Программное обеспечение ЭВМ

Тема1.Програмное обеспечение ЭВМ 

1. Виды программного обеспечения ЭВМ 

Назначением ЭВМ  является выполнение программ. Программа  содержит команды, определяющие порядок  действий компьютера. Совокупность программ для компьютера образует программное  обеспечение (ПО). По функциональному признаку различают следующие виды ПО:

системное;

прикладное.  

Под системным (базовым) понимается программное обеспечение, включающее в себя операционные системы, сетевое ПО, сервисные программы, а также средства разработки программ (трансляторы, редакторы связей, отладчики и пр.). 

Основные функции  операционных систем (ОС) заключаются  в управлении ресурсами (физическими  и логическими) и процессами вычислительных систем. Физическими ресурсами являются: оперативная память, процессор, монитор, печатающее устройство, магнитные и оптические диски. К логическим ресурсам можно отнести программы, файлы, события и т. д. Под процессом понимается некоторая последовательность действий, предписанная соответствующей программой и используемыми ею данными. 

В настоящее  время существует большое количество ОС, разработанных для ЭВМ различных  типов. На ЭВМ Единой Системы (ЕС ЭВМ), например, использовались такие операционные системы, как СВМ и ОС ЕС, на малых  ЭВМ (СМ-4, СМ-1420 и др.) - ОС РВ и RSX-11. На персональных ЭВМ долгое время эксплуатировалась ОС-MS-DOS. В настоящее время получили распространение системы Windows 98/Me, Windows 2000, Linix. 

Сетевое ПО предназначено  для управления общими ресурсами  в распределенных вычислительных системах: сетевыми накопителями на магнитных дисках, принтерами, сканерами, передаваемыми сообщениями и т. д. К сетевому ПО относят ОС, поддерживающие работу ЭВМ в сетевых конфигурациях (так называемые сетевые ОС), а также отдельные сетевые программы (пакеты), используемые совместно с обычными, не сетевыми ОС. 

Например, большое  распространение получили следующие  сетевые ОС: NetWare 4.1 (фирма Novell), Windows NT Server 3.5 (фирма Microsoft) и LAN Server 4.0 Advanced (фирма IBM). Однако в последнее время лидирующие позиции начинает занимать ОС Windows 2000 Server фирмы Microsoft.   

Для расширения возможностей операционных систем и  предоставления набора дополнительных услуг используются сервисные программы. Их можно разделить на следующие  группы:

интерфейсные  системы;

оболочки операционных систем;

утилиты.  

Интерфейсные  системы являются естественным продолжением операционной системы и модифицируют как пользовательский, так и программный  интерфейсы, а также реализуют  дополнительные возможности по управлению ресурсами ЭВМ. В связи с тем, что развитая интерфейсная система может изменить весь пользовательский интерфейс, часто их также называют операционными системами. Это относится, например, к Windows 3.11 и Windows 3.11 for WorkGroups (для рабочих групп). 

Оболочки операционных систем, в отличие от интерфейсных систем, модифицируют только пользовательский интерфейс, предоставляя пользователю качественно новый интерфейс по сравнению с реализуемым операционной системой. Такие системы существенно упрощают выполнение часто запрашиваемых функций, например, таких операций с файлами, как копирование, переименование и уничтожение, а также предлагают пользователю ряд дополнительных услуг. В целом, программы-оболочки заметно повышают уровень пользовательского интерфейса, наиболее полно удовлетворяя потребностям пользователя. 

На ПЭВМ широко используются такие программы-оболочки, как Norton Commander, FAR Manager и Windows Commander. 

Утилиты предоставляют  пользователям средства обслуживания компьютера и его ПО. Они обеспечивают реализацию следующих действий:

обслуживание  магнитных дисков;

обслуживание  файлов и каталогов;

предоставление  информации о ресурсах компьютера;

шифрование информации;

защита от компьютерных вирусов;

архивация файлов и др.  

Существуют отдельные  утилиты, используемые для решения одного из перечисленных действий, и многофункциональные комплекты утилит. В настоящее время для ПЭВМ среди многофункциональных утилит одним из наиболее совершенных является комплект утилит Norton Utilities. Существуют его версии для использования в среде DOS и Windows. 

Средства разработки программ используются для разработки нового программного обеспечения как  системного, так и прикладного. 

Прикладным называется ПО, предназначенное для решения  определенной целевой задачи из проблемной области. Часто такие программы называют приложениями. 

Спектр проблемных областей в настоящее время весьма широк и включает в себя по крайней  мере следующие: промышленное производство, инженерную практику, научные исследования, медицину, управление (менеджмент), делопроизводство, издательскую деятельность, образование и т. д.  

Из всего разнообразия прикладного ПО выделяют группу наиболее распространенных программ (типовые  пакеты и программы), которые можно  использовать во многих областях человеческой деятельности. 

К типовому прикладному  ПО относят следующие программы:

текстовые процессоры;

табличные процессоры;

системы иллюстративной и деловой графики (графические  процессоры);

системы управления базами данных;

экспертные системы;

программы математических расчетов, моделирования и анализа экспериментальных данных.  

Предлагаемые  на рынке ПО приложения, в общем  случае, могут быть выполнены как  отдельные программы либо как  интегрированные системы. Интегрированными системами обычно являются экспертные системы, программы математических расчетов, моделирования и анализа экспериментальных данных, а также офисные системы. Примером мощной и широко распространенной интегрированной системы является офисная система Microsoft Office. 

Поскольку разработка ПО любого назначения, как правило, является довольно сложным и трудоемким процессом, дальнейший материал настоящего раздела посвятим общим вопросам разработки программ и инструментальному ПО. 
 
 

2 Назначение, функции,  классификация основных  компонентов системного  программного обеспечения.  
 

Cистемное программное обеспечение может быть разделено на следующие пять групп:

Операционные  системы.

Системы управления файлами.

Интерфейсные  оболочки для взаимодействия пользователя с ОС и программные среды.

Системы программирования.

Утилиты.

Рассмотрим вкратце  эти группы системных программ.

Операционная  система

Под операционной системой (ОС) обычно понимают комплекс управляющих и обрабатывающих программ, который, с одной стороны, выступает  как интерфейс между аппаратурой компьютера и пользователем с его задачами, а с другой — предназначен для наиболее эффективного использования ресурсов вычислительном системы и организации падежных вычислений. Любой из компонентов прикладного программного обеспечения обязательно работает под управлением ОС. На рис. I изображена обобщенная структура программного обеспечения вычислительной системы. Видно, что ни один из компонентов программного обеспечения, за исключением самой ОС, не имеет непосредственного доступа к аппаратуре компьютера. Даже пользователи взаимодействуют со своими программами через интерфейс ОС, Любые их команды, прежде чем попасть в прикладную программу, сначала проходят через ОС.  

 

Основными функциями, которые  выполняет ОС, являются следующие:

прием от пользователя (или от оператора системы) заданий или команд, сформулированных на соответствующем языке - в виде директив (команд) оператора или в виде указаний (своеобразных команд) с помощью соответствующего манипулятора (например, с помощью мыши), — и их обработка;

прием и исполнение программных запросов па запуск, приостановку, остановку других программ;

загрузка в  оперативную намять подлежащих исполнению программ,

инициация программы (передача ей управлении, в результате процессор исполняет программу)'.

идентификация всех программ и данных;

обеспечение работы систем управлений файлами (СУФ) и/или 

управления базами данных (СУБД), что позволяет резко  увеличить эффективность всего  программного обеспечения;

обеспечение режима мультипрограммирования, то есть выполнение двух или более программ на одном процессоре, создающее видимость их одновременного исполнения;

обеспечение функций  по организации и управлению всеми  операциями ввода/вывода;

удовлетворение  жестким ограничениям на время ответа в режиме реального времени (характерно для соответствующих ОС);

распределение памяти, а в большинстве современных  систем и организация виртуальной  памяти;

планирование  и диспетчеризация задач в  соответствии с заданными стратегией и дисциплинами обслуживания;

организация механизмов обмена сообщениями и данными между выполняющимися программами;

защита одной  программы от влияния другой; обеспечение  сохранности данных;

предоставление  услуг на случай частичного сбоя системы;

обеспечение работы систем программирования, с помощью  которых пользователи готовят свои программы.

 

Система управления файлами

Назначение системы  управления файлами — организация  более удобного доступа к данным, организованным как файлы. Именно благодаря  системе управления файлами вместо низкоуровневого доступа к данным с указанием конкретных физических адресов нужной нам записи используется логический доступ с указанием имени файла и записи в нем. Как правило, все современные ОС имеют соответствующие системы управления файлами. Однако выделение этого вида системного программного обеспечения в отдельную категорию представляется целесообразным, поскольку ряд ОС позволяет работать с несколькими файловыми системами (либо с одной из нескольких, либо сразу с несколькими одновременно). В этом случае говорят о монтируемых файловых системах (дополнительную систему управления файлами можно установить), и в этом смысле они самостоятельны. Более того, можно назвать примеры простейших ОС, которые могут работать и без файловых систем, а значит, им необязательно иметь систему управления файлами, либо они могут работать с одной из выбранных файловых систем. Надо, однако, понимать, что любая система управления файлами не существует сама по себе — она разработана для работы в конкретной ОС и с конкретной файловой системой.

Можно сказать, что всем известная файловая система FAT (file allocation table) имеет множество реализаций как система управления файлами, например FAT-16 для самой MS-DOS. Super-FAT для OS/2. FAT для Windows NT и т. д. Другими словами, для работы с файлами, организованными в соответствии с некоторой файловой системой, для каждой ОС должна быть разработана соответствующая система управления файлами; и эта система управления файлами будет работать только в той ОС, для которой она и создана.

Интерфейсные оболочки 

Для удобства взаимодействия с ОС могут использоваться дополнительные интерфейсные оболочки. Их основное назначение — либо расширить возможности  по управлению ОС, либо изменить встроенные в систему возможности. В качестве классических примеров интерфейсных оболочек и соответствующих операционных сред выполнения программ можно назвать различные варианты графического интерфейса X Window и системах семейства UNIX (например, К Desktop Environment в Linux), PM Shell или Object Desktop в OS/2 с графическим интерфейсом Presentation Manager, наконец, можно указать разнообразные варианты интерфейсов для семейства ОС Windows компании Microsoft, которые заменяют Explorer и могут напоминать либо UNIX с его графическим интерфейсом, либо OS/2, либо MAC OS. Следует отметить, что о семействе ОС компании Microsoft с общим интерфейсом, реализуемым программными модулями с названием Explorer (в файле system.ini, который находится в каталоге Windows, имеется строка SHELL=EXPLORER.EXE), все же можно сказать, что заменяемой в этих системах является только интерфейсная оболочка, в то время как сама операционная среда остается неизменной; она интегрирована в ОС. Другими словами, операционная среда определяется программными интерфейсами, то есть API (application program interface). Интерфейс прикладного программирования (API) включает в себя управление процессами, памятью и вводом/выводом.

Ряд операционных систем могут организовывать выполнение программ, созданных для других ОС. Например, в OS/2 можно выполнять как программы, созданные для самой OS/2, так и программы, предназначенные для выполнения в среде MS-DOS и Windows 3.x. Соответствующая операционная среда организуется в операционной системе в рамках отдельной виртуальной машины. Аналогично, в системе Linux можно создать условия для выполнения некоторых программ, написанных для Windows 95/98. Определенными возможностями исполнения программ, созданных для иной операционной среды, обладает и Windows NT. Эта система позволяет выполнять некоторые программы, созданные для MS-DOS, OS/2 1.x, Windows 3.x. Правда, в своем последнем семействе ОС Windows ХР разработчики решили отказаться от поддержки возможности выполнения DOS-программ.