3. Назначение и функции операционной системы.

Операционная система (ОС) [operating system] – это комплекс программ, обеспечивающий управление ресурсами ЭВМ и процессами, которые используют эти ресурсы при вычислениях. Процесс – это последовательность действий, предписанных программой. Ресурс – это любой логический или аппаратный компонент ЭВМ. Основными ресурсами являются процессорное время и оперативная память. Ресурсы могут принадлежать одной или нескольким внешним ЭВМ, к которым операционная система обращается, используя вычислительную сеть.

Управление ресурсом состоит из двух функций: упрощение доступа к ресурсу и распределение ресурсов между конкурирующими за них процессами. Для решения первой задачи операционные системы поддерживают пользовательский и программный интерфейсы. Для решения второй операционные системы используют различные алгоритмы управления виртуальной памятью и процессором.

Операционные системы характеризуются основными признаками:

• количеством пользователей, одновременно обслуживаемых системой (однопользовательские и многопользовательские);

• числом одновременно выполняемых процессов (однозадачные и многозадачные);

• типом используемой вычислительной системы (однопроцессорные, многопроцессорные, сетевые, распределённые).

Пример. Операционная система Windows98 является многозадачной, ОС Linux – многопользовательской, MS-DOS однозадачной и, следовательно, однопользовательской. Операционные системы Windows NT и Linux могут поддерживать многопроцессорные ЭВМ. Операционная система Novell NetWare является сетевой, встроенные сетевые средства имеют также Windows NT и Linux.

Пользовательский и программный интерфейсы. Для упрощения доступа к ресурсам ЭВМ операционные системы поддерживают пользовательский и программный интерфейсы. Пользовательский интерфейс [user interface] – это набор команд и сервисных услуг, которые упрощают пользователю работу с ЭВМ. Программный интерфейс [program interface] – это набор процедур, которые упрощают для программиста управление ЭВМ.

Процессорное время и организация памяти. Для организации многозадачного режима ОС должна некоторым образом распределять время работы процессора между одновременно работающими программами. Обычно используется так называемый вытесняющий режим многозадачной работы. При вытесняющем режиме каждая программа непрерывно работает в течение строго определённого промежутка времени (кванта времени), по истечении которого процессор переключается на другую программу. Так как квант времени очень небольшой, то при достаточной производительности процессора создаётся иллюзия одновременной работы всех программ.

Одной из главных задач операционной системы является управление памятью. Когда основной памяти не хватает, все данные, которые не используются в данный момент, записываются в особый файл подкачки. Память, представленная файлом подкачки, называется внешней страничной памятью [external page storage]. Совокупность основной и внешней страничной памяти называется виртуальной памятью [virtual memory]. Однако для программиста виртуальная память выглядит как единое целое, то есть рассматривается как неупорядоченный набор байтов. В этом случае говорят, что используется линейная адресация памяти.

Основные функции управления:

• управление ресурсами ЭВМ (администрирование ресурсов), такими как процессоры (если их больше одного), оперативная память (ОП), устройства ввода-вывода;

• обеспечение вычислительных системных услуг прикладным программам (Application program interface - АРI);

• организация эффективного вычислительного процесса на ЭВМ в различных типах ОС (системы разделения времени, системы реального времени, системы пакетной обработки).

ОС реализует:

• интерфейс пользователя (команды в MS–DOS, UNIX; графический интерфейс в ОС Windows);

• разделение аппаратных ресурсов между пользователями (в многопользовательской и многозадачной ОС);

• работу в локальных и глобальных сетях;

• возможность работы с общими данными в режиме коллективного пользования;

• планирование доступа пользователей к общим ресурсам;

• эффективное выполнение операций ввода-вывода;

• восстановление данных и вычислительного процесса в случае ошибок.

Операционная система (ОС) предназначена для обеспечения удобства управления компьютером и сокрытия от пользователей и прикладных программ множества ненужных им деталей его функционирования. Например, для организации чтения блока данных с гибкого диска программист должен использовать 16 различных команд, каждая из которых требует 13 параметров, таких как номер блока на диске, номер сектора на дорожке и т. п.

Операционная система  это интерфейс между аппаратной частью и прикладными программами, с одной стороны, и пользователем ЭВМ  с другой. Это наиболее важная функция любого компьютера. (В настоящее время c помощью специальных компонентов ОС (драйверов) осуществляется управление и доступ к элементам аппаратного обеспечения компьютера.) С помощью процедур ОС, обеспечивающих графический (или командный) интерфейс, выполняется взаимодействие с пользователем операционной системы и прикладных программ.

ОС предоставляет пользователю некоторую расширенную или виртуальную машину, которую легче программировать и с которой легче работать, чем непосредственно с аппаратурой, составляющей реальную машину.

4. Перечислить и дать краткую характеристику наиболее распространенным на настоящий момент семействам ОС (вопросы 34-39).

5. Состав и назначение сервисных программ (вопрос 2).

6. Состав и назначение программ технического обслуживания.

7. Состав и назначение Прикладного ПО.

Прикладное ПО включает в себя пакеты прикладных программ и прикладные программы пользователя. Пакет прикладных программ (ППП) – это комплекс программ, предназначенных для выполнения задач определённого класса. ППП являются наиболее динамично развивающейся частью программного обеспечения, круг решаемых с их помощью задач постоянно расширяется. Во многом внедрение компьютеров практически во все сферы деятельности стало возможным благодаря появлению новых и совершенствованию существующих прикладных программ. Структура и принципы построения ППП зависят от класса ЭВМ и операционной системы, в рамках которой этот пакет будет функционировать.

Любая классификация достаточно условна, но по функционально-организационному признаку можно выделить следующие типы прикладного ПО:

• ПО общего назначения;

• методо-ориентированное ПО;

• проблемно-ориентированное ПО;

• ПО для компьютерных сетей;

• ПО для администрирования вычислительного процесса.

Пакеты общего назначения включают:

• текстовые процессоры (редакторы) - программные продукты, предназначенные для создания и изменения текстов, документов (Word, WordPad, Блокнот, WordPerfekt и др.);

• графические редакторы - программные продукты, предназначенные для создания и изменения графических данных и иллюстраций (Paint, CorelDRAW, Adode PhotoShope и Adode Illustrator и т.д.) и системы деловой графики, которые дают возможность выводить на экран различные виды графиков и диаграмм (Microsoft Chart, Boeing, Graph, Harvard Graphics и др.) В последнее время системы деловой графики используются меньше, так как аналогичные возможности включены в ряд табличных процессоров и баз данных;

• табличные процессоры (электронные таблицы) - программы для обработки и наглядного представления в виде диаграмм данных таблиц. Данные разных типов (числа, текст, формулы) хранятся в отдельных ячейках таблицы. С помощью формул задаются зависимости значения одних ячеек от содержимого других ячеек (MS Excel, Lotusl-2-3, QuatroPro и др.);

• системы управления базами данных (СУБД). В зависимости от способа организации данных различают: сетевые, иерархические, реляционные базы данных (MS Access, MS FoxPro, Paradox, Oracle, dBase и др.);

• издательские системы соединяют в себе возможности текстовых и графических редакторов. Они обладают развитыми возможностями по формированию полос с текстовыми и графическими материалами и последующим выводом на печать. Эти системы ориентированы на использование в издательском деле и называются системами верстки (Adobe PageMaker, Corel Ventura, QuarkXPress, MS Publisher и др.);

• Case-технологии применяется при создании сложных информационных систем, обычно требующих коллективной реализации проекта, в котором участвуют различные специалисты: системные аналитики, проектировщики и программисты. При использовании CASE-технологии, каждый специалист решает задачи только своего уровня, не отвлекаясь на другие детали;

• экспертные (ЭС) и справочно-правовые системы (СПС). Экспертные системы - это системы обработки знаний в предметной области для подготовки решений пользователей на уровне профессиональных экспертов. Экспертные системы используются для прогноза ситуаций, диагностики состояния объекта, целевого планирования, управления процессом функционирования. Они возникли вследствие компьютеризации процессов решения задач, основанных на логике и опыте специалистов. Примером может служить Expert-Ease, применяемая в экономике.

Профессиональная деятельность в любой области должна осуществляться в соответствии с принятыми законами, нормативными актами, регламентирующими документами и т.п. Объём правовой информации нарастает непрерывным потоком и для организации эффективной работы с огромным количеством законодательной информации создаются справочно-правовые системы (СПС). В России насчитывается более десятка СПС. Наиболее известными и популярными можно считать «Консультант Плюс», «Гарант», «Кодекс», «Референт».

Методо-ориентированное прикладное программное обеспечение - пакеты программ, которые служат для реализации того или иного метода (математического, статистического и т.п.) решения типовых задач, независимо от предметной области (MatCAD, Time Line, Microsoft Project, Sure Trak, Open Plan Professional).

Проблемно-ориентированные ППП - это программные продукты, предназначенные для решения какой-либо задачи в конкретной функциональной области. Их отличительной чертой является сравнительно узкая направленность на определенный круг решаемых задач предметной области и большое их разнообразие. Практически все перечисленные ППП общего назначения можно отнести к классу проблемно-ориентированных программ. Например, проблемно-ориентированные ППП, применяемые в области дизайна рекламы: настольные издательские системы, графические пакеты, системы мультимедиа. С их помощью производится разработка внешнего вида печатной и наружной рекламы, упаковки товаров, рекламы на Web-сайтах и пр. Как примеры достаточно узкого применения программ этого класса можно привести:

• системы автоматизированного проектирования (CАПР), в том числе CAD-системы позволяют осуществлять черчение и конструирование различных механизмов с помощью компьютера. Среди этих систем лидером является AutoCAD фирмы Autodesk, но для многих инженерных задач целесообразно использовать другие САПР (DesignCad, Grafic Cad Profesion, Cad Base, Turbo Cad и др.);

• финансовые, аналитико-статистические предназначены для ведения бухгалтерского учета, подготовки финансовой отчетности и финансового анализа деятельности предприятий. Из-за несовместимости отечественного бухгалтерского учета с зарубежным, в нашей стране используются почти исключительно отечественные бухгалтерские программы. Некоторые из них предназначены для автоматизации отдельных участков бухгалтерского учета - начисления заработной платы, учета товаров, материалов на складах и т.д. Практически монополистом в этой области является фирма 1С с целым набором программ (1С Бухгалтерия, 1С Предприятие, 1С Склад и др.). Для аналитических исследований используются хорошо зарекомендовавшие себя зарубежные пакеты (StatGraphics или Systas) или отечественная разработка «Статистик-Консультант»;

• мультимедийные программы предназначены для использования компьютера для отображения и обработки аудио- и видеоинформации. Это программы для работы со звуком (Sound Recorder, Sound Forge, CoolEdit) и видео (Movie Maker); плееры (проигрыватели, например Windows Media Player) и вьюверы (программы просмотра, например ACDSee), которые в отличие от редакторов не позволяют редактировать звуковой файл или видео, а могут проиграть музыкальную композицию или вывести на экран картинку; образовательные мультимедийные программы, энциклопедии, справочники, электронные учителя в области иностранных языков, бизнеса, политики; деловые и досуговые игры.

Интегрированные пакеты программ (интегрированными называют ППП, объединяющие в себе функционально различные программные компоненты ППП общего назначения). Идея создания интегрированных программных комплексов в той или иной мере была реализована во всех поколениях ЭВМ. Традиционные или полносвязанные интегрированные комплексы представляют собой многофункциональный автономный пакет, в котором в одно целое соединены функции и возможности различных специализированных (проблемно-ориентированных) пакетов, родственных в смысле технологии обработки данных на одном рабочем месте (MS Word, Frameworks, Symphony, Lotus Works). В рамках интегрированного пакета обеспечивается связь между данными, в интегрированный пакет объединяются специализированные пакеты в рамках единой ресурсной базы, обеспечивается взаимодействие приложений (программ пакета) на уровне объектов.

Совместное использование объектов несколькими приложениями - краеугольный камень современной технологии интеграции программ и манипулирования данными. Механизм динамической компоновки и встраивания объектов OLE (Object Linking and Embedding) фирмы Microsoft дает возможность пользователю помещать информацию, созданную одной прикладной программой, в документ, формируемый в другой. При этом пользователь может редактировать информацию в новом документе средствами той программы, с помощью которой этот объект был создан (при редактировании автоматически запускается соответствующее приложение). Запущенное приложение и программа обработки документа-контейнера выводит на экран «согласованные» меню, часть пунктов которого принадлежит одной программе, а часть – другой. Кроме того, данный механизм позволяет переносить OLE-объекты из окна одной прикладной программы в окно другой. В этой технологии предусмотрена также возможность общего использования функциональных ресурсов программ: например, модуль построения графиков табличного процессора (Excel) может быть использован в текстовом процессоре (Word).

Современные интегрированные пакеты могут включать текстовый редактор, электронную таблицу, графический редактор, СУБД, коммуникационный модуль. Кроме того, в качестве дополнительных модулей в интегрированный пакет могут включаться: система экспорта-импорта файлов, калькулятор, календарь, системы программирования. Как правило, все компоненты интегрированной системы имеют схожий интерфейс, что облегчает обучение работе с ними. Часто пользователю предоставляется встроенный язык, позволяющий создавать на базе интегрированной системы различные надстройки, выполняющие нужные пользователю функции. (MS Office, Borland Office for Windows, Lotus Startnave и др.).

ПО компьютерных сетей (коммуникационные программы) предназначены для организации обмена информацией между компьютерами. Это программы позволяют удобно пересылать файлы с одного компьютера на другой. Основным назначением глобальных вычислительных сетей является обеспечение удобного, надежного доступа пользователя к территориально распределенным общесетевым ресурсам, базам данных, передаче сообщений. Для организации электронной почты, телеконференций, электронной доски объявлений и обеспечения секретности передаваемой информации в различных глобальных сетях используются стандартные (в этих сетях) пакеты прикладных программ. В качестве примера можно привести программное обеспечение для глобальной сети Интернет: программа доступа и навигации - браузер (MS Internet Explorer, Netscape Navigator, Opera) и программы для работы с электронной почтой и группами новостей (E-mail, MS Outlook Express, The Bat, Eudora и почтовая программа из пакета Netscape Communicator - Netscape Messenger).

ПО для администрирования вычислительного процесса. Для организации (администрирования) информационных процессов в локальных и глобальных вычислительных сетях используется ППП, управляющий администрированием данных, коммутаторами, концентраторами, маршрутизаторами, трафиком сообщений. Более чем в 50% систем мира для этих целей используется продукт фирмы Bay Networks.