительной системы с использованием как программных, так и аппаратных средств.

• 6. Интерфейс прикладного программирования. Развитие модулей этой подсистемы происходит особенно бурно в последнее время. Изначально предусматривалось, что подсистема интерфейса прикладного программирования (API, Application Programming Interface) будет предоставлять прикладным программам набор функций, упрощающий написание приложений. Например, функции, отвечающие за графический интерфейс (отрисовка окон приложений, их масштабирование, перенос на экране и т. п.). Приложения выполняют обращения к функциям API с помощью системных вызовов, по логике работы похожих на вызовы подпрограмм. Таким образом, в прикладных программах эти функции не описаны, но успешно используются, что сокращает объём кода и времени написания программ, а также повышает надёжность. В последствие различных библиотек таких «удобных» функций становилось всё больше, сами библиотеки расширялись, покрывая целые предметные области. Со временем концепция интерфейса прикладного программирования эволюционировала в концепцию программных прикладных сред, которая будет рассмотрена позже.
• 7. Пользовательский интерфейс. Подсистема пользовательского интерфейса обеспечивает удобство взаимодействия пользователя (программиста, администратора) с компьютерной системой, предоставляет удобный и интуитивно понятный для человека интерфейс, обеспечивает интерактивность работы за терминалом (алфавитно-цифровым либо графическим). При работе с алфавитно-цифровым терминалом, пользователь взаимодействует с ОС с помощью команд, набираемых в командной строке. Если ОС поддерживает графический интерфейс, то взаимодействие осуществляется через множество. Кроме того, существуют системы с голосовым пользовательским интерфейсом, но они менее распространены из-за сложности задачи распознавания голоса произвольно взятого человека. Такие системы, как правило, либо распознают очень ограниченный набор голосовых команд произвольного человека; либо распознают достаточно большой набор команд, но при этом «натренированы» на голос одного конкретного человека. Во втором случае процесс «тренировки» занимает много времени.

Таблица 1. Данные о движении товаров за месяц по предприятию.

номер цеха.	наименование товара.	цена за единицу.	остаток на начало месяца кол-во.	обороты за месяц приход кол-во.	обороты за месяц расход кол-во.
	вал.
	клапан.
	болт.
	шайба.
	гайка.
	заглушка.
	шестигранник.
	шпилька.
	ось.
	звезда.
	гвозди.
	шкив.
	золотник.
	крыльчатка.
	ступица.

Таблица 1.1 Отсортированные данные о движении товаров за месяц по предприятию.

номер цеха.	наименование товара.	цена за единицу.	остаток на начало месяца кол-во.	обороты за месяц приход кол-во.	обороты за месяц расход кол-во.
	вал.
	шестигранник.
	звезда.
	шкив.
	крыльчатка.
	клапан.
	шайба.
	ось.
	золотник.
	ступица.
	болт.
	гайка.
	заглушка.
	шпилька.
	гвозди.

Таблица 2. Оборотная ведомость движения товаров за месяц.

номер цеха.	наименование товара.	цена за единицу.	остаток на начало месяца кол-во.	обороты за месяц приход кол-во.	обороты за месяц расход кол-во.	остаток на конец месяца кол-во.	остаток на конец месяца сумма.
	вал.
	шестигранник.
	звезда.
	шкив.
	крыльчатка.
	клапан.
	шайба.
	ось.
	золотник.
	ступица.
	болт.
	гайка.
	заглушка.
	шпилька.
	гвозди.

Таблица 2.1 Наименование товара, который имеет наименьшую цену.

номер цеха.	наименование товара.	цена за единицу.	остаток на начало месяца кол-во.	обороты за месяц приход кол-во.	обороты за месяц расход кол-во.	остаток на конец месяца кол-во.	остаток на конец месяца сумма.
	гвозди.

Таблица 2.2 Наименование товаров, которых осталось на конец месяца в количестве от 10 до 20 включительно.

номер цеха.	наименование товара.	цена за единицу.	остаток на начало месяца кол-во.	обороты за месяц приход кол-во.	обороты за месяц расход кол-во.	остаток на конец месяца кол-во.	остаток на конец месяца сумма.
	клапан.
	шайба.
	болт.
	гайка.
	шпилька.

Таблица 2.3 Записи о товарах, которых поступило за месяц более 10.

номер цеха.	наименование товара.	цена за единицу.	остаток на начало месяца кол-во.	обороты за месяц приход кол-во.	обороты за месяц расход кол-во.	остаток на конец месяца кол-во.	остаток на конец месяца сумма.
	вал.
	шестигранник.
	звезда.
	шкив.
	крыльчатка.
	клапан.
	шайба.
	ось.
	золотник.
	ступица.
	болт.
	гайка.
	заглушка.
	шпилька.
	гвозди.

Таблица 3. Итоговые данные по каждому цеху и общие итоги по предприятию.

номер цеха.	наименование товара.	цена за единицу.	остаток на начало месяца кол-во.	обороты за месяц приход кол-во.	обороты за месяц расход кол-во.	остаток на конец месяца кол-во.	остаток на конец месяца сумма.
	вал.
	шестигранник.
	звезда.
	шкив.
	крыльчатка.
цех 1 итого.
	клапан.
	шайба.
	ось.
	золотник.
	ступица.
цех 2 итого.
	болт.
	гайка.
	заглушка.
	шпилька.
	гвозди.
цех 3 итого.
общий итог.

Столбиковая диаграмма остатков товаров на начало и конец месяца по одному цеху.

Круговая диаграмма суммарных остатков за месяц по всем цехам предприятия.

• 1. Методические указания по выполнению контрольной работы по информатике для студентов заочного отделения / сост. Н. Д. Белова, Н. И. Щадрина. — Хабаровск, 2010.
• 2. Указания по выбору контрольных работ. Хабаровск, 2011.
• 3. Информатика. Учебник для вузов / Под ред. Н. В. Макаровой. — М., 2001 Степанов А. Н. Информатика. Учебник для вузов. Спб.: Питер, 2008.
• 4. Безручко В.Т. Практикум по курсу «Информатика». Работа в Windows, Word, Excel: учеб. Пособие для вузов / В. Т. Безручко. — М.: Финансы и статистика, 2002.