2 Вопрос. Структура программного обеспечения. Операционные системы. Файлы и файловые системы.

Программы - это упорядоченные последовательности команд. Конечная цель любой компьютерной программы - управление аппаратными средствами. Между программами, также как между физическими блоками существует взаимосвязь - многие программы работают, опираясь на другие программы более низкого уровня, т.е. можно говорить о программном интерфейсе. Возможность 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 ПО представляют собой пирамидальную структуру. Каждый следующий уровень опирается на предыдущий.

Базовый уровень.

Самый низкий уровень представляет базовое программное обеспечение. Оно отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Как правило, базовые программные средства входят в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхемах, - постоянных запоминающих устройствах (ПЗУ - Read Only Memory, ROM). Программы и данные записываются ("прошиваются") в микросхемы и не могут быть изменены в процессе эксплуатации. Иногда, вместо схем ПЗУ используются перепрограммируемые запоминающие устройства. Такая технология называется флэш-технологией.

Системный уровень.

Системный уровень - переходный. Программы этого уровня обеспечивают взаимодействие прочих программ с программами базового уровня и с аппаратным обеспечением, то есть выполняют "посреднические" функции. Например, при подключении нового оборудования на системном уровне должна быть установлена программа, обеспечивающая для других программ связь с этим оборудованием. Такие программы называются драйверами устройств - они входят в состав программного обеспечения системного уровня.

Служебный уровень.

Программы этого уровня взаимодействуют с программами двух предыдущих уровней. Основное назначение служебных программ(утилит) - состоит в автоматизации работ по проверке, наладке и настройке компьютерной системы. Некоторые из них включены в состав операционных систем. В разработке и эксплуатации утилит существует два подхода: интеграция с операционной системой и автономное функционирование.

Диспетчеры файлов (файловые менеджеры) выполняют операции по обслуживанию файловой системы: копирование, перемещение, удаление и переименнование файлов, создание и удаление каталогов(папок), поиск и навигация по файловой структуре. Диспетчер файлов входит в состав операционной системы. Можно установить дополнительные файловые менеджеры.

Архиваторы - предназначены для сжатия файлов и создания архивов.

Средства просмотра и воспроизведения - позволяют просматривать документы разных типов(плейеры, вьюверы)

Средства диагностики - используются для устранения неполадок и для оптимизации работы компьютера.

Средства коммуникации - обеспечивают операции в компьютерных сетях

Средства обеспечения безопасности - обеспечивают защиту данных от повреждений, а также от несанкционированного доступа

Прикладной уровень.

Прикладные программы - это программы с помощью которых выполняются конкретные задания. Спектр этих заданий очень широк, от производственных до развлекательных.

Текстовые редакторы - ввод и редактирование текстовых данных.

Текстовые процессоры- ввод и редактирование и оформление(форматирование) данных.

Графические редакторы - создание и обработка графических изображений. Различают три категории: растровые, векторные и редакторы трёхмерной графики 3D.

Растровые редакторы предназначены для работы с растровой графикой, когда графический объект представлен в виде комбинации точек, образующих растр и обладающих свойствами яркости и цвета. Такой подход применяется, когда объект имеет много полутонов, что характерно для фотографий и полиграфических изображений. Растровые редакторы используются, в основном, для обработки готовых изображений.

Векторные редакторы отличаются от растровых тем, что элементарным объектом является не точка, а линия. Каждая линия представлена математической формулой, коэффициенты которой хранятся в компьютере. Из элементарных объектов-линий создаются простые геометрические объектов - примитивы, из которых в свою очередь, создаются композицию. Векторные редакторы используются для создания новых изображений.

Редакторы трёхмерной графики используются для создания трёхмерных композиций.

Системы управления базами данных(СУБД).

Базами данных называют массивы данных, организованных в табличные структуры. Основные функции СУБД являются:

создание пустой структуры БД

предоставление средств её заполнения

обеспечение доступа к данным, а также поиска и фильтрации

Электронные таблицы

Электронные таблицы представляют средства для хранения различных видов данных и их обработки. В некотором смысле они похожи на СУБД, однако акцент сделан не на хранении массива данных и доступа к ней, а на обработке. Электронные таблицы широко применяются при делопроизводстве, в сфере бухгалтерского учёта, для анализа финансовых и др. рынков и т.д.

Системы автоматизированного проектирования(CAD-системы)

Предназначены для автоматизации проектно-конструкторских работ.

Настольные издательские системы.

Предназначены для автоматизации процесса вёрстки полиграфических изданий. От текстовых процессоров они отличаются расширенными средствами управления взаимодействия текста с параметрами страницы и с графическими объектами. С другой стороны у них меньше возможностей для работы с текстом. Обычно текст и графику готовят заранее в соответствующих редакторах, а затем производят вёрстку в настольной издательской системе.

WEB-редакторы

WEB-редакторы предназначены для создания электронных документов для сети Интернет. Для создания таких документов, вообще говоря, можно использовать текстовые редакторы и процессоры, а также, некоторые графические редакторы, но WEB-редакторы обладают рядом полезных функций, повышающих производительность труда.

Браузеры(обозреватели, средства просмотра WEB-документов)

К этой категории относятся программы предназначенные для просмотра WEB-документов. Современные браузеры воспроизводят текст, графику, музыку, человеческую речь, обеспечивают просмотр видео, работу с электронной почтой и т.д.

Бухгалтерские системы

Бухгалтерские системы сочетают в себе функции текстовых и табличных редакторов, электронных таблиц и систем управления базами данных.

Геоинформационные системы

Предназначены для автоматизации картографических и геодезических работ на основе информации, полученной топографическими или аэрокосмическими методами.

Системы видеомонтажа

Предназначены для цифровой обработки видеоматериалов, их монтажа, создания видеоэффектов, наложения звука, титров.

Музыкальные редакторы

Создание , редактирование, обработка цифровой музыки.

Кроме того, существуют обучающие, развивающие и развлекательные программы.

Операционная система.

Операционная система - комплекс системный и служебных программных средств. С одной стороны, она опирается на базовое программное обеспечение, входящее в BIOS, с другой стороны, сама является опорой для программного обеспечения более высокого уровня - прикладного и служебных приложений. Приложениями ОС принято называть программы, предназначенные для работы под управлением данной системы.

Основная функция всех ОС - посредническая. Она заключается в обеспечении интерфейсов:

пользователя (между пользователем и программно-аппаратными средствами

По реализации интерфейса пользователя ОС подразделяются на графические и неграфические. Неграфические используют интерфейс командной строки, основным устройством управления которого является клавиатура. Управляющие команды вводятся в поле командной строки. Графические ОС реализуют более сложный тип интерфейса. Работа в графическом интерфейсе основана на взаимодействии активных и пассивных экранных элементов управления. В качестве активного элемента выступает указатель мыши, а в качестве пассивных выступают графические элементы управления приложением: кнопки, значки, переключатели, флажки, меню и т.д.

между программным и аппаратным обеспечением

между разными видами программного обеспечения

2-я функция ОС –Обеспечение автоматического запуска.

Все ОС обеспечивают свой автоматический запуск. Для дисковых ОС в специальной(системной) области диска создаётся запись программного кода. Обращение к этому коду происходит из BIOS. Завершая свою работу программы BIOS дают команду на загрузку и исполнение системной области диска. Диск с системной областью называется системным. На компьютере должен быть как минимум один системный диск.

3-я функция ОС –Организация файловой системы

Все дисковые ОС обеспечивают создание файловой системы, предназначенной для хранения данных на дисках и обеспечения доступа к ним. Принцип организации файловой системы - табличный. Физический адрес на диске характеризуется тремя параметрами: № поверхности, № цилиндра и № сектора. Под цилиндром понимается совокупность всех дорожек, принадлежащих разным поверхностям и равноудалённых от оси вращения. Наименьшей единицей хранения данных является сектор, его размер 512 байт. Группы секторов объединяются в кластеры. Кластер является наименьшей единицей адресации при обращении к данным. Размер кластера зависит от ёмкости диска. ОС семейства MS DOS _ Windows используют файловую систему на основе таблиц размещения файлов(FAT - File Allocation Table). Начиная с Windows 98 ОС системы семейства Windows поддерживают FAT32 - с 32 разрядными полями в таблице размещения файлов.

ОС Windows NT и Windows XP способны поддерживать совершенно другую файловую систему -NTFS. В ней служебная информация хранится в главной таблице файлов MFT. В этой системе размер кластеров не зависит от размера диска и для больших дисков она работает более эффективно, чем FAT32.

4-я функция. Обслуживание файловой структуры.

К функциям обслуживания относятся:

создание файлов

Файл - именнованная последовательность байтов произвольной длины. Создание файла состоит в присвоении ему имени и регистрации его в файловой системе.

Имена файлов могут быть короткими и длинными. В ОС MSDOS имена файлов состояли максимум из 8 символов. В современных ОС полное имя файла (путь к файлу/имя файла.расширение) может содержать до 260 символов. Использование длинных имён имеет свои особенности:

- если в имени файла встречаются пробелы, их лучше заменить знаком _подчерка.

- В длинных именах файлов можно использовать символы любых алфавитов, но если документ готовиться для передачи - лучше воспользоваться латинскими символами.

Расширение имени файла указывает пользователю, исполняющей программе и ОС к какому типу относятся данные, содержащиеся в файле и в каком формате они записаны. ОС регистрирует типы файлов по расширению, поэтому расширения не являются частным делом пользователя. Приложения этих систем при создании нового файла предлагают выбрать имя, расширения же предлагается выбрать из списка, предлагаемого данным приложением.

создание каталогов(директорий)

Каталоги -важные элементы файловой структуры, необходимые для обеспечения удобного доступа к файлам. Каталоги низких уровней вкладываются в каталоги более высоких уровней, каталог самого верхнего уровня - корневой каталог диска.

Имена каталогов задаются по тем же правилам, что и имена файлов, но в отличие от файлов, им не требуются расширения, т.к. в каталогах сохраняется информация для ОС зарегистрированных в данном каталоге файлах и каталогах. В графических системах каталоги называют также папками, каждому каталогу на диске соответствует папка в ОС.

навигация по файловой структуре

В иерархических структурах данных адрес объекта задаётся маршрутом(путём доступа), ведущим от вершины структуры к объекту. При записи пути доступа к файлу, проходящего через систему вложенных каталогов, все промежуточные каталоги разделяются символом "\"(обратный слэш) в ОС Windows.

С:\Мои документы\Текущие\Рефераты\Операционные_системы.doc

переименование файлов и каталогов

копирование и перемещение файлов и каталогов

управление атрибутами файлов

Кроме имени и расширения файлов ОС хранит для каждого файла дату его создания(изменения) и несколько фланговых величин, называемых атрибутами файла. Всего атрибутов 4:

-Только для чтения - Read only (можно только просматривать, нельзя вносить изменения)

-Скрытый - Hidden (не отображается на экране при проведении файловых операций)

-Системный - System (выполняет важные функции ОС, как правило, одновременно имеет атрибут скрытый)

-Архивный - Archive (остальные)

5-я функция ОС –Управление приложениями.

Работа с приложениями - наиболее важная часть работы ОС. С точки зрения управления приложениями различают однозадачные и многозадачные ОС. Однозадачные ОС передают все ресурсы компьютера одной задаче. Большинство современных ОС многозадачные. Они управляют распределением рессурсов между задачами и обеспечивают:

-возможность одновременной или поочерёдной работы нескольких приложений;

-возможность обмена данными между приложениями;

-возможность совместного использования ресурсов несколькими приложениями.

6-я функция ОС – Взаимодействие с аппаратным обеспечением.

Средства аппаратного обеспечения отличаются гигантским многообразием. Существуют сотни различных моделей видеокарт, звуковых карт, принтеров, сканеров и т.д. Ни один разработчик программного обеспечения не может предусмотреть все варианты взаимодействия своей программы, например, с принтером. Поэтому каждый разработчик оборудования прикладывает к нему специальные программы-драйверы. Управление взаимодействием прикладных программ с драйверами - одна из функций ОС.

7-я функция ОС – Обслуживание компьютера

Обслуживание компьютера - одна из важных функций ОС.

Средства проверки диска бывают двух типов - проверка целостности файловой структуры и проверка физической поверхности диска. Ошибки файловой структуры устраняются средствами ОС. Физические дефекты ОС локализует и исключает их из активной работы. Возможность ошибок файловой системы зависит от её типа. Например, схема организации работы в NTFS вообще исключает воз можность появления ошибок в файловой структуре. В системе FAT часто появляются ошибки типа "потерянных кластеров" или "общих кластеров".

Кроме основных функций ОС могут предоставлять дополнительные, например, возможность поддерживать локальную компьютерную сеть, обеспечение доступа к основным службам Интернета и т.д.

Кроме всего перечисленного, ОС включают минимальный набор прикладных программ для простейших практических задач:

• чтение, редактирование и печать текстовых документов

• создание и редактирование простейших рисунков

• выполнение арифметических расчётов.

• ведение дневников и служебных блокнотов

• работа с электронной почтой

• воспроизведение и редактирование звукозаписи

• воспроизведение видеозаписи

Подведение итогов

Современные ПК работают в диалоговом режиме с пользователем. В диалоговом режиме в ходе работы процессор регулярно прерывает выполнение текущих задач и проверяет не поступало ли новых запросов на выполнение. Если пользователь использовал какое-либо средство управления или извне поступил управляющий сигнал, процессор устанавливает этот факт и реагирует на него переходом на исполнение другой программы. Организацией работы процессора в таком режиме ведает небольшая группа системных программ. Она образует ядро ОС. Дополнительно к ядру ОС обладает средствами для:

• управления пользовательским интерфейсом

• управления аппаратно-программным интерфейсом

• обслуживанием файловой системы

• управлением распределением оперативной памяти между процессами

• управлением работой программ

• обеспечения надёжности и устойчивости работы оборудования и программ

Программы, работающие под управлением данной ОС называются её приложениями. В графических ОС принцип управления приложениями состоит во взаимодействии активных(мышь) и пассивных(кнопки, флажки и т.д.) элементов управления. В неграфических ОС управление приложениями ограничено и осуществляется путём ввода команд в поле командной строки. Органом управления в данном случае является клавиатура.