Elektronik - Rzeszów

2011-09-13

1

K L A S A 1

T E M A T : N R 8

Podstawowe pojęcia dotyczące

systemu komputerowego

System komputerowy

System komputerowy (computer system) to
układ

współdziałających

ze

sobą

dwóch

składowych: sprzętu komputerowego (hardware)
oraz oprogramowania (software).
Organizacja

systemu

komputerowego

to

opis

zależności

sprzętowych,

przedstawienie

poszczególnych

podzespołów

komputera,

które

funkcjonują

według

pewnych

reguł

i

zasad,

współpracują ze sobą by osiągnąć określony cel.

2

ZSE Rzeszów - Systemy operacyjne

2011-09-13

Warstwy systemu komputerowego

Struktura systemu komputerowego podzielona została na
warstwy. Każda z warstw realizuje odmienne zadania.
Wyróżnia się następujące warstwy:
• warstwa sprzętowa, odpowiada za operacje kalkulacyjne
procesora, pamięci, urządzeń peryferyjnych
• system operacyjny, pośredniczy między użytkownikami
i sprzętem, nadzoruje wykonanie zadań i przydziela zasoby
• programy narzędziowe,
• programy użytkowe, służą do wykonywania określonych
zadań, edycja tekstów, baz danych itp.,
• użytkownicy, może to być zarówno człowiek, jak i inny
komputer lub urządzenie komputerowe.

3

ZSE Rzeszów - Systemy operacyjne

2011-09-13

Warstwa sprzętowa

Warstwa sprzętowa zapewnia podstawowe możliwości
obliczeniowe. Zestaw komputerowy składa się z:
• jednostki centralnej,
• urządzeń wejścia,
• urządzeń wyjścia.
Ze względu na przeznaczenie, urządzenia zestawu dzielimy na
urządzenia wejścia(np. klawiatura, mysz) i urządzenia wyjścia
(np. drukarka, monitor).
W jednostce centralnej znajdują się najważniejsze elementy
odpowiedzialne za prawidłową pracę komputera, między innymi
płyta główna, na której umieszczone są elementy niezbędne do
prawidłowej pracy komputera: procesor, pamięć i wiele innych.

4

ZSE Rzeszów - Systemy operacyjne

2011-09-13

Warstwy systemu komputerowego -opis

Oprogramowanie systemowe - kontroluje i koordynuje
użycie zasobów sprzętowych poprzez różne programy
użytkowe.
Oprogramowanie narzędziowe - wspomaga zarządzanie
zasobami sprzętowymi poprzez dogodne interfejsy użytkowe
oraz usprawnia i modyfikuje oprogramowanie systemowe.
Oprogramowanie użytkowe - określa sposób, w jaki
zostają użyte zasoby systemowe do rozwiązywania problemów
obliczeniowych zadanych przez użytkownika (kompilatory, systemy
baz danych, gry, oprogramowanie biurowe).
Użytkownicy - ludzie, urządzenia, inne komputery, które
mają bezpośredni kontakt z oprogramowaniem użytkowym,
realizują różne zadania za pomocą programów użytkowych na
sprzęcie komputerowym pod nadzorem systemu operacyjnego.

5

ZSE Rzeszów - Systemy operacyjne

2011-09-13

Warstwy systemu komputerowego

6

ZSE Rzeszów - Systemy operacyjne

2011-09-13

Elektronik - Rzeszów

2011-09-13

2

System operacyjny

System operacyjny (operating system lub OS) to
program

lub

układ

wielu

programów

umożliwiający

komunikację

między

komputerem

a

użytkownikiem.

Z

punktu

widzenia

użytkownika

komputera system operacyjny pomaga mu komunikować
się ze sprzętem (także tym udostępnionym przez sieć) oraz
tworzy środowisko, w którym uruchamia on potrzebne
aplikacje. Ważną cechą wielu systemów operacyjnych
jest tak zwany graficzny interfejs użytkownika
(Graphical User Interface), który za pomocą grafiki
ułatwia użytkownikowi korzystanie z komputera.

7

ZSE Rzeszów - Systemy operacyjne

2011-09-13

System operacyjny

Zadaniem systemu operacyjnego jest tworzenie
bezpiecznego i niezawodnego środowiska, w którym
użytkownik może wykonywać swoje prace w sposób
wygodny i wydajny.
Pod względem sposobu komunikacji z użytkownikiem
rozróżniamy:
• systemy tekstowe - komunikujące się za pomocą
wydawanych z linii poleceń komend, np. DOS,
• systemy graficzne - komunikujące się za pomocą
graficznych okienek i symboli (ikon), np. Windows, Linux.

8

ZSE Rzeszów - Systemy operacyjne

2011-09-13

System operacyjny

2011-09-13

ZSE Rzeszów - Systemy operacyjne

9

W każdym systemie operacyjnym występują mniej lub
bardziej wyodrębnione, warstwy spełniające różne funkcje.
Są to:
• jądro - warstwa odpowiedzialna za wykonywanie
podstawowych zadań systemu operacyjnego;
• powłoka - specjalny program, który służy do komunikacji
użytkownika z systemem operacyjnym;
• system plików - warstwa odpowiedzialna za sposób
organizacji i zapisu danych na nośniku.

Schematyczna budowa systemu komputerowego

2011-09-13

ZSE Rzeszów - Systemy operacyjne

10

Podstawową częścią OS jest jądro
systemu (kernel). Jądro
odpowiedzialne jest za pracę systemu
i wykonywanie wszystkich jego
zadań. Jądro poprzez sterowniki i
BIOS komunikuje się z elektroniką
komputera. Aby użytkownik mógł
komunikować się z jądrem system
operacyjny posiada powłokę (Shell
lub też interpreter). Powłoka
systemowa jest to program pełniący
rolę pośrednika pomiędzy całym
systemem operacyjnym a
użytkownikiem. Powłoki mogą być
tekstowe lub graficzne.

Pojęcia

2011-09-13

ZSE Rzeszów - Systemy operacyjne

11

BIOS (ang. Basic Input/Output System – podstawowy
system wejścia-wyjścia) – zapisany w pamięci stałej zestaw
podstawowych

procedur

pośredniczących

pomiędzy

systemem operacyjnym a sprzętem. Jest to program
zapisany w pamięci ROM (Read Only Memory – pamięć
tylko do odczytu) płyty głównej oraz innych urządzeń takich
jak

karta

graficzna.

Jednym

z

zadań

BIOS-u

jest

sprawdzenie działania podzespołu komputera. Zadanie to
nosi nazwę autotestu, inaczej POST-u (Power-On Self-Test).

System plików (file system) – sposób zapisywania
danych na dysku, zarządzania plikami, prawami dostępu do
plików.

Zadania poszczególnych warstw systemu operacyjnego

2011-09-13

ZSE Rzeszów - Systemy operacyjne

12

Elektronik - Rzeszów

2011-09-13

3

Pod względem architektury systemy operacyjne dzielimy na

systemy z:

2011-09-13

ZSE Rzeszów - Systemy operacyjne

13

•jądrem monolitycznym - o najprostszej strukturze. Zaletą ich jest
stabilność, prostota, łatwość komunikacji między różnymi modułami jądra,
a wadą trudność w rozwijaniu programu oraz wykrywaniu błędów.
Przykładami takiego jądra mogą być: Linux, OpenBSD.
• mikrojądrem - jest uboższy niż jądro monolityczne i odpowiedzialny za
podstawowe funkcje niezbędne do pracy systemu operacyjnego. Bardziej
złożone zadania wykonywane są przez specjalne bloki funkcjonalne lub jako
zwykłe procesy w trybie użytkownika, a nie w trybie jądra.

•jądrem hybrydowym - łączy ono w sobie cechy obydwu powyższych
jąder. Podstawowe funkcje niezbędne do pracy systemu operacyjnego
działają w trybie jądra, pozostałe również, tylko z mniejszym priorytetem.
Dzięki temu zachowana jest stabilność
jądra monolitycznego do najważniejszych zadań. Obecnie większość
systemów operacyjnych oparta jest najądrze hybrydowym (np. rodzina MS
Windows).

Cechy jądra systemu operacyjnego:

2011-09-13

ZSE Rzeszów - Systemy operacyjne

14

• wielozadaniowość — możliwość równoczesnego uruchamiania
wielu procesów (programów i aplikacji),

Wielozadaniowość

otrzymuje

się

poprzez

tzw.

scheduler,

czyli

algorytm

odpowiedzialny za przydzielanie czasu procesora programom. Algorytm ten
kolejkuje i porządkuje procesy, które mają być wykonane w zależności od ich
priorytetu. W takim systemie każdy proces jest wykonywany jakiś kwant czasu, po
czym następuje przerwanie jego pracy przez scheduler. Program pozostaje “w
uśpieniu” do momentu, gdy znów zostanie mu przydzielony czas procesora.

• wielowątkowość - w ramach jednego procesu wykonywanie kilku
niezależnych wątków,
• skalowalność - możliwość rozwoju lub miniaturyzacji sprzętu,
• wywłaszczalność - zdolność jądra do wstrzymania aktualnie
wykonywanego zadania, aby umożliwić działanie innemu (dzięki
temu zawieszenie jednego procesu nie powoduje blokady całego
systemu).

Proces

2011-09-13

ZSE Rzeszów - Systemy operacyjne

15

Wielozadaniowość polega na możliwości wykonywania kilku procesów w
jednym czasie. Procesor w rzeczywistości nie ma możliwości wykonywania
więcej niż jednego zadania jednocześnie, dlatego w krótkich odstępach
czasu kolejno wykonuje fragmenty każdego z uruchomionych programów,
dając użytkownikowi wrażenie, że programy działają równocześnie.

Najmniejsza jednostka obsługiwana równolegle w tego rodzaju

systemie nazwana jest procesem. Proces to najczęściej

pojedynczy

egzemplarz uruchomionego programu. System operacyjny – a dokładniej
jądro systemu – przydziela pojedynczemu procesowi numer PID (Process
Identifier), który go jednocześnie identyfikuje, czas procesora, pamięć i
priorytet, będący najczęściej

liczbą oznaczającą ważność procesu.

Przedziały czasu nie są przydzielane kolejno wszystkim uruchomionym
procesom, nie są też równej długości. Długość czasu przydzielona
procesowi zależy od wielu czynników, między innymi od priorytetu
procesu, dostępności jego danych wejściowych oraz dostępności urządzeń
wyjściowych.

Proces

2011-09-13

ZSE Rzeszów - Systemy operacyjne

16

Najczęściej na długość czasu przydzielonego procesowi mają wplyw inne
uruchomione procesy. Wszystkie wymienione czynności koordynujące
procesy wykonuje program szeregujący. Ma on możliwość wywłaszczenia
procesu aktualnie wykonywanego, czyli zabiera jego czas i przydziela go
procesowi o bardzo wysokim priorytecie.

● Program = plik wykonywalny na dysku
● Proces = uruchomiony i wykonywany program w pamięci
● Program jest pojęciem statycznym.
● Proces ma naturę dynamiczną (zmieniającą się). Zmianie ulegają
m.in.
– Licznik rozkazów (adres ostatnio wykonywanej instrukcji)
– Rejestry procesora
– Wskaźnik stosu

Wątek

2011-09-13

ZSE Rzeszów - Systemy operacyjne

17

Wątek (ang. thread) - część programu wykonywana współbieżnie w
obrębie jednego procesu; w jednym procesie może istnieć wiele wątków.
Różnica między zwykłym procesem a wątkiem polega na współdzieleniu
przez wszystkie wątki działające w danym procesie przestrzeni adresowej
oraz wszystkich innych struktur systemowych (np. listy otwartych
plików, gniazd, itp.) - z kolei procesy posiadają niezależne zasoby.

Najważniejsze cechy decydujące o użyteczności systemu:

2011-09-13

ZSE Rzeszów - Systemy operacyjne

18

• łatwość instalacji i użytkowania systemu,
• współegzystencja z innymi systemami - możliwość czytania i zapisywania
danych na partycjach innych systemów oraz współpraca i wymiana danych
pomiędzy komputerami w sieci lokalnej i Internecie,
• zgodność sprzętowa - możliwość instalacji na konkretnym komputerze
utrudnia czasem brak odpowiednich sterowników do określonych urządzeń,
• wymiana danych - możliwość czytania i wymiany dokumentów między
różnymi aplikacjami przystosowanymi do różnych systemów,
• przystosowanie do pracy w Internecie tzn., możliwości i wygoda w
przeglądaniu witryn, wymiany protokołów internetowych itp.
• cena,
• liczba aplikacji działających na danym systemie - nawet najlepiej działający
system będzie niewiele wart, jeśli nie będzie posiadał bogatego
oprogramowania przystosowanego do swojej platformy,
• lokalizacja (możliwość porozumiewania się z systemem w języku
narodowym).

Elektronik - Rzeszów

2011-09-13

4

Źródło:

2011-09-13

ZSE Rzeszów - Systemy operacyjne

19

1.

http://einformatyka.cba.pl/systemy-operacyjne-opis-zadania-
podzial-budowa/

2. Systemy operacyjne i sieci komputerowe, część I, K. Pytel, S. Osetek