В средах микрокомпьютеров используются буквально тысячи операционных систем. Сложность каждой из них обычно зависит от сложности осуществления тех задач, на решение которых ориентируется микрокомпьютер.
Операционная система, управляющая смесью горючего в моторе автомобиля, является достаточно простой, однако ОС для многопользовательских компьютерных систем, которая управляет несколькими терминалами, оказывается уже относительно сложной.
Вся ОС для контроллера горючего помещается в одном единственном небольшом ПЗУ. Как только подается питание, устройство начинает управлять блоком, перезапускает систему и проверяет ее. В процессе нормальной работы ОС отображает состояние входных параметров датчика: ускорение, влажность и т.п., и регулирует клапаны подачи воздушно-горючей смеси согласно предварительно определенным значениям, хранящимся в ПЗУ.
В больших многопользовательских системах ОС хранятся на дисках и имеют разделы, загружаемые при необходимости в ОЗУ. Упомянутая разновидность ОС должна управлять несколькими частями аппаратного оборудования, управлять файлами, созданными и используемыми многочисленными пользователями, обеспечивать безопасность информации каждого из пользователей и.управлять передачей информации между различными станциями. Операционная система ответственна за то, чтобы каждая из станций была оснащена пользовательским интерфейсом, способным воспринимать команды и данные от пользователя. Этот интерфейс может быть интерпретатором команд или графическим интерфейсом пользователя.
Сложные ОС обычно содержат несколько миллионов строк компьютерных инструкций. Именно из-за этой сложности ОС обычно создаются в виде набора модулей, каждый из которых реализует ту или иную функцию системы. Операционная система для контроллера горючей смеси чаще всего одномодульная. Тем не менее, многопользовательские ОС состоят из центрального модуля, называемого ядром (kernel), диспетчера задач, планировщика, диспетчера локальных файлов и набора модулей для выполнения других задач.
Двумя основными разновидностями ОС являются:
- Однозадачные системы
- Многозадачные системы
В однозадачной системе ОС имеет дело только с одной задачей. Такие ОС могут работать в режиме пакетной обработки или в интерактивном режиме. В пакетном режиме ОС выполняет одну программу вплоть до ее завершения. В интерактивном режиме работу программы можно изменить за счет ввода данных с внешних источников, например, с датчиков или интерфейсных устройств.
В многозадачных системах ОС разработана так, что может выполнять одновременно несколько задач. Задача — это часть программы, выполняемая в текущий момент. Компьютерные программы состоят из нескольких задач, выполнять которые можно как по отдельности, так и в виде блока. Задачи, в свою очередь, могут состоять из нескольких потоков, выполнение которых может происходить независимо. Поток представляет собой раздел программы, на выполнение которого ОС распределяет время, обеспечивая тем самым параллельное выполнение нескольких потоков.
Многозадачная система разбивает задачи, связанные с процессом, на несколько потоков (threads). Обычно один поток может поддерживать видеовывод, другой — ввод от мыши, третий — отвечать за работу принтера.
Многозадачный режим работы можно организовать в виде одного из следующих вариантов:
- Многопользовательский
- Многозадачный
- Многопроцессорный
В многопользовательских (multiuser) и многозадачных (multitasking) режимах возможность одновременного выполнения операций обеспечивается переключением между различными задачами в заранее установленном порядке. Многопользовательская система переключается между различными пользователями, которые находятся в разных местах, тогда как многозадачные системы переключаются между различными приложениями, расположенными в одном месте.
В обоих случаях каждый раз при переключении необходимо сохранять информацию, относящуюся к первой задаче, и загружать данные, связанные с новой задачей. Работу функции переключения отслеживает модуль ОС, ответственный за планирование выполнения процессов.
В многопроцессорной (multiprocessor) операционной системе задания распределяются между несколькими микропроцессорами. Подобный способ выполнения операций обычно называют параллельной обработкой.
Хотя в простых микрокомпьютерах вся ОС хранится в ПЗУ, все же в большинстве микрокомпьютеров для загрузки ОС в ОЗУ запускается процесс инициализации (начальной загрузки). Он содержит предписания, согласно которым ОС загружается в память небольшой программой, называемой Bootstrap Loader (Начальный загрузчик ОС). Операционную систему можно загрузить из ПЗУ, жесткого диска или другого компьютера. Термин начальная загрузка отражает тот факт, что ОС инициализирует сама себя с помощью своих внутренних резервов самозагрузки; в случае загрузки с диска более мощных файлов ОС необходимо существенно усилить встроенные вычислительные средства. В персональных компьютерах операция инициализации является одной из функций ПЗУ BIOS.
