Операционные системы

Содержание:

 

I. Теоретические основы изучения операционных систем в курсе информатики средней школы.                                                                                                                                             1.1.  Из истории возникновения и развития ОС.                                                                                 1.2. Роль и место темы «ОС» в школьном курсе информатики.                                                II. Методические аспекты изучения операционных систем в курсе информатики средней школы.                                                                                                                                      2.1. Педагогический эксперимент – выявление уровня знаний учащихся средней школы по теме  Операционная система».                                                                                                                               2.2. Методические рекомендации к изучению ОС в курсе информатики средней школы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

         Операцио́нная систе́ма — комплекс управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между устройствами вычислительной системы и прикладными программами, а с другой стороны — предназначены для управления устройствами, управления вычислительными процессами, эффективного распределения вычислительных ресурсов между вычислительными процессами и организации надёжных вычислений.

Сейчас трудно представить  себе компьютер без операционной системы, отвечающей определению, приведенному выше. Без операционной системы, для  запуска программы вам придется каждый раз загружать компьютер  заново, а для хранения данных придется работать напрямую с носителем. Все  стандартные алгоритмы для работы с памятью и устройствами пришлось бы хранить в теле программы. Если учесть разнообразие оборудования, нетрудно представить, что размер программы  вырастет в разы. Самым разумным решением всех этих проблем будет  объединение основных алгоритмов работы с памятью, устройствами ввода и  вывода и прочего в одной программе, которая будет способна запускать  другие программы и предоставлять  им доступ к стандартным алгоритмам через удобный интерфейс. Именно этим и занимается операционная система.

Объектом исследования курсовой работы будет являться процесс изучения операционных систем в курсе информатики средней школы.

Предметом исследования курсовой работы будет являться изучение операционных систем.

Цель исследования курсовой работы: разработка содержания изучения операционных систем в курсе информатики средней школы.

    Задачи исследования курсовой работы :

1.  Изучить характеристику ОС.

2.  Определить роль и место темы «ОС» в школьном курсе информатики.

3.  Выявить уровень знаний учащихся средней школы по теме «ОС».

1. Теоретические основы изучения операционных систем в курсе информатики средней школы.
1. Из истории возникновения и развития ОС.

 

          Раньше пользователь получал машину в единоличное пользование; он приходил с программой и данными, обычно записанными на перфокартах или магнитных лентах. Программа загружалась в машину, которая начинала работать, до тех пор пока программа не завершалась или не выдавала ошибку. Отладка программ осуществлялась при помощи панели управления, снабжённой тумблерами и лампочками. Наибольших успехов в этом достиг Алан Тьюринг на ранней машине Манчестерский Марк I, к тому времени он уже разрабатывал основные принципы работы операционных систем.

Более поздние машины имели  библиотеки, которые связывались  с пользовательской программой для  поддержки таких операций как  ввод и вывод. Это было началом  современных операционных систем. Однако машины всё ещё выполняли одну задачу за один промежуток времени.

По мере увеличения производительности машин, время на исполнение программ уменьшалось, а время передачи оборудования от одного пользователя другому оставалось прежним. Выстраивались длинные  очереди из людей, желающих запустить  свою программу, каждый из них имел по несколько магнитных лент с  программами и данными. Операторы  машин не успевали контролировать все  операции, проводимые с компьютерами, поэтому возникла необходимость  в автоматическом контроле и выявлении  ошибок.

Эти требования были учтены при создании первых операционных систем. Сначала для этого были использованы библиотеки времени исполнения, которые запускались до первой пользовательской задачи, считывали информацию с носителей, контролировали исполнение, записывали результаты и немедленно переключались на исполнение следующей задачи.

Эра мейнфреймов.

Первой в мире операционной системой считается GM OS (General Motors Operating System).

Ранние операционные системы  были очень разнородными, каждый поставщик  или заказчик создавали одну или  более систем для конкретного  компьютера. Каждая операционная система, даже одного производителя, могла иметь  совершенно разные команды и возможности. Обычно с появлением новой машины появлялась и новая операционная система, и приложения приходилось  приспосабливать, перекомпилировать, перепикрепливать и перепроверять.

Системы для оборудования IBM.

Такое состояние дел  продолжалось до 1960-х, когда IBM, лидирующий поставщик оборудования на тот момент, прекратила разработку существующих систем и направила усилия на создание серии  машин System/360, все представители которой  должны были использовать одинаковые инструкции и архитектуру ввода/вывода. IBM начала разрабатывать единую операционную систему для этих машин, OS/360. Проблемы, возникшие при создании OS/360, стали  легендарными и были описаны в  книге Мифический человеко-месяц  Фредерика Брукса. Из-за различий в производительности и задержек при разработке программного обеспечения, вместо единой OS/360 было представлено семейство операционных систем под таким же названием.

IBM выпустила ещё несколько  операционных систем, среди них  три оказались наиболее долгоживущими:

- OS/MFT для систем среднего класса. Она имела одного преемника, систему OS/VSI, развитие которой продолжалось до 1980-х.

- OS/MVT для крупных машин. Она была сходна с OS/MFT (программы могли переноситься между ними без перекомпилирования), но имела более продвинутое управление памятью и систему разделения времени, TSO. MVT имела несколько наследников, включая z/OS.

- DOS/360 для низших моделей System/360 имела несколько преемников, включая z/VSE, используемую до настоящего времени. Она значительно отличалась от OS/MFT и OS/MVT.

IBM поддерживает полную  совместимость, поэтому разработанные шестидесятых программы всё ещё можно запускать под z/VSE (если они создавались для DOS/360) или z/OS (если создавались для OS/MFT или OS/MVT) без изменений.

IBM разрабатывала, но  официально не выпустила TSS/360, операционную сиcтему с разделением  времени для S/360 Model 67.

Несколько операционных систем для архитектур IBM S/360 и S/370 были разработаны  третьими фирмами, включая Michigan Terminal System (MTS) и MUSIC/SP.

Другие операционные системы для  мейнфреймов.

Control Data Corporation разработала  операционную систему SCOPE в 1960-х  для обработки пакетных заданий.  В сотрудничестве с Университетом  Миннесота были созданы операционные  системы KRONOS и NOS в 1970-х, которые  поддерживали одновременный запуск  заданий и разделение времени.

В конце 1970-х Control Data и Университет  Иллинойс разработали машину PLATO, привнесшей множество инноваций для своего времени. Система использовала язык программирования TUTOR, что позволило  создавать такие программы, как  чат в реальном времени и многопользовательские  графические игры.

UNIVAC, первый производитель  коммерческих компьютеров, создала  серию операционных систем EXEC. Как  большинство ранних операционных  систем для мейнфреймов, это  были операционные системы, ориентированные на обработку пакетных заданий. В 1970-х UNIVAC выпустила систему Real-Time Basic.

Burroughs Corporation представила  машину B5000 в 1961 с операционной  системой MCP (Master Control Program). B5000 поддерживала  исключительно языки высокого  уровня и не поддерживала машинные  языки или ассемблер; таким  образом, MCP стала первой операционной  системой, написанной только на  высокоуровневом языке (ESPOL, диалект  Алгола). MCP также представила несколько  инноваций, включая первую коммерческую  реализацию виртуальной памяти. MCP по сей день используется  на компьютерах Unisys ClearPath/MCP.

Project MAC разработал Multics и  General Electric Comprehensive Operating Supervisor (GECOS), в  которых была введена концепция  уровней привилегий.

Digital Equipment Corporation разработала  множество операционных систем  для своих различных линеек  компьютеров, включая системы  TOPS-10 и TOPS-20 с разделением времени  для 36-битных машин PDP-10. До широкого  рапространения UNIX, TOPS-10 пользовалась  большой популярностью в университетах  и раннем сообществе ARPANET.

Миникомпьютеры и развитие UNIX.

Начальные версии операционной системы UNIX были разработаны в AT&T Bell Laboratories в конце 1960-х. Будучи абсолютно  бесплатной в первых версиях и  легко модифицируемой, эта система  завоевала большую популярность. Так как UNIX была написана на языке  высокого уровня Си, её можно легко  было перенести на новую аппаратную архитектуру. Эта переносимость  позволила ей стать основной системой для второго поколения миникомпьютеров  и первого поколения рабочих  станций.

В то же время Digital Equipment Corporation создала простую операционную систему RT-11 для серии 16-битных машин PDP-11, и  систему VMS для 32-битных компьютеровVAX.

Функции операционных систем:

1. Выполнение по запросу программ (ввод и вывод данных, запуск и остановка других программ, выделение и освобождение дополнительной памяти и др.).
2. Загрузка программ в оперативную память и их выполнение.
3. Стандартизованный доступ к периферийным устройствам (устройства ввода-вывода).
4. Управление оперативной памятью (распределение между процессами, организация виртуальной памяти).
5. Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жёсткий диск, оптические диски и др.), организованным в той или иной файловой системе.
6. Обеспечение пользовательского интерфейса.
7. Сохранение информации об ошибках системы.
8. Дополнительные функции:
9. Параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность).
10. Эффективное распределение ресурсов вычислительной системы между процессами.
11. Разграничение доступа различных процессов к ресурсам.
12. Организация надёжных вычислений (невозможности одного вычислительного процесса намеренно или по ошибке повлиять на вычисления в другом процессе), основана на разграничении доступа к ресурсам.
13. Взаимодействие между процессами: обмен данными, взаимная синхронизация.
14. Защита самой системы, а также пользовательских данных и программ от действий пользователей (злонамеренных или по незнанию) или приложений.
15. Многопользовательский режим работы и разграничение прав доступа (см. аутентификация, авторизация).
1. Роль и место темы «ОС» в школьном курсе информатики.

Во всех учебниках по базовому курсу информатики тема программного обеспечения (ПО) находит  отражение. С течением времени она  становится все более актуальной. В первом школьном учебнике [15] обзор  ПО дается в самом конце курса. Поскольку курс ориентировался на безмашинное изучение, то описание ПО носит ознакомительный характер. В учебниках второго поколения [12, 13] в небольшом объеме появляется тема прикладного ПО; присутствуют практические задания на работу с текстовыми и графическими редакторами, базами данных, электронными таблицами. Однако связующее звено ПО ЭВМ — операционная система — практически не рассматривается. Не затрагиваются вопросы работы с файлами. Главной причиной этого являлось то обстоятельство, что в период конца 1980-х — начала 1990-х гг. в школьных компьютерных классах большей частью использовались отечественные комплекты учебной вычислительной техники — КУВТ. Работа за ученическими машинами в таких классах не требовала от учеников умения взаимодействовать с операционной системой. На уроках они работали с прикладными программами, загруженными заранее учителем с центрального компьютера или с интерпретатором Бейсика, прошитом в ПЗУ.

В 1990-х гг. в школах появляется все большее число профессиональных ПК, главным образом — IBM PC. Становится необходимым умение учеников работать с дисками, ориентироваться в файловой структуре дисков, а следовательно — взаимодействовать с операционной системой (ОС). Возникает необходимость в изучении программного обеспечения ЭВМ как единой системы, главной частью которой является ОС. В учебнике [10] довольно подробно описывается состав операционной системы MS-DOS и работа с ней. Там же приводится краткая информация о работе с Windows (версия 3.1), рассматриваются прикладные программы, работающие в среде Windows.

В учебнике [6] с самого начала даются системные представления  о программном обеспечении компьютера. Однако делается это в инвариантной форме, т.е. без привязки к конкретным видам и версиям программ; описываются  лишь общие принципы. Привязку этих принципов к конкретным видам  ПО должен выполнять учитель на уроках. Безусловно, для этого ему нужна  дополнительная литература. Получив  в самом начале базовые представления о назначении, структуре и составе ПО, ученики будут расширять и конкретизировать эти представления в ходе освоения конкретных видов ПО в разных темах курса.

 

 

 

 

2. Методические аспекты изучения операционных систем в курсе информатики средней школы.                                                                                          2.Педагогический эксперимент – выявление уровня знаний учащихся средней школы по теме: «ОС».