Операционные системы

Периферийные устройства

В этой статье мы рассмотрим периферийные устройства компьютера. Какие они бывают, какую функцию выполняют и как подключаются к ПК.

Периферийные устройства — это обобщенное название устройств, подключаемых к ПК. Их разделяют на устройства ввода, вывода и ввода-вывода информации. Они могут быть как внешними, так и внутренними.

Внутренние – это те, которые устанавливаются на материнскую плату:

• Жесткий диск;
• Видеокарта;
• Сетевая карта;
• Wi-Fi адаптер;
• Звуковая карта;

И другое оборудование, которое подключается в слоты PCI, PCI Express и SATA.

Внешние – те, которые подключаются к системному блоку снаружи.

• Монитор;
• Клавиатура;
• Мышь;
• Колонки;
• Наушники;
• Микрофон;
• Принтер;
• Сканер;
• МФУ;
• УПС.

Из дополнительных можно выделить USB устройства:

• Флешка;
• Bluetooth адаптер;
• Wi-Fi адаптер;
• Звуковая карта;
• Web камера;
• 3G и 4G модем;
• Удлинитель;
• Картридер;
• Джойстик.

А также некоторое профессиональное оборудование:

• Графический планшет;
• Проектор;
• Плоттер;
• Звуковой пульт;
• Сетевое оборудование.

Классификация ОС

По числу одновременно выполняемых задач выделяют ОС:

— однозадачные (MS DOS, ранние версии PS DOS);

Многозадачность бывает:

— невытесняющая (Net Ware, Windows 95/98), когда активный процесс по окончании сам передает управление ОС для выбора из очереди другого процесса;

— вытесняющая (Windows NT, OS/2, UNIX) — решение о переключении процессора с одного процесса на другой принимает ОС.

По числу одновременно работающих пользователей ОС делят:

— однопользовательские (MS DOS, Windows 3х, ранние версии OS/2)

— многопользовательские (UNIX, Windows 2000, NT, XP, Vista). В многопользовательских системах присутствуют средства защиты информации пользователей от несанкционированного доступа.

В настоящий момент около 90% компьютеров используют ОС Windows.

Различают четыре основных класса операционных систем:

1. Однопользовательские однозадачные, которые поддерживают одну клавиатуру и могут работать только с одной (в данный момент) задачей;

2. Однопользовательские однозадачные с фоновой печатью, которые позволяют помимо основной задачи запускать одну дополнительную задачу, ориентированную, как правило, на вывод информации на печать. Это ускоряет работу при выдаче больших объёмов информации на печать;

3. Однопользовательские многозадачные, которые обеспечивают одному пользователю параллельную обработку нескольких задач. Например, к одному компьютеру можно подключить несколько принтеров, каждый из которых будет работать на «свою» задачу;

4. Многопользовательские многозадачные, позволяющие на одном компьютере запускать несколько задач нескольким пользователям. Эти ОС очень сложны и требуют значительных машинных ресурсов.

Операционная система для персонального компьютера, ориентированного на профессиональное применение, должна содержать следующие основные компоненты:

— программы управления вводом/выводом;

— программы, управляющие файловой системой и планирующие задания для компьютера;

— процессор командного языка, который принимает, анализирует и выполняет команды, адресованные операционной системе.

Каждая операционная система имеет свой командный язык, который позволяет пользователю выполнять те или иные действия:

— обращаться к каталогу;

— выполнять разметку внешних носителей;

Анализ и исполнение команд пользователя, включая загрузку готовых программ из файлов в оперативную память и их запуск, осуществляет командный процессор операционной системы.

Для управления внешними устройствами компьютера используются специальные системные программы — драйверы. Драйверы стандартных устройств образуют в совокупности базовую систему ввода-вывода (BIOS), которая обычно заносится в постоянное ЗУ компьютера.

Краткая характеристика некоторых операционных систем

ОС Linux – сетевая ОС, ядро которой разработано на базе ОС Unix. Linux распространяется в исходных кодах и применяется для создания серверов в вычислительных сетях и в Интернете.

ОС Unix – многопользовательская, многозадачная ОС, включает достаточно мощные средства защиты программ и файлов различных пользователей. ОС Unix является машинонезависимой, что обеспечивает высокую мобильность ОС и легкую переносимость прикладных программ на компьютеры различной архитектуры.

Важной особенностью и обширным набор сервисных программ, которые позволяют создать благоприятную операционную обстановку для пользователей – программистов (т.е. система особенно эффективна для специалистов – прикладных программистов).

Технологии передачи данных в компьютерных сетях

Основной предмет передачи данных в компьютерных сетях, как мы отметили выше, — совокупность файлов, папок и иных продуктов реализации машинного кода (например, массивов, стеков и т. д.). Современные цифровые коммуникации могут функционировать на базе самых разных стандартов. В числе самых распространенных — TCP-IP. Основной его принцип — в присвоении компьютеру уникального IP-адреса, который может использоваться в качестве главного ориентира при передаче данных.

Обмен файлами в современных цифровых сетях может осуществляться с помощью проводных технологий либо тех, в которых не предполагается задействование кабеля. Классификация соответствующих инфраструктур первого типа может осуществляться исходя из конкретной разновидности провода. В современных компьютерных сетях чаще всего используются:

Каждый из отмеченных типов кабелей имеет как преимущества, так и недостатки. Например, витая пара — дешевый, универсальный и простой в монтаже тип провода, однако значительно уступающий оптоволокну по пропускной способности (подробнее данный параметр мы рассмотрим чуть позже). USB-кабели наименее всего приспособлены к передаче данных в рамках компьютерных сетей, однако совместимы практически с любым современным компьютером — крайне редко можно встретить ПК, не оснащенный USB-портами. Коаксиальные кабели в достаточной мере защищены от помех и позволяют обеспечивать передачу данных на очень большие расстояния.

Базовое ПО

Основной частью базового ПО является BIOS. Она записывается в специальную микросхему ПЗУ, находящуюся на материнской плате, и выполняет следующие функции:

1. Поддержку аппаратной конфигурации и назначение соответствующих прерываний.
2. Инициализацию установленного железа и считывание его настроек при включении компьютера.
3. Передачу управления ОС.

При включении персонального компьютера (ПК) управление передается программе, вшитой в микросхему BIOS. Она выполняет проверку оборудования, установленного на ЭВМ (электронно-вычислительную машину). Каждому компоненту назначается определенное прерывание, по которому и происходит его идентификация в системе.

Программа в микросхеме генерирует импульс для тестового запуска того или иного устройства. Если получен соответствующий двоичный код от тестируемого компонента, значит, последний успешно прошел диагностику. С самого начала тест-сигнал посылается на основные элементы ПК, т. е. микропроцессор (CPU), оперативную память (RAM), видеопроцессор (GPU) и контроллер жесткого диска. Когда одно из основных устройств не прошло тестирование, работа ПК прекращается и выдается соответствующий кодовый сигнал через динамик-пищалку.

При повреждении жесткого диска (винчестера), привода для чтения компакт-дисков и других устройств работа ЭВМ не прекращается, а выдается соответствующее сообщение об ошибке. Следует отметить, что для работы монитор компьютеру вообще не нужен. Он необходим только для пользователя. Поэтому многие начинающие компьютерщики начинают искать проблемы потухшего монитора не в самом устройстве, а в других компонентах ПК. Их действия могут привести к выходу из строя материнской платы, CPU и других элементов.

Следует отметить, что в BIOS можно вносить настройки при помощи функции SETUP, которая доступна во время инициализации оборудования. Вход в нее осуществляется одной из клавиш: delete, F1 или другими кнопками, поскольку все зависит от модели самой системы ввода-вывода.

Одной из полезных настроек является установка очередности загрузки устройств. Функция необходима для установки порядка загрузки и выбора носителя для ее инсталляции. Специалисты рекомендуют устанавливать носитель с установленной ОС на первое место, а другие отключить.

Операционные системы компании Microsoft:

DOS (Disk Operating System). Пользовательский интерфейс – командная строка. Команды вводятся с клавиатуры в специальной строке – командной строке.

Windows 3.1 и 3.11 – Графическая оболочка, расширяющая возможности DOS.

У всех дальнейших операционных систем интерфейс графический.

Семейство Windows-98 / NT / ME / 2000 / XP/ 7/ 8.

Элементы интерфейса Windows:

Рабочий стол.

Очень удачное название. Появляется сразу после загрузки ОС. Экран, на котором, как на столе, расположены в виде значков (иконок) инструменты управления и программы.

Значки.

Значки соответствуют реальным объектам Windows – программам, документам, устройствам. Запуск/открытие производится двойным щелчком кнопки мыши по значку либо щелчком правой кнопки мыши и последующим выбором в появившемся контекстном меню строки Открыть. Программы могут находиться как на Рабочем столе, так и на диске. Если программы находятся на диске, на Рабочем столе они представлены ярлыком.

Ярлыки.

Ярлык программы – это только указатель (адрес) места на диске, где программа хранится. Запуск программы производится двойным щелчком кнопки мыши по ярлыку либо щелчком правой кнопки мыши и выбором в появившемся контекстном меню строки Открыть. Ярлык имеет тот же вид, что и значок, обозначающий саму программу, но отличается от него небольшой стрелочкой внизу слева.

Панель задач.

Самая нижняя широкая строка экрана. Содержит:

• кнопку Пуск,
• кнопки открытых окон,
• индикаторы,
• часы.

Окно.

Окно – Основной интерфейс Windows, в его честь названа сама система. Соответствует активной программе, открытому документу, активному диалогу и служит для работы с ними.

Понятие

Любой современный ПК — настольный, портативный или серверный, наполняется по схожему принципу. Если убрать лишнее, то любое ПО, даже простейшее, строится по похожему алгоритму. Должны выполняться пошаговые действия — следующий шаг начинается только после того, как завершился предыдущий.

Так, введенные с клавиатуры символы отображаются на экране, по командному клику пользователя принтер начинает печатать их на бумаге, а расчеты происходят сами после введения формулы. Любой шаг заранее программируется и называется командой для компьютера, совокупность этапов обозначается программируемым кодом.

Программисты — это люди, которые разрабатывают и настраивают ПО. Они могут управлять ПК с помощью одной строчки, в которую вводят части закодированной информации. Несколько символов в определенной последовательности включают музыку, отправляют документ на печать или открывают конкретную страницу интернет-ресурса.

Уровни модели OSI

Базовая структура представляет собой систему, состоящую из 7 уровней. Возникает вопрос, за что отвечают семь этапов и зачем модели, такое количество уровней? Все они отвечают за определенную ступень процесса отправки сетевого сообщения, а также содержат в себе определенную смысловую нагрузку. Шаги выполняются, сепаративно друг от друга и не требует повышенного контроля, со стороны пользователя. Не правда ли, удобно?

p, blockquote 9,0,0,0,0 —>

Нижние ступени системы с первой по третью, управляют физической доставкой данных по сети, их называют media layers.

p, blockquote 10,0,0,0,0 —>

Остальные, уровни способствуют обеспечению точной доставки данных между компьютерами в сети, их называют хост-машины.

p, blockquote 11,0,0,0,0 —>

Прикладной – это ближайший уровень к юзеру. Его отличие от других в том, что он не предоставляет услуги другим ступеням. Обеспечивает услугами прикладные процессы, которые лежат за пределами масштаба модели, например, передача базы данных, голоса, и другое.

p, blockquote 12,0,0,0,0 —>

Физический уровень (PHYSICAL)

Данный этап устроен сравнительно проще других, ведь кроме единиц и нулей в нем нет других систем измерений, данный уровень не анализирует информацию и именно поэтому является самым нижним из уровней. На нем в основном осуществляется передача информации. Главный параметр загруженности – бит.

p, blockquote 13,0,0,0,0 —>

Основная цель физического уровня представить нуль и единицу в качестве сигналов, передаваемые по среде передачи данных.

p, blockquote 14,0,0,0,0 —>

Например, есть некий канал связи (КС), отправляемое сообщение, отправитель и соответственно получатель. У КС есть свои характеристики:

p, blockquote 15,0,0,0,0 —>

p, blockquote 16,0,0,0,0 —>

• Пропускная способность, измеряемая, в бит/c, то есть, сколько данных мы можем передать за единицу времени.
• Задержка, сколько времени пройдет, прежде чем сообщение дойдет от отправителя к получателю.
• Количество ошибок, если ошибки возникают часто, то протоколы должны обеспечивать исправление ошибок. А если редко, то их можно исправлять на вышестоящих уровнях, на пример на транспортном.

В качестве канала передачи информации используются:

• Кабели: телефонный, коаксиал, витая пара, оптический.
• Беспроводные технологии, такие как, радиоволны, инфракрасное излучение.
• Спутниковые КС
• Беспроводная оптика или лазеры, применяются редко, из-за низкой скорости и большого количества помех.

Очень редко возникают ошибки в оптических кабелях, так как повлиять на распространение света сложно. В медных кабелях, ошибки возникают, но достаточно редко, а в беспроводной среде, ошибки возникают очень часто.

p, blockquote 19,0,0,0,0 —>

Канальный уровень (DATA LINK)

Следующая станция, которую посетит информация, напомнит таможню. А именно IP-адрес будет сравнен на совместимость со средой передачи. Здесь также выявляются и исправляются недочеты системы. Для удобства дальнейших операций, биты группируются в кадры – frame.

p, blockquote 20,0,0,0,0 —>

Цель канального уровня – передача сообщений по КС – кадров.

p, blockquote 21,0,0,0,0 —>

Задачи data link

• Найти, где в потоке бит, начинается и оканчивается сообщение
• Обнаружить и скорректировать ошибки при отправке информации
• Адресация, необходимо знать, какому компьютеру отправлять информацию, потому что к разделяемой среде в основном, подключается несколько компьютеров
• Обеспечить согласованный доступ к разделяемой среде, чтобы в одно и то же время, информацию передавал один компьютер.

На канальном уровне выявляются и исправляются ошибки. При обнаружении таковой проводится проверка правильности доставки данных, если неправильно, то кадр отбрасывается.

p, blockquote 22,0,0,0,0 —>

Исправление ошибок, требует применение специальных кодов, которые добавляют избыточную информацию в передаваемые данные.

p, blockquote 23,0,0,0,0 —>

p, blockquote 24,0,0,0,0 —>

Повторная отправка данных, применяется совместно с методом обнаружения ошибок. Если в кадре обнаружена ошибка, он отбрасывается, и отправитель направляет этот кадр заново.

p, blockquote 25,0,0,0,0 —>

Обнаружить и исправить ошибки

Практика показала эффективность следующих методов, если используется надежная среда для передачи данных (проводная) и ошибки возникают редко, то исправлять их лучше на верхнем уровне. Если в КС ошибки происходят часто, то ошибки необходимо исправлять сразу на канальном уровне.

p, blockquote 26,0,0,0,0 —>

Функции данного этапа в компьютере осуществляют сетевые адаптеры и драйверы, подходящие к ним. Через них и происходит непосредственный обмен данными.

p, blockquote 27,0,0,0,0 —>

Некоторые протоколы, используемые на канальном уровне, это HDLC, Ethernet применяющая шинную топологию и другие.

p, blockquote 28,0,0,0,0 —>

Сетевой уровень (NETWORK)

Этап напоминает процесс распределения информации. К примеру, все пользователя делиться на группы, а пакеты данных расходятся в соответствии с IP адресами, состоящими из 32 битов. Именно благодаря работе маршрутизаторов на этой инстанции, устраняются все различия сетей. Это процесс так называемой логической маршрутизации.

p, blockquote 29,0,0,0,0 —>

Основная задача состоит в создании составных сетей построенных на основе сетевых технологий разного канального уровня: Ethernet, Wi-Fi, MPLS. Сетевой уровень — это «основа» интернета.

p, blockquote 30,0,0,0,0 —>

Назначение сетевого уровня

Мы можем передавать информацию от одного компьютера к другому через Ethernet и Wi-Fi, тогда зачем нужен еще один уровень? У технологии канального уровня (КУ) есть две проблемы, во-первых, технологии КУ отличаются друг от друга, во-вторых, есть ограничение по масштабированию.

p, blockquote 31,0,0,0,0 —>

Какие могут быть различия в технологиях канального уровня?

Различный уровень предоставляемого сервиса, некоторые уровни гарантируют доставку и необходимый порядок следования сообщений. Wi-Fi просто гарантирует доставку сообщения, а Ethernet нет.

p, blockquote 32,0,0,0,0 —>

Разная адресация, по размеру, иерархии. Сетевые технологии могут поддерживать широковещание, т.е. есть возможность отправить информацию всем компьютерам в сети.

p, blockquote 33,0,0,0,0 —>

Может различаться максимальный размер кадра (MTU), например, в изернете 1500, а в вай-фай 2300. Как можно согласовывать такие различия на сетевом уровне?

p, blockquote 34,0,0,0,0 —>

Можно предоставлять разный тип сервиса, например, кадры из Вай-Фай принимаются с отправкой подтверждения, а в Ethernet отправляются без подтверждения.

p, blockquote 35,0,0,0,0 —>

Для того чтобы согласовать разницу адресаций, на сетевом уровне, вводятся глобальные адреса, которые не зависят от адресов конкретных технологий (ARP для TCP/IP) канального уровня.

p, blockquote 36,0,0,0,0 —>

Чтобы передавать данные через составные сети, у которых разный размер передаваемого кадра, используется фрагментация. Рассмотрим пример, первый компьютер передает данные второму, через 4 промежуточные сети, объединенные 3-ми маршрутизаторами. У каждой сети разный MTU.

p, blockquote 37,1,0,0,0 —>

p, blockquote 38,0,0,0,0 —>

Компьютер сформировал первый кадр и передал его на маршрутизатор, маршрутизатор проанализировал размер кадра, и понял, что передать полностью его через сеть 2 нельзя, потому что mtu2 у него слишком мал.

p, blockquote 39,0,0,0,0 —>

p, blockquote 40,0,0,0,0 —>

Маршрутизатор разбивает данные на 3 части и передает их отдельно.

p, blockquote 41,0,0,0,0 —>

p, blockquote 42,0,0,0,0 —>

Следующий маршрутизатор объединяет данные в один, большой пакет, определяет его размер и сравнивает с mtu сети 3. И видит, что один пакет MTU3 целиком передать нельзя (MTU3 больше, чем MTU2, но меньше, чем MTU1) и маршрутизатор разбивает пакет на 2 части и отправляет следующему маршрутизатору.

p, blockquote 43,0,0,0,0 —>

p, blockquote 44,0,0,0,0 —>

Последний маршрутизатор объединяет пакет и отправляет получателю целиком. Фрагментация занимается объединением сетей и это скрыто от отправителя и получателя.

p, blockquote 45,0,0,0,0 —>

Как решается проблема масштабируемости на сетевом уровне?

Работа ведется не с отдельными адресами, как на канальном уровне, а с блоками адресов. Пакеты, для которых не известен путь следования отбрасываются, а не пересылаются обратно на все порты. И существенное отличие от канального, возможность нескольких соединений между устройствами сетевого уровня и все эти соединения будут активными.

p, blockquote 46,0,0,0,0 —>

Задачи сетевого уровня:

• Объединить сети, построенные разными технологиями;
• Обеспечить качественное обслуживание;
• Маршрутизация, поиск пути от отправителя информации к получателю, через промежуточные узлы сети.

Маршрутизация

Поиск пути отправки пакета между сетями через транзитные узлы – маршрутизаторы. Рассмотрим пример выполнения маршрутизации. Схема состоит из 5 маршрутизаторов и двух компьютеров. Как могут передаваться данные от одного компьютера к другому?

p, blockquote 47,0,0,0,0 —>

p, blockquote 48,0,0,0,0 —>

В следующий раз данные могут быть отправлены другим путем.

p, blockquote 49,0,0,0,0 —>

p, blockquote 50,0,0,0,0 —>

В случае поломки одного из маршрутизатора, ничего страшного не произойдет, можно найти путь в обход сломанного маршрутизатора.

p, blockquote 51,0,0,0,0 —>

p, blockquote 52,0,0,0,0 —>

Протоколы, применяемые на этом этапе: интернет протокол IP; IPX, необходимый для маршрутизации пакетов в сетях и др.

p, blockquote 53,0,0,0,0 —>

Транспортный уровень (TRANSPORT)

Есть следующая задача, на компьютер, который соединен с составной сетью приходит пакет, на компьютере работает много сетевых приложений (веб-браузер, скайп, почта), нам необходимо понять какому приложению нужно передать этот пакет. Взаимодействием сетевых приложений занимается транспортный уровень.

p, blockquote 54,0,0,0,0 —>

Задачи транспортного уровня

Отправка данных между процессами на разных хостах. Обеспечение адресации, нужно знать для какого процесса предназначен тот или другой пакет. Обеспечение надежности передачи информации.

p, blockquote 55,0,0,1,0 —>

Модель взаимодействия open system

Хосты — это устройства где функционируют полезные пользовательские программы и сетевое оборудование, например, коммутаторы, маршрутизаторы.

p, blockquote 56,0,0,0,0 —>

p, blockquote 57,0,0,0,0 —>

Особенностью транспортного уровня является прямое взаимодействие одного компьютера с транспортным уровнем на другом компьютере, на остальных уровнях взаимодействие идет по звеньям цепи.

p, blockquote 58,0,0,0,0 —>

Такой уровень обеспечивает сквозное соединение между двумя взаимодействующими хостами. Данный уровень независим от сети, он позволяет скрыть от разработчиков приложений детали сетевого взаимодействия.

p, blockquote 59,0,0,0,0 —>

Для адресации на транспортном уровне используются порты, это числа от 1 до 65 535. Порты записываются вот так: 192.168.1.3:80 (IP адрес и порт).

p, blockquote 60,0,0,0,0 —>

Особенности транспортного уровня

Обеспечение более высокой надежности, в отличии от сети, которая используется для передачи данных. Применяются надежные каналы связи, ошибки в этих КС происходят редко, следовательно, можно строить надежную сеть, которая будет стоить дешево, а ошибки можно исправлять программно на хостах.

p, blockquote 61,0,0,0,0 —>

Транспортный уровень гарантирует доставку данных, он использует подтверждение от получателя, если подтверждение не пришло транспортный снова отправляет подтверждение данных. Гарантия следования сообщений.

p, blockquote 62,0,0,0,0 —>

Сеансовый уровень (SESSION)

Сеансовый (сессия) – это набор сетевых взаимодействий, целенаправленных на решение единственной задачи.

p, blockquote 63,0,0,0,0 —>

Сейчас сетевое взаимодействие усложнилось и не состоит из простых вопросов и ответов, как было раньше. Например, Вы загружаете веб страничку, чтобы показать в браузере, сначала нужно загрузить сам текст веб страницы (.html), стилевой файл (.css), который описывает элементы оформления веб страницы, загрузка изображений. Таким образом, чтобы выполнить задачу, загрузить веб страницу, необходимо реализовать несколько, отдельных сетевых операций.

p, blockquote 64,0,0,0,0 —>

Сеансовый определяет, какая будет передача информации между 2-мя прикладными процессами: полудуплексной (по очередная передача и прием данных); или дуплексной (одновременная передача и прием информации).

p, blockquote 65,0,0,0,0 —>

Уровень представления данных (PRESENTATION)

Функции – представить данные, передаваемых между прикладными процессами, в необходимой форме.

p, blockquote 66,0,0,0,0 —>

Для описания этого уровня, используют автоматический перевод в сети с различных языков. Например, Вы набираете номер телефона, говорите на русском, сеть автоматом переводит на французский язык, передает информацию в Испанию, там человек поднимает трубку и слышит Ваш вопрос на испанском языке. Это задача, пока не реализована.

p, blockquote 67,0,0,0,0 —>

Для защиты отправляемых данных по сети используется шифрование: secure sockets layer, а также transport layer security, эти технологии позволяют шифровать данные которые отправляются по сети.

p, blockquote 68,0,0,0,0 —>

p, blockquote 69,0,0,0,0 —>

Протоколы прикладного уровня используют TSL/SSL и их можно отличить по букве s в конце. Например, https, ftps и другие. Если в браузере Вы видите, что используется протокол https и замок, это значит, что производится защита данных по сети при помощи шифрования.

p, blockquote 70,0,0,0,0 —>

Прикладной уровень (APPLICATION)

Необходим для взаимодействия между собой сетевых приложений, таких как web, e-mail, skype и тд.

p, blockquote 71,0,0,0,0 —>

По сути, представляет собой комплект спецификаций, позволяющих пользователю осуществлять вход на страницы для поиска нужной ему информации. Проще говоря, задачей application является обеспечение доступа к сетевым службам. Содержимое этого уровня очень разнообразно.

p, blockquote 72,0,0,0,0 —>

Функции application:

• Решение задач, отправка файлов; управление заданиями и системой;
• Определение пользователей по их логину, e-mail адресу, паролям, электронным подписям;
• Запросы на соединение с иными прикладными процессами;