Операционные системы windows теория

Лекция 3.

Операционная система Windows.

Microsoft Windows —
семейство проприетарных операционных систем корпорации Майкрософт (Microsoft),
ориентированных на применение графического интерфейса при управлении.
Изначально были всего лишь графическими надстройками для MS-DOS.

В
настоящее время под управлением операционных систем семейства Windows, по
данным ресурса Netmarketshare (Net Applications) по состоянию на декабрь
2011 года, работает около 92 % персональных компьютеров.

Операционные
системы Windows работают на платформах x86, x86-64, IA-64, ARM. Существовали
также версии для DEC Alpha, MIPS, PowerPC и SPARC.

Структура окна.

В
системе Windows существуют следующие типы окон:

• программное окно — окно, в котором выполняется программа
  (приложение);
• окно документа — окно, связанное с конкретной прикладной программой;
• окно папки — окно, в котором можно просматривать ресурсы
  компьютера;
• диалоговое окно — окно, в котором происходит диалог пользователя
  с системой Windows (выбираются или делаются некоторые установки);
• окно сообщений — окно, в котором выдается сообщение ОС.

На рис. 2.1. показано окно папки.

Картинка с сайта: infourok.ru

Рис. 2.1. Окно папки Мой компьютер

Названия и
назначение основных элементов окна приведены в таблице 2.1.

Таблица
2.1.  

Основные
элементы окна

Окна можно открывать, закрывать, сворачивать,
перемещать, изменять размеры, упорядочивать.

Изменять
представление окон можно следующим образом.

Свернуть окно в кнопку:

• или щелчком мыши по кнопке «Свернуть».

Развернуть окно на весь экран:

• или щелчком мыши по кнопке «Развернуть»,
• или двойным щелчком мыши по «Строке заголовка»,

Восстановить нормальные размеры окна, свернутого в кнопку:

• щелчок мыши по кнопке на «Панели задач».

Закрыть окно:

• или щелчком мыши по кнопке «Закрыть»,
• или щелчком мыши по значку «Строки меню» и далее
  через пункт Закрыть.

Для перемещения окна по экрану нужно сделать окно
активным (текущим), установить указатель мыши на «Строку
заголовка» и перетащить окно при
нажатой левой кнопке мыши.

Для изменений размеров окна необходимо подвести
указатель мыши к его границе, и когда он принимает вид двунаправленной стрелки
при нажатой левой кнопке мыши изменить размер окна.

Рабочий стол.

Рабочий стол, это главная часть экрана, которая появляется при загрузке
операционной системы. Так же можно назвать рабочим столом поверхность обычного
стола, за которым вы работаете с какими либо документами, которые вы можете
разложить на столе для удобства. Так вот разработчики придумали рабочий стол и
для нашего компьютера. При открытии какой либо программы, папки или файла
однозначно они открываются на рабочем столе. На рабочий стол вы можете
размещать папки, файлы, ярлыки программ, так же у вас есть возможность
передвигать их в удобное для вас место, но после чего нужно обновить действие
на рабочем столе. Если не обновить, то после перезагрузки все ярлыки вернутся в
левую часть экрана по умолчанию, так что для обновления нажмите в пустой
области рабочего стола правой кнопкой мыши и выбираем пункт “Обновить”.

Объекты Windows.

Для взаимодействия с пользователем Windows использует
следующие видимые объекты:

Рабочий стол — это фоновое окно, которое всегда
присутствует на экране.

Окно — прямоугольник с рамкой. Windows позволяет
одновременно работать сразу с несколькими программами, поэтому на поверхности
стола могут располагаться одно или несколько окон.

Одно из всех открытых окон является активным. Активное
окно всегда располагается поверх других открытых окон. Чтобы сделать окно
активным, необходимо щелкнуть мышкой по любому месту окна. Размеры окна
произвольны. Любое окно может быть раскрыто на весь экран, либо быть средних
размеров, либо может быть свернуто. Свернутое окно изображается в панели задач.
Закрытие окна приводит к его исчезновению с поверхности стола. Закрытие окна
осуществляется при помощи соответствующей команды пункта меню или щелчком по
кнопке системного меню.

Перемещение окна. Для перемещения окна необходимо
установить указатель на строку заголовка окна или диалогового окна и
переместить его нужную позицию.

Изменение размеров окна. Размер окна на экране можно
уменьшать или увеличивать, соответственно перемещая одну или несколько его
границ. Для этого нужно установить указатель на выбранную границу, при этом он
изменит свою форму: указатель, мыши превратится в двунаправленную стрелку.
Затем, нажав и удерживая левую кнопку мыши, нужно переместить границу окна до
необходимого размера и отпустить ее. Можно двигать две смежные границы сразу,
подведя указатель на угол, соединяющий эти границы.

Строка заголовка – строка, которая находится у верхней
границы окна, и содержащая его название. Она содержит три кнопки. Слева —
кнопка свернуть, в центре – развернуть , а справа — кнопка закрыть .

Папки. Документы. Ярлыки.

Объект – файл

Вся информация (программы, документы, таблицы, рисунки и пр.) хранится
в файлах.

Под файлом понимают логически связанную совокупность
однотипных данных или программ, для размещения которой во внешней памяти
выделяется именованная область.

Файловая система обеспечивает возможность доступа к конкретному файлу
и позволяет найти свободное место при записи нового файла. Она определяет схему
записи информации, содержащейся в файлах, на физический диск.

Файлы на диске записываются в свободные кластеры, поэтому фрагменты
одного и того же файла могут находиться в разных местах диска. Относительно
производительности системы наиболее предпочтительным является такой вариант
размещения файла, когда его фрагменты занимают подряд идущие кластеры.
Windows9х использует файловые системы FAT16 и FAT32, WindowsNT – файловую
систему NTFS.

Каждый файл имеет имя и расширение. Расширение указывает
на тип файла.

Имя файла в Windows (полное, с указанием директорий, его содержащих)
может иметь до 255 символов. Расширение отделяется от имени точкой. В Windows
каждому типу файла ставится в соответствие свой значок.

Например:  Договор
аренды.doc – это файл текстового документа, созданного программой Microsoft
Word.

Вот некоторые из наиболее часто встречающихся  значков файлов:

В имени и расширении файла нельзя использовать следующие символы:
* ? \ / | : < > «

Имя файла с расширением называется собственным именем файла.

Имена устройств

Каждому дисковому накопителю в Windows присваивается свое имя следующим
образом:

A: и  B:
для устройств работы с дискетами,

C:
для жесткого диска.

Во многих случаях жесткий диск удобно разбить на самостоятельные части
(разделы). В этом случае по умолчанию каждой части присваивается свое имя C:,
D:, E:, F: и т.д. по алфавиту.

При работе с компакт-диском используется имя, обозначаемое следующей по
алфавиту буквой за именами разделов жесткого диска.

При использовании сетевых дисков и флэш — дисков им также присваиваются
имена, которыми могут быть любые неиспользованные буквы английского алфавита.
Например:

• C: , D: , E: – имена разделов жесткого диска;
• F: – имя компакт-диска;
• G: – имя сетевого диска;
• Н: – имя флэш-диска.

Объект – папка

Другим важным объектом файловой системы Windows является папка.
Папка Windows играет ту же роль, что и обычная папка для хранения документов в
делопроизводстве: она позволяет упорядочить хранение документов. В среде
Windows термин «папка» приобретает более широкое толкование — как хранилище
объектов. Поэтому естественно говорить «папка содержит файлы».

Папка (каталог) – поименованное место на диске для хранения файлов.

Значок обычной папки имеет вид . Папке присваивается имя, которое может иметь до
255 символов и записывается по тем же правилам, что и имя файла. Каждая папка
может включать в себя другие папки, документы, таблицы, рисунки и пр.

Совокупность папок образует древовидную структуру (рис.3). Если папка X
входит в папку Y, то папка Х называется вложенной папкой
 (подчиненной, подпапкой, папкой более низкого уровня).

Для открытия папки необходимо дважды щелкнуть на ее
значке. После этого откроется
окно, в котором будет представлено содержимое этой папки. Папка Y по отношению
к папке Х называется родительской (папкой более высокого уровня).

Картинка с сайта: infourok.ru

Рис.3. Пример расположения файлов и папок на диске

В случае обращения к файлу необходимо указать его путь. Путь –
это последовательность из имен логического диска, папок и вложенных папок,
разделенных символом «\».

Уникальность имени файла обеспечивается тем, что полным
именем файла считается собственное имя файла вместе с путем доступа к
нему. Понятно, что в этом случае на одном носителе не может быть двух файлов с
тождественными полными именами.

Например, полное имя файла Устав.doc, который находится
на диске С: в папке Договора, которая входит в папку Документы,
можно записать следующим образом:

Картинка с сайта: infourok.ru

Папка, с которой в данное время работает пользователь, называется
открытой (текущей) папкой.

Объект – ярлык

Важным понятием в среде Windows является ярлык.
Изображается он значком с черной стрелкой в левом углу.

Ярлык – маленький файл
(объемом 1 Кбайт) с расширением .LNK (для программ Windows) и .PIF (для
программ DOS), который содержит информацию о пути к объекту.

Таким образом, ярлык – это ссылка на какой-либо объект,
вторичное (дополнительное) изображение этого объекта, указывающая на его
местоположение. Ярлык служит для ускорения запуска программ или документов.
Объект и его ярлык обычно находятся в разных местах. Особенно эффективно
использование ярлыка тогда, когда объекты находятся на нижних уровнях
иерархической структуры подчиненности папок, а ярлыки – на верхних.

Можно создавать ярлыки программ, папок, файлов, дисков, принтеров и
т.д. Значок ярлыка повторяет значок объекта с добавленной к нему стрелкой.

Ярлык можно легко создать или уничтожить, что никак не влияет на
связанный с ним объект. У каждого объекта может быть множество ярлыков.

Примеры ярлыков:

Действия, которые можно совершать с ярлыком, аналогичны действиям над
файлами (более подробно о ярлыках здесь).

Открыть ярлык – значит открыть связанный с этим ярлыком объект. В окне Свойства
всегда можно узнать с каким объектом этот ярлык связан, где находится этот
объект, перейти к этому объекту, сменить значок ярлыка.

Использование
справочной системы.

Если
при работе с Windows у вас возникают какие-либо вопросы или трудности, система
поможет вам быстро и легко найти ответы на многие ваши вопросы. Кроме того, что
каждая программа обладает своей системой подсказок, существует общее справочное
руководство по Windows. К этому руководству можно обратиться, выбрав команду
главного меню Справка и поддержка (Help and Support). Будет запущена
справочная служба операционной системы Windows (Рис. 4.1). Появившееся окно
напоминает Web-страницу Интернета. Оно красиво оформлено и содержит ссылки на
различные темы. Кроме того, предусмотрено поле ввода для поиска справочной
информации.

Картинка с сайта: infourok.ru

Рис 4.1. Главное окно справочной системы

Обычно
ссылки выделяются в документе цветом или подчеркиванием. Указатель мыши,
проходя над ссылкой, меняет свою форму на стилизованное изображение руки. Если
щелкнуть мышью на ссылке, будет осуществлен переход на новую страницу, и она
будет загружена в рабочее окно программы просмотра справочной информации.
Щелкая мышью на интересующих вас ссылках, вы можете ознакомиться с необходимой
справочной информацией.

В данной лекции говорится о наиболее важных этапах создания ОС Windows наряду с эволюцией операционных систем, структуре системы, а также вводятся некоторые ключевые понятия.

Из курсов по теории ОС (см., например,
[
Карпов
]
,
[
Столлингс
]
) известно, что операционная система является базисной системной программой. Обычно аппаратно-программное обеспечение типовой вычислительной системы представляют в виде набора слоев (
рис.
1.1), при этом операционной системе соответствует слой между оборудованием компьютера и остальным программным обеспечением. Такое расположение позволяет ОС обеспечивать возможность рационального использования оборудования компьютера удобным для пользователя образом путем создания среды для функционирования и разработки прикладных программ.

Картинка с сайта: intuit.ru

Рис.
1.1.
Слои программного обеспечения компьютерной системы

Дружественный интерфейс между пользователем и компьютером достигается за счет абстрагирования, которое является важным методом упрощения и позволяет сконцентрироваться на взаимодействии высокоуровневых компонентов системы, игнорируя детали их реализации. В этом смысле об ОС говорят, что операционная система является абстрактной или виртуальной машиной, с которой иметь дело гораздо удобнее, нежели с низкоуровневыми элементами компьютера

Альтернативный взгляд на ОС дает представление об ОС как о менеджере ресурсов, который осуществляет упорядоченное и контролируемое распределение процессоров, памяти и других ресурсов между различными программами.

Краткая история создания ОС Windows

Первая версия описываемого ряда операционных систем — ОС Windows NT появилась в 1993 г. Краткий исторический экскурс позволяет объяснить ряд ее особенностей и отличительных черт.

Наиболее важные моменты эволюции операционных систем

Известно (
[
Карпов
]
), что операционные системы приобрели современный облик в период развития третьего поколения вычислительных машин, то есть с середины 60-х до 1980 года. В это время существенное повышение эффективности использования процессора было достигнуто за счет реализации многозадачности, в том числе вытесняющей (preemptive) многозадачности. Для поддержки псевдопараллельной работы нескольких программ и асинхронного режима работы внешних устройств в составе вычислительных систем были реализованы следующие программно-аппаратные новшества и подсистемы:

• Внедрение защитных механизмов. Защита памяти позволяет изолировать конкурирующие пользовательские программы друг от друга, а появление привилегированных и непривилегированных команд — проконтролировать доступ к распределению ресурсов.
• Реализация прерываний, оповещающих ОС о произошедших асинхронных событиях, например, о завершении операции ввода-вывода.
• Поддержка совокупности системных вызовов для организации интерфейса между прикладной программой и ОС.
• Реализация дисциплины планирования для организации очереди из программ в памяти и выделение процессора одной из программ.
• Обеспечение возможности сохранения с последующим восстановлением содержимого регистров и структур данных, необходимых для выполнения программы, при переключении процессора с одной программы на другую.
• Реализация стратегии управления памятью — чтобы упорядочить процессы размещения, замещения и выборки информации из памяти.
• Организация хранения информации на внешних носителях в виде файлов и обеспечение доступа к конкретному файлу только определенным категориям пользователей.
• Обеспечение программ средствами коммуникации и синхронизации.

К этому же периоду эволюции относится идея создания семейств программно совместимых машин различной архитектуры, работающих под управлением одной и той же операционной системы. Прошедший первую апробацию на IBM-360 данный процесс имеет результатом привычную на сегодня картину работы ОС Windows или Linux на компьютерах самой разной архитектуры.

В период четвертого поколения вычислительных машин (с 1980 г. до настоящего времени) наступила эра персональных компьютеров (ПК) с дружественным интерфейсом. Первоначально ПК имели ограниченные возможности и предназначались для использования одним пользователем в однопрограммном режиме, что повлекло за собой деградацию архитектуры этих ЭВМ и их операционных систем (в частности, пропала необходимость защиты файлов и памяти, планирования заданий и т.п.). Однако, по мере расширения возможностей ПК, рост сложности и разнообразия задач, решаемых на них, необходимость повышения надежности их работы привели к возрождению практически всех черт, характерных для архитектуры больших вычислительных систем.

В середине 80-х стали бурно развиваться сети компьютеров, в том числе персональных, работающих под управлением сетевых или распределенных операционных систем.

Онтогенез повторяет филогенез

В книге Таненбаума справедливо отмечено, что развитие операционных систем иллюстрирует известное из биологии правило «Онтогенез повторяет филогенез» — то есть развитие зародыша (онтогенез) повторяет эволюцию видов. Соответственно, каждый новый вид компьютера (мэйнфрейм, мини-компьютер, персональный компьютер, встроенный компьютер, смарт-карта и т.д.) проходит через одни и те же стадии развития. По мере совершенствования архитектуры, программирование на ассемблере сменяется программированием на языках высокого уровня. Затем компьютер обрастает дополнительным оборудованием, средствами поддержки многозадачности, простые операционные системы заменяются все более сложными. Попутно появляются централизованные файловые системы, виртуальная память и другие атрибуты полноценных операционных систем. Такой взгляд на эволюцию компьютерных архитектур имеет известную предсказательную силу. В частности, можно считать, что операционные системы Microsoft, начиная от
MS-DOS и кончая современными версиями Windows, развивались по схожему сценарию.

Архитектурные особенности операционных систем.

В настоящее время подавляющее большинство операционных систем имеет так называемый монолитный дизайн. В этом случае компоненты операционной системы являются не самостоятельными модулями, а составными частями одной большой программы. Монолитное ядро представляет собой набор процедур, каждая из которых может вызвать каждую. Все процедуры работают в привилегированном режиме. Таким образом, монолитное ядро — это такая схема операционной системы, при которой все ее компоненты являются составными частями одной программы, используют общие структуры данных и взаимодействуют друг с другом путем непосредственного вызова процедур.

Современная тенденция в разработке операционных систем состоит в перенесении значительной части системного кода на уровень пользователя и одновременной минимизации ядра. Речь идет о подходе к построению ядра, называемом микроядерной архитектурой (microkernel architecture) операционной системы, когда большинство ее составляющих являются самостоятельными программами. В этом случае взаимодействие между ними обеспечивает специальный модуль ядра, называемый микроядром. Микроядро работает в привилегированном режиме и обеспечивает взаимодействие между программами, планирование использования процессора, первичную обработку прерываний, операции ввода-вывода и базовое управление памятью. Остальные компоненты взаимодействуют путем обмена сообщениями в рамках архитектуры клиент-сервер (см.
рис.
1.2).

Картинка с сайта: intuit.ru

Рис.
1.2.
Реализация модели клиент-сервер в рамках микроядерной архитектуры

Создание ОС Windows

Как уже отмечалось, эволюция операционных систем Microsoft является хорошей иллюстрацией тезиса о повторении онтогенезом филогенеза.

Операционные системы корпорации Microsoft можно условно разделить на три группы:

• MS-DOS и MS-DOS+Windows 3.1,
• так называемые потребительские (consumer) версии Windows (Windows 95/98/Me)
• и предмет данного курса — линия ОС, ведущих свое начало от Windows NT (Windows NT/2000/XP/Vista).

Однозадачная 16-разрядная ОС MS-DOS была выпущена в начале 80-х годов и затем широко применялась на компьютерах с процессором x86. Вначале MS-DOS была довольно примитивна (деградация ОС), ее оболочка занималась, главным образом, обработкой командной строки, но в последующие версии было внесено много улучшений, заимствованных, главным образом, из ОС Unix. Затем под влиянием успехов дружественного графического интерфейса корпорации Apple для компьютеров Macintosh была разработана система Windows. Особенно широкое распространение получили версии Windows 3.0, 3.1 и 3.11. Первоначально это была не самостоятельная ОС, а скорее многозадачная (с невытесняющей многозадачностью) графическая оболочка MS-DOS, которая контролировала компьютер и файловую систему.

В 1995 г. была выпущена 32-разрядная ОС Windows 95, где была реализована вытесняющая многозадачность. ОС Windows 95 включала большой объем 16-разрядного кода, главным образом для обеспечения преемственности с приложениями MS-DOS. 16-разрядный код присутствовал и в последующих версиях этой серии Windows 98 и Windows Me. Другой проблемой данной версии Windows, во многом обусловленной той же причиной, была нереентерабельность существенной части кода ядра. Так, если один из потоков был занят модификацией данных в ядре, другой поток, чтобы не получить эти данные в противоречивом состоянии, вынужден был ждать, то есть не мог воспользоваться системными сервисами. Это, зачастую, сводило на нет преимущества многозадачности.

ОС Windows NT (New Technology) — новая 32-разрядная ОС, совместимая с предшествующими версиями Windows по интерфейсу. Работу над созданием системы возглавил Дэвид Катлер, один из ключевых разработчиков ОС VAX VMS. Ряд идей системы VMS присутствует в NT (см
рис.
1.3). Заметна преемственность в системе управления большим адресным пространством и резидентным множеством процесса, в системе приоритетов обычных процессов и процессов реального времени, в средствах синхронизации и т.д. Вместе с тем Windows NT — это совершенно новый амбициозный проект разработки системы с учетом новейших достижений в области архитектуры микроядра. Первая версия, названная Windows NT 3.1 для соответствия популярной Windows 3.1, была выпущена в 1993 г. Коммерческого успеха добилась версия Windows NT 4.0, заимствовавшая графический интерфейс Windows 95. В начале 1999 г. была выпущена Windows NT 5.0, переименованная в Windows 2000. Следующая версия этой ОС данной серии — Windows XP появилась в 2001 г., а

Windows Server 2003 — в 2003 г. В настоящее время выпущена Windows Vista, ранее известная под кодовым именем Longhorn, — новая версия Windows, продолжающая линейку Windows NT.

Объем исходных текстов ядра ОС Windows неизвестен. По некоторым оценкам, объем ядра Windows NT 3.5 составляет приблизительно 10Мб, а с каждой новой версией ОС Windows этот объем неуклонно увеличивается в полтора-два раза.

Возможности системы

Перед разработчиками системы была поставлена задача создать операционную систему персонального компьютера, предназначенную для решения серьезных задач, а также для домашнего использования. Перечень возможностей системы достаточно широк, вот лишь некоторые из них
[
Руссинович
]
,
[
Рихтер
]
. Операционная система Windows:

• является истинно 32-разрядной, поддерживает вытесняющую многозадачность;
• работает на разных аппаратных архитектурах и обладает способностью к сравнительно легкому переносу на новые аппаратные архитектуры;
• поддерживает работу с виртуальной памятью;
• является полностью реентерабельной;
• хорошо масштабируется в системах с симметричной мультипроцессорной обработкой;
• является распределенной вычислительной платформой, способной выступать в роли как клиента сети, так и сервера;
• защищена как от внутренних сбоев, так и от внешних деструктивных действий. У приложений нет возможности нарушить работу операционной системы или других приложений;
• совместима, то есть, ее пользовательский интерфейс и API совместимы с предыдущими версиями Windows и MS-DOS. Она также умеет взаимодействовать с другими системами вроде UNIX, OS/2 и NetWare;
• обладает высокой производительностью независимо от аппаратной платформы;
• обеспечивает простоту адаптации к глобальному рынку за счет поддержки Unicode;
• поддерживает многопоточность и объектную модель.

Успешность реализации этих требований будет продемонстрирована по мере изучения деталей ОС Windows. В рамках курса будут введены и впоследствии уточнены и детализированы различные понятия и термины.. Некоторые из них приведены в приложении.

Практическая работа №1. ОС Windows. (теория)

1. ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМАWINDOWS

ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА КОМПЬЮТЕРА — компьютерная программа, управляющая работой самого компьютера, а также другими компьютерными программами.

После того как операционная система Windows будет загружена в нормальном режиме, вы увидите графический интерфейс.

2. Графический интерфейс —

— средства взаимодействия пользователей с операционной системой компьютера, или пользовательской программой. Графический интерфейс пользователя (взаимодействие с компьютером организуется с помощью пиктограмм, меню, диалоговых окон и пр.).

1. Основными компонентами графического интерфейса являются:

1. рабочий стол (Desktop) ;

2. панель задач (Taskbar)

3. пиктограммы (в терминологии Microsoft — значки)

4. ярлыки;

5. окна;

6. контекстное меню;

7. Aero;

8. стартовое меню.

3. Рабочий стол (Desktop)

— появляется на экране по окончании загрузки операционной системы Windows. Здесь располагаются значки Рабочего стола Windows, ярлыки, папки.

Значки Рабочего стола — соответствуют программам или файлам. По внешнему виду файла можно определить с помощью, какой программы запускается тот или иной файл.

— например: программа MicrosoftOfficeWord.

Ярлык Рабочего стола–это не сам объект, а указатель на него. Сущность ярлыка заключается в том, что он просто указывает на место хранения основного файла. Ярлыки Рабочего стола отличаются от основных файлов стрелочкой в левом нижнем углу, а также в имени будет указано, что это ярлык.

3.1. Настройка рабочего стола.

Контекстное меню (Правая кнопка мыши) рабочего стола:

• Гаджеты – это блоки, которые будут находиться на Рабочем столе постоянно. Впрочем их можно и отключить. Например, можно сделать так, чтобы на Вашем Рабочем столе отображались красивые часы, погода, календарь, интернет — гаджеты: новости, интернет-радио, ТВ и т.д.

• Персонализация – здесь можно настроить внешний вид Рабочего стола Windows 7, изменить курсоры мыши, изменить рисунок учетной записи, настроить экран, настроить меню Пуск, изменять значки Рабочего стола Windows 7 и т. д.

• Разрешение – настройка экрана, ориентация изображения, дополнительные параметры настройки монитора, видеоадаптера и т.д.

1. Интерфейс Aero.

Одним из новшеств Windows 7 стал интерфейс Aero (хотя интерфейс Aero впервые был реализован в Windows Vista). Aero, совсем не означает «воздушности» Windows 7, это аббревиатура — Authentic, Energetic, Reflective, Open (подлинный, энергичный, отражающий и открытый).

В интерфейсе Aero содержится ряд опций:

• AeroShake – сворачивает все окна оригинальным способом, попробуйте ухватить окно за верхнюю полоску левой клавишей и удерживая кнопку буквально «потрясти это окно»результат — активное окно (которое Вы трясли) останется открытым, а остальные свернутся.

• AeroPeek – эта опция дает возможность увидеть миниокошки свернутых окон, при наведении курсора мыши в Панели задач, а также свернуть все окна наведя курсор мыши на крайнюю правую область Панели задач.

• WindowsFlip иWindowsFlip 3D – позволяет переключаться между окнами при помощи горячих клавиш Alt+Tab или Win+Tab. Их разница заключается в том, что Win+Tab показывает нам открытые окна в объемном изображении и переключение происходит как тасовка колоды карт, а Alt+Tab переключается стандартно – в плоскости.

• Aero Snap –выравнивает окно по левой или правой части экрана, достаточно ухватить окно за верхнюю полоску и перетащить до упора влево или вправо, при перетаскивании окна вверх, оно разворачивается на весь экран.

• Aero Glass – эффект матового стекла окон и панелей, то есть изображение находящееся за активным окном мутно проглядывается за активным окном.

1. Панель задач.

Назначение панели задач — для запуска приложений и перехода между ними. Каждому открытому в Windows окну на панели задач соответствует определенная кнопка. Вы можете мгновенно открыть нужное окно, просто щелкнув мышью на соответствующей кнопке панели задач.

Картинка с сайта: multiurok.ru

1. Изменение способа отображения кнопок на панели задач.

Возможны следующие варианты настройки, отображения кнопок панели задач:

• Всегда группировать, скрывать метки — этот параметр установлен по умолчанию. Каждая программа отображается как одна кнопка без метки, даже если для программы открыто несколько окон.

одна кнопка представляет и программу, и открытые окна.

• Группировать при заполнении панели задач — этот параметр определяет отображение каждого окна в виде отдельной кнопки с меткой. По мере заполнения панели задач программа с несколькими открытыми окнами сворачивается в одну кнопку программы. При нажатии кнопки отображается список открытых окон. При выборе этого значения или значения Не группировать по внешнему виду и поведению панель задач похожа на панель задач предыдущих версий Windows.

• Не группировать действие этого параметра схоже с действием параметра Группировать при заполнении панели задач с тем исключением, что кнопки не объединяются в одну, независимо от количества открытых окон. По мере открытия все большего числа программ и окон кнопки уменьшаются в размере и постепенно прокручиваются на панели задач.

1. Как настроить панель задач.

1. Откройте раздел «Свойства панели задач и меню «Пуск»», для этого:

   • нажмите кнопку «Пуск»,

   • выберите последовательно компоненты «Панель управления»

   • «Панель задач»

   • меню «Пуск«.

2. В разделе «Оформление панели задач» выберите один из следующих вариантов в списке «Кнопки панели задач»:

   • Всегда группировать, скрывать метки

   • Группировать при заполнении панели задач

   • Не группировать

3. Чтобы использовать маленькие значки, установите флажок «Использовать маленькие значки». Чтобы использовать большие значки, снимите этот флажок.

4. Нажмите кнопку ОК.

1. Стартовое меню (кнопка Пуск – расположена в левом углу Панели задач)—

предназначено, прежде всего, для запуска программ. В стартовом меню находятся меню и команды. Команды служат для запуска различных программ, а меню являются средством упорядочения стартового меню.

1. Назначение команд и меню, расположенных на первом уровне стартового меню:

• Меню Программы — содержит команды, позволяющие запускать как стандартные приложения Windows, так и другие приложения. В Windows вы можете изменять порядок, в котором расположены команды и подменю меню Программы.

• Меню избранное — содержит созданные вами ссылки на различную информацию в сети Internet.

• Меню Документы — содержит ссылки на 15 последних вызывавшихся пользователем документов.

• Меню Настройка — содержит помимо прочих команды Панель управления и Принтеры, посредством которых вы можете открыть соответственно окна Панель управления и Принтеры. С помощью первого окна можно конфигурировать аппаратные и программные средства компьютера, а второе позволяет устанавливать, удалять и конфигурировать драйверы локальных или сетевых принтеров.

• Команда Справка — можно запустить справочную систему Windows, которая поможет вам решить различные проблемы и лучше разобраться с различными программами и средствами Windows.

• Меню Найти — система Windows предоставляет в распоряжение пользователя несколько мощных утилит поиска информации.

• Команда Выполнить — вызывает одноименное окно, которое, в свою очередь, позволяет пользователю вводить команды в режиме командной строки.

• Завершение работы— позволяет пользователю корректно завершить сеанс работы с Windows, перегрузить систему или запустить ее в режиме эмуляции MS-DOS.

1. Как настроить стартовое меню Windows.

Например, добавляем пункт Видео в стартовое меню.

По умолчанию, в стартовом меню новой системы находится всего несколько ссылок на некоторые приложения и функции, среди которых вы не найдете ссылку на каталог «Видео».

Для того чтобы добавить эту ссылку:

1. Нажмите правой клавишей мыши на кнопку стартового меню «Пуск»;

2. выберите в контекстном меню пункт «Свойства»;

3. в закладке «Стартовое меню» (меню Пуск) нажмите кнопку «Настройка»;

4. теперь вы можете прокрутить список, найти пункт «Видео»

5. далее выберите режим «Отобразить» для показа ссылки в меню и нажмите «Ок».

6. После чего, пункт «Видео» появится в стартовом меню вашего компьютера.

1. Окна Windows.

Вся работа в операционной системе Windows осуществляется посредством окон.

Окно — это прямоугольная область экрана, в которой выводится определенная информация: содержимое дисков, программы, создаваемые пользователем документы, запросы и сообщения Windows. Окна можно открывать (разворачивать), закрывать, сворачивать, перемещать, упорядочивать, менять размеры.

1. Типы окон Windows.

1. Программные окна (окна приложений, рабочие ) — это окна, в которых работают загруженные в оперативную память Windows-программы. Внутри этих окон открываются окна документов.Практически все окна содержат обязательные элементы, предназначенные для управления окнами:

1. Строка заголовка

2. Значок системного меню

3. Кнопки управления

1. Сворачивания

2. распахивания/восстановления

   Структура окна Windows.

3. Закрытия

1. Строка меню

   10. Лента командных вкладок

2. Панель инструментов

3. Полосы прокрутки с бегунком, кнопками-стрелками

4. Строка состояния;

5. Панель быстрого доступа;

6. Граница окна

Содержимое программного окна зависит от назначения программы. В окнах приложений в рабочей области размещаться окна документов. Все остальные элементы окна – полосы, строки, кнопки, – являются элементами управления.

Настройка панели быстрого доступа.

— содержит основные команды, для работы с документом.

Чтобы добавить команду на панель быстрого доступа, нужно нажать кнопку из вкладки ленты и выбрать нужную кнопку.

1. Окна дисков и папок. В таких окнах отображается содержимое дисков и папок. Любую папку Windows можно открыть в своем окне. С помощью окон папок можно просмотреть всю файловую структуру дисков.

2. Окна запросов (диалоговые). Окна запросов появляются во время работы с операционной системой и приложениями, располагаясь поверх всех остальных окон на экране. В них содержится запрос какой-либо информации от пользователя или подтверждении его действий. Окна запросов нельзя изменять в размерах, сворачивать и разворачивать, их можно только закрывать. Такие окна закрываются автоматически после ответа на запрос или принудительно – щелчком на закрывающей кнопке. Для ответа на запрос диалоговые окна имеют разнообразные поля и кнопки.

Диалоговое окно может быть:

1. модальным

2. немодальным.

Модальное окно блокирует работу приложения. Пользователь должен завершить все операции с этим окном и закрыть его, чтобы вернуться в окно приложения (папки, документа).

Немодальное окно не останавливает работу приложения. Пользователь может щелчком мыши, не закрывая окна, переходить в окно приложения (документа), работать с ним, а затем щелчком возвращаться в диалоговое окно (к таким окнам можно отнести окно команды «Помощник», окна справочной системы).

Элементы диалогового окна:

Основные виды элементов:

• поле ввода – ограниченная прямоугольной рамкой область, в которую пользователь может вводить с клавиатуры текст; чтобы ввести данные в поле необходимо сначала щелкнуть в нем мышью;

• счетчик – поле с двумя кнопками справа; можно щелкнуть в него мышью и набрать значения параметра на клавиатуре или щелкать на кнопках: для увеличения параметра стрелка вверх, для уменьшениястрелка вниз;

• поле списка содержат список объектов, доступных для выбора. Если содержимое списка не помещается в видимую часть, то появляются полосы прокрутки для просмотра длинных списков, поле раскрывающегося списка в видимой части имеет только значение текущего параметра, для открытия возможных значений необходимо щелкнуть мышью на кнопке “стрелка вниз”;

• переключатели – круги с черной точкой или без нее, предназначенные для выбора одного из взаимоисключающих режимов;

• флажок – квадратное поле индикатора с меткой “галочкой” внутри или без нее, используется для включения/ выключения режима (его имя написано рядом), который может находиться во включенном или отключенном состоянии;

• кнопка контекстной справки, для вызова контекстной справки следует щелкнуть ее, а потом неизвестный элемент;

• скользящая кнопка управления (ползунок) служит для увеличения/уменьшения числового значения поля путем перемещения ползунка;

• вкладки – расположенные под строкой заголовка окна страницы, объединяющие однотипные группы запросов по установке параметров той или иной команды. Активная вкладка выводится на передний план, занимая полностью окно. Для смены вкладки достаточно щелкнуть мышью на ее названии. Можно для переключения использовать клавиатуру: вперед – Ctrl+Tab или Ctrl+Page Up, назад – Ctrl+Shift+Tab или Ctrl+Page Down;

• поле Образец служит для предварительного просмотра объекта, отображая вносимые изменения параметров.

• Кнопка ОК – сохраняет все измененные параметры;

• Кнопка Отмена – закрывает окно без сохранения измененных параметров;

• Кнопка Применить – сохраняет все измененные параметры без закрытия окна.

  

  Картинка с сайта: multiurok.ru

  

  Картинка с сайта: multiurok.ru

1. Расположение окон на экране.

1 . Если на экране открыто много окон, их можно расположить:

• Каскадом

• Стопкой

• Рядом

2.Для этого нужно:

1. Вызвать контекстно меню Панели задач

2. Выбрать соответствующую команду

Контрольные вопросы.

1. Что такое ОС?

2. Для чего предназначен графический интерфейс?

3. Перечислите основные компоненты графического интерфейса.

4. Какие элементы расположены на Рабочем столе?

5. Что такое ярлык для чего он предназначен?

6. Как настроить рабочий стол?

7. Расскажите об интерфейсе Aero.

8. Для чего нужна Панель задач?

9. Возможна ли настройка Панели задач?

10. Где находится стартовое меню?

11. Как добавить или удалить пункты в стартовое меню?

12. Что такое окно?

13. Подпишите на Рисунке элементы окна.

14. Перечислите типы окон.

15. Перечислите виды диалоговых окон.

16. Перечислите элементы диалогового окна.

17. Как изменить расположение нескольких открытых окон на экране?

Дополнительные вопросы:

1. Для чего нужен значок Мой компьютер?

2. Для чего нужна Корзина?

3. Зачем нужен значок Сетевое окружение?

4. Зачем нужна программа InternetExplorer?

Практическая работа №1.1. ОС Windows. (теория)

Проводник. Файловая система.

Вся информация (программы, документы, таблицы, рисунки и т.д.) хранятся в файлах.

Файл (от англ.слова file — досье, набор документов) – это поименованное место на диске для хранения информации.

Имя файла разделено на две части точкой: собственное имя файла (перфикс) и расширение (суффикс), определяющее его тип (программа, данные и т.д.). Собственно имя файлу дает пользователь, а его тип обычно задается программой автоматически.

Имя файла может иметь до 255 символов, а расширение до 4.

Например: Рисунок. JPG

В имени и расширении файла нельзя использовать следующие символы:

*?/\:””

Расширения в именах файлов.

К характеристикам файлов относятся:

1. Объем;

2. Атрибуты;

1. «Только для чтения» (Read-only) — означает, что файл доступен операционной системе только для чтения, т. е. в него нельзя вносить какие-либо исправления. В большинстве случаев это не означает, что исправления внести вовсе невозможно, просто при попытке изменить файл с данным атрибутом пользователю будет показано соответствующее предупреждение.

2. «Скрытый» (Hidden) — подразумевается, что файл с данным атрибутом не выводится при показе тех или иных списков файлов..

3. «Системный» (System) — файлы с атрибутом «системный» чаще всего относятся к критичным файлам операционной системы, которые нельзя удалять или изменять.

4. «Архивный» (Archive) — Изначально предполагалось, что этот атрибут будет указывать программам архивации файлы, предназначенные для резервного копирования. Другими словами, программа, осуществляющая резервное копирование файла на жестком диске, должна была сбрасывать атрибут «архивный», а программы, вносящие в последующем в этот файл какие-либо изменения, наоборот, вновь его устанавливать. Таким образом, программа резервного копирования путем проверки данного файлового атрибута могла легко определить, изменялся ли данный файл на жестком диске с момента осуществления предыдущего резервного копирования.

1. Время;

2. Дата последней модификации.

Папка (каталог)— поименованное место на диске для хранения файлов. Имя папки может иметь до 255 символов. Каждая папка может содержать несколько вложенных папок, любая из них в свою очередь тоже может содержать вложенные папки — таким путем создается иерархическая древовидная структура хранения папок на дисках компьютера. Вложенные папки принято называть подпапками.

Путь – это последовательность из имен логического диска, папок и вложенных папок, разделенных символом /.

Например:С:/Мои документы/Рисунки/фото1.JPG

Проводник предназначен для управления файловой системой. С помощью проводника можно просмотреть структуру и содержимое папок на диске.

Файловая система — это функциональная часть операционной системы, обеспечивающая выполнение операций над файлами. Файловая система позволяет работать с файлами и директориями (каталогами) независимо от их содержимого, размера, типа и т. д.Файловая система определяет общую структуру именования, хранения и организации файлов в операционной системе.

Функции файловой системы:

1. Сохранение информации на внешних носителях

2. Чтение информации из файлов

3. Удаление файлов, каталогов

4. Переименование файлов

5. Копирование файлов и др.

Поиск Файлов.

Шаблон – использование вместо имени файла символов * и ?.

Символ * обозначает любое количество символов, ? – один произвольный символ или его отсутствие.

Примеры использования шаблонов:

*.* — все файлы

*.txt — school.txt, адреса.txt

*.doc — реферат.doc, письмо.doc

c*.* — cat.avi, calc.exe

зачет?.xls — зачет1.xls, зачет2.xls

??.mp3 — ИФ.mp3, 46.mp3

*к*.doc — практика.doc, клетка.doc

Запуск проводника.

1. Вызвать контекстное меню кнопки Пуск

2. Выбрать открыть Проводник.

Структура окна Проводника:

Рабочее поле разделено на 2 области:

• Левая область отображает дерево папок

• Правая область содержимое открытой папки.

Буфер обмена ОС WINDOWS.

Буфер обмена – это участок оперативной памяти, в который временно помещается та информация, которую вы копировали или вырезали командами Правка  Копировать или Правка  Вырезать.

• Извлекается информация из буфера обмена сколь угодно много раз по команде Правка  Вставить.

• Информация в Буфере обмена будет содержаться до момента выполнения следующей команды копирования (вырезания) или до момента выключения компьютера по свойствам оперативной памяти.

• Независимо от размера информации после выполнения новой команды вся информация старое заменяется новой.

• Буфер обмена в операционной системе Windows называется clipbrd.exe и находится в C:\WINDOWS\system32.

Контрольные вопросы:

1. Что такое файл?

2. Для чего в имени файла нужно расширение?

3. Из каких частей состоит имя файла?

4. Перечислите известные вам расширения в именах файлов.

5. Перечислите характеристики файлов.

6. Что значит атрибут файла «только чтение»?

7. Что значит атрибут файла «скрытый»?

8. Что такое папка?

9. Составьте таблицу «Отличий» файла от папки.

10. Что такое Путь?

11. Что такое Файловая система и какие функции она выполняет?

12. Как запустить проводник и опишите структуру окна проводника.

13. Что такое буфер обмена?

Разновидности Windows Состав и структура Windows

Обзор операционных систем Windows

Microsoft Windows – операционные системы корпорации Microsoft, различные версии которых предназначены для широкого класса устройств – от суперкомпьютеров до встроенных систем. В настоящее время Microsoft Windows установлена на большинстве персональных компьютеров: по данным сайта анализа веб трафика StatCounter (http://gs.statcounter.com) операционные системыWindows (версий XP, Vista, 7) в августе 2012 года были установлены на 88% компьютеров в мире; в то же время по данным компании веб-аналитики Net Applications (http://marketshare.hitslink.com) Windows занимает 92% рынка настольных компьютеров и ноутбуков.

В настоящее время существует несколько семейств (family) операционных систем Windows, предназначенных для использования на разных типах компьютеров:

• семейство клиентских операционных систем Windows NT (Windows XP, Windows Vista, Windows 7, Windows 8 и др.);
• семейство серверных операционных систем Windows NT Server (Windows Server 2003, Windows Server 2008 и др.);
• семейство мобильных операционных систем Windows Mobile и Windows Phone (Windows Mobile 6, Windows Phone 7 и др.);
• семейство встроенных операционных систем реального времени Windows CE (Windows CE 7.0 и др.).

Кроме того, в прошлом выпускались 16 разрядные операционные системы (Windows 1.0, Windows 2.х, Windows 3.х) и семейство операционных систем Windows 9x (Windows 95, Windows 98, Windows Me).

В данной лекции представлен краткий обзор семейств операционных систем Microsoft Windows (рис.2.1).

увеличить изображение
Рис. 2.1. История развития семейств операционных систем Windows

16 разрядные Windows

Первой Windows была Windows 1.0, выпущенная в ноябре 1985 года. Это была не полноценная операционная система, а надстройка над операционной системой MS-DOS. Windows 1.0 предоставляла пользователю графический оконный интерфейс и возможность запускать несколько приложений одновременно (и то и другое отсутствовало в MS DOS). Сначала эту программу хотели назвать Interface Manager, но затем склонились к названию Windows («окна»), как более точно отражающему суть работы с новой программой [7]. Минимальные системные требования к памяти ограничивались 256 КБ.

В Windows 2.0 (декабрь 1987 года) были введены некоторые улучшения графического интерфейса (в частности поддержка перекрывающихся окон) и работы с памятью. Также для большего удобства стали использоваться комбинации клавиш. В мае 1988 года и в марте 1989 года появляются соответственно Windows 2.10 и Windows 2.11, поддерживающие новые на то время процессоры Intel 80286 и Intel 80386 [16].

В мае 1990 года выходит Windows 3.0 с улучшенной графикой и поддержкой виртуальной памяти. В 1992 1993 гг. появляются версии Windows for Workgroups 3.1 и 3.11, в которых имеется поддержка работы в одноранговых сетях и сетях под управлением сервера. Это были последние версии 16 разрядных Windows.

Windows 9x

В августе 1995 года выпускается Windows 95 – 32 разрядная клиентская операционная система, в которой была встроенная поддержка работы с Интернетом (браузер Internet Explorer) и модемными сетями, а также технология Plug-and-Play («подключи и работай»), позволяющая быстро подключать к компьютеру различные устройства. Впервые появилась кнопка Пуск (Start) и Панель задач (Taskbar). Windows 95 требовала минимум 4 МБ оперативной памяти [7].

На смену Windows 95 в июне 1998 года приходит Windows 98 с множеством программ для работы с Интернетом (Internet Explorer 4, Outlook Express и др.), поддержкой DVD и USB, первым появлением Панели быстрого запуска программ (Quick Launch bar). Windows 98 была последней операционной системой, основанной на MS DOS [7].

Последней версией в семействе 9x стала Windows Me (Millennium Edition, сентябрь 2000 года). Эта система была нацелена на домашних пользователей, и, следовательно, имела широкую поддержку работы с мультимедиа (Windows Media Player 7, Windows Movie Maker), Интернетом и домашними сетями.

Другим направлением развития операционных систем Windows в 90 е годы стало семейство NT.

Windows NT

В июле 1993 года была выпущена первая операционная система семейства NT – Windows NT 3.1. Есть разные варианты объяснения названия NT, самый распространенный вариант – это аббревиатура от New Technology («новая технология»).

Разработка системы, основанной на новом ядре (не MS DOS), началась в 1989 году. К новой операционной системе предъявлялись следующие основные требования [5]:

• 32 разрядность;
• поддержка многопроцессорных систем;
• поддержка вытесняющей многозадачности и виртуальной памяти;
• высокая производительность;
• возможность работы в качестве сервера и клиента;
• переносимость;
• совместимость с другими версиями Windows и MS DOS, а также частичная совместимость с UNIX;
• безопасность;
• надежность;
• поддержка Unicode.

Windows NT 3.1 соответствовала всем этим требованиям, а на ядре этой системы (конечно, с изменениями) основаны все современные версии Windows, включая Windows 8.

Windows NT 3.1 поддерживала процессоры Intel 80386, Intel 80486, MIPS R4000 и DEC Alpha [5]. Существовали клиентская и серверная версии системы – Windows NT и Windows NT Advanced Server. Windows NT, помимо других файловых систем, поддерживала специально разработанную в Microsoft файловую систему NTFS (New Technology File System).

В 1994 1996 годах последовательно выходят операционные системы Windows NT 3.5, Windows NT 3.51 и Windows NT 4.0. Целями разработки Windows NT 3.5 были повышение производительности и надежности, а также уменьшение размера системы. В Windows NT 3.51 была включена поддержка процессора IBM PowerPC. Windows NT 4.0 обладала таким же графическим интерфейсом как и система Windows 95 [5].

Windows 2000, вышедшая в декабре 1999 года, разрабатывалась в качестве системы для профессиональных пользователей, объединяющей два направления – Windows 9x и Windows NT [7]. Система Windows 2000 включала Active Directory (служба и базу данных ресурсов для управления большими сетями) и поддержку значительного числа Plug-and Play устройств, в том числе беспроводных сетей, USB, IEEE 1394 и др. Существовало 4 версии Windows 2000 – одна клиентская (Professional) и три серверных (Server, Advanced Server и Datacenter Server). Windows 2000 была последней системой, для которой выпускались одновременно клиентские и серверные версии.

Следующим шагом стало объединение обоих направлений клиентских систем: и систем для профессиональных пользователей (Windows 2000 Professional), и систем для домашних пользователей (Windows Me). Результатом такого объединения стала операционная система Windows XP (август 2001 года). Благодаря своей стабильности, скорости и удобному интерфейсу, Windows XP стала (и до сих пор является) одной из самых распространенных операционных систем в мире. Важным шагом явилось появление 64 разрядных версий Windows XP (Windows XP 64-bit Edition). Количество строк кода в Windows XP – 45 миллионов [7].

В марте 2003 года выходит серверная операционная система Windows Server 2003, имеющая большую производительность и поддерживающая более мощное оборудование, чем Windows 2000. Система имеет 4 основные версии: Web, Standard, Enterprise и Datacenter. Например, версия Datacenter поддерживает 64 процессора и до 64 ГБ оперативной памяти (до 512 ГБ на 64 разрядных платформах).

Клиентская операционная система Windows Vista вышла в ноябре 2006 года. Акцент при разработке этой системы был сделан на безопасность – контроль учетных записей пользователей (User Account Control), шифрование дисков (BitLocker Drive Encryption), антишпионское программное обеспечение (Windows Defender) и др. В Windows Vista был также изменен пользовательский интерфейс, в частности поменяла вид кнопка Пуск (Start).

В феврале 2008 года появилась операционная система Windows Server 2008, основанная на коде Windows Vista – поэтому большая часть нововведений Windows Vista перешла и в Windows Server 2008.

В июле 2009 года выходит Windows 7, отличающаяся расширенной поддержкой ноутбуков и планшетов. Основные особенности Windows 7 – новые приемы работы с окнами, мгновенный поиск информации на компьютере, поддержка сенсорных экранов (Windows Touch), большие возможности по настройке оформления рабочей среды.

В 2012 году Microsoft выпускает новейшие версии операционных систем – клиентскую Windows 8 (октябрь 2012 года) и серверную Windows Server 2012 (сентябрь 2012 года). Windows 8 – операционная система, одинаково рассчитанная как на обычные настольные компьютеры и ноутбуки, так и на планшетные компьютеры, завоевавшие в последнее время существенную долю всего рынка персональных компьютеров (см. лекцию 3 «Windows 8»).

Windows CE

Windows CE – операционная система реального времени для встраиваемых систем. Символы «CE», по утверждению Microsoft, обозначают «Compact, Connectable, Compatible, Companion, Efficient»1 . В настоящее время эта система имеет официальное название Windows Embedded Compact (http://www.microsoft.com/windowsembedded).

Windows CE поставляется разработчикам устройств в виде набора компонентов, из которых можно создать операционную систему для конкретного устройства. Например, операционные системы Windows Mobile построены на основе Windows CE.

Первая версия Windows CE 1.0 появилась в 1996 году и была разработана как урезанная версия Windows 95. В дальнейшем команда разработчиков Windows CE сотрудничала с командой Windows 2000, затем Windows CE развивалась как независимая система.

На сентябрь 2012 года последней версией является Windows CE 7.0.

Windows Mobile и Windows Phone

Windows Mobile – операционная система для смартфонов и карманных персональных компьютеров (КПК, Personal Digital Assistant – PDA), основанная на Windows CE.

Первые версии операционных систем этого семейства назывались Pocket PC (2000 год). С 2003 года утвердилось наименование Windows Mobile – были выпущены операционные системы Windows Mobile 2003, Windows Mobile 5, Windows Mobile 6. Последней версией с таким названием стала система Windows Mobile 6.5 (2009 год).

С октября 2010 года Microsoft выпустила новую операционную систему для мобильных устройств – Windows Phone 7, несовместимую с Windows Mobile, хотя и основанную также на Windows CE. В Windows Phone 7 появился новый пользовательский интерфейс, в настоящее время называемый Modern UI.

В октябре 2012 года ожидается выход Windows Phone 8, основанной на ядре Windows NT.

Архитектура Windows

Общая схема архитектуры

Windows представляет собой операционную систему с гибридным ядром (см. лекцию 1 «Введение в операционные системы»). В ней основные системные функции по управлению процессами, памятью, устройствами, файловой системой и безопасностью реализованы в компонентах, работающих в режиме ядра; но существует ряд важных системных компонентов пользовательского режима, например системные процессы входа в систему, локальной аутентификации, диспетчера сеансов, а также подсистемы окружения.

Архитектура Windows представлена на рис.4.1 [5; 2].

Рис. 4.1. Архитектура Windows

Компоненты пользовательского режима

В пользовательском режиме работают следующие виды процессов:

• системные процессы (system processes) – компоненты Windows, отвечающие за решение критически важных системных задач (т. е. аварийное завершение одного из этих процессов вызывает крах или нестабильную работу всей системы), но выполняемые в пользовательском режиме. Основные системные процессы:

• Winlogon.exe – процесс входа в систему и выхода из неё;
• Smss.exe (Session Manager – диспетчер сеансов) – процесс выполняет важные операции при инициализации системы (загрузка необходимых DLL, запуск процессов Winlogon и Csrss и др.), а затем контролирует работу Winlogon и Csrss;
• Lsass.exe (Local Security Authentication Subsystem Server – сервер подсистемы локальной аутентификации) – процесс проверяет правильность введенных имени пользователя и пароля;
• Wininit.exe – процесс инициализации системы (например, запускает процессы Lsass и Services);
• Userinit.exe – процесс инициализации пользовательской среды (например, запускает системную оболочку – по умолчанию, Explorer.exe);
• Services.exe (SCM, Service Control Manager – диспетчер управления службами) – процесс, отвечающий за выполнение служб – см. ниже;

• службы (сервисы, services) – приложения, работающие в фоновом режиме и не требующие взаимодействия с пользователем. Службы могут быть как частью операционной системы (например, Windows Audio – служба для работы со звуком, или Print Spooler – диспетчер печати), так и частью пользовательского приложения (например, служба СУБД SQL Server). За службы отвечает системный процесс Services.exe;
• пользовательские приложения (user applications) ¬– прикладные программы, запускаемые пользователем;
• подсистемы окружения (environment subsystems) – компоненты, предоставляющие доступ приложениям к некоторому подмножеству системных функций. Windows поддерживает две подсистемы окружения:

• собственно Windows – при помощи данной подсистемы выполняются 32 разрядные приложения Windows (Win32), а также 16 разрядные приложения Windows (Win16), приложения MS DOS и консольные приложения (Console). За подсистему Windows отвечает системный процесс Csrss.exe и драйвер режима ядра Win32k.sys;
• POSIX (Portable Operating System Interface for UNIX – переносимый интерфейс операционных систем UNIX) – подсистема для UNIX-приложений. Начиная с Windows Server 2003 R2 компонент, реализующий эту подсистему, называется SUA (Subsystem for UNIX-based Applications). Компонент не устанавливается в Windows по умолчанию.

Все перечисленные процессы пользовательского режима (кроме подсистемы POSIX1) для взаимодействия с модулями режима ядра используют библиотеки Windows DLL (Dynamic Link Library – динамически подключаемая библиотека). Каждая DLL экспортирует набор Windows API функций, которые может вызывать процесс.

Windows API (Windows Application Programming Interface, WinAPI) – это способ взаимодействия процессов пользовательского режима с модулями режима ядра. WinAPI включает тысячи функций и хорошо документирован [10].

Основные Windows DLL следующие:

• Kernel32.dll – базовые функции, в том числе работа с процессами и потоками, управление памятью и вводом выводом;
• Advapi32.dll – функции, в основном связанные с управлением безопасностью и доступом к реестру;
• User32.dll – функции, отвечающие за управление окнами и их элементами в GUI приложениях (Graphical User Interface – графический интерфейс пользователя);
• Gdi32.dll – функции графического пользовательского интерфейса (Graphics Device Interface, GDI), обеспечивающие рисование на дисплее и принтере графических примитивов и вывод текста.

Библиотека Ntdll.dll экспортирует в большинстве своем недокументированные системные функции, реализованные, в основном, в Ntoskrnl.exe. Набор таких функций называется Native API («родной» API).

Библиотеки Windows DLL преобразуют вызовы документированных WinAPI функций в вызовы функций Native API и переключаютпроцессор на режим ядра.

Компоненты режима ядра

Диспетчер системных сервисов (System Service Dispatcher) работает в режиме ядра, перехватывает вызовы функций от Ntdll.dll, проверяет их параметры и вызывает соответствующие функции из Ntoskrnl.exe.

Исполнительная система и ядро содержатся в Ntoskrnl.exe (NT Operating System Kernel – ядро операционной системы NT) (по поводу использования термина «ядро» в Windows см. лекцию 1 «Введение в операционные системы»).

Исполнительная система (Executive) представляет собой совокупность компонентов (называемых диспетчерами – manager), которые реализуют основные задачи операционной системы:

• диспетчер процессов (process manager) – управление процессами и потоками (см. лекцию 6 «Процессы и потоки»);
• диспетчер памяти (memory manager) – управление виртуальной памятью и отображение её на физическую (см. лекцию 8 «Управление памятью»);
• монитор контроля безопасности (security reference monitor) – управление безопасностью (см. лекцию 9 «Безопасность»);
• диспетчер ввода вывода (I/O manager), диспетчер кэша (cache Manager), диспетчер Plug and Play (PnP Manager) – управление внешними устройствами и файловыми системами (см. лекцию 10 «Управление устройствами» и лекцию 11 «Файловая система NTFS»);
• диспетчер электропитания (power manager) – управление электропитанием и энергопотреблением;
• диспетчер объектов (object manager), диспетчер конфигурации (configuration manager), механизм вызова локальных процедур (local procedure call) – управление служебными процедурами и структурами данных, которые необходимы остальным компонентам.

Ядро (Kernel) содержит функции, обеспечивающие поддержку компонентам исполнительной системы и осуществляющие планирование потоков (см. лекцию 7 «Планирование потоков»), механизмы синхронизации, обработку прерываний.

Компонент Windows USER и GDI отвечает за пользовательский графический интерфейс (окна, элементы управления в окнах – меню, кнопки и т. п., рисование), является частью подсистемы Windows и реализован в драйвере Win32k.sys.

Взаимодействие диспетчера ввода вывода с устройствами обеспечивают драйверы (drivers) – программные модули, работающие в режиме ядра, обладающие максимально полной информацией о конкретном устройстве (драйверы подробнее рассматриваются в лекции 10 «Управление устройствами»).

Однако, и драйверы, и ядро не взаимодействуют с физическими устройствами напрямую – посредником между программными компонентами режима ядра и аппаратурой является HAL (Hardware Abstraction Layer) – уровень абстрагирования от оборудования, реализованный в Hal.dll. HAL позволяет скрыть от всех программных компонентов особенности аппаратной платформы (например, различия между материнскими платами), на которой установлена операционная система.

Контрольные вопросы

• Перечислите основные семейства операционных систем Windows и дайте их краткую характеристику.
• Назовите основных представителей 16 разрядных Windows.
• Перечислите основные отличия операционных систем Windows NT от Windows 9x.
• Чем отличаются клиентские и серверные версии Windows NT?
• Охарактеризуйте операционные системы семейства Windows CE.
• Охарактеризуйте операционные системы семейства Windows Mobile/Windows Phone.
• К какому типу ядер в большей степени относится Windows NT, к монолитным или микроядрам? Ответ обоснуйте.
• Перечислите основные компоненты пользовательского режима.
• Перечислите основные компоненты режима ядра.
• Что такое Windows API? Где можно найти информацию по этому вопросу?
• Каковы основные функции исполнительной системы, входящей в состав Ntoskrnl.exe?
• Каковы основные функции ядра, входящего в состав Ntoskrnl.exe?
• Что такое HAL?