ДЕ3. Программные средства реализации информационных процессов

Лекция 3.1. Классификация программного обеспечения

Программы — это упорядоченные последовательности команд. Конечная цель любой компьютерной программы — управление аппаратными средствами. Даже если на первый взгляд программа никак не взаимодействует с оборудованием, не требует никакого ввода данных с помощью устройств ввода и не осуществляет вывод данных на устрой­ства вывода, все равно ее работа основана на управлении аппаратными устройствами компьютера.

Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и в непрерывном взаимодействии.

Состав программного обеспечения вычислительной системы называют программ­ной конфигурацией. Между программами, как и между физическими узлами и бло­ками существует взаимосвязь — многие программы работают, опираясь на другие программы более низкого уровня, то есть, мы можем говорить о межпрограммном интерфейсе. Возможность существования такого интерфейса тоже основана на суще­ствовании технических условий и протоколов взаимодействия, а на практике он обеспечивается распределением программного обеспечения на несколько взаимо­действующих между собой уровней. Уровни программного обеспечения представ­ляют собой пирамидальную конструкцию. Каждый следующий уровень опирается на программное обеспечение предшествующих уровней. Такое членение удобно для всех этапов работы с вычислительной системой, начиная с установки программ до практической эксплуатации и технического обслуживания. Обратите внимание на то, что каждый вышележащий уровень повышает функциональность всей системы. Так, например, вычислительная система спрограммным обеспечением базового уровня не способна выполнять большинство функций, но позволяет установить системное программное обеспечение.

Системное программное обеспечение компьютера

Системный уровень ПО — переходный. Программы, работающие на этом уровне, обеспечивают взаимодействие прочих программ компьютерной системы с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обеспече­нием, то есть выполняют “посреднические” функции.

От программного обеспечения этого уровня во многом зависят эксплуатационные показатели всей вычислительной системы в целом. Так, например, при подключении к вычислительной системе нового оборудования на системном уровне должна быть установлена программа, обеспечивающая для других программ взаимосвязь с этим оборудованием. Конкретные программы, отвечающие за взаимодействие с конкрет­ными устройствами, называются драйверами устройств — они входят в состав про­граммного обеспечения системного уровня.

Другой класс программ системного уровня отвечает за взаимодействие с пользовате­лем. Именно благодаря им он получает возможность вводить данные в вычислитель­ную систему, управлять ее работой и получать результат в удобной для себя форме. Эти программные средства называют средствами обеспечения пользовательского интерфейса. От них напрямую зависит удобство работы с компьютером и производи­тельность труда на рабочем месте.

Совокупность программного обеспечения системного уровня образует ядро операци­онной системы компьютера. Если компьютер оснащен программным обеспечением системного уровня, то он уже подготовлен к установке программ более высоких уровней, к взаимодействию программных средств с оборудованием и, самое главное, к взаимодействию с пользователем. То есть наличие ядра опера­ционной системы — непременное условие для возможности практической работы человека с вычислительной системой.

Операционная система. Назначение и основные функции ОС.

Особое место среди программных средств всех типов занимают ОС, являясь ядром программного обеспечения.

ОС -комплекс программ, обеспечивающих:

• управление ресурсами, т.е. согласованную работу всех аппаратных средств компьютеров;
• управление процессами, т.е. выполнение программ, их взаимодействие с устройствами компьютера, с данными;
• пользовательский интерес, т.е. диалог пользователя с компьютером, выполнение определенных простых команд-операций по обработке информации.

ОС наиболее машинно-зависимый вид программного обеспечения, ориентированный на конкретные модели компьютеров, поскольку они напрямую управляют их устройствами, т.е. обеспечивают интерфейс между пользователем и аппаратной частью компьютера. ОС образует автономную среду, не связанную ни с одним языком программирования. Любая же прикладная программа связана с ОС и может эксплуатироваться только на тех компьютерах, где имеется аналогичная системная среда. Прикладные программные средства, разработанные в среде одной ОС, не могут быть использованы для работы в среде другой ОС, если нет конвертора, позволяющего сделать это. В таком случае говорят о программной несовместимости компьютеров.

Обычно ОС хранится на жестком диске. При включении компьютера ОС автоматически загружается с диска в оперативную память.

Эволюция ОС

ОС за все время существования компьютеров претерпели значительную эволюцию.

1. Первые операционные системы были однопользовательскими и однозначными. Они характеризуются невысокой эффективностью использования ресурсов компьютера из-за простоев всех, кроме одного работающего периферийного устройства. Например, при вводе данных простаивал центральный процессор, устройства вывода и внешние запоминающие устройства.

2. Однопользовательские и многозадачные - обеспечивают постановку заданий в очередь на выполнение, параллельное выполнение заданий, разделение ресурсов компьютера между выполняющимися заданиями. Например, одно задание может выполнять ввод данных, другое – выполняться центральным процессором, третье – выводить данные, четвертое - стоять в очереди. Такие возможности обеспечивают контролеры внешних устройств (собственные процессоры).

При многозадачном режиме:

• в оперативной памяти находится несколько заданий пользователей;

· время работы процессора разделяется между программами, находящимися в ОП и готовыми к обслуживанию процессором;

• параллельно с работой процессора происходит обмен информацией с различными внешними устройствами.

3. Наиболее совершенны и сложны многопользовательские многозадачные ОС. Они предусматривают одновременное выполнение многих заданий многих пользователей, обеспечивают разделение ресурсов компьютера в соответствии с приоритетами пользователей и защиту данных каждого пользователя от несанкционированного доступа. В этом случае ОС работает в режиме разделенного времени, т.е. обслуживает многих пользователей, работающих каждый со своего терминала.

В настоящее время используется много типов различных ОС для ЭВМ различных видов. В их структуре существуют общие принципы. В составе многих ОС можно выделить ядро – некоторую часть, являющуюся основой всей системы. В состав ядра входят наиболее часто используемые модули: модуль управления системой прерываний, средства по распределению основных ресурсов – ОП и процессор. Программы, входящие в состав ядра при загрузке ОС помещаются в ОЗУ, где постоянно находятся и используются при функционировании ЭВМ (такие программы являются резидентными). Важной частью ОС является командный процессор – программа, отвечающая за интерпретацию и использование простейших команд пользователя, и его взаимодействие с ядром ОС. К ОС следует относить и богатый набор утилит – небольших программ, обслуживающих различные устройства компьютера (форматирования магнитных дисков, восстановление удаленных файлов и т.д.).

Наиболее популярные ОС MS DOS и Windows фирмы Microsoft, UNIX.

Пользовательские интерфейсы

По реализации интерфейса пользователя различают неграфические и графические операционные системы. Неграфические операционные системы реализуют интерфейс командной строки. Основным устройством управления в данном случае является клавиатура. Управляющие команды вводят в поле командной строки, где их можно и редактировать. Исполнение команды начинается после ее утверждения, например, нажатием клавиши Enter. Для компьютеров платформы IBMPC интерфейс командной строки обеспечивается семейством операционных систем под общим названием MS-DOS (версии от MS-DOS 1.0 до MS-DOS 6.2).

Графические операционные системы реализуют более сложный тип интерфейса, в котором в качестве органа управления кроме клавиатуры может использоваться мышь или адекватное устройство позиционирования. Работа с графической операционной системой основана на взаимодействии активных и пассивных экранных элементов управления.

В качестве активного элемента управления выступает указатель мыши – графический объект, перемещение которого на экране синхронизировано с перемещением мыши.

В качестве пассивных элементов управления выступают графические элементы управления приложений (экранные кнопки, значки, переключатели, флажки, раскрывающиеся списки, строки меню и многое другое).

Характер взаимодействия между активными и пассивными элементами управления выбирает сам пользователь. В его распоряжении приемы наведения указателя мыши на элемент управления, щелчки кнопками мыши и другие средства.

Лекция 3.2. ОС Windows

Разрядная архитектура

Первая 32–разрядная ОС для компьютеров IBM PC - Windows 95. Она появилась в результате слияния ОС MS-DOS и ее графической оболочки Windows 3.1. Операционная система Windows ориентирована на работу 32-разрядных программ, многие ее компоненты являются 32-разрядными. Разрядность – это максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым одновременно может выполняться машинная операция, в т.ч. и операция передачи информации; чем больше разрядность, тем, при прочих равных условиях, будет больше и производительность ПК.

Большинство программ для ОС MS DOS относилось к 16-разрядным программам, которые использовали реальный режим работы микропроцессора. Реальный режим значительно ограничивает возможности программы, т.к. в этом режиме затруднен доступ в верхние (свыше 1 Мбайта) области памяти. MS-DOS не имеет средств для поддержки 32-разрядных программ, работающих в защищенном режиме микропроцессора. Чтобы такие программы могли работать в среде MS-DOS, требуется дополнительное программное обеспечение, расширяющее функции MS-DOS. Возможен так же вариант, когда дополнительные функции, обеспечивающие защищенный режим, включаются непосредственно в код программы, увеличивая тем самым ее объем.

ОС Windows полностью обеспечивает работу 32-разрядных программ, причем она спроектирована таким образом, что использование 32-разрядных программ в ее среде является наиболее оптимальным. В среде Windows также успешно функционируют 16-разрядные программы, но они не могут задействовать все ресурсы системы.

32-разрядные программы занимают больше оперативной и дисковой памяти, чем 16-разрядные. Но это компенсируется, во-первых, увеличением скорости работы программы, во-вторых, удешевлением всех видов памяти, в т.ч. и электронной.

3.2.2. Многозадачность и многопоточность

ОС Windows является многозадачной (мультизадачной), т.е. она способна «одновременно» выполнять несколько программ. На самом деле один МП может выполнять инструкции только одной программы. Однако ОС настолько оперативно реагирует на потребности той или иной программы, что создается впечатление одновременности их работы. Например, в процессе подготовки текстового документа можно параллельно печатать содержимое какого-либо файла и проверять на вирус жесткий диск.

Многозадачность может быть кооперативной и вытесняющей. При кооперативной многозадачности ОС не занимается решением проблемы распределения процессорного времени. Распределяют его сами программы. Причем активная программа (т.е. та, с которой работают в настоящий момент) самостоятельно решает, отдавать ли процессор другой программе. Момент передачи управления здесь зависит от хода выполнения задачи. Таким моментом должен быть системный вызов, т.е. обращение к системе за какой-либо услугой (ввод или вывод на внешнее устройство и пр.). Фоновым задачам выделяется процессорное время при простое приоритетной задачи (ожидание нажатия клавиши и др.).

Кооперативная многозадачность была реализована в среде Windows 3.1. В Windows кооперативная многозадачность обеспечивается для 16-разрядных приложений, т.к. эти приложения, созданные для Windows 3.1., умеют самостоятельно распределять процессорное время.

При вытесняющей многозадачности распределением процессорного времени между программами занимается ОС. Она выделяет каждой задаче фиксированный квант времени процессора. По истечении этого кванта времени система вновь получает управление, чтобы выбрать другую задачу для ее активизации. Если задача обращается к ОС до истечения ее кванта времени, то это также служит причиной переключения задач. Такой режим многозадачности Windows реализует для 32-разрядных приложений, а также для программ, написанных для MS-DOS.

Многопоточность операционной системы означает, что работающие программы (процессы) могут разделяться на несколько частей. При этом каждая часть самостоятельно претендует на процессорное время. Это обеспечивает одновременное выполнение программой нескольких не связанных друг с другом операций. Например, в ТП вычисления в разных ячейках благодаря многопоточности могут выполняться одновременно, причем параллельно с вычислениями могут быть организованны ввод данных в ячейки, их вывод на печатающее устройство и т.п.

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: