Chương 3 Hệ điều hành máy tính điện tử

ChƯơng 3 HỆ ĐIỀU HÀNH MÁY TÍNH ĐIỆN TỬ Chương này giới thiệu về hệ điều hành cho máy tính cá nhân, trong đó chủ yếu tập trung vào các vấn đề cơ bản của hệ điều hành Windows 7, qua đó giúp sinh viên có thể:  - Hiểu rõ được khái niệm hệ điều hành, bản chất của hệ điều hành là gì. Biết được một số hệ điều hành đang được sử dụng phổ biến hiện nay trên thế giới.  - Nắm bắt được ưu, khuyết điểm của hệ điều hành Windows nói chung và Windows 7 nói riêng. Nắm được các nhiệm vụ chính của hệ điều hành Windows, một số tính năng mới trong Windows 7 …….  3.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH Một hệ thống máy tính được chia thành bốn thành phần: (1) Phần cứng Hardware: bao gồm bộ xử lý trung tâm CPU, bộ nhớ, thiết bị vào/ra,… chúng cung cấp tài nguyên cơ bản cho hệ thống. (2) Các chương trình ứng dụng Application Programs: trình biên dịch Compiler, trình soạn thảo văn bản Text Editor, hệ cơ sở dữ liệu Database system, trình duyệt Web,..là những cách sử dụng các tài nguyên cơ bản để giải quyết yêu cầu của người dùng. (3) Người dùng User: là những người dùng khác nhau, thực hiện những yêu cầu khác nhau bằng các ứng dụng khác nhau. (4) Hệ điều hành Operating System: là chương trình hệ thống, điều khiển và hợp tác việc sử dụng phần cứng thông qua những chương trình ứng dụng khác nhau cho những người dùng khác nhau.  3.1.1. Khái niệm hệ điều hành a. Đối với người sử dụng Hệ điều hành là hệ thống các chương trình phục vụ cho việc khai thác các tài nguyên của hệ thống máy tính. b. Đối với người quản lý Hệ điều hành là hệ thống các chương trình phục vụ cho việc quản lý chặt chẽ hệ thống máy tính và tổ chức khai thác chúng một cách tối ưu. c. Đối với người kỹ thuật. Hệ điều hành là hệ thống các chương trình bao trùm lên một máy vật lý hiện có để tạo ra một máy lôgic với những tài nguyên và khả năng mới. d. Đối với người lập trình hệ thống Hệ điều hành là hệ thống mô hình hoá mô phỏng các hoạt động của máy, của người sử dụng và của thao tác viên. Hệ điều hành hoạt động trong chế độ hội thoại, tạo môi trường để quản lý chặt chẽ các tài nguyên của hệ thống máy tính, tổ chức khai thác chúng một cách thuận tiện và tối ưu. Thực chất hệ điều hành là hệ chuyên gia (mô tả trí tuệ của con người) chỉ thực hiện được các công việc giản đơn. Đây là một hệ chuyên gia ra đời sớm nhất và cũng là hoàn thiện nhất. 3.1.2.Nhiệm vụ của hệ điều hành Qua các định nghĩa đưa ra ở trên thì hệ điều hành tồn tại trong hệ thống máy tính để thực hiện các nhiệm vụ sau: a. Quản lý chương trình Một chương trình sẽ không thực hiện gì cả nếu nó không được bộ xử lý thực hiện. Để quản lý chương trình, hệ điều hành phải có vai trò sau: - Tạo hoặc hủy một chương trình đang thực hiện của người sử dụng hoặc của hệ thống. - Ngừng hoặc thực hiện tiếp một chương trình. - Đồng bộ các chương trình đang được thực hiện. - Thông tin giữa các chương trình đang được thực hiện. - Kiểm soát các tài nguyên hiện có của hệ thống máy tính. b. Quản lý bộ nhớ chính Để quản lý bộ nhớ chính, hệ điều hành phải có những vai trò sau: - Nắm chắc được các chương trình đang ở trong bộ nhớ thì nằm ở vị trí nào và người nào đang khai thác nó. - Quyết định xem chương trình nào được nạp vào bộ nhớ chính khi bộ nhớ đó có thể được sử dụng phục vụ cho một chương trình mới. - Cấp phát bộ nhớ cho các chương trình khi cần và thu hồi lại bộ nhớ đã cấp cho các chương trình khi không cần thiết. c. Quản lý bộ nhớ phụ Để quản lý đĩa, hệ điều hành phải có những vai trò sau: - Quản lý được các vùng trống trên đĩa. - Nắm và biết chắc được các tệp chương trình, dữ liệu được lưu trữ ở đâu trên đĩa. - Lập lịch cho việc sử dụng và khai thác không gian trên đĩa. d. Quản lý hệ thống vào ra Để quản lý hệ thống vào ra, hệ điều hành phải có những vai trò sau: - Quản lý và phân chia được các bộ nhớ vùng đệm buffer và bộ nhớ vùng lưu trữ caching. - Giao tiếp với các điều khiển thiết bị device drivers tổng quát. - Liên lạc được với các bộ điều khiển của các thiết bị ngoại vi. e. Quản lý hệ thống tệp Để quản lý hệ thống tệp tin, hệ điều hành phải có những vai trò sau: - Tạo ra hoặc xóa một tệp tin. - Tạo ra hoặc xóa một thư mục. - Hỗ trợ các thao tác trên tệp tin và thư mục. - Ánh xạ tệp tin lên hệ thống lưu trữ phụ. - Sao chép dự phòng hoặc khôi phục lại các tệp tin trên các thiết bị lưu trữ. f. Bảo vệ hệ thống Trong một hệ thống máy tính có nhiều người sử dụng và cho phép nhiều chương trình cũng thực hiện đồng thời, các chương trình phải được bảo vệ đối với các hoạt động khác trong hệ thống. Hệ điều hành cung cấp một cơ chế đảm bảo rằng tệp tin, bộ nhớ, bộ xử lý trung tâm cũng như những tài nguyên khác chỉ được truy nhập bởi những chương trình được quyền. Bảo vệ hệ thống cũng làm tăng độ an toàn khi kiểm soát lỗi trong quá trình thực hiện chương trình, phát hiện các lỗi, ngăn chặn và sửa chữa lỗi xảy ra do vô tình hay cố ý của người sử dụng để hệ thống máy tính hoạt động có hiệu quả. g. Quản lý mạng Mạng là tập hợp những hệ thống vật lý riêng rẻ, có thể có kiến trúc không đồng nhất nhưng lại liên kết thành một hệ thống chặt chẽ, cung cấp cho người dùng nhưng khả năng khác nhau, tới các tài nguyên khác nhau mà hệ thống duy trì. Hệ điều hành có vai trò cho phép người sử dụng qua đó có thể truy xuất vào mạng như một dạng truy xuất tệp tin thông qua các chương trình điều khiển thiết bị của giao diện mạng. h.Tạo môi trường giao tiếp Một trong những phần quan trọng của một hệ điều hành là cơ chế giao tiếp giữa người sử dụng và hệ thống máy tinh. Một số hệ điều hành đặt cơ chế là dòng lệnh (MS DOS hay Unix), một hệ điều hành có giao diện thân thiện người dùng là hệ thống trình đơn - cửa sổ trên cơ sở chuột (mouse-based window and menu system) được dùng trong Macintosh và Microsoft Windows. 3.1.3. Phân loại hệ điều hành Để có thể phân loạ hệ điều hành, cần phải dựa vào các tiêu thức khác nhau. Có khá nhiều tiêu thức để phân loại các hệ điều hành. a. Hệ điều hành Lô (Batch Operating Systems) Hệ điều hành luôn được thường trú trong bộ nhớ chính. Tại một thời điểm, hệ điều hành này thực hiện một chương trình không phụ thuộc vào kích thước của chương trình đó cũng như thời gian cần thiết để chạy nó. Bảo vệ hệ thống cũng làm tăng độ an toàn khi kiểm soát lỗi trong quá trình thực hiện chương trình, phát hiện các lỗi, ngăn chặn và sửa chữa lỗi xảy ra do vô tình hay cố ý của người sử dụng để hệ thống máy tính hoạt động có hiệu quả. Đây là hệ điều hành không thể can thiệp được khi nó chạy, có thể lập trình được và có thể dùng cho loại máy tính một người dùng hay nhiều người dùng cùng một lúc. Hệ điều hành này thường được sử dụng ở các trường đại học hay trong các xí nghiệp sản xuất trong những năm 1950-1960. b. Hệ điều hành thời gian thực (Real Time Operating Systems) Hệ điều hành thời gian thực được dùng khi các yêu cầu thời gian khắt khe của các thiết bị có tài nguyên bộ nhớ hạn chế và yêu cầu ngặt nghèo về thời gian đáp ứng tức thời, tính sẵn sàng cao và khả năng tự kiểm soát một cách chính xác. . Hệ điều hành thời gian thực cũng phổ biến như những hệ điều hành Windows, Mac OS và Unix, chúng tồn tại trong các bộ định tuyến và chuyển mạch trên mạng, động cơ xe, máy nhắn tin, điện thoại di động, thiết bị y tế, thiết bị đo lường và điều khiển công nghiệp cũng như trong vô số các ứng dụng khác c. Hệ điều hành cơ sở dữ liệu (Data base Operating Systems) Hệ điều hành này được đặc trưng bởi cơ sở dữ liệu được cập nhật thường xuyên. Nó chỉ chuyên dùng để xử lý cơ sở dữ liệu mà không làm được việc gì khác. Hệ điều hành này được dùng nhiều trong ngân hàng, thư viện, đăng ký giữ chỗ cho các đường bay,... Đặc tính của nó là phải duy trì tính thời sự của hệ cơ sở dữ liệu, rõ ràng hệ thống sẽ không hiệu quả nếu các giao dịch được tiến hành trên các dữ liệu sai. Đây là hệ điều hành nhiều người dùng, có thể can thiệp được và không thể lập trình được d. Hệ điều hành đa nhiệm (MultiTasking Operating Systems) Trong hệ điều hành này, thiết bị xử lý trung tâm (CPU) phân chia đều về thời gian sử dụng cho các chương trình nhưng có tính cấp ưu tiên. Chương trình nào được ưu tiên hơn sẽ được chiếm nhiều thời gian sử dụng CPU hơn. Hệ điều hành này còn được gọi là hệ điều hành đa chương trình, tức là cùng một lúc, nó có thể thực hiện được nhiều chương trình khác nhau. Khả năng đa chương trình cũng rất có lợi khi một hệ máy tính phải tiến hành đồng thời nhiều công việc phức tạp. Hệ thống phân chia thời gian sử dụng đồng đều và cố định cho mọi người như nhau. Hầu hết các hệ thống máy tính từ trước đến nay đều là các hệ thống đơn xử lý; nghĩa là chỉ có một CPU chính. e. Hệ điều hành tính toán cá nhân (Personal computing Operating Systems) Hệ điều hành này chỉ cho phép một người sử dụng, một người đang chiếm máy và đang làm một việc gì đó thì không cho phép ai và cũng không thể làm được việc gì khác. Hệ điều hành này dễ sử dụng, dễ cài đặt, có thể lập trình được tuy vậy nó cũng có một số hạn chế nhất định. Hệ điều hành loại này còn chia ra: Hệ điều hành cho máy để bàn - Desktop Operating Systems Đây là hệ điều hành một người dùng, có thể can thiệp được và có thể thể lập trình được và đa nhiệm, cho phép một người sử dụng có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ tại một thời điểm (Single User, ultitasking). Hệ điều hành cho máy di động - Mobile Operating Systems Đây là hệ điều hành một người dùng, có thể can thiệp được và có thể thể lập trình được và đơn nhiệm hoặc đa nhiệm, tại một thời điểm có thể thực hiện được một hay nhiều nhiệm vụ. f. Hệ điều hành mạng (Network Operating Systems) Hệ điều hành loại này được dùng để điều khiển sự hoạt động của mạng máy tính do các mạng đa dạng về giao thức được dùng, về khoảng cách giữa các nút và phương tiện truyền. Hầu hết các hệ điều hành hỗ trợ giao thức TCP/IP, gồm Windows và MacOS, UNIX. Một số hệ điều hành khác hỗ trợ các giao thức riêng phù hợp với yêu cầu của chúng. 3.1.4.Một số hệ điều hành thông dụng a. Hệ điều hành MS-DOS b. Hệ điều hành WINDOWS c. Hệ điều hành UNIX d. Hệ điều hành LINUX e. Hệ điều hành MACINTOSH 3.2. Ổ ĐĨA, TỆP TIN, THƯ MỤC VÀ QUẢN LÝ TỆP TIN, THƯ MỤC TRONG HỆ ĐIỀU HÀNH 3.2.1.Tệp tin Tệp tin là một tập hợp các thông tin được sắp xếp theo một cấu trúc nào đó và được lưu trữ trên các thiết bị nhớ ngoài với một tên xác định mà máy tính có thể truy cập được.  b. Thuộc tính tệp tin Một tệp tin có một số thuộc tính tệp (attributes), các thuộc tính này có thể khác nhau tùy thuộc vào hệ điều hành nhưng điển hình gồm các thuộc tính cơ bản sau: Tên tệp (File name): Để tiện cho người dùng, một tệp tin được đặt tên và được quản lý bằng tên của nó Định danh (identifier): Những đặc tính và giới hạn của tệp tin. Lưu ý: Các thuộc tính của một tệp tin thường không ảnh hưởng đến nội dung thông tin của tệp tin đó nhưng lại ảnh hưởng rất nhiều đến chức năng và việc sử dụng tệp tin Kiểu tệp (type): thông tin này được yêu cầu cho hệ thống hỗ trợ các kiểu khác nhau. Vị trí lƣu trữ (location): thông tin này là một con trỏ chỉ tới một thiết bị nhớ ngoài và tới vị trí tệp tin trên thiết bị đó Kích thƣớc tệp (size): kích thước hiện hành của tệp tin (tính bằng byte, word hay khối) và kích thước cho phép tối đa chứa trong thuộc tính này. Giờ (time), Ngày (date), Định danh ngƣời dùng (user identification): thông tin này có thể được lưu cho việc tạo, sửa đổi gần nhất, dùng gần nhất. Dữ liệu này có ích cho việc bảo vệ, bảo mật và kiểm soát việc sử dụng tệp tin. 3.2.2.Thao tác tệp tin Tạo lập tệp (create): Tệp mới được tạo sẽ chưa có dữ liệu, mục đích thao tác này là thông báo cho hệ thống tính toán biêt rằng tệp đã có và thiết lập một vài thuộc tính ban đầu cho nó. Xóa tệp tin (delete): Khi tệp không còn cần dùng nữa thì phải xóa nó để giải phóng không gian trên bộ nhớ ngoài. Mở tệp tin (open): Trước khi sử dụng một tệp, một thao tác phải mở tệp này.  Đóng tệp tin (close):  Đọc tệp tin (read):  Ghi tệp tin (write):  Bổ sung tệp (append):  Tìm kiếm (seek):  Nhận thuộc tính (get attributes):  Đặt thuộc tính (set attributes):  Đổi tên tệp (rename): 3.2.3. Các phương pháp truy xuất tệp tin a. Truy xuất tuần tự Đay là phương pháp đơn giản nhất. Thông tin trong tệp được xử lý có thứ tự, một bản ghi này sau một bản ghi kia. b. Truy xuất trực tiếp Phương pháp này giữa trên mô hình đĩa của tệp tin, vì đĩa cho phép truy xuất ngẫu nhiên tới bất kỳ khối tệp tin nào. Để xuất trực tiếp, tệp tin được hiển thị như một chuỗi các khối tin được đánh số. Tệp tin truy xuất trực tiếp cho phép các khối bất kỳ được đọc hay viết. 3.2.4. Ổ đĩa và thư mục Các ổ đĩa cũng có tên gọi của nó, một số hệ điều hành như MS-DOS và Windows các ổ đĩa có tên gọi bằng các chữ cái trong bảng chữ cái bắt đầu từ A:, B:, C:, D:… a. Hệ thống cây thư mục Một thư mục điển hình là một bảng danh sách chứa một số lối vào entry. Mỗi lối vào tương ứng với một tệp. Hình 3.9 minh họa biểu tượng một thư mục trong Windows Hình 3.10 mô tả cách thiết kế hệ thống tệp đơn giản nhất Hình 3.11 mô tả cách thiết kế khác để khắc phục nhược điểm của cách thiết kế trên c. Các hoạt động của thư mục - Tạo thư mục: - Xóa thư mục: - Mở thư mục: Trước khi đọc một thư mục thì cần phải mở nó tương tự như việc mở và đọc một tệp Đóng thư mục: Khi một thư mục đã được đọc xong, nó phải được đóng lại để giải phóng bộ nhớ trong của hệ thống tính toán. Đọc thư mục: Thao tác này cho phép đọc các thư mục đang được mở. Đổi tên: Trong nhiều trường hợp, các thư mục có thể được - Đọc thư mục: Thao tác này cho phép đọc các thư mục đang được mở. - Đổi tên: Trong nhiều trường hợp, các thư mục có thể được coi như tệp và có thể được đổi tên theo cách đổi tên tệp. -Liên kết: Cho phép một tệp xuất hiện trong nhiều thư mục khác nhau. - Hủy liên kết: Thực hiện hủy một lối vào thư mục. 3.2.5. Khởi tạo, chia sẻ và bảo vệ tệp tin a. Khởi tạo hệ thống tệp tin Giống như tệp tin, hệ thống tệp tin phải được khởi tạo trước khi nó sẵn sàng phục vụ hệ thống. Đặc biệt cấu trúc thư mục được tạo trên nhiều phân khu, vì vậy nó phải được khởi tạo để sẵn sàng phục vụ trong không gian tên hệ thống tệp tin. Thủ tục khởi tạo không phức tạp, vì HĐH nhận biết được tên thiết bị và vị trí cấu trúc tệp tin tại nơi nó được gán vào hệ thống tệp tin. b. Chia sẻ tệp tin Với hệ điều hành nhiều người dùng, vấn đề chia sẻ tệp tin, đặt tên tệp tin và bảo vệ tệp tin trở nên rất quan trọng. Với một thư mục cho phép các tệp tin được chia sẻ bởi nhiều người dùng, hệ thống phải dàn xếp việc chia sẻ tệp tin. Mặc định, hệ thống có thể cho phép một người dùng truy xuất các tệp tin của người dùng khác hay nó yêu cầu rằng một người dùng gán quyền truy xuất cụ thể tới các tệp tin. c. Bảo vệ tệp tin 3.2.6. Một số ví dụ về tệp và thư mục trong hệ điều hành MS-DOS và Windows a. Cách đặt tên tệp trong MS-DOS Tên tệp tin theo quy cách của DOS bao gồm hai phần: . - Phần tên (name): bắt buộc phải có, nói lên nội dung của tệp tin. Độ dài tối đa của phần tên là 8 ký tự. Các ký tự có thể dùng để đặt tên là các chữ cái, các chữ số, dấu gạch dưới và một số kí hiệu khác. b. Đường dẫn trong MS-DOS Đường dẫn là một dãy các thư mục cách nhau bởi dấu chéo ngược ‘\’. Ví dụ : \TM1\TM12\TM13 Hoặc TM1\TM12\TM13 3.3. SỬ DỤNG CƠ BẢN HỆ ĐIỀU HÀNH WINDOWS 3.3.1. Tại sao lại là hệ điều hành Windows a. Lựa chọn hệ điều hành Windows - Là hệ điều hành mạnh, đa nhiệm, đa xử lý, nhiều người dùng, không bị trục trặc khi chạy một chương trình ứng dụng vô tình đụng chạm tới hệ thống. Cung cấp tính năng bảo mật cho người dùng giúp ngăn chặn những xâm nhập bất hợp pháp vào hệ thống. Nếu người sử dụng thao tác vào một số tài nguyên nhạy cảm nó sẽ yêu cầu mật khẩu. Là hệ điều hành rất dễ cài đặt cũng như sao chép dự phòng và khôi phục dữ liệu, tạo điều kiện thuận lợi khi cài đặt thêm thiết bị mới, tăng cường tuổi thọ pin và giảm tiêu hao năng lượng, giao diện đồ hoạ đẹp, rất dễ dàng liên kết và lồng ghép đối tượng (OLE), dễ sửa đổi hệ thống cho phù hợp với cách của người sử dụng, dò tìm lỗi nhanh chóng. Bộ nhớ sử dụng hiệu quả, bộ nhớ RAM tối đa có thể lên tớin256GB, hỗ trợ các chương trình ứng dụng 32 bit, 64 bit và tương lai là 128 bit. Có thể khởi động từ ổ đĩa USB hoặc đĩa flash. - Sử dụng quản lý tệp theo hệ thống NTFS do đó tên tệp có thể dài đến 256 ký tự, đường dẫn có thể dài đến 32767 ký tự. Quản lý vào ra đĩa cứng rất tốt, có thể quản lý được đĩa cứng tối đa lên đến 128TB. Là hệ điều hành liên kết tốt mạng cục bộ - LAN, rất an toàn giúp cho việc gửi E-mail, chia sẻ tệp tin thuận tiện. Hỗ trợ tối đa khả năng đa phương tiện. Điều quan trọng là cho phép người dùng truy nhập vào mạng Internet dễ dàng - Giao diện người dùng đơn giản thông qua thanh tác vụ Taskbar dễ dùng với nhiều hiệu ứng tiện dụng - Có thể Windows và các hệ điều hành khác như Mac OSX hay Linux không có sự chênh lệch nhau quá nhiều về giá, nhưng chắc chắn các thiết bị phần cứng, trình điều khiển hay các ứng dụng chạy trên nền Windows phong phú hơn hẳn - Là hệ điều hành có số lượng người dùng đông đảo và phổ biến, được sử dụng nhiều trong các máy tính cá nhân tại gia đình, nó có bộ lọc giúp cho các bậc cha mẹ ngăn chặn và kiểm soát con cái khỏi những trang Web xấu, có tính năng chống thư rác mạnh mẽ giúp cho người sử dụng không bị xâm phạm quyền riêng tư và ngăn chặn quảng cáo không mong muốn b. Một số ưu điểm của hệ điều hành Windows 7 Trong Windows 7 bổ sung và nâng cấp thêm rất nhiều các chức năng mới so với các phiên bản trước đó, tiêu biểu là một số các tính năng sau: - Nhận dạng giọng nói (Personalized Speech Recognition). - Cho phép phóng to toàn bộ màn hình hoặc một phần của nó (Magnifier). - Tạo bàn phím ảo trên màn hình (On-Screen keyboard). - Có tính năng điều chỉnh độ sáng cho màn hình - Nhìn thấy thiết bị ngoại vi được kết nối (Device Driver and Print). - Tạo sự kết nối giữa các máy tính trong gia đình (Home Group). - Tích hợp nhận dạng vân tay khi đăng nhập (Integrated Fingerprint Readers and Logon) 3.3.2. Các thao tác cơ bản trong Windows  Sau khi bật máy là quá trình khởi động máy tính được thực hiện (Hình 3.16). a. Các biểu tượng trong Windows Biểu tượng (Icon) là hình thu nhỏ, nó có chức năng như cổng vào. Bằng cách nhấp đúp vào nó sẽ chạy một chương trình, một ứng dụng, mở các cửa sổ của một tư liệu hoặc mở một tệp tin.  - Control Panel Đây là cửa ngõ vào trung tâm của Windows 7, cho phép người sử dụng có thể thay đổi, cài đặt mới hay hủy bỏ hoặc tối ưu hóa thiết bị ngoại vi, các phần mềm trong máy. - Recycle Bin Là nơi lưu trữ các tệp tin và thư mục mà người sử dụng muốn xóa khỏi ổ đĩa cứng. Khi cần có thể khôi phục lại các tệp tin và thư mục đó nhưng cũng có thể xóa vĩnh viễn khỏi máy bằng cách nhấn vào nút phải chuột vào biểu tượng của nó và chọn Empty Recycle Bin. - Người sử dụng Trên màn hình, biểu tượng này có tên là Tài khoản ngƣời dùng, nó được tạo ra khi cài đặt máy tính, đây là một lối tắt chuyển đến thư mục chứa tất cả các tệp và tài liệu. Khi mở ra, Windows sẽ hiển thị một cửa sổ gồm các thư mục để lưu trữ ảnh, nhạc, phim hay thậm chí các tệp tin đã tải về của người sử dụng. b. Thanh tác vụ Yếu tố chính của màn hình Desktop trong Windows là nằm dưới đáy của màn hình, gọi là thanh tác vụ Taskbar Vai trò của thanh tác vụ là cung cấp khả năng truy cập vào các chương trình cài đặt trên màn hình Desktop, có thể điều hướng giữa các cửa sổ đang mở, để mở mới hoặc thậm chí truy cập n