Какая программа запускает компьютер

Обновлено: 21.11.2024

Немногие программисты когда-либо пытались создать операционную систему, и многие из тех, кто пытался это сделать, так и не создали работающую систему.

Однако, если вы дойдете до финиша и создадите функциональную операционную систему, вы присоединитесь к элитной группе высококлассных программистов.

Нужен веб-хостинг?

Если вы запускаете новый сайт или просто ищете новый веб-хостинг, обратитесь к одному из наших лучших хостинг-провайдеров:

Блюхост

SiteGround

GreenGeeks

Что такое операционная система?

У первых компьютеров не было операционных систем.
Каждая программа, которая работала на этих ранних системах, должна была включать весь код, необходимый для запуска компьютера, связи с подключенным оборудованием и выполнения вычислений, для которых программа фактически предназначалась. Эта ситуация означала, что даже простые программы были сложными.

По мере того как компьютерные системы диверсифицировались, становились все более сложными и мощными, писать программы, которые функционировали как операционная система и полезное приложение, становилось все более непрактичным.

В ответ на это владельцы отдельных мейнфреймов начали разрабатывать системное программное обеспечение, упрощающее написание и выполнение программ, и так появились операционные системы.

Вместо этого компьютерные приложения могут быть написаны так, чтобы их запускала операционная система, в то время как операционная система заботится о ресурсах компьютера и подключенном периферийном оборудовании, таком как принтеры и устройства чтения перфокарт.

Краткая история операционных систем

Первая операционная система была создана компанией General Motors в 1956 году для работы на одном мейнфрейме IBM. Другие владельцы мейнфреймов IBM последовали этому примеру и создали свои собственные операционные системы.

Как вы можете себе представить, самые ранние операционные системы сильно различались от одного компьютера к другому, и хотя они упрощали написание программ, они не позволяли использовать программы более чем на одном мейнфрейме без полной перезаписи.

В 1960-х годах IBM стала первым производителем компьютеров, который взял на себя задачу разработки операционных систем и начал распространять операционные системы вместе со своими компьютерами.

Однако IBM была не единственным поставщиком, создававшим операционные системы в то время. Control Data Corporation, Computer Sciences Corporation, Burroughs Corporation, GE, Digital Equipment Corporation и Xerox также выпустили операционные системы для мэйнфреймов в 1960-х годах.

В конце 1960-х годов была разработана первая версия операционной системы Unix. Написанная на C и доступная бесплатно в первые годы своего существования, Unix легко портировалась на новые системы и быстро получила широкое признание.

Многие современные операционные системы, включая Apple OS X и все разновидности Linux, восходят к Unix.

Microsoft Windows была разработана в ответ на запрос IBM на операционную систему для ряда персональных компьютеров.

Первая операционная система, созданная Microsoft, называлась не Windows, а MS-DOS. Она была создана в 1981 году путем приобретения операционной системы 86-DOS у Seattle Computer Products и модификации ее в соответствии с требованиями IBM.

Название Windows впервые было использовано в 1985 году, когда был создан графический интерфейс пользователя, сопряженный с MS-DOS.

Apple OS X, Microsoft Windows и различные формы Linux (включая Android) в настоящее время занимают большую часть рынка современных операционных систем.

Части операционной системы

Операционные системы состоят из двух основных частей:

Ядро — это сердце операционной системы. Это первая программа, загружаемая при включении компьютера, она управляет ресурсами компьютера и обрабатывает запросы от системных программ и приложений.

Системные программы выполняются поверх ядра. Они не используются для выполнения полезной работы, а являются программами, необходимыми для подключения ядра к пользовательским приложениям и периферийным устройствам. Драйверы устройств, файловые системы, сетевые программы и системные утилиты, такие как дефрагментация диска, — все это примеры системных программ.

Прикладные программы не являются частью операционной системы и используются для выполнения полезной работы. Приложения для обработки текстов, браузеры и мультимедийные проигрыватели являются распространенными типами прикладных программ. Прикладные программы управляются и включаются ядром и используют системные программы для доступа к периферийным устройствам и оборудованию компьютера.

Что вам нужно знать

Базовые знания информатики;
Теория компьютерного программирования и лучшие практики;
Языки программирования низкого и высокого уровня.

Изучайте информатику

Разработка ОС отличается от веб-разработки. Это не то, во что вы можете прыгнуть и научиться на ходу. Прежде чем переходить к другим темам, вам необходимо создать прочную основу в области компьютерных наук.

Вот несколько ресурсов для начала:

Coursera: Computer Science 101 – это курс, который вы должны пройти в первую очередь, если вы новичок в области компьютерного программирования и информатики.

Если у вас есть немного знаний и опыта, пропустите этот курс в пользу вариантов Udacity of edX. Однако, если вы новичок в этой области, этот курс использует подход без предварительного опыта для введения в темы информатики и программирования.

В Udacity: Intro to Computer Science используется подход веб-разработки к обучению информатике. Хотя это и не применимо напрямую к созданию операционной системы, это хороший курс, который предоставляет полезную информацию и дает хороший обзор основ компьютерного программирования.

edX: Introduction to Computer Science – это наиболее полный и углубленный курс по информатике в этом списке. Этот бесплатный курс для самостоятельного изучения был разработан Гарвардским университетом и повторяет содержание одноименного курса, предлагаемого в кампусе Гарвардского университета.

В этом обширном курсе вы узнаете об алгоритмах, структурах данных, управлении ресурсами, разработке программного обеспечения и познакомитесь с такими языками программирования, как C, PHP и JavaScript.

Изучайте программирование

Если вы хорошо разбираетесь в компьютерных науках и имеете ограниченный опыт работы с языками программирования, следующим шагом будет научиться решать крупномасштабные проекты по программированию.

Udacity: процесс разработки программного обеспечения — это отличный курс, который должен пройти каждый, если он никогда раньше не занимался масштабным сложным проектом по программированию. В этом курсе вы изучите инструменты и методы рабочего процесса и управления, такие как Git, и узнаете, как настроить интегрированную среду разработки.

Изучайте языки программирования

Чтобы разработать операционную систему, вам необходимо освоить как минимум два языка программирования:

Низкоуровневый ассемблер;
Язык программирования высокого уровня.

Языки ассемблера используются для прямого взаимодействия с ЦП. Каждый тип ЦП говорит на машинном языке, и для каждого типа ЦП существует только один соответствующий язык ассемблера. Наиболее распространенной компьютерной архитектурой является x86, она была первоначально разработана Intel и в настоящее время используется широким кругом производителей компьютерных микросхем, включая AMD, VIA и многие другие. В этом руководстве мы укажем вам направление изучения языка ассемблера x86.

Языки программирования высокого уровня работают с несколькими компьютерными архитектурами. C — язык программирования, наиболее часто используемый и рекомендуемый для написания операционных систем. По этой причине мы собираемся рекомендовать изучение и использование C для разработки ОС. Однако можно использовать и другие языки, такие как C++ и Python.

Язык ассемблера x86

Руководство по ассемблеру x86 – отличное место для начала изучения ассемблера. Этот краткий документ содержит краткий обзор языка ассемблера x86 и подготовит почву для более сложных ресурсов, к которым вы перейдете в следующий раз.

Программирование с нуля Джонатана Бартлетта – одна из определяющих книг по ассемблеру. В этой книге язык ассемблера используется в качестве основы для изучения информатики и программирования. Этот ресурс также доступен в Интернет-архиве.

Рэнди Хайд "Искусство языка ассемблера" — еще один культовый текст в мире обучения языку ассемблера. Первоначально написанный специально для курсов Хайда по программированию в Калифорнийском политехническом университете и Калифорнийском университете в Риверсайде, текст был выпущен в виде электронной книги в формате HTML в середине 1990-х годов и признан определяющей работой в этой области. Текст также размещен в виде серии PDF-файлов Yale FLINT Group.

Пошаговое руководство по языку ассемблера: программирование в Linux, автор Джефф Дантеманн;
Современное программирование на языке ассемблера X86, Дэниел Куссвурм.

Существует множество языков программирования высокого уровня, которые вы можете изучить, и множество различных ресурсов, которые вы можете использовать для их изучения. Наша рекомендация, и эта рекомендация чаще всего повторяется сообществом разработчиков ОС, состоит в том, чтобы изучить C, и мы нашли несколько отличных ресурсов, которые превратят вас в компетентного программиста C.

Получите краткий обзор языка программирования C, выполнив это руководство по C. Этот ресурс не сделает вас экспертом, но даст хорошее базовое понимание языка и подготовит к работе с более сложными темами и ресурсами.

Learn C the Hard Way – это бесплатная электронная книга в формате HTML, содержащая множество практических упражнений. Этот текст проведет вас через весь язык программирования C, и если вы потрудитесь, не торопитесь и выполните все упражнения, то к тому времени, когда вы начнете, вы уже будете на пути к тому, чтобы стать компетентным программистом на C. завершить это руководство.

Если вы, скорее всего, проработаете традиционный учебник, эти два учебника являются одними из самых популярных для освоения языка программирования C.

Язык программирования C Кернигана и Ритчи;
Руководство по программированию на C для начинающих Перри и Миллера.

Руководства по разработке ОС

После того, как вы хорошо разберетесь в фундаментальных концепциях информатики и программирования, а также освоите язык ассемблера и C, следующим шагом станет изучение одного или двух учебных пособий по разработке ОС, в которых рассматривается весь процесс разработки простой ОС. с нуля. Мы нашли три отличных ресурса, которые делают именно это.

Linux From Scratch проведет вас через процесс создания полноценной операционной системы Linux. Полностью этот учебник не создаст полноценную операционную систему, но он даст вам прочную базу кода, на которой можно построить полную операционную систему. Воспользуйтесь расширенными руководствами, такими как Beyond Linux from Scratch, Automated Linux from Scratch, Cross Linux from Scratch или Hardened Linux from Scratch, чтобы превратить базовую ОС в полезное программное обеспечение.

Небольшая книга о разработке ОС, написанная Эриком Хелином и Адамом Ренбергом, была разработана как часть углубленного курса компьютерных наук, который авторы прошли, будучи студентами Королевского технологического института в Стокгольме. В этом курсе рассматривается весь процесс разработки операционной системы x86, начиная с настройки среды программирования, заканчивая программированием для многозадачности и попутно затрагивая такие темы, как управление системной памятью и разработка файловых систем.

Современные операционные системы Таненбаума и Боса;
Дизайн операционной системы UNIX Мориса Баха;
Концепции операционных систем Зильбершатца, Галвина и Ганя.

Сообщества разработчиков ОС

Когда вы начинаете путь разработчика ОС, есть несколько мест, где вы можете найти других разработчиков ОС, у которых можно поучиться и посочувствовать:

это вики с большим количеством информации о разработке ОС, а также форум, где вы можете встретиться и получить отзывы от других программистов-единомышленников. на Reddit — отличное сообщество, где вы можете узнать о разработке ОС и насладиться моментом легкомыслия, когда задача разработки ОС становится слишком сложной. , Programmers и StackOverflow от StackExchange — это места, где вы можете задавать технические вопросы другим программистам, когда сталкиваетесь с проблемой, которую не можете решить самостоятельно.

Обзор

Изучение разработки под ОС – одна из самых сложных задач программирования, которые вы можете выполнить. Тем не менее, если вы преуспеете в создании работающей ОС, вы станете компетентным программистом и тем, кто глубоко понимает, как процессоры, аппаратное обеспечение и компьютерные программы работают вместе, чтобы создать то, что остальной мир считает само собой разумеющимся функционирующим компьютером.< /p>

Дальнейшие шаги. Ищете веб-хостинг? Ознакомьтесь с нашим руководством по веб-хостингу и рекомендуемыми хостингами.

Также см. другие наши руководства по языкам программирования.

Сравните популярные планы веб-хостинга

Нужен отличный веб-хостинг? Хотите сэкономить время? Лучше всего начать с этого короткого списка:

Компьютер без запущенной программы — это просто кусок электроники. Первое, что должен сделать компьютер при включении, это запустить специальную программу, называемую операционной системой. Задача операционной системы — помогать другим компьютерным программам работать, обрабатывая сложные детали управления аппаратным обеспечением компьютера.

Обзор процесса загрузки

Процесс загрузки происходит каждый раз, когда вы включаете компьютер. Вы этого не видите, потому что это происходит так быстро. Вы нажимаете кнопку питания, возвращаетесь через несколько минут, и Windows XP, или Windows Vista, или любая другая операционная система, которую вы используете, загружается.

Микросхема BIOS указывает ему искать в фиксированном месте, обычно на жестком диске с наименьшим номером (загрузочный диск), специальную программу, называемую загрузчиком (в Linux загрузчик называется Grub или LILO). Загрузчик загружается в память и запускается. Задача загрузчика — запустить настоящую операционную систему.

Функции BIOS

POST (самотестирование при включении) Самотестирование при включении выполняется каждый раз, когда вы включаете компьютер. Звучит сложно, потому что так оно и есть. Ваш компьютер делает так много, когда он включен, и это только часть этого.

Он инициализирует различные аппаратные устройства. Это важный процесс, обеспечивающий бесперебойную работу всех устройств без каких-либо конфликтов. BIOS, следующие за ACPI, создают таблицы, описывающие устройства в компьютере.

Сначала POST проверяет BIOS, а затем тестирует CMOS RAM. Если с этим проблем нет, POST продолжает проверять ЦП, аппаратные устройства, такие как видеокарта, дополнительные устройства хранения, такие как жесткий диск, дисководы гибких дисков, Zip-диск или дисководы CD/DVD. Если обнаружены какие-либо ошибки, то на экране отображается сообщение об ошибке или раздается несколько звуковых сигналов. Эти звуковые сигналы известны как звуковые коды POST.

Главная загрузочная запись

Главная загрузочная запись (MBR) — это небольшая программа, которая запускается при загрузке компьютера для поиска операционной системы (например, Windows XP). Этот сложный процесс (называемый процессом загрузки) начинается с POST (самотестирование при включении питания) и заканчивается, когда Bios ищет MBR на жестком диске, который обычно находится в первом секторе, первой головке, первом цилиндре (цилиндр 0). , головка 0, сектор 1).

Типичная структура выглядит следующим образом:

Загрузчик начальной загрузки хранится в СППЗУ, ПЗУ или другой энергонезависимой памяти компьютера. Когда компьютер включается или перезагружается, он сначала выполняет самотестирование при включении питания, также известное как POST. Если POST прошел успешно и проблем не обнаружено, загрузчик начальной загрузки загрузит операционную систему компьютера в память. После этого компьютер сможет быстро получить доступ, загрузить и запустить операционную систему.

инициализировать

5 –> Полный многопользовательский режим с сетью и X display manager

Приведенный выше дизайн init называется SysV, что произносится как System Five. На данный момент написано несколько других реализаций init. Некоторые из популярных реализаций — это systemd и upstart. Upstart используется в Ubuntu с 2006 года. Более подробную информацию о выскочке можно найти здесь.

Следующим шагом инициализации является запуск различных демонов, поддерживающих сетевые и другие службы. Демон X-сервера — один из самых важных демонов. Он управляет дисплеем, клавиатурой и мышью. Когда запущен демон X-сервера, вы увидите графический интерфейс и экран входа в систему.

Пожалуйста, напишите комментарии, если вы обнаружите что-то неправильное или хотите поделиться дополнительной информацией по теме, обсуждаемой выше.

"Программное обеспечение" — это общая категория кода, работающего на оборудовании. Если аппаратное обеспечение — это пианино, то программное обеспечение — это музыка. Обычный случай — это «программа», такая как Firefox — программное обеспечение, которое вы запускаете на своем компьютере для решения конкретной проблемы. Компьютер может запускать несколько программ одновременно и несет ответственность за разделение их памяти.

ЦП понимает низкоуровневый язык "машинного кода" (также известный как "собственный код"). Язык машинного кода встроен в конструкцию аппаратного обеспечения ЦП; это не то, что можно изменить по желанию. Каждое семейство совместимых ЦП (например, очень популярное семейство Intel x86) имеет свой собственный уникальный машинный код, несовместимый с машинным кодом других семейств ЦП.

Что такое программа/приложение?

Что такое программа или приложение?
- напр. Фаерфокс
Firefox состоит из миллионов инструкций машинного кода.
- Запускается сверху вниз (прямо как Javascript!)
- Появляется окно Firefox (первые 1000 инструкций)
- Появляются его меню (следующие 1000)
- Курсор мигает в ожидании ввода
Инструкции, при запуске которых выполняются действия "Firefox".
Firefox.exe — это файл в файловой системе размером 80 МБ
(«.exe» — это соглашение Windows для названия файла программы)
Файл Firefox.exe в основном состоит из инструкций машинного кода.
Каждая инструкция имеет размер, скажем, 4 байта
Firefox.exe размером 80 МБ содержит около 20 миллионов машинных инструкций.

Машинный код определяет набор отдельных инструкций. Каждая инструкция машинного кода чрезвычайно примитивна, например, сложение двух чисел или проверка того, равно ли число нулю. При сохранении каждая инструкция занимает всего несколько байтов. Когда мы говорили ранее, что ЦП может выполнять 2 миллиарда операций в секунду, мы имели в виду, что ЦП может выполнять 2 миллиарда строк машинного кода в секунду.

Программа, такая как Firefox, состоит из последовательности миллионов очень простых инструкций машинного кода. Немного сложно поверить, что что-то столь богатое и сложное, как Firefox, может быть построено из инструкций, которые просто складывают или сравнивают два числа, но именно так это и работает. Песчаная скульптура может быть богатой и сложной, если смотреть на нее с расстояния, даже если отдельные песчинки чрезвычайно просты.

Как работает программа?

ЦП запускает «цикл выборки/выполнения»
-выбирает одну инструкцию в последовательности,
-выполняет (запускает) эту инструкцию, например выполнить сложение
-выбрать следующую инструкцию и т. д.
Запустить программу = запустить ЦП, работающий с его 1-й инструкцией,
он прогоняет весь машинный код, запускает программу,
программа будет иметь такие инструкции, как "вернуться к шагу 3", чтобы сохранить ее работает
Сверхпростые инструкции машинного кода выполняются со скоростью 2 миллиарда операций в секунду.

ЦП выполняет инструкции, используя цикл «выборка-выполнение»: ЦП получает первую инструкцию в последовательности, выполняет ее (добавляя два числа или что-то еще), затем выбирает следующую инструкцию и выполняет ее и так далее. Некоторые инструкции влияют на порядок, в котором ЦП выполняет последовательность инструкций. Например, инструкция может указать ЦП вернуться к более ранней точке в последовательности инструкций (циклы реализованы таким образом) или пропустить следующую инструкцию, если определенное условие истинно (условия if реализованы таким образом). .

Как начинается программа?

Файл Firefox.exe содержит свои инструкции (в файловой системе)
Чтобы запустить Firefox.exe:
-Каждая программа получает свою собственную область ОЗУ.
- Область ОЗУ содержит код программы и данные, с которыми она манипулирует.
- Байты инструкций копируются из хранения в ОЗУ
-ЦП получает указание начать работу с первой инструкции
-Теперь программа работает!

В файловой системе такой файл, как Firefox.exe, просто содержит байты инструкций машинного кода, из которых состоит программа («.exe» — это соглашение Windows, обозначающее файл как программу). Каждая инструкция машинного кода занимает примерно 4 байта, а вся программа представляет собой просто огромную последовательность инструкций.

Когда пользователь дважды щелкает файл программы, чтобы запустить его, по сути, блок байтов инструкций для программы копируется в ОЗУ, а затем ЦП получает указание начать работу с первой инструкции в этой области ОЗУ.

Что запускает Firefox? «Операционная система»

Как запустить Firefox?
"Операционная система"
-e.g. Windows, Linux, Android, iOS
Операционная система = управление
Набор управляющих программ, которые управляют компьютером.
Операционная система запускается при первом включении компьютера
Управление запуском/остановкой программ
Управление оперативной памятью
Управление постоянным хранилищем
Компьютеры могут запускать несколько программ одновременно
Операционная система отслеживает информацию для каждой программы и распределяет ресурсы (например, ОЗУ) между программами.

"Операционная система" компьютера подобна первой управляющей программе, которая начинает работать при первом включении компьютера ("загрузке"). Операционная система играет невидимую административную и бухгалтерскую роль за кулисами. Когда ноутбук или телефон запускается, операционная система обычно приводит все в порядок, а затем запускает программу «Проводник файлов», которая отображает доступные программы, меню и т. д., которые показывают пользователю, что доступно, позволяя пользователю перемещаться по программам и запускать их.< /p>

Операционная система поддерживает порядок в фоновом режиме, так что несколько программ могут работать одновременно, что называется "многозадачностью". Операционная система выделяет каждой программе собственную область памяти, поэтому каждая программа обращается только к своим собственным ресурсам... пытаясь ограничить возможности ошибочной или вредоносной программы. Хранение программ отдельно иногда называют «песочницей»... опосредование доступа каждой программы, чтобы она работала независимо, не мешая другим программам или системе в целом. Точно так же каждая программа имеет некоторый доступ к экрану через окно, но эта область вывода отделена от вывода других программ.

Вспомните, что файл .exe или что-то еще — это, по сути, просто файл с инструкциями машинного кода. Когда вы дважды щелкаете программу, операционная система «запускает» программу, выполняя вспомогательные действия по выделению области памяти в ОЗУ для программы, загружая первый раздел машинного кода программы в эту память и, наконец, направляя CPU для запуска этого кода.

На этой странице не представлены пошаговые инструкции по созданию программы, поскольку шаги различаются в зависимости от типа программы и используемого языка программирования.

Любой, кто заинтересован в разработке программного обеспечения, такого как программа или приложение, игра или онлайн-сервис, должен начать с изучения языка программирования. Существуют сотни языков программирования, и для создания новой программы требуется больше обучения и больше времени, чем может дать одна страница.Таким образом, эта страница представляет собой общий обзор, который поможет вам сориентироваться, с чего начать. Важным начальным шагом является составление плана программы, которую вы хотите разработать. Например, план должен включать цель программы, игры или услуги, а также функции, которые вы хотите включить. Продолжая читать, думайте о своем плане.

Выбор языка

Как мы уже отмечали выше, существует множество различных языков программирования. Язык программирования определяет правила и структуру (синтаксис) вашей программы. Решение о том, какой язык изучать, может быть сложным само по себе. Для создания программы с множеством возможностей и функций часто требуется достаточное владение одним или несколькими языками программирования.

При этом базовое понимание концепций практически любого языка программирования поможет вам начать работу. Наш список языков программирования включает примеры различных типов программного обеспечения, которые может создавать каждый язык. Вот несколько наших рекомендаций.

Выбор редактора

Редактор — это любая программа, позволяющая писать компьютерный код. Они варьируются от простых, таких как базовый текстовый редактор, до сложных программ, таких как Adobe Dreamweaver, Eclipse, JDeveloper или Microsoft Visual Studio. К счастью, любую программу можно написать в текстовом редакторе, а значит, начать работу можно бесплатно. Когда вы освоитесь с языком программирования, рекомендуется использовать более продвинутый редактор, так как он может повысить эффективность кодирования и тестирования кода.

Компилятор

Большинство языков компьютерного программирования являются языками программирования высокого уровня, то есть их легко понять вам, но невозможно понять компьютеру. Чтобы компьютер «читал» вашу программу, она должна быть скомпилирована или иметь интерпретатор. Ваш выбор языка программирования является решающим фактором в том, понадобится ли вам сторонняя программа для его компиляции или интерпретации.

Например, Eclipse — это интерпретатор, который берет программу, написанную на Java, и "переводит" ее в код, понятный компьютеру. Другие языки, такие как Perl, интерпретируются, то есть их не нужно компилировать. Эти языки требуют только установки на компьютер или сервер, на котором выполняется скрипт.

Изучение языка

После того, как вы определились с языком программирования, редактором и компилятором, вы готовы к программированию. Для большинства пользователей проще всего начать со знаменитого приветствия «Hello World!». программа. После того, как вы запустите свою программу, которая печатает «Hello World!» на экран, следующим шагом будет изучение синтаксиса языка. Для этого вам необходимо понимать следующие понятия:

Инструкция – это одна строка кода.
Понять, как объявлять переменные.
Создавайте условные операторы (например, if, elsif и else).
Узнайте о структурах данных, таких как строка, массив или хэш.
Выполнение циклов (например, do, for, foreach, goto и while).
Узнайте, как упаковать обычный код в подпрограммы.
Знакомство с управляющими последовательностями.
Как оставлять комментарии или временно отключать части кода.
Подробнее об алгоритмах.
Знакомство с регулярными выражениями.

Полный список терминов, связанных с программированием, см. в наших терминах программирования.

Когда вы сталкиваетесь с вопросами, поиск в Интернете может дать ответы на большинство из них. Книги, написанные для вашего языка программирования, или курсы программирования — отличный способ развить ваши навыки.

Читайте также: