1.2.Структура программного обеспечения

Программное обеспечение (ПО) - это совокупность программ и правил со всей относящейся к ним документацией, позволяющая использовать вычислительную машину для решения различных задач (рис.1).

Рис. 1. Структура программного обеспечения компьютера

Прикладное ПО - совокупность программ, предназначенных для решения конкретных задач пользователя.

Кроссовое ПО - это ПО, предназначенное для работы с соответствующим компьютером и его программами, реализованное для вычислительных машин других классов при разработке новых компьютеров. Обычно реализуется в виде имитаторов или эмуляторов. Имитатор имитирует требуемую вычислительную среду при неизменном потоке команд, а эмулятор конвертирует поток команд, подстраивая его к имеющейся вычислительной среде.

Тестовое ПО - совокупность программ, предназначенных для проверки работоспособности устройств, входящих в состав компьютера на стадиях его изготовления и эксплуатации.

Системное ПО - совокупность программ и языковых средств, предназначенных для обеспечения функционирования компьютера и наибольшей эффективности его работы. ОС - комплекс программ и данных, которые обеспечивают управление аппаратурой компьютера, планирование эффективного использования ее ресурсов и решения задач по заданиям пользователей. Система программирования - совокупность программных средств, обеспечивающих автоматизацию разработки и отладки программ.

Сетевое ПО представляет собой комплекс программ, данных и протоколов, обеспечивающих передачу информации в среде удаленных компьютеров.

1.3.Режимы функционирования компьютера

1. Однопрограммный режим - все ресурсы предоставляются одной программе. На рис. 2 представлен пример последовательного решения двух задач (1 и 2) в системе, состоящей из микропроцессора (МП) и двух периферийных устройств (ПУ1 и ПУ2). Во время обращения к периферийным устройствам процессор простаивает.

Рис.2 Циклограмма функционирования компьютера в однопрограммном режиме

2. Мультипрограммный режим - несколько независимых программ выполняются одновременно. Отличие от однопрограммного режима состоит в том, что процессор используется другой задачей во время обращения первой к периферийным устройствам (рис. 3). Для создания очередности использования процессора применяются приоритеты.

Рис.3 Циклограмма функционирования компьютера в мультипрограммном режиме

3.Мультизадачный режим - служит для обеспечения функционирования связанных зависимых задач. ОС должна обеспечить механизм связи задач - передачу данных, ожидание, параллельное выполнение и т.п.

1.4.Классификация ос

Перечислим особенности различных видов операционных систем:

1. ОС пакетной обработки - взаимодействие между пользователем и заданием во время обработки невозможно или крайне ограничено.

2. ОС разделения времени - обеспечивает одновременное обслуживание многих пользователей в режиме диалога. Разделение времени процессора реализуется с помощью квантования времени ЦП (центрального процессора).

3. ОС реального времени - гарантия выполнения запроса в течение заданного интервала времени. Запросы могут поступать от пользователя или от внешних устройств. Скорость вычислительных процессов должна быть согласована со скоростью процессов вне компьютера.

4. Диалоговые ОС - используется в ПК. Обеспечивают удобную форму диалога. Возможность пакетной обработки.

Поколения ОС:

40-е годы - ОС не было. Работа в машинных кодах.

50-е годы - 1-ое поколение (IBM-701, фирма General Motors). Цель: сокращение времени запуска программ и их удаления. Это было начало систем пакетной обработки.

К концу 50-х годов фирмы-изготовители поставляли ОС со следующими характеристиками:

а) пакетная обработка одного потока задач - предусматривала минимальное взаимодействие программ и пользователей. В самом предельном случае такое взаимодействие должно быть невозможным, т.е. предполагается однопрограммный режим работы вычислительной системы.

б) наличие стандартных программ ввода-вывода;

в) возможность автоматического перехода от программы к программе;

г) средства восстановления после ошибок;

д) языки управления заданиями, предоставляющие пользователю возможность подробно описывать свои задания и ресурсы.

Уже в первых ОС появилась концепция имен системных файлов, как средства достижения определенной степени независимости программ от аппаратуры. Это дало пользователю возможность не задавать непосредственно в программе конкретные номера физических устройств ввода-вывода, а указывать стандартный системный файл ввода или вывода.

Начало 60-х гг. - 2 поколение ОС. Они создавались как системы коллективного пользования с мультипрограммным режимом работы и как первые системы мультипроцессорного типа. Основное внимание в системах такого типа уделяется повышенной производительности и сокращению простоев ЦП. Были разработаны системы с разделением времени, в которых пользователи работают в диалоговом или интерактивном режиме, например SABRE - система бронирования и продажи авиационных билетов в США. Основная характеристика системы разделения времени - время ответа (от запроса до ответа). Появились первые системы реального времени для управления технологическими процессами, подвижным составом, военной техникой и т.п. Важнейшее свойство системы реального времени состоит в том, что она должна согласовывать время обработки информации с реальными событиями, происходящими в управляемом процессе. Она должна обеспечить гарантированную реакцию на предусмотренные события. Система реального времени обычно работает с недогрузкой. Всегда должен быть запас вычислительной мощности, чтобы произвести необходимые вычисления.

Середина 60-х - середина 70-х - 3 поколение появилось с представлением фирмой IBM в 1964 году семейства компьютеров System/360. ОС была многорежимной системой: пакетной, с разделением времени, мультипроцессорной. ОС стали прослойкой между пользователем и аппаратурой. Недостатки: высокая цена как следствие многофункциональности, сложность описания ресурсов.

Основные варианты ОС:

DOS/360 - дисковая ОС с однопрограммным режимом;

OS/MFT - мультипрограммная ОС с фиксированным числом разделов (оперативная память разбивается на строго определенное число разделов, каждому разделу приписываются определенные потоки задач);

OS/MVT - мультипрограммная система с переменным числом разделов. Память непрерывна, построение очереди по приоритетам;

CP-67/CMS - диалоговая мониторная система с виртуальной памятью и разделением времени.

В 1969 г. фирма Bell Lab анонсировала новую информационную среду для мини ЭВМ - Unix - система с разделением времени, встроенными средствами защиты ресурсов и возможностью работы с виртуальными ресурсами, предназначенную для исследования процессов разработки программного обеспечения, Первоначально была написана на Ассемблере для компьютера PDP-7 фирмой DEC. В последствии переписана была на СИ, что позволило обеспечить высокую переносимость системы. Распространение системы в текстах обеспечило широкий успех, поскольку система могла быть адаптирована к условиям конкретной вычислительной среды.

Другим примером для миниЭВМ служит ОС VAX/VMS (компьютеры разработаны фирмой DEC). Особенностями данной системы являются оснащение мощными средствами защиты приложений (4 уровня), мультизадачность и применение концепции виртуальной памяти.

4 поколение: современные ОС.

Основными чертами ОС можно считать:

- обеспечение доступа к территориально распределенным компьютерам - вычислительные сети;

- обеспечение работы ПК в режиме разделения времени в качестве терминала мощной вычислительной системы;

- шифрование данных для разграничения доступа (линейное и программное);

- улучшение интерфейса пользователя (меню вместо языка управления заданиями);

- распространение концепции виртуальных машин;

- разработка и поддержание баз данных;

- распределенная обработка данных.