Что понимают под программным обеспечением сетей эвм

Обновлено: 25.05.2024

Программное обеспечение (англ. software) – это совокупность программ, обеспечивающих функционирование компьютеров и решение с их помощью задач предметных областей. Программное обеспечение (ПО) представляет собой неотъемлемую часть компьютерной системы, является логическим продолжением технических средств и определяет сферу применения компьютера.

ПО современных компьютеров включает множество разнообразных программ, которое можно условно разделить на три группы (рис. 3.1):

1. Системное программное обеспечение (системные программы);

2. Прикладное программное обеспечение (прикладные программы);

3. Инструментальное обеспечение (инструментальные системы).

Системное программное обеспечение (СПО) – это программы, управляющие работой компьютера и выполняющие различные вспомогательные функции, например, управление ресурсами компьютера, создание копий информации, проверка работоспособности устройств компьютера, выдача справочной информации о компьютере и др. Они предназначены для всех категорий пользователей, используются для эффективной работы компьютера и пользователя, а также эффективного выполнения прикладных программ.

Центральное место среди системных программ занимают операционные системы (англ. operating systems). Операционная система (ОС) – это комплекс программ, предназначенных для управления загрузкой, запуском и выполнением других пользовательских программ, а также для планирования и управления вычислительными ресурсами ЭВМ, т.е. управления работой ПЭВМ с момента включения до момента выключения питания. Она загружается автоматически при включении компьютера, ведет диалог с пользователем, осуществляет управление компьютером, его ресурсами (оперативной памятью, дисковым пространством и т.д.), запускает другие программы на выполнение и обеспечивает пользователю и программам удобный способ общения – интерфейс – с устройствами компьютера. Другими словами, операционная система обеспечивает функционирование и взаимосвязь всех компонентов компьютера, а также предоставляет пользователю доступ к его аппаратным возможностям.

ОС определяет производительность системы, степень защиты данных, выбор программ, с которыми можно работать на компьютере, требования к аппаратным средствам. Примерами ОС являются MS DOS, OS/2, Unix, Windows 9х, Windows XP.

Сервисные системы расширяют возможности ОС по обслуживанию системы, обеспечивают удобство работы пользователя. К этой категории относят системы технического обслуживания, программные оболочки и среды ОС, а также служебные программы.

Системы технического обслуживания – это совокупность программно-аппаратных средств ПК, которые выполняют контроль, тестирование и диагностику и используются для проверки функционирования устройств компьютера и обнаружения неисправностей в процессе работы компьютера. Они являются инструментом специалистов по эксплуатации и ремонту технических средств компьютера.

Для организации более удобного и наглядного интерфейса пользователя с компьютером используются программные оболочки операционных систем – программы, которые позволяют пользователю отличными от предоставляемых ОС средствами (более понятными и эффективными) осуществлять действия по управлению ресурсами компьютера. К числу наиболее популярных оболочек относятся пакеты Norton Commander (Symantec), FAR (File and Archive manageR) (Е.Рошаль).

Служебные программы ( утилиты, лат. utilitas – польза) – это вспомогательные программы, предоставляющие пользователю ряд дополнительных услуг по реализации часто выполняемых работ или же повышающие удобство и комфортность работы. К ним относятся:

 программы-упаковщики (архиваторы), которые позволяют более плотно записывать информацию на дисках, а также объединять копии нескольких файлов в один, так называемый, архивный файл (архив);

 антивирусные программы, предназначенные для предотвращения заражения компьютерными вирусами и ликвидации последствий заражения;

 программы оптимизации и контроля качества дискового пространства;

 программы восстановления информации, форматирования, защиты данных;

 программы для записи компакт-дисков;

 драйверы – программы, расширяющие возможности операционной системы по управлению устройствами ввода/вывода, оперативной памятью и т.д. При подключении к компьютеру новых устройств необходимо установить соответствующие драйверы;

 коммуникационные программы, организующие обмен информацией между компьютерами и др.

Некоторые утилиты входят в состав операционной системы, а некоторые поставляются на рынок как самостоятельные программные продукты, например, многофункциональный пакет сервисных утилит Norton Utilities (Symantec).

Прикладное программное обеспечение (ППО) предназначено для решения задач пользователя. В его состав входят прикладные программы пользователей и пакеты прикладных программ (ППП) различного назначения .

Прикладная программа пользователя – это любая программа, способствующая решению какой-либо задачи в пределах данной проблемной области. Прикладные программы могут использоваться либо автономно, либо в составе программных комплексов или пакетов.

Пакеты прикладных программ (ППП) – это специальным образом организованные программные комплексы, рассчитанные на общее применение в определенной проблемной области и дополненные соответствующей технической документацией. Различают следующие типы ППП:

 ППП общего назначения – универсальные программные продукты, предназначенные для автоматизации широкого класса задач пользователя. К ним относятся:

Текстовые редакторы (например, MS Word, Word Perfect, Лексикон);

Табличные процессоры (например, MS Excel, Lotus 1-2-3, Quattro Pro);

Системы динамических презентаций (например, MS Power Point, Freelance Graphics, Harvard Graphics);

Системы управления базами данных (например, MS Access, Oracle, MS SQL Server, Informix);

Графические редакторы (например, Сorel Draw, Adobe Photoshop);

Издательские системы (например, Page Maker, Venture Publisher);

Системы автоматизации проектирования (например, BPWin, ERWin);

Электронные словари и системы перевода (например, Prompt, Сократ, Лингво , Контекст);

Системы распознавания текста (например, Fine Reader, Cunei Form).

Системы общего назначения часто интегрируются в многокомпонентные пакеты для автоматизации офисной деятельности – офисные пакеты – Microsoft Office, StarOffice и др.

 методо-ориентированные ППП, в основе которых лежит реализация математических методов решения задач. К ним относятся, например, системы математической обработки данных (Mathematica, MathCad, Maple), системы статистической обработки данных (Statistica, Stat).;

 проблемно-ориентированные ППП предназначены для решения определенной задачи в конкретной предметной области. Например, информационно-правовые системы ЮрЭксперт, ЮрИнформ; пакеты бухгалтерского учета и контроля 1С: Бухгалтерия, Галактика, Анжелика; в области маркетинга –Касатка, Marketing Expert; банковская система СТБанк;

 интегрированные ППП представляют собой набор нескольких программных продуктов, объединенных в единый инструмент. Наиболее развитые из них включают в себя текстовый редактор, персональный менеджер (органайзер), электронную таблицу, систему управления базами данных, средства поддержки электронной почты, программу создания презентационной графики. Результаты, полученные отдельными подпрограммами, могут быть объединены в окончательный документ, содержащий табличный, графический и текстовый материал. К ним относят, например, MS Works. Интегрированные пакеты, как правило, содержат некоторое ядро, обеспечивающее возможность тесного взаимодействия между составляющими.

Обычно пакеты прикладных программ имеют средства настройки, что позволяет при эксплуатации адаптировать их к специфике предметной области.

К инструментальному программному обеспечению относят: системы программирования – для разработки новых программ, например, Паскаль, Бейсик. Обычно они включают: редактор текстов, обеспечивающий создание и редактирование программ на исходном языке программирования (исходных программ), транслятор, а также библиотеки подпрограмм; инструментальные среды для разработки приложений, например, C++, Delphi, Visual Basic, Java, которые включают средства визуального программирования; системы моделирования , например, система имитационного моделирования MatLab, системы моделирования бизнес-процессов BpWin и баз данных ErWin и другие.

Транслятор (англ. translator – переводчик) – это программа-переводчик, которая преобразует программу с языка высокого уровня в программу, состоящую из машинных команд. Трансляторы реализуются в виде компиляторов или интерпретаторов, которые существенно различаются по принципам работы.

Компилятор (англ. compiler – составитель, собиратель) читает всю программу целиком, делает ее перевод и создает законченный вариант программы на машинном языке, который затем и выполняется. После компилирования получается исполняемая программа, при выполнении которой не нужна ни исходная программа, ни компилятор.

Интерпретатор (англ. interpreter – истолкователь, устный переводчик) переводит и выполняет программу строка за строкой. Программа, обрабатываемая интерпретатором, должна заново переводиться на машинный язык при каждом очередном ее запуске.

Откомпилированные программы работают быстрее, но интерпретируемые проще исправлять и изменять.

Программное обеспечение ЭВМ –это набор программ, процедур, правил и соответствующей документации системы по обработки информации.

Программное обеспечение — неотъемлемая часть компьютерной системы. Оно является логическим продолжением технических средств. Сфера применения конкретного компьютера определяется созданным для него ПО.

По назначению ПО подразделяется на три класса: системное программное обеспечение, инструментальное и прикладное программное обеспечение (см. рис.).

Системное программное обеспечениеорганизует процесс обработки информации в компьютере, служат для управления ресурсами компьютера — центральным процессором, памятью,

Оно включает в себя: Операционные системы и оболочки, утилиты, программы диагностики, драйвера.

Операционная система — это комплекс взаимосвязанных системных программ, назначение которого — организовать взаимодействие пользователя с компьютером и выполнение всех других программ.

Средства диагностики и контроля (программы-утилиты) обеспечивают автоматический поиск ошибок и проверку функционирования отдельных узлов ЭВМ.

Прикладное программное обеспечение составляют те программы, ради которых существует компьютер..

Прикладное программное обеспечение включает три больших группы: пакет прикладных программ (общего назначения), методо-ориентированные, проблемно-ориентированные.

Программы общего назначения обеспечивают автоматизацию решения достаточно широкого круга задач, связанных с обработкой информации.

Проблемно-ориентированное программное обеспечение предназначено для решения конкретных задач пользователя и вследствие того имеет ограниченную область применения. Методо-ориентированные программы применяются для решения специальных задач в различных областях деятельности человека .

Инструментальное программное обеспечение — это программы, которые используются в ходе разработки, корректировки или развития других прикладных или системных программ.

Инструментарий технологии программирования состоит из двух частей:

языки и системы;

Языки и системы – это продукты, позволяющие создавать программные коды (программы на алгоритмических языках высокого уровня). К ним относятся:

библиотеки стандартных программ;

средства редактирования, отладки и тестирования программ.

Язык программирования— формализованный язык для описания алгоритма решения задачи на компьютере.

Средства для создания приложений— совокупность языков и систем программирования, а также различные программные комплексы для отладки и поддержки создаваемых программ.

Языки программирования, если в качестве признака классификации взять синтаксис образования его конструкций, можно условно разделить на классы:

машинные языки (computer language) — языки программирования, воспринимаемые аппаратной частью компьютера (машинные коды);

машинно-ориентированные языки (computer-oriented language) — языки программирования, которые отражают структуру конкретного типа компьютера (ассемблеры);

алгоритмические языки (algorithmic language) — не зависящие от архитектуры компьютера языки программирования для отражения структуры алгоритма (Паскаль, Фортран, Бейсик и др.);

процедурно-ориентированные языки (procedure-oriented language) — языки программирования, где имеется возможность описания программы как совокупности процедур (подпрограмм);

проблемно-ориентированные языки (universal programming language) — языки программирования, предназначенные для решения задач определенного класса (Лисп, РПГ, Симула и др.);

Транслятор (translation – перевод, преобразование) - это специальная программа, которая производит преобразование записи алгоритма с языка программирования в последовательность машинных команд.

CASE – технологии – (Computer Aid Software Engineering) – в переводе с английского языка означает “конструирование программного продукта”. CASE технология - это совокупность методов проектирования и разработки сложных систем ПО

ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Операционная система — это комплекс взаимосвязанных программ, обеспечивающих интерфейс между приложениями и пользователями, с одной стороны, и аппаратурой компьютера — с другой, и реализующих рациональное управление ресурсами компьютера (в соответствии с некоторыми критериями).

ОС выполняет две основные функции:

предоставляет пользователю дружественный интерфейс;

обеспечивает эффективное использование аппаратно-программных ресурсов ЭВМ.

Наряду с указанными выше двумя основными функциями ОС выполняет и ряд других, в том числе сервисных, основными из которых являются:

обработка нештатных (аварийных) ситуаций, возникающих при решении задач;

диагностика и сервисное обслуживание дисков — исправление ошибок в адресации данных, расположенных на дисках, оптимизация расположения данных на диске;

конфигурирование аппаратных средств ЭВМ под нужды пользователя.

ОС персональных ЭВМ можно разделить на:

однозадачные и многозадачные (в зависимости от допустимого числа одновременно решаемых задач);

однопользовательские и многопользовательские (в зависимости от допустимого

3. СЕМЕЙСТВА И ХРОНОЛОГИЯ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ

ОС Microsoft Windows

MS Windows— семейство операционных систем компании Microsoft (Майкрософт). Изначально Windows была всего лишь графической надстройкой для MS-DOS. Начиная с 1995 года Windows — самая популярная операционная система на рынке персональных компьютеров – стандарт де-факто. К 2005-му году Microsoft Windows была установлена более чем на 89% персональных компьютеров. А по состоянию на август 2014 года под управлением операционных систем семейства Windows по данным ресурса NetMarketShare работает более 91% персональных компьютеров.

Windows 1.0 (1985)

Windows 2.0 (1987)

Windows 3.0 (1990)

Windows 3.1 (1992)

Для MS Windows существует очень удобный и освоенный большинством пользователей пакет прикладных программ Microsoft Office, включающий:

текстовый процессор MS Word,

табличный процессор MS Excel,

органайзер MS Outlook,

приложение для подготовки презентаций MS PowerPoint,

приложение для управления базами данных MS Access.

Самые распространённые в мире дистрибутивы:

американский Red Hat и его наследник Fedora Core;

французский Mandriva (бывший Mandrake);

не имеющий национальной принадлежности международный дистрибутив Debian GNU/Linux;

комплекс программ, описаний и инструкций, позволяющих автоматизировать отладку программ и решение задач на ЭВМ. Важнейшие компоненты П. о. ЭВМ: операционные системы, пакеты прикладных программ и комплексы программ технич. обслуживания ЭВМ. Операционная система содержит программы, необходимые для организации вычислит. процесса на данной ЭВМ и обслуживания её пользователей. Пакеты прикладных программ обеспечивают решение типовых задач для разл. областей применения. Комплексы программ технич. обслуживания предназначены для выполнения процедур контроля и диагностики неисправностей, проверки и восстановления работоспособности ЭВМ. Создание программного обеспечения для новых ЭВМ связано с проблемой программной совместимости (преемственности) вновь разрабатываемых и уже существующих ЭВМ на уровне машинных команд. Программная совместимость встречается, как правило, лишь внутри семейства вычислит. машин (напр., ЕС ЭВМ). Она позволяет переносить на вновь разрабатываемые ЭВМ данного семейства прикладные программы и операционные системы, разработанные для предшествующих ЭВМ, что с точки зрения пользователя делает разл. ЭВМ семейства практически идентичными (исключая, естественно, их быстродействие).

Большой энциклопедический политехнический словарь . 2004 .

Смотреть что такое "ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭВМ" в других словарях:

программное обеспечение ЭВМ — программное обеспечение ЭВМ, см. Математическое обеспечение … Сельское хозяйство. Большой энциклопедический словарь

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ (ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ) ЭВМ — (software). Комплекс программ, описаний и инструкций, обеспечивающих автоматическое функционирование ЭВМ. Различают общее и специальное математическое обеспечение. В общее входят программы, являющиеся обязательными для организации вычислительного … Термины и определения, используемые в селекции, генетике и воспроизводстве сельскохозяйственных животных

Программное обеспечение автоматизированной информационной управляющей системы РСЧС — совокупность специально разработанных программ (программы для ЭВМ и программные документы, необходимые для эксплуатации этих программ), обеспечивающих выполнение пользователям ЭВМ своих функциональных задач и функционирование на ЭВМ специального… … Словарь черезвычайных ситуаций

программное обеспечение (ПО) — программа программное средство программный — [Е.С.Алексеев, А.А.Мячев. Англо русский толковый словарь по системотехнике ЭВМ. Москва 1993] Тематики информационные технологии в целом Синонимы программапрограммное средствопрограммный EN… … Справочник технического переводчика

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ — то же, что математическое обеспечение ЭВМ … Большой Энциклопедический словарь

программное обеспечение диалогового режима — — [Е.С.Алексеев, А.А.Мячев. Англо русский толковый словарь по системотехнике ЭВМ. Москва 1993] Тематики информационные технологии в целом EN conversational software systemCSS … Справочник технического переводчика

программное обеспечение для внутреннего использования — — [Е.С.Алексеев, А.А.Мячев. Англо русский толковый словарь по системотехнике ЭВМ. Москва 1993] Тематики информационные технологии в целом EN in house software … Справочник технического переводчика

программное обеспечение для защиты информации (от несанкционированного доступа) — — [Е.С.Алексеев, А.А.Мячев. Англо русский толковый словарь по системотехнике ЭВМ. Москва 1993] Тематики информационные технологии в целом EN secure software … Справочник технического переводчика

программное обеспечение для сбора данных — — [Е.С.Алексеев, А.А.Мячев. Англо русский толковый словарь по системотехнике ЭВМ. Москва 1993] Тематики информационные технологии в целом EN data acquisition softwareDAS … Справочник технического переводчика

программное обеспечение управления окнами — — [Е.С.Алексеев, А.А.Мячев. Англо русский толковый словарь по системотехнике ЭВМ. Москва 1993] Тематики информационные технологии в целом EN windowing software … Справочник технического переводчика

Совокупность программ, процедур и правил, а также документации, связанных с функционированием системы обработки данных, составляют программное обеспечение (ПО; software). Программное и аппаратное обеспечение в ЭВМ работают в неразрывной связи и взаимодействии.

ПО предназначено для решения конкретных задач. Приложение (application) – это программная реализация решения задачи на ЭВМ. В большинстве случаев, приложения разрабатываются для последующего выхода с ним на рынок ПО. Программный продукт (ПП) – это комплекс взаимосвязанных программ для решения определенной проблемы (задачи) массового спроса, подготовленный к реализации как любой вид промышленной продукции.

Системное программное обеспечение

Операционные системы

В литературе можно найти различные определения операционной системы (ОС), в которых делается акцент на те или иные ее функции. Среди них, например, такие:

ОС – это программа, контролирующая работу системных и прикладных программ и исполняющая роль интерфейса между программным и аппаратным обеспечением компьютера .

ОС – это часть ПО, осуществляющая планирование и организацию процесса обработки данных, ввод-вывод, управление данными, распределение ресурсов, подготовку и отладку программ и другие вспомогательные операции.

ОС – это система программ, предназначенная для обеспечения определенного уровня эффективности вычислительной системы (ВС) за счет автоматизированного управления ее работой и предоставляемого пользователю определенного набора услуг. ОС включает набор средств проектирования, отладки и выполнения программ, а также управления работой всей ВС.

ОС – это комплекс системных управляющих и обрабатывающих программ, которые выступают как интерфейс между аппаратурой компьютера и пользователем с его задачами, а также предназначены для наиболее эффективного расходования ресурсов ВС, организации надежных вычислений и удобной работы с ней.

Из рис.2 видно, что, с одной стороны, она опирается на базовое ПО, с другой стороны, она сама является основой для ПО более высоких уровней – прикладных и большинства служебных приложений. Приложениями ОС принято называть программы, предназначенные для работы под управлением данной системы.

Основная функция всех ОС – посредническая. Она заключается в обеспечении нескольких видов взаимодействия, которые и фигурируют в приведенных выше определениях, а именно:

- взаимодействие между пользователем с одной стороны и программным и аппаратным обеспечением ЭВМ с другой стороны, называемое интерфейсом пользователя;

- взаимодействие между программным и аппаратным обеспечением, называемое аппаратно-программным интерфейсом;

- взаимодействие между программным обеспечением разного уровня, называемое программным интерфейсом.

ОС появились и развивались в процессе совершенствования аппаратного обеспечения компьютеров, поэтому эти события исторически тесно связаны. Развитие компьютеров привело к появлению огромного количества различных ОС, из которых далеко не все широко известны. Для одной и той же аппаратной платформы существует несколько ОС. Различия между ними рассматриваются в двух категориях: внутренние и внешние. Внутренние различия характеризуются методами реализации основных функций. Внешние различия определяются наличием и доступностью приложений данной системы, необходимых для удовлетворения технических требований, предъявляемых к конкретному рабочему месту.

Режимы работы ЭВМ

Все известные режимы работы компьютеров можно свести в две группы: однопрограммные и мультипрограммные. В их число входят: однопрограммный, однопрограммный пакетный, мультипрограммный пакетный, реального времени, разделения времени, многозадачный.

Однопрограммный (однозадачный) режим. В каждый момент времени компьютер используется для решения только одной прикладной задачи по соответствующей программе. При этом часто простаивает процессор во время выполнения операций ввода-вывода или работы пользователя по подготовке следующей программы. Подобный режим характеризуется крайне низкой эффективностью использования вычислительных средств: при увеличении быстродействия процессора в 50 раз за счет неизменного низкого быстродействия устройств вывода общая производительность увеличится примерно в 2 раза, а процент загрузки процессора уменьшится.

Однопрограммный пакетный режим обеспечивает автоматический переход от пограммы к программе. Его особенности:

 образуется пакет из отдельных программ и данных, после чего формируется задание на его обработку с использованием специализированного формализованного языка управления заданиями;

 есть управляющая программа (монитор), которая последовательно

запускает программы пакета на решение, вводя исходные данные и выводя результаты или передавая их следующей программе;

 с момента завершения одного пакета до образования следующего процессор компьютера простаивает.

Общим недостатком однопрограммных режимов является простой процессора при выполнении операций ввода-вывода (отсутствие данных, ожидание ввода пользователя и т.п.). Естественным выходом из положения, ведущим к повышению эффективности использования процессора, является его переключение в это время на выполнение другой задачи, готовой к решению. Так появилось мультипрограммирование – способ организации вычислительного процесса, при котором в оперативной памяти (ОП) компьютера одновременно находятся несколько программ, попеременно выполняющихся на одном процессоре и резко увеличивающих процент его загрузки

Режим реального времени (РВ) характеризуется тем, что компьютер средствами ОС осуществляет контроль и управление внешними объектами в темпе поступления данных от каждого объекта управления. Природа объекта управления может накладывать определенные временные ограничения на обработку таких данных (управление станком или спутником, плавкой стали, стрельбой по нескольким движущимся целям, контроль критического состояния больного). Во всех случаях существует предельно допустимое время, в течение которого должна быть выполнена определенная программа управления объектом, иначе может произойти нежелательное событие.

В режиме РВ требуются:

· мгновенный (без задержек) запуск задачи на решение. Значит, место расположения файла задачи должно быть известно заранее, а все необходимые ресурсы выделены ей или хотя бы свободны;

· быстрая отработка важной задачи в соответствии с ее специально установленным высоким приоритетом;

· гарантии того, что задача будет отработана до требуемого срока.

Критерием эффективности здесь является способность выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получением результата (и управляющего воздействия). Это время называется временем реакции системы, а соответствующее свойство – реактивностью. Требования ко времени реакции зависят от специфики управляемого объекта: для контроллера робота – менее 1 мс, при моделировании полета – 40 мс. В системах РВ мультипрограммная смесь представляет фиксированный набор заранее разработанных программ, а выбор программы на выполнение осуществляется по прерываниям от объекта или по плановому расписанию.

Режим разделения времени (РДВ) реализуется следующим образом: в схему по мультиплексированию (разделению) процессора среди готовых к исполнению программ вводится жесткое ограничение: каждой программе, готовой к исполнению, планируется для исполнения на процессоре фиксированный, заранее известный интервал времени – квант (интервал мультиплексирования), например, Δtm=0,2c. Если исполняемая программа не успела выполниться к моменту окончания кванта, то ее выполнение принудительно прерывается и она переводится в состояние готовности (что равносильно помещению ее в конец очереди готовых к исполнению программ). Из начала этой очереди извлекается другая программа, получает тот же квант Δtm и т.д.

Следует отметить, что пропускная способность процессора в режиме РДВ обычно оказывается ниже, чем в мультипрограммном пакетном. Ее снижают более частые переключения процессора с задачи на задачу, а также то, что на выполнение принимается любая задача, а не та, которая выполняется параллельно с работой УВВ (обменом). Поэтому критерием эффективности здесь часто является удобство и эффективность работы пользователя, а не пропускная способность.

Реализация мультипрограммирования потребовала внесения в аппаратуру компьютера целого ряда важных изменений.

При разделении ресурсов компьютера между программами необходимо обеспечить быстрое переключение процессора с одной программы на другую, а также надежно защитить коды и данные одной программы от несанкционированного их изменения другой программой. Для этого в процессорах появились:

· привилегированный и пользовательский режимы работы;

· специальные регистры для быстрого переключения с одной программы на другую;

· средства защиты областей памяти;

· развитая система прерываний.

В привилегированном режиме работают программные модули ОС, а процессор может выполнять все команды, в том числе те, которые обеспечивают распределение и защиту ресурсов компьютера. Программам же, работающим в пользовательском режиме, некоторые команды процессора недоступны. Таким образом, только ОС может управлять аппаратными средствами и играть роль монитора и арбитра для пользовательских программ, которые выполняются в пользовательском режиме.

Система прерываний позволяет синхронизировать работу различных устройств компьютера, работающих параллельно и асинхронно, например, дисковые накопители, принтеры.

Многозадачный режим – это одновременное, параллельное существование и выполнение нескольких задач (заданий, процессов, потоков) с развитыми средствами переключения с одной задачи на другую. Реализованы различные варианты многозадачного режима, основанные на режимах РДВ и мультипрограммном пакетном:

· с вытесняющей многозадачностью, основанной на квантовании времени;

· с кооперативной многозадачностью (совместной, не вытесняющей);

· многопоточный режим (с внутренней вытесняющей многозадачностью).

Серверные ОС одновременно обслуживают множество пользователей и позволяют им делить между собой программно-аппаратные ресурсы сервера. Серверы также предоставляют возможность работы с принтерами, файлами или сетью Интернет. Unix и специальная серверная версия ОС Windows являются примерами серверных ОС. Теперь для этой цели стала использоваться и ОС Linux.

Следующую категорию составляют ОС для персональных компьютеров. Их работа заключается в предоставлении удобного интерфейса для одного пользователя. Такие системы широко используются и повседневной работе. Основными ОС в этой категории являются Windows 7/8/10, Apple MacOS и Linux.

Другим видом ОС являются системы реального времени. Главным параметром таких систем является время. Например, в системах управления производством компьютеры, работающие в режиме реального времени, собирают данные о промышленном процессе и используют их для управления оборудованием. Такие процессы должны удовлетворять жестким временным требованиям. Системы VxWorks и QNX являются ОС реального времени.

Встроенные ОС используются в смартфонах, карманных компьютерах и бытовой технике. Примерами таких ОС являются Google Andrоid и Apple iOS.

Основными функциями ОС являются:

1) распределение ресурсов ЭВМ между процессами – выделение процессам ресурсов ЭВМ в зависимости от их приоритета;

2) поддержание файловой системы – организация хранения и поиска программ и данных на внешних носителях;

3) обеспечение интерфейса пользователя – прием и выполнение команд пользователя.

Каталоговые системы

Связующим звеном между системой управления файлами и набором файлов служит файловый каталог. Простейшая форма системы каталогов состоит в том, что имеется один каталог, в котором содержатся все файлы (рис.4а). Каталог содержит информацию о файлах, включая атрибуты, местоположение, принадлежность. Пользователи обращаются к файлам по символьным именам. Однако способности человеческой памяти ограничивают количество имен объектов, к которым пользователь может обращаться по именам. Иерархическая организация пространства имен позволяет значительно расширить эти границы. Именно поэтому каталоговые системы имеют иерархическую структуру. Граф, описывающий иерархию каталогов, может быть деревом или сетью. Каталоги образуют дерево, если файлу разрешено входить только в один каталог, и сеть, если файл может входить в несколько каталогов. Например, в Ms-Dos и Windows каталоги образуют древовидную структуру (рис.4б), а в UNIX – сетевую (рис.4в).

Рис. 4.Каталоговые системы

В иерархически организованных файловых системах обычно используются три типа имен файлов: простые, составные и относительные.

Простое (короткое) символьное имя идентифицирует файл в пределах одного каталога. Несколько файлов могут иметь одно и то же простое имя, если они принадлежат разным каталогам.

Составное (полное) символьное имя представляет собой цепочку, содержащую имя диска и имена всех каталогов, через которые проходит путь от корневого каталога до данного файла.

Относительное имя файла определяется через текущий каталог, т.е. каталог, в котором в данный момент времени работает пользователь. Таким образом, относительных имен у файла может быть достаточно много, и все они являются частью полного имени.

В общем случае вычислительная система может иметь несколько дисковых устройств, даже в ПК всегда имеется несколько дисков: гибкий, винчестер, CD-ROM (DVD). Как организовать хранение файлов в этом случае?

Первое решение состоит в том, что на каждом из устройств размещается автономная файловая система, т.е. файлы, находящиеся на этом устройстве, описываются деревом каталогов, никак не связанным с деревьями каталогов на других устройствах. В таком случае для однозначной идентификации файла пользователь вместе с составным символьным именем файла должен указывать идентификатор логического устройства.

Примером такого автономного существования может служить MS-DOS, Windows.

Другим решением является такая организация хранения файлов, при которой пользователю предоставляется возможность объединить файловые системы, находящиеся на разных устройствах, в единую файловую систему, описываемую единым деревом каталогов. Такая операция называется монтированием.

В ОС UNIX монтирование осуществляется следующим образом. Среди всех имеющихся логических дисковых устройств выделяется одно, называемое системным. Пусть имеются две файловые системы, расположенные на разных логических дисках, причем один из дисков является системным Файловая система, расположенная на системном диске, называется корневой. Для связи иерархий файлов в корневой файловой системе выбирается некоторый существующий каталог, например – каталог loc. После выполнения монтирования выбранный каталог loc становится корневым каталогом второй файловой системы. Через этот каталог монтируемая файловая система подсоединяется как поддерево к общему дереву.

Файловые операции

Возможны следующие действия с файлами:

- создание: за файлом закрепляется название и выделяется место на диске;

- открытие: поиск файла на диске и выделение памяти в ОЗУ для обмена данными с файлом;

- закрытие: сохранение текущего состояния файла после действий с ним;

- изменение: модификация содержимого файла;

- копирование и перемещение файла;

- переименование: закрепление за файлом нового имени;

- удаление: освобождение места на диске, занимаемого файлом.

Минимальная единица хранения на жестком диске или дискете ОС – кластер. Файл занимает на диске один или несколько кластеров. Месторасположение файла характеризуется двумя адресами:

1) пользовательским: имя файла – это адрес, по которому пользователь может получить доступ к совокупности данных этого файла;

2) аппаратным: номера дорожки, сектора и т. п. определяет физическое месторасположение файла на ВЗУ.

Преобразование пользовательского адреса в аппаратный и обратно осуществляется с помощью файловой системы ОС. Таким образом, файловая система ОС является промежуточным звеном между пользователем и ВЗУ.

От файловой системы требуется выполнение следующих действий:

- определение по имени файла физического расположения его частей;

- определение наличия свободного места и выделение его для вновь создаваемых файлов.

Скорость выполнения этих операций напрямую зависит от самой файловой системы. Разные файловые системы используют различные механизмы для реализации указанных задач и имеют свои преимущества и недостатки. Файловая система FAT (File Allocation Table – таблица размещения файлов), использующихся в ОС MS-DOS и Windows, представляют собой образ носителя в миниатюре, где детализация ведется до кластернго уровня. Поэтому операция поиска физических координат файла при его большой фрагментации будет затруднительна. Еще хуже обстоит дело с поиском свободного места для больших файлов. Приходится просматривать практически всю таблицу, поэтому быстродействие падает. Современная файловая система NTFS (New Technology File System – файловая система нового типа) в ОС семейства Windows использует более компактную форму записи, что ускоряет поиск файла. Поэтому операции с выделением места под файл проходят быстрее. Ключевое преимущество файловой системы NTFS – возможность ограничения доступа к файлам и каталогам.

Драйверы устройств

Чтобы управлять устройствами, используются драйверы устройств – специальные программы, которые выполняют две основные задачи:

1) перевод команд ОС в команды контроллера и обратно;

2) обмен данными между ОС и устройством через его контроллер.

Лекция 5. Программное обеспечение ЭВМ

Читайте также: