Тема 8: Программное обеспечение компьютера
Количество программ, установленных на современном компьютере, исчисляется сотнями и даже тысячами. Именно они обеспечивают комфортную работу пользователя.
Следует иметь в виду, что стоимость программного обеспечения (Software) современного ПК существенно превосходит стоимость аппаратных средств (Hardware).
Вся совокупность программ входит в так называемое программное обеспечение компьютера. Состав программного обеспечения ПК является важнейшей его функциональной характеристикой. Программное обеспечение (ПО) - это совокупность программ регулярного применения, необходимых для решения задач пользователя, и программ, позволяющих наиболее эффективно использовать вычислительную технику, обеспечивая пользователям наибольшие удобства в работе и минимум затрат труда на программирование задач и обработку информации.
Программное обеспечение принято делить на системное (базовое) и прикладное:
Ø системное ПО предназначено для повышения эффективности создания программ обработки информации и их реализации на компьютере, а также для предоставления пользователям определенных услуг по работе с ресурсами компьютера;
Ø прикладное программное обеспечение (ППО) предназначено для решения определенной проблемной задачи пользователя или класса таких задач (ППО часто называют программным приложением или просто приложением).
Системное программное обеспечение
Состав системного программного обеспечения показан на рис.
Системное программное обеспечение (СПО) включает в себя:
• операционную систему (ОС) - обязательная часть СПО, обеспечивающая эффективное функционирование ПК в различных режимах, организующая выполнение программ и взаимодействие пользователя и внешних устройств с компьютером;
• сервисные программы, расширяющие возможности ОС, предоставляя пользователю и его программам набор дополнительных услуг;
• инструментальные программные средства, которые предназначены для эффективной разработки и отладки ПО;
• систему технического обслуживания, облегчающую диагностику, тестирование оборудования и поиск неисправностей в ПК, тем самым способствуя более высокой надежности и достоверности выполнения процедур преобразования информации.
Состав системного программного обеспечения
Операционные системы компьютеров
Решение любой задачи на компьютере требует наличия, с одной стороны, программ (программных средств - Software), определяющих последовательность всех подлежащих выполнению операций, с другой стороны, определенных аппаратных средств (процессора, памяти, дисплея, принтера, клавиатуры и т. д. Hardware), привлекаемых для реализации этих операций. Многие процедуры управления аппаратными средствами компьютера являются более или менее стандартными и, по существу, не зависят от программных средств. Основной задачей операционной системы (ОС) и является автоматизация выполнения указанных стандартных, часто достаточно тривиальных процедур.
С точки зрения пользователя ОС формирует удобный пользовательский интерфейс (командный язык для управления функционированием компьютера и набор сервисных услуг, освобождающих пользователя от выполнения рутинных операций), программное окружение, на фоне которого выполняется разработка и осуществляется исполнение прикладной программы пользователя.
С технической точки зрения ОС - комплекс программ, обеспечивающий управление ресурсами компьютера, процессами обработки информации, использующими эти ресурсы, и данными.
Управление ресурсами сводится к процедурам упрощения доступа к ресурсам, динамического распределения ресурсов между конкурирующими процессами. Следует иметь в виду, что ресурсом является любой объект вычислительной системы, который может использоваться вычислительными процессами и, соответственно, распределяться между ними.
Различают аппаратные и программные ресурсы. К аппаратным ресурсам относятся микропроцессор, дополнительные процессоры (например, математический сопроцессор, процессор прямого доступа к памяти и т. п.), основная память, внешняя память, принтер, видеомонитор и другие периферийные устройства. Распределяются между процессами, соответственно, процессорное время, сегменты и ячейки памяти и т. д. К программным ресурсам относятся все доступные пользователю программные средства управления вычислительными процессами и данными.
Управление процессами обработки информации заключается в организации и реализации эффективных режимов функционирования компьютера, таких как:
ü однопользовательский и многопользовательский режимы (совместная работа с компьютером одновременно нескольких пользователей через отдельные терминалы);
ü однопрограммный (однозадачный) и многопрограммный (многозадачный) режимы работы; многопрограммный режим работы в зависимости от режима доступа к ресурсам, в свою очередь, подразделяется на режимы:
• пакетной обработки (без непосредственного доступа пользователя, а с предварительным сбором и формированием всего блока (пакета) программ, подлежащих одновременному решению);
• разделения времени (одновременный диалоговый (интерактивный) доступ нескольких пользователей с разделением между ними каждого заранее фиксированного интервала машинного времени, или в соответствии с иной дисциплиной обслуживания);
• реального времени (с гарантированным временем обслуживания каждого обращения пользователя или внешнего терминала);
Ø режим формирования виртуальных машин (каждому пользователю в рамках основной конфигурации компьютера выделяется как бы отдельная машина меньшей производительности, возможно, со своей операционной системой);
Ø работа в однопроцессорных, многопроцессорных, многомашинных, в том числе и сетевых, вычислительных системах.
Наибольшее распространение для ПК получили ОС семейств:
• MS-DOS – для ПК IBM PC;
• OS/2 - для ПК IBM PS/2 и РС с МП 80386 и выше;
• UNIX - для 32-разрядных ПК IВМ РS/2 и IВМ РС с МП 80386 и выше;
• Windows - для ПК IВМ РС с МП 80486 и выше.
Операционная система OS/2
OS/2 является однопользовательской многозадачной ОС, односторонне (MS-DOS —» OS/2) программно-совместимой с MS-DOS и предназначенной для работы с МП 80386 и выше (ПК IВМ РС и РS/2). ОS/2 может одновременно выполнять до 16 программ (каждая из них в своем сегменте памяти), но среди них только одну, подготовленную для MS-DOS.
Важными особенностями ОS/2 является наличие:
• многооконного интерфейса пользователя;
• программных интерфейсов для работы с системой баз данных;
• эффективных программных интерфейсов для работы в локальных вычислительных сетях.
ОS/2 поддерживает физическую ОП объемом до 16 Мбайт и виртуальную - до 512 Мбайт на каждую задачу. К недостаткам ОS/2 относится в первую очередь сравнительно небольшой объем программных приложений (ППО), наработанных к настоящему времени.
Операционная система UNIX
UNIX - многопользовательская, многозадачная ОС, включает достаточно мощные средства защиты программ и файлов различных пользователей. Большая часть программ ОС UNIX написана на языке С (а не на ассемблере, как в DOS и ОS/2), и она является машинонезависимой, что обеспечивает высокую мобильность ОС и легкую переносимость прикладных программ на универсальные компьютеры, мини-компьютеры и ПК различной архитектуры. Важной особенностью ОС семейства UNIX является ее модульность и обширный набор сервисных программ, которые позволяют создать благоприятную операционную обстановку для пользователей-программистов (то есть система особенно эффективна для специалистов - прикладных программистов).
UNIX поддерживает иерархическую файловую структуру, виртуальную память, многооконный интерфейс, многопроцессорные системы, многопользовательскую систему управления базами данных, неоднородные вычислительные сети.
Недостаток UNIX - большая ресурсоемкость, и для небольших однопользовательских систем на базе ПК она чаще всего является избыточной.
Большое распространение UNIX и ее версия Linux получили в сети Интернет, где важнейшее значение имеет машинонезависимость ОС.
Операционные системы Windows
Операционные системы Windows - это семейство операционных систем, включающих: Windows 3.1, Windows for Workgroups 3.11, Windows 9х, Windows NT, Windows 2000, Windows МЕ, Windows ХР (первые две обычно называют операционными оболочками, поскольку ОС DOS для них устанавливалась отдельно).
Windows 9х (Windows 95 и Windows 98) - это популярные операционные системы для персонального компьютера с графическим пользовательским интерфейсом; в отличие от предыдущих версий, они включают в свой состав операционную систему DOS 7.0 и относятся к новому поколению 32-разрядных операционных систем. Они позволяют более полно использовать потенциал современного персонального компьютера, и многие операции в этих версиях Windows выполняются проще и быстрее. Windows 9х - хорошо защищенные многозадачные ОС, они обеспечивают эффективную работу в системах мультимедиа и в информационно-вычислительных сетях (в том числе и в Интернете), работу с электронной почтой.
При работе в Windows 9х можно использовать длинные, достаточно информативные имена файлов, в которых допускаются даже пробелы, можно перемещать любые объекты в любое место экрана и в любом месте экрана вызвать контекстное меню или получить контекстную помощь.
Windows NT - многопользовательская, многозадачная, многопоточная ОС, она имеет графический пользовательский интерфейс, почти аналогичный интерфейсу Windows 9х.
Отличительными чертами этой операционной системы являются:
• встроенная сетевая поддержка - в отличие от других ОС она изначально создавалась с учетом работы в вычислительной сети, поэтому в интерфейс пользователя встроены функции совместного сетевого использования файлов, устройств и объектов;
• приоритетная многозадачность, позволяющая приложениям с более высоким приоритетом вытеснять менее приоритетные приложения, что приводит, в частности, к более эффективному использованию машинного времени ввиду автоматической ликвидации зависания системы при выполнении «сбойного» приложения;
• наличие достаточно мощных средств защиты программ и файлов различных пользователей от несанкционированного доступа; наличие многоуровневого доступа к ресурсам с назначением пользователям уровня доступа в соответствии с их компетенцией;
• поддержка нескольких файловых систем - кроме файловой системы DOS, поддерживаемой всеми версиями Windows, Windows NT имеет собственную файловую систему (NTFS) и поддерживает файловые системы OS/2 и компакт-дисков (SDFS);
• поддержка широкого спектра компьютерных платформ, в том числе и мультипроцессорных вычислительных систем.
На рынке первая версия Windows NT появилась в 1993 году, а в настоящее время ее версии 3.5 и 4.0 широко применяются самыми разными организациями, банками, промышленностью и индивидуальными пользователями.
Windows 2000 - операционная система, объединяющая возможности Windows NТ и Windows 9х, с расширением многих сервисных пользовательских возможностей, но достаточно сложная в использовании. В качестве упрощенного варианта на базе Windows 2000 создана Windows МЕ - версия ОС, являющаяся развитием Windows 9х. Разработана новая версия ОС Windows - версия 2002 года - Windows ХР.
Сервисные системы
Сервисные системы используются для обеспечения эффективного взаимодействия пользователя и ПК, они являются дополнением и расширением пользовательского интерфейса операционных систем — выполняют посреднические функции между пользователем и ОС. Сервисные системы чисто условно можно разделить на:
• а интерфейсные системы;
• а оболочки ОС;
• а утилиты.
Интерфейсные системы - это мощные сервисные системы, чаще всего графического типа, совершенствующие не только пользовательский, но и программный интерфейс ОС (сопряжение ОС с прикладными программами), в частности, реализующие некоторые дополнительные процедуры распределения дополнительных ресурсов. Примерами интерфейсных систем могут быть системы Windows 3.1, 3.11, и т. д.
Оболочки ОС предоставляют пользователю качественно новый, по сравнению с реализуемым операционной системой, интерфейс и делают необязательным знание последнего; оболочки реализуют наиболее «дружественный» интерфейс с пользователем с помощью системы меню. Наиболее популярные оболочки ОС: Norton Commander, FAR manager, … .
Утилиты автоматизируют выполнение отдельных типовых, часто используемых процедур, реализация которых потребовала бы от пользователя разработки специальных программ. Многие утилиты имеют развитый диалоговый интерфейс с пользователем и приближаются по уровню общения к оболочкам. Собственно, оболочки ОС и интерфейсные системы тоже состоят из утилит, но объединенных в единую систему. Среди наиболее популярных утилит следует отметить утилиты:
• обслуживания магнитных дисков (форматирование; обеспечение сохранности системной информации на диске и возможности ее восстановления в случае разрушения; восстановление ошибочно удаленных файлов и каталогов, а также содержимого файлов и каталогов в случае его разрушения; оптимальная компоновка и дефрагментация файлов на диске; надежное удаление с диска конфиденциальной информации с невозможностью ее дальнейшего прочтения •и т. д.);
• обслуживания файлов и каталогов (создание, копирование, переименование, пересылку, быстрый поиск, удаление и т. п.);
• архивирования и разархивирования файлов (архивирование существенно уменьшает размер файла);
• защиты от компьютерных вирусов и многие другие.
