9. Программное управление эвм. Состав программного обеспечения эвм.

Принцип программного управления (ППУ) впервые был сформулирован Венгерским математиком и физиком Джоном фон Нейманом, при участии Гольцтайна и Берца в 1946 году и стал стандартом для построения практически всех ЭВМ. ППУ включает в себя несколько архитектурно - функциональных принципов.  Любой алгоритм представляется в виде некоторой последовательности управляющих слов - команд. Каждая отдельная команда определяет простой (единичный) шаг преобразования информации.  Принцип условного перехода. В процессе вычислений в зависимости от полученных промежуточных результатов возможен автоматический переход на тот или иной участок программы.  Принцип хранимой программы. Команды в ЭВМ представляются в такой же кодируемой форме, как и любые данные и хранятся в таком оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ). Принцип двоичного кодирования. Информация (команды и данные: числовая, текстовая, графическая и т.п.) кодируется двоичными числами 0 и 1. Каждый тип информации имеет форматы - структурные единицы информации, закодированные двоичными цифрами 0 и 1. Принцип иерархии запоминающих устройств (ЗУ).  Последовательность битов в формате, имеющая определенный смысл, называется полем. Операнды - это переменные, значения которых участвуют в операциях преобразования данных.

ПО условно можно разделить на 3 класса: системное ПО, прикладное  ПО и инструментальное ПО.

  Системное программное обеспечение, в свою очередь, состоит из базового ПО и сервисного ПО.

Базовое ПО поставляется вместе с компьютером и обеспечивает его работоспособность. В состав базового ПО входит операционная система, операционная оболочка и сетевые программные средства.

Операционная система предназначена:

для запуска и нормальной работы компьютера,

для функционирования других программ на компьютере,

для диагностики и контроля работоспособности блоков и узлов компьютера,

для выполнения других вспомогательных технологических процессов.

В настоящее время разработано большое количество ОС, различающихся по возможностям их функционирования: в режимах: одно- и многопользовательских, одно- и многозадачных, поддерживающих сетевые режимы и др. Широкое применение нашли следующие ОС: Windows, Linux, Mac OS, NetWare, OS/2, Solaris, QNX, MS DOS и др.

Оболочка ОС предназначена для комфортного общения пользователя с ЭВМ. Она снимает проблему управления компьютером с помощью набора команд в командной строке и их запуска на исполнение. Оболочка ОС реализует текстовый или/и графический интерфейс. Например, в ОС MS DOS в качестве такой надстройки выступает программа-оболочка Norton Commander, реализующая текстовый интерфейс в виде двух таблиц с директориями файловой системы, а в ОС Windows (и Mac OS) интерфейс оболочки - графический; имеется также текстовый интерфейс, реализуемый программой Windows Commander.

Сетевая ОС обеспечивает работу компьютера в сети и поддерживает все сетевые службы - электронную почту, обмен файлами, доступ к сайтам, общение между клиентами через Интернет и пр.

Сервисное ПО расширяет возможности компьютера и может приобретаться за отдельную плату или  в последующем поставляться  через Интернет (для зарегистрированных пользователей).

В настоящее время такие известные операционные системы как Windows XP,  MAC OS и некоторые другие включают в себя все вышеперечисленные компоненты системного ПО, являясь по существу комплексным системным ПО.

Прикладное программное обеспечение предназначено для решения различных задач из конкретных предметных областей.

ПО общего назначения обычно комплектуется в пакетном варианте. Например, для ОС Windows имеется пакет прикладных программ Microsoft Office, включающий программные средства для создания текстовых документов (Word), электронных таблиц (Excel), презентаций (Power Point), публикаций (Publisher), базы данных (Access), для подготовки и редактирования Web-документов (FrontPage).

В этот пакет также входит ряд дополнительных программных средств: Picture Manager для просмотра, систематизации и редактирования графики, Document Imaging для просмотра, чтения и распознавания текста в графических документах и факсах, Document Scanning для сканирования многостраничных документов и распознавания текста в графических документах, файл библиотеки картинок и др.

ПО мультимедиа предназначено для создания и использования двумерной и трёхмерной графики, анимации, аудио и видео файлов. Представителями этих ПО являются широко известные программные комплексы Adobe Photoshop для создания и редактирования двумерной графики, 3D Studio Max для трёхмерного моделирования и проектирования, Macromedia Flash для анимации и мультипликации. Для обработки и редактирования звука используются популярные программы Nero, Audio Editor Gold, для воспроизведения звука и видео Windows Media Player, QuickTime Player и др.

Проблемно-ориентированное ПО пожалуй самый распространённый подкласс прикладных программных средств. Сюда относятся пакеты программ для управления производством, ведения бухгалтерского учёта, управления кадрами, управления материальными ценностями и др.

Инструментальное программное обеспечение предназначено для разработки новых программ и программных комплексов.

Множество различных приложений на компьютере создаётся с помощью языков и систем программирования.

Язык программирования - это формализованный язык  описания алгоритмов, используемых для решения различных задач на компьютере. 

В процессе становления и развития вычислительной техники возникали и развивались также языки программирования. Некоторые из них затем изменялись, трансформировались, интегрировались с другими, некоторые умирали вовсе. Сейчас у программистов имеется богатый арсенал языков программирования на все случаи программистской жизни: Assembler, Basic, C++, Delphi, Fortran, Java, Pascal, и др. Каждый из перечисленных языков программирования имеет целый ряд модификаций (например, Basic, Q-Basic, Visual Basic и др.), которые по возможностям и свойствам существенно отличаются друг от друга.

Языки программирования можно разделить на машинно-зависимые (низкого уровня) и машинно-независимые (высокого уровня).

К языкам низкого уровня относятся:

машинные языки, написанные в двоичных кодах в виде нулей и единиц,

машинно-ориентированные языки (ассемблеры), написанные в так называемых мнемокодах, заложенных в систему команд конкретного процессора (например, мнемокод сложить записан как ADD, мнемокод очистить как DEL и т.д.).

К языкам высокого уровня относятся:

алгоритмические языки - переводят алгоритмы с языка математики на язык программных кодов,

процедурно - ориентированные языки позволяют записать программу в виде набора процедур,

проблемно-ориентированные языки предназначены для решения определённого класса задач.  

Программа, написанная на языке высокого уровня, не может непосредственно использоваться на компьютере. Она должна пройти этап трансляции исходного кода, записанного на языке высокого уровня, в объектный код, который затем с помощью редактора связей формирует загрузочный модуль, пригодный для запуска на компьютере. Такой процесс осуществляется, например, при написании программы на языке Фортран и называется компилированием.

В других языках высокого уровня (например, на Бейсике) трансляция исходного кода в исполняемый происходит последовательно с каждой командой (оператором). Такая трансляция осуществляется программой-интерпретатором.

Созданная программа должна пройти проверку на пригодность к использованию с помощью отладчика программ. Он позволяет отслеживать последовательное исполнение программы, выявлять места и виды ошибок в программе, давать комментарии.

Система программирования состоит из:

языковых средств разработчика программ,

компилятора,

редактора связей,

отладчика,

оптимизатора кода программ,

набора библиотек,

справочной системы и др.

Интегрированные среды программирования включают весь набор средств для комплексного их применения на всех технологических этапах разработки программ. Основное назначение такого инструментария состоит в том, чтобы с его помощью повысить производительность и эффективность труда программистов.

Программные комплексы используются при разработке сложных прикладных информационных систем. Они позволяют автоматизировать весь технологический процесс анализа, проектирования, разработки, отладки и сопровождения проекта целиком.

10.Функции и назначение BIOS. Драйвера. BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода/вывода) — это программа, предназначенная для первоначального запуска компьютера, настройки оборудования и обеспечения функций ввода/вывода. BIOS записывается в микросхему постоянной памяти, которая расположена на системной плате. Изначально основным назначением BIOS было обслуживание устройств ввода/ вывода (клавиатуры, экрана и дисковых накопителей), поэтому ее и назвали «базовая система ввода/вывода». В современных компьютерах BIOS выполняет несколько функций. □ Запуск компьютера и процедура самотестирования (Power-On Self Test — POST). Программа, расположенная в микросхеме BIOS, загружается первой после включения питания компьютера. Она детектирует и проверяет установленное оборудование, настраивает устройства и готовит их к работе. Если во время самотестирования будет обнаружена неисправность оборудования, то процедура POST будет остановлена с выводом соответствующего сообщения или звукового сигнала. Если же все проверки прошли успешно, самотестирование завершается вызовом встроенной подпрограммы для загрузки операционной системы. Процедура POST далее будет рассмотрена более подробно. □ Настройка параметров системы с помощью программы BIOS Setup. Во время процедуры POST оборудование настраивается в соответствии с параметрами BIOS, хранящимися в специальной CMOS-памяти. Изменяя эти параметры, пользователи могут настраивать работу отдельных устройств и системы в целом по своему усмотрению. Редактируются они в специальной программе настройки, которую также называют BIOS Setup или CMOS Setup. Настройке системы с помощью программы BIOS Setup будет посвящена большая часть этой книги. Изменяя параметры BIOS, вы сможете добиться оптимальной работы всех компонентов системы, однако к этому следует основательно подготовиться, поскольку ошибочные значения приводят к тому, что система будет работать нестабильно или не будет работать вообще. Обо всем этом вы узнаете из последующих глав книги. □ Поддержка функций ввода/вывода с помощью программных прерываний BIOS. В составе системной BIOS есть встроенные функции для работы с клавиатурой, видеоадаптером, дисководами, жесткими дисками, портами ввода/вывода и др. Эти функции широко используются в операционных системах, подобных MS-DOS, и практически не используются в современных версиях Windows.

Драйвер – набор служебных программ, позволяющих операционной системе (ОС) работать с тем или иным устройством компьютера. Его задача – обрабатывать запросы, поступающие от прикладных и системных программ, переводить их на язык, понятный физическому устройству, управлять процессами его инициализации, настройки параметров, обмена данными, переключением из одного состояния в другое и т.п. Драйвер позволяет операционной системе взаимодействовать с конкретным устройством через общий интерфейс, не учитывающий особенности данного устройства. Другими словами, драйвер транслирует запросы высокого уровня в запросы низкоуровневого машинного языка, непосредственно обращаясь к аппаратным ресурсам компьютера.

Не для каждого устройства требуется драйвер. Если существует строгий стандарт, описывающий набор команд, последовательность и временные параметры операций и другие особенности работы с данным классом устройств, драйвер может и не понадобиться, так как операционная система уже имеет в своем составе все необходимые для этого процедуры. В принципе, это можно назвать и встроенным драйвером. Примеры – клавиатура, таймер, коммуникационные порты, модем (внешний). Но если устройство может быть заменено на другое, отличное по своим функциональным возможностям, то драйвер для него нужно будет устанавливать обязательно.

Драйвер может содержаться и в дистрибутиве операционной системы. Тогда вопрос его поиска отпадает сам по себе. Однако устройства, появившиеся после официального выхода ОС, потребуют установки отдельного драйвера, разработанного производителем. Кроме того, набор драйверов в комплекте с ОС невелик и охватывает только небольшую часть наиболее распространенных или полностью стандартных устройств.

В операционных системах Microsoft Windows драйвер состоит из нескольких файлов, хранящихся обычно в каталогах SYSTEM, SYSTEM32 и их подкаталогах. Ядро драйвера хранится в файлах с расширениями .VXD, .DRV, .SYS и некоторых других, а дополнительные процедуры собраны в динамические библиотеки .DLL. Кроме того, в состав драйвера могут входить файлы справки, утилиты, модули деинсталляции и т.д.

Последовательность операций по установке и удалению драйвера хранится в специальном информационном файле .INF. С его помощью Windows определяет тип, производителя, модель устройства, класс драйвера, необходимые ресурсы и файлы. В этом файле также описываются операции распаковки, запуска, копирования, удаления, переименования файлов, добавления и удаления ключей в реестре и т.д. Все .INF-файлы хранятся в каталоге INF, причем устанавливаемые драйверы не-Microsoft’овского происхождения (не поставляемые в комплекте с ОС) откладываются в отдельный подкаталог INF/OTHER.

Windows умеет автоматически находить драйвер для устройства. Для этого она использует технологию Plug&Play, точнее, ее часть, отвечающую за самоидентификацию устройства. В частности, PCI-устройства обнаруживаются BIOS и заносятся в виде списка в специальную область ESCD (Extended System Configuration Data). Windows может использовать ее, а может и самостоятельно опросить шину PCI и узнать у каждого устройства коды его производителя, модели и версии, необходимые ресурсы и другую информацию. Далее проверяется база данных (файлы DRVDATA.BIN и DRVIDX.BIN) по всем известным устройствам и находится необходимый .INF-файл. Если в каталоге .INF имеются новые файлы, они будут автоматически проиндексированы и внесены в базу данных.

Следует также помнить, что операционные системы Windows 98 SE и Windows 2000, равно как и их потомки, поддерживают новую модель драйверов, получившую название WDM (Windows Driver Model). Это – попытка реализовать полную поддержку Plug&Play и ACPI, то есть дать возможность загружать и выгружать драйверы «на ходу», без перезагрузки системы, подключать их в виде фильтров-расширений к стандартным драйверам Microsoft, более гибко управлять энергосбережением и конфигурацией устройств и т.п. WDM-драйверы хранятся в каталоге SYSTEM32/DRIVERS. В частности, интерфейсы нового поколения USB и IEEE-1394 (FireWire) работают только под управлением WDM-драйверов.

Операционная система управляет некоторым «виртуальным устройством», которое понимает стандартный набор команд. Драйвер переводит эти команды в команды, которые понимает непосредственно устройство. Эта идеология называется «абстрагирование от аппаратного обеспечения».

Драйвер состоит из нескольких функций, которые обрабатывают определенные события операционной системы. Обычно это 7 основных событий:

Загрузка драйвера. Тут драйвер регистрируется в системе, производит первичную инициализацию и т. п.

Выгрузка. Драйвер освобождает захваченные ресурсы — память, файлы, устройства и т. п.

Открытие драйвера. Начало основной работы. Обычно драйвер открывается программой как файл, функциями CreateFile() в Win32 илиfopen() в UNIX-подобных системах.

Чтение.

Запись: программа читает или записывает данные из/в устройство, обслуживаемое драйвером.

Закрытие: операция, обратная открытию, освобождает занятые при открытии ресурсы и уничтожает дескриптор файла.