Лекция №1 Предисловие п.1. Место системного программного обеспечения в компьютерной системе
Известно, что компьютерная система (КС) состоит из собственно компьютера («железа»), содержащего процессор, оперативную память, полупостоянную память, адаптеры и контроллеры для управления периферийными устройствами, коммуникационные порты, накопитель на жестких магнитных дисках (МД), накопители на гибких МД, блок питания, периферийных устройств (монитор, принтер, клавиатура, устройство ввода типа «мышь», сканер и т. д.) и программного обеспечения.
Программное обеспечение (ПО) – это совокупность программ системы обработки информации (СОИ) и программных документов, необходимых для их эксплуатации. При этом программа – это данные, предназначенные для управления конкретными компонентами СОИ. Взгляд на программу как на данные может показаться неожиданным, но современные компьютеры функционируют как машина фон Неймана, основной принцип которой в том, что и программы, и данные хранятся в одной и той же памяти. То есть сохраняемая в памяти программа представляет собой некоторые коды, которые могут рассматриваться как данные. С точки зрения программиста программа может пониматься как активный компонент, выполняющий некоторые действия, но для процессора команды программы – это данные, которые процессор читает и интерпретирует. С другой стороны, программа – это данные для обслуживающих программ, например, компиляторов, которые на входе получают одни данные (программу на языке высокого уровня (ЯВУ), а на выходе выдают другие данные (программу в машинных кодах). Таким образом: программа – это данные.
Традиционно ПО подразделяется на системное ПО (СПО) и прикладное ПО (ППО). В настоящее время за счет усложнения КС ПО имеет три градации:
– системное ПО;
– промежуточное ПО (ПРОПО);
– прикладное ПО.
Системная программа – это программа, предназначенная для поддержания работоспособности СОИ или повышения эффективности ее использования. Таким образом, СПО используется для разработки и поддержки выполнения других программ, а также для предоставления пользователю определенных услуг. Без СПО современный компьютер условно безжизнен.
Прикладная программа – это программа, предназначенная для решения конкретной задачи или класса задач в определенной области применения СОИ. Совокупность прикладных программ образует ППО.
Промежуточное ПО понимается как совокупность программ, осуществляющих управление вторичными (конструируемыми самим ПО) ресурсами, ориентированными на решение определенного широкого класса задач. К ПРОПО относятся менеджеры транзакций, серверы баз данных, серверы коммуникаций и другие программные серверы. С точки зрения инструментальных средств разработки ПРОПО ближе к ППО, т. к. нет выхода напрямую на первичные ресурсы, а используются сервисы, предоставляемые СПО. С точки же зрения алгоритмов и технологий разработки ПРОПО ближе к СПО, т. к. всегда является сложным программным изделием многократного и многоцелевого использования.
П.2. Структура спо
Структурно СПО представляет собой комплекс, состоящий из операционных систем (ОС), сервисных систем (СС), инструментальных систем (ИС), систем технического обслуживания (СТО).
Общая структура СПО показана на рис. П.1. Операционные системы являются превалирующей составляющей СПО, поэтому выделены штриховкой. Остальные системы показаны их составляющими.
Операционные системы имеют первостепенную значимость среди всех программных продуктов СПО, организуя выполнение программ и взаимодействие пользователя с компьютером.
В процессе обучения ОС выделены в отдельную дисциплину учебного плана специальности 220101, которая так и называется «Операционные системы». Вспомним, как классифицируются ОС.
Классификация ОС производится по четырем параметрам.
1. По числу процессов, «одновременно» выполняемых под управлением ОС:
а) одно- или монопрограммный режим работы, при котором программа выполняется без ее прерывания в процессе выполнения;
б) мультипрограммный режим работы системы, когда одновременно в процессе выполнения находятся несколько программ.
Рис.П.1. Общая структура СПО
2. По числу пользователей.
а) Однопользовательские ОС, когда вычислительная система используется только одним пользователем. Режим работы в этом случае может быть как монопрограммным, так и мультипрограммным.
б) Многопользовательские ОС, при этом режим работы только мультипрограммный, даже если все пользователи работают с одной программой.
3. По режиму обработки пользовательских программ.
а) ОС с пакетной обработкой данных (пользователь с ОС непосредственно не работает). Это режим наиболее эффективного использования ресурсов вычислительных систем, особенно процессора.
б) ОС с разделением времени. Это многопользовательские системы, где каждый пользователь ведет свой диалог с ОС.
в) ОС реального времени – это системы с жестким ограничением по времени ответа на внешние воздействия.
4. По типам средств вычислительной техники, ресурсом которых управляет ОС:
а) однопроцессорные;
б) многопроцессорные;
в) сетевые;
г) распределенные.
Сервисные системы (СС) предназначены для решения следующих задач.
1. Упрощение доступа пользователя к компьютеру.
2. Повышение эффективности использования ресурсов компьютера.
3. Обеспечение способностей к развитию (введение новых функций) без ухудшения сервисных услуг.
Представим себе, что пользователь самостоятельно, без помощи каких-либо систем управляет компьютером (т. е. СПО отсутствует). В этом случае, чтобы управлять работой компьютера на уровне физических устройств, пользователь должен исполнять одну за другой инструкции машинного языка. Кроме того, при разработке программы он должен кодировать все операции по управлению компьютером. Таким образом, пользователь должен хорошо выполнять в общем-то рутинную работу управляющей и программирующей систем. Естественно обычный пользователь не имеет ни желания, ни возможностей заниматься этой работой.
При наличии ОС системой поддерживаются два интерфейса:
1) пользовательский интерфейс – командный язык для управления функционированием компьютера и набор сервисных услуг, освобождающих пользователя от выполнения рутинных операций по управлению;
2) программный интерфейс – набор услуг, освобождающих пользователя-программиста от рутинного кодирования операций.
Исходная схема интерфейсов КС выглядит следующим образом (рис. П.2).
Рис. П.2. Исходная схема КС с использованием интерфейсов
За счет различных компонент СС, а именно, интерфейсных систем, оболочек, утилит может быть расширен пользовательский интерфейс, а возможно и программный интерфейс. Рассмотрим это на следующих схемах.
Использование интерфейсных систем, в основном графического типа, позволяет модифицировать как пользовательский, так и программный интерфейс ОС, а также реализовать дополнительные возможности по распределению ресурсов ЭВМ. То есть интерфейсные системы считаются естественным продолжением ОС.
В этом случае схема будет выглядеть следующим образом (рис. П.3).
Рис. П.3. КС с интерфейсной системой
Можно сказать, что интерфейсные системы – это операционная среда, являющаяся полнофункциональной надстройкой над операционной системой. Совокупность ОС и интерфейсной системы образуют новую операционную систему. Ярким представителем интерфейсных систем является система Windows, функционирующая поверх DOS. В результате получилась многозадачная ОС, с которой пользователь взаимодействует на совершенно новой графической основе вместо текстовой. Начиная с Windows 95 – это уже полновесная ОС со встроенными возможностями DOS.
Оболочки ОС модифицируют только пользовательский интерфейс, повышая его уровень главным образом за счет меню и использование функциональных клавиш, а также предоставляя дополнительные возможности, за счет чего облегчается общение пользователя с компьютером.
В этом случае схема будет выглядеть, как показано на рис. П.4.
Оболочки постоянно работают на компьютере, если они есть.
Утилита представляет собой программу, предоставляющую пользователю некоторые дополнительные сервисные услуги, которые не модифицируют (т. е. не изменяют) пользовательский интерфейс, а только обогащают его. При использовании утилит схема показана на рис. П.5.
Рис. П.4. Развитие КС за счет оболочки ОС
Рис. П.5. Схема включения утилит в КС
В отличие от оболочек утилиты – это программы, которые запускаются время от времени.
Для модификации только программного интерфейса используются драйверы, относящиеся собственно к ОС, хотя могут поставляться и отдельно от нее. Драйверы не относятся к сервисным системам, т. к. не влияют на пользовательский интерфейс.
Инструментальные системы включают в себя системы программирования, СУБД, текстовые и графические редакторы, электронные таблицы. Из всего перечисленного только системы программирования являются TERRA INCOGNITO «неизвестной землей». Они и будут в основном рассматриваться в данном пособии, т. к. остальные составляющие ИС в той или иной степени изучались в предыдущих дисциплинах.
Системы технического обслуживания используются для тестирования КС и обнаружения неисправностей.