Informatyka

Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego
Zamiejscowy Ośrodek Dydaktyczny
Wydziału Rolnictwa i Biologii
w Leśnej Podlaskiej
INFORMATYKA
-wykład 3
Rok I sem.2 rok ak.2005/2006
Kierunek: rolnictwo
mgr Magdalena Kondraciuk
Systemy operacyjne
Co to jest system
operacyjny?
System operacyjny jest programem, który steruje
wykonywaniem programów użytkowych i działa jak interfejs
między użytkownikiem a sprzętem komputerowym. System
operacyjny powinien spełniać dwie funkcje:
Wygoda. System operacyjny czyni system komputerowy
wygodnym do użytkowania.
Sprawność. System operacyjny umożliwia sprawną
eksploatacje zasobów systemu komputerowego.
Warstwy oprogramowania
Użytkownik
Programista
Program użytkowy
Program narzędziowy
System operacyjny
Sprzęt komputerowy
Projektant
systemu
operacyjnego
Interfejs użytkownika
Użytkownik końcowy wykorzystuje programy użytkowe i zasadniczo nie
interesuje go jak zbudowany jest system komputerowy i oprogramowanie.
Dla użytkownika istotnym jest umiejętność jak wykonać w edytorze
tekstowym tabelę, przygotować konspekt, wykonać prezentację, umieć
zbudować formułę w arkuszu kalkulacyjnym.
Użytkownika końcowego interesuje kolejność klikania (gdzie kliknąć aby
wykonać czynność) lub jakie polecenie wpisać.
Przykładem programów narzędziowych są programy biurowe (pakiety
oprogramowania), programy do obróbki grafiki, animacji i filmów oraz
specjalistyczne programy np. CAD.
Ostatecznie można przyjąć, że zasadniczym przeznaczeniem systemu
komputerowego jest wykonywanie jednego lub wielu programów
użytkowych (w większości przypadków).
Interfejs użytkownika
Poniżej znajduje się warstwa programów narzędziowych. Programy tego typu
przeznaczone są do realizacji pewnych funkcji lub zadań. Przykładem programu
narzędziowego może być program do formatowania dysku, wykonywania
podziału i zarządzania partycjami. Podstawowe zadania programów
narzędziowych to:
tworzenie programów komputerowych (użytkowych),
zarządzenia plikami zgromadzonymi w systemie komputerowym,
zarządzanie urządzeniami wejścia-wyjścia (np. wysyłanie ciągu znaków do
drukarki, zapisywanie danych na dysku twardym, wyświetlanie informacji na
monitorze).
Programy narzędziowe nazywane są również programami systemowymi.
Interfejs użytkownika
Następnym poziomem oprogramowania jest system operacyjny, który
maskuje działanie sprzętu komputerowego. System operacyjny
komunikuje się z użytkownikiem przez wygodny interfejs. Użytkownika
nie interesuje działanie układu RAMDAC, magistral itd. System zamienia
komputer w biurko, na który umieszczone są stosy kartek (pliki), a
użytkownik w tym bałaganie wszystkim zarządza. Takie podejście czyni
system komputerowy zbliżonym do naturalnych dotychczasowych
warunków pracy użytkownika.
Wcześniejsze systemy operacyjne posiadały tekstowy interfejs, w
którym zarządzanie systemem odbywało się przez wydawanie zbioru
komend (copy, dir, cd itd.). Korzystanie z tego interfejsu było kłopotliwe
ponieważ wymagana jest znajomość wielu poleceń oraz odpowiedniej
składni każdego polecenia. Rozwiązaniem problemu było zastosowanie
nakładek graficznych do zarządzania systemem komputerowym
(Windows 3.1 i 3.11).
Obecnie w systemach komputerowych posługujemy się głownie
interfejsami graficznym (np. Windows 2000, Windows XP, XWindows w
Linuksie).
Interfejs użytkownika
System operacyjny zapewnia realizację następujących zadań:
Tworzenie programów. System operacyjny wyposażony jest w narzędzia do
tworzenia programów.
Wykonywanie programów. Do wykonania programu niezbędne jest
zrealizowanie wielu zadań. Rozkazy i dane muszą być umieszczone w pamięci
operacyjnej systemu oraz zainicjowane urządzenia wejścia – wyjścia. Wszystkie te
zadania musza być realizowane przez system operacyjny.
Dostęp do urządzeń wejścia-wyjścia. Każde urządzenie wejścia-wyjścia do
działania wymaga własnego, specyficznego zestawu rozkazów lub sygnałów
sterowania. System operacyjny zajmuje się tymi szczegółami, dzięki czemu
programista może myśleć w kategoriach prostych odczytów i zapisów.
Kontrola dostępu do plików. W przypadku plików sterowania musi być
dostosowany nie tylko do natury urządzeń wejścia-wyjścia (napędów dyskowych,
napędów taśmowych), lecz także do formatu plików na nośniku przechowującym.
Tymi szczegółami zajmuje się system operacyjny. W systemach z wieloma
użytkownikami, system zapewnia system ochrony danych, chroniący prywatne
zasoby każdego z użytkowników.
Dostęp do systemu. W systemach operacyjnych z dostępem dla wielu
użytkowników, system komputerowy kontroluje prawo dostępu do określonych
zasobów systemu.
Klasyfikacja systemów
operacyjnych
Klasyfikacja systemów operacyjnych zależnie od rodzaju przetwarzania.
Systemy przetwarzania wsadowego (ang. batch processing). Systemy tego
typu były stosowane w starszych systemach komputerowych. Użytkownik
przygotowywał program i dane tak by operator komputera uruchamiał program
bez angażowania użytkownika. Użytkownik otrzymywał wyniki obliczeń.
Systemy przetwarzania interakcyjnego (ang. interactive processing). W
systemach tego typu, użytkownik ingeruje w proces przetwarzania na każdym
etapie wykonywania zadania.
Programiści tworzący system operacyjny dążą do tworzenia przyjaznych
systemów operacyjnych (ang. friendly). Określenie to przylega do systemów
operacyjnych, które ułatwiają zarządzanie i korzystanie z zasobów systemu
komputerowego.
Klasyfikacja systemów
operacyjnych
Zależnie od liczby użytkowników systemy, można podzielić na:
systemy przeznaczone dla jednego użytkownika (ang. Single user), czyli
system przeznaczony dla komputerów wykonujących pojedynczy program
(przykładem takiego systemu może być system operacyjny MS DOS 6.0)
system przeznaczony dla wielu użytkowników (ang. Multi user), czyli system
w którym jednocześnie wykonywane są programy wielu użytkowników
(przykładem takiego systemu może być system operacyjny Unix.
Systemy przeznaczone dla wielu użytkowników są dużo bardziej złożone. W
systemach
tego
typu
występuje
problem
wieloprogramowania
(multiprogramming). Systemy tego typu dzielą się na:
systemy z podziałem czasu (ang. Time shering), w systemie jest
przydzielany czas na wykonanie poszczególnych programów,
systemy czasu rzeczywistego (ang. Real-time systems), w systemach tych
dane pochodzące z zewnątrz (dostarczane są przez czujniki zewnętrzne) i
powodują odpowiednią reakcję systemu operacyjnego, reakcja musi spełniać
określone reguły co do czasu reakcji systemu.
Systemy operacyjne
W jednozadaniowych systemach wsadowych wykonywany jest tylko
jeden program. System operacyjny w tych systemach nazywany jest
monitorem. Obecnie systemy tego typu nie występują.
Spotkać można systemy wsadowe wielozadaniowe, które obsługują
wiele programów. Poszczególne programy są wykonywane na
przemian. Podczas wykonywania programu występuje problem
wprowadzania/wyprowadzania danych przez układy wejścia-wyjścia.
Procesor
wykonuje
operacje
dużo
szybciej
niż
operacje
wprowadzania/wyprowadzania danych przez układy wejścia-wyjścia.
Czas oczekiwania na uzyskanie danych (procesor jest nieobciążony)
można wykorzystać na wykonanie innego programu, który
umieszczony jest w pamięci.
Sterowanie takim przełączaniem zadań nazywa się w systemie
operacyjnym programem szeregującym zadania (ang. scheduler). Aby
ułatwić to zadanie system operacyjny zajmuje się również
zarządzaniem i gospodarką pamięciom. Ponieważ większa część
programów i danych znajduje się na dysku, to sposób optymalizacji
czasu dostępu do tej pamięci, czyli sposób wymiany danych pomiędzy
pamięciom operacyjną i pamięcią dyskowa staje się złożonym
problemem. W systemach operacyjnych zadanie to jest nazywane
zarządzaniem pamięci (ang. memory management). Systemy
komputerowe, w których operator pełni aktywną role, nazywa się
komputerem interaktywnym.
Zadania systemu operacyjnego
Można wyróżnić dwa podstawowe zadania systemu
operacyjnego:
1.
Szeregowanie zadań (przygotowywanie programów, ich
wykonanie, przydzielanie zbioru danych, wykonywanie
operacji wejścia-wyjścia itd.)
2.
Zarządzanie pamięcią.
Pliki
Jednym ze szczególnych zadań systemu operacyjnego
jest umożliwienie zapisu, odczytu i manipulacji informacją.
Do tego celu służy tzw. system obsługi plików.
PLIK - nazwany zbiór informacji, zapisany w
pamięci pomocniczej (zewnętrznej, masowej, ...)
- nieulotnej.
Pliki - to programy oraz dane (pliki wykonywalne,
teksty, dane liczbowe, bazy danych, grafika,
dźwięk, filmy, ....)
Atrybuty plików
•nazwa pliku
•typ pliku (niektóre systemy)
•położenie
•rozmiar (lub rozmiar max.)
•ochrona (kontrola dostępu - kto i jak ...)
•znacznik(i) czasu (data i godz.) - utworzenia,
•modyfikacji, ostatniego dostępu
•informacje o właścicielu i użytkowniku (-ach)
•(bezpieczeństwo !!!!)
Aby łatwiej można było odnaleźć
potrzebny plik stosuje się grupowanie ich
w katalogach (folderach).
W folderze mogą być umieszczone inne
foldery (podfoldery) a w nich pliki i
następne foldery.
Tworzy się w ten sposób
struktura hierarchiczna
katalogów (folderów). Katalogi
mają swoje nazwy.
KATALOG GŁÓWNY
Folder 1
Folder 2
NARZĘDZIA
GRY
KOPIA.TXT
.
PASCAL
C++
ALA.C
KOT.EXE
FOX-PRO
CRUSAIDER
CRUSAIDER.EXE
LBA
Drzewa katalogów systemu Windows
Typowe rozszerzenia nazw plików
Rozszerzenie nazwy
Rodzaj pliku
BAT
Program stanowiący ciąg rozkazów dla systemu operacyjnego
(BATCH)
COM, EXE
Programy wykonywalne
DOC
Plik - dokument w edytorze, np MS WORD
XLS
Plik - arkusz w Excelu
DBF
Plik bazodanowy
SYS
Plik systemowy
TXT
Plik tekstowy, zawierający tekst w formie „podstawowej”, np. bez polskich liter
HLP
Plik zawierający wspomagające dla użytkownika instrukcje
$$$ lub TMP
Plik czasowy pomocniczy, zakładany przez program użytkowy np. by
uchronić użytkownika od utraty danych
Ścieżki dostępu
Ścieżka dostępu określa położenie
folderu lub pliku w komputerze, a
ściślej – wśród innych folderów i
plików.
Ścieżki dostępu
Na nazwę ścieżki składa: oznaczenie literowe
dysku (dyskietki lub napędu), po którym
występuje dwukropek (:) oraz ukośnik (\), a
potem nazwy kolejnych katalogów i
podkatalogów od katalogu głównego do danego
pliku rozdzielonych znakiem ukośnika.
C:\gry\crusaider\crusaider.exe
Jak zapisywane są pliki ?
Pliki rzadko są zapisywanej jako jeden ciąg zerojedynkowy.
Aby dysk mógł zostać użyty do zapisu plików, najpierw
należy go podzieli na partycje i sformatować !
Tablica alokacji
Współpraca użytkownika z komputerem organizowana jest na poziomie
systemu operacyjnego, za pomocą tzw. systemu plików (ang. file
system).
W systemie operacyjnym Windows posługujemy się systemem plików
FATxx (ang. File Allocation Table) i NTFS (New Technology File
System).
Podstawowym fragmentem dysku z punktu widzenia systemu
operacyjnego jest tak zwany klaster (ang. cluster), zwany czasami
jednostką alokacyjną pliku, w skrócie JAP. Pojedynczy klaster może
składać się z jednego lub kilku sektorów. Klaster jest najmniejszym
fragmentem dysku, do którego potrafi odwołać się system operacyjny
(system nie odwołuje się do sektora ani do bajtu). Pliki na dysku
zapisywane są w klasterach. Jeżeli plik nie zapełni całego klastera, to
klaster ten nie zostanie w pełni wykorzystany. Nowy plik musi zacząć
się od nowego klastera. Pojęcie klastera dotyczy wyłącznie obszaru
danych na dysku.
Tablica alokacji
Informacja o tym, w którym klasterze umieszczony jest plik znajduje się w
tablicy FAT. Każdy klaster ma na dysku ma odpowiadającą mu pozycje w
tablicy FAT. Zapis pliku odbywa się w następujących etapach.
1.
System operacyjny poszukuje pierwszego wolnego klastera i zaczyna
zapis.
2.
Jednocześnie system zapisuje numer tego klastera do pozycji w
katalogu, która odpowiada danemu plikowi.
3.
Numer ten jest jednocześnie numerem pozycji w tabeli FAT.
Jeżeli plik mieści się w klasterze to w w tablicy FAT umieszczona jest informacja
w pozycji EOF (ang. End of File).
Jeżeli plik nie mieści się w klasterze to informacja o kolejnym klasterze
zapisana jest na pozycji EOF w tabeli FAT.
Katalogom również przydzielane są klastery podobnie jak plikom. Informacja o
katalogu umieszczana jest w tabel FAT.
Tablica alokacji FAT
Wykorzystuje się różne typy standardów FAT. Po skrócie FAT podana
jest liczba bitów określająca numer klastera. Zwiększenie liczby bitów
oznacza stosowanie większej ilości klasterów, tym samym sam klaster
może być znacznie mniejszy a dysk twardy jest znacznie efektywniej
wykorzystywany:
 FAT 12 (12 bitów) – wykorzystywany do tworzenia tabel alokacji na
dyskietkach,
 FAT 16 (12 bitów) – wykorzystywany do tworzenia tabel alokacji na
dyskach twardych,
 FAT 32 (32 bity) – wykorzystywany do tworzenia tabel alokacji na
dyskach twardych. 32-bitowy system plików wprowadzony w Windows
95
 NTFS wersja 4 – system plików występujący w systemie Windows NT
4. System umożliwia przenoszenie plików z uszkodzonych klasterów do
stabilnych klasterów.
 NTFS wersja 5 – system plików wprowadzony wraz z systemem
Windows 2000. Dodatkowo umożliwia szyfrowanie danych.
Rozmiary klastra
Rozmiar woluminu
Rozmiar klastra FAT16
Rozmiar klastra FAT32
Rozmiar klastra NTFS
7 MB–16 MB
2 KB
Nie obsługiwany
512 bajtów
17 MB–32 MB
512 bajtów
Nie obsługiwany
512 bajtów
33 MB–64 MB
1 KB
512 bajtów
512 bajtów
65 MB–128 MB
2 KB
1 KB
512 bajtów
129 MB–256 MB
4 KB
2 KB
512 bajtów
257 MB–512 MB
8 KB
4 KB
512 bajtów
513 MB–1,024 MB
16 KB
4 KB
1 KB
1,025 MB–2 GB
32 KB
4 KB
2 KB
2 GB–4 GB
64 KB
4 KB
4 KB
4 GB–8 GB
Nie obsługiwany
4 KB
4 KB
8 GB–16 GB
Nie obsługiwany
8 KB
4 KB
16 GB–32 GB
Nie obsługiwany
16 KB
4 KB
32 GB–2 TB
Nie obsługiwany
Nie obsługiwany
4 KB
Cechy systemu FAT 32




Katalog główny woluminu FAT32 jest zwykłym łańcuchem klasterów
może być umieszczony w dowolnym miejscu woluminu. Dzięki temu
system FAT32 nie ogranicza ilości wpisów w katalogu głównym.
FAT32 korzysta z mniejszych klasterów (4 KB w przypadku
woluminów o rozmiarze do 8 GB), dzięki czemu wydajniej niż FAT16
alokuje przestrzeń dyskową. W zależności od rozmiaru używanych
plików, w dużych woluminach FAT32 zachowuje potencjalnie
dziesiątki lub nawet setki megabajtów wolnej przestrzeni dyskowej,
traconej w systemie FAT16.
FAT32 może automatycznie skorzystać z zapasowej kopii tablicy
alokacji plików (w systemie FAT16 jedynie narzędzia takie jak
Chkdsk mogły przeprowadzić odtworzenie kopii zapasowej).
Sektor rozruchowy jest automatycznie zabezpieczany w określonej
lokalizacji woluminu, dzięki czemu woluminy FAT32 są mniej
narażone na awarie niż woluminy FAT16.
Cechy systemu NTFS



Odzyskiwanie systemu plików. Użytkownik rzadko jest
zmuszony do uruchamiania programu naprawczego.
NTFS
gwarantuje
spójność
woluminu
używając
standardowych technik rejestrowania transakcji i
odzyskiwania danych. W przypadku awarii systemu NTFS
korzysta ze swojego rejestru w celu automatycznego
przywrócenia spójności systemu plików.
Kompresja woluminów, folderów i plików. Pliki, które są
kompresowane w woluminie NTFS, mogą być
odczytywane i zapisywane przez dowolną aplikację
systemu Windows bez uprzedniej dekompresji za pomocą
oddzielnego programu – dekompresja następuje
automatycznie podczas otwierania pliku. Plik jest
ponownie kompresowany po zamknięciu lub zapisaniu.
Dostępność wszystkich funkcji systemu Windows 2000
związanych z systemami plików.
• Brak ograniczeń ilości wpisów w katalogu głównym.
• System Windows 2000 może formatować woluminy NTFS
o rozmiarze do 2 terabajtów.
• Efektywniejsze zarządzanie przestrzenią dyskową niż w systemie FAT,
dzięki użyciu klasterów 0 mniejszym rozmiarze (4 KB dla woluminów
o rozmiarze do 2 terabajtów).
• Kopiowanie sektora rozruchowego do sektora na końcu woluminu.
• Minimalizacja ilości dostępów do dysku, wymaganych do
odnalezienia pliku.
• Przydzielanie uprawnień do udziałów, folderów i plików. Określają
one, jakie grupy i użytkownicy mają dostęp do tych obiektów oraz
w jakim stopniu. Uprawnienia plików i folderów w systemie NTFS są
stosowane dla użytkowników pracujących lokalnie na komputerze
oraz korzystających z niego przez sieć. Można także określić
uprawnienia udziałów, stosowane podczas pracy w sieci
w kombinacji z uprawnieniami plików i folderów.
Cechy systemu NTFS






Rodzimy dla NTFS system szyfrowania, EFS, korzystający z kluczy
symetrycznych w połączeniu z technologią kluczy publicznych.
Umożliwia to zabezpieczenie zawartości plików przed niepowołanym
dostępem.
Punkty specjalne, umożliwiające stosowanie nowych technologii,
takich jak punkty instalacji woluminów.
Przydziały dyskowe, które mogą być używane do ograniczania ilości
przestrzeni dyskowej wykorzystywanej przez użytkowników.
Dziennik zmian, umożliwiający śledzenie zmian dokonywanych
w systemie plików.
Śledzenie łączy, zapewniające integralność skrótów oraz łączy OLE.
Obsługa plików rozrzedzonych, dzięki której bardzo duże pliki mogą
być zapisywane przy wykorzystaniu jedynie niewielkiej przestrzeni
dyskowej.
Zgodność sytemu plików
System operacyjny
Format systemu
plików
Windows 2000
NTFS
FAT16
FAT32
Microsoft Windows NT w wersji 4.0
NTFS
FAT16
Windows 95 OSR2 (OEM Service Release 2)
oraz Windows 98
FAT16
Windows 95 (wersje wcześniejsze niż OSR2)
FAT16
MS-DOS
FAT16
FAT32
Zarządzanie plikami Explorer
Sterowanie woluminem
Informację o woluminie
Narzędzia
Dostępny sprzęt
Udostepnienia
Zarządzanie udostępnieniami
Opcje folderów
Opcje folderów
Opcje folderów
MS-DOS
Jednym z pierwszych systemów operacyjnych był DOS. Zyskał on
dużą popularność, ze względu na prostotę obsługi i niezawodność.
Jedną z najważniejszych cech systemu DOS jest jego
jednozadaniowość - to znaczy, że nie można wykonywać więcej niż
jednej akcji w tym samym czasie. Kolejne zadania mogą się
wykonać po zakończeniu się poprzednich - w odróżnieniu do
systemu Windows, który jest wielozadaniowy (wiele operacji
wykonuje się w tym samym czasie). W systemie operacyjnym DOS
wydajemy komendy posługując się klawiaturą - piszemy słowne
polecenia.
Zmiana bieżącego dysku
Aby zmienić dysk bieżący należy podać
nazwę symboliczną dysku, który ma się stać
dyskiem bieżącym np. zmiana dysku
bieżącego na a
a: <Enter>
Zmiana katalogu
bieżącego - cd
cd nazwa (lub pełna ścieżka dostępu)
nazwa - nazwa katalogu, który ma się stać
katalogiem bieżącym
cd\ zmiana katalogu bieżącego na
katalog główny
cd .. zmiana katalogu bieżącego na
katalog nadrzędny
Przeglądanie zawartości
katalogu
dir nazwa (lub pełna ścieżka dostępu)
nazwa - nazwa katalogu, którego zawartość
chcemy oglądać.
dir - powoduje wyświetlenie zawartości
katalogu bieżącego
dir/w - powoduje wyświetlenie zawartości
katalogu bieżącego w kolumnach
dir/p - powoduje wyświetlenie zawartości
katalogu stronami
dir a: - powoduje wyświetlenie zawartości
dyskietki.
Tworzenie katalogu - md
md nazwa (lub pełna ścieżka dostępu)
nazwa - nazwa nowego katalogu
np. utworzenie katalogu o nazwie nauka:
md nauka
Usuwanie katalogu - rd
rd nazwa (lub pełna ścieżka dostępu)
nazwa - nazwa usuwanego katalogu
Nie może to być katalog w którym się
aktualnie znajdujemy i musi to być katalog
pusty.
Np. rd nauka
Kopiowanie - copy
copy nazwa-pierwsza nazwa-druga
Służy do skopiowania zawartości pliku
wskazanego pierwszą nazwą do pliku o
drugiej nazwie Obie nazwy powinny
podawać pełną ścieżkę dostępu w
przeciwnym wypadku system będzie
poszukiwał pliki w katalogu bieżącym.
np. copy a:czytaj.txt c:
powoduje skopiowanie z dyskietki pliku
czytaj.txt na dysk c
copy fizyka.txt nauka.txt
powoduje skopiowanie zawartości pliku
fizyka.txt do pliku nauka.txt w katalogu
bieżącym
copy c:*.* a:
powoduje skopiowanie wszystkich plików z
dysku c na dyskietkę w napędzie a
copy con nauka.txt
powoduje skopiowanie treści wprowadzonej
z klawiatury do pliku nauka.txt, możemy w
ten sposób tworzyć dowolne pliki tekstowe
Odczytywanie zbiorów
tekstowych - type
type nazwa
nazwa - nazwa zbioru tekstowego
Za pomocą tego polecenia można przeczytać
każdy zbiór tekstowy.
np. type
nauka.txt
Formatowanie - format
format a:
formatowanie dyskietek znajdujących się w
napędzie a
format a:/s
formatowanie dyskietki z jednoczesnym
zapisaniem na niej zbiorów systemowych
Kasowanie plików - del
del nazwa
nazwa - nazwa pliku, który chcemy skasować
np. del
nauka.txt lub del a:*.txt
Windows Commander
Zarządzanie
Porównywanie zawartości plików
Wersja pliku
Przestrzeń zajmowana przez plik
Dzielenie i scalanie dużych
plików
Wielokrotne zmiany
Zaznaczanie plików
Polecenia
Podgląd
Ustawienia