Раздел 2. Системное программное обеспечение эвм
Тема 3. Операционные системы персонального компьютера
3.1. Классификация видов программного обеспечения
Под программным обеспечением ЭВМ понимается совокупность программ, процедур и правил вместе со связанной с этими компонентами документацией, позволяющих использовать вычислительную технику для решения различных задач. Программное обеспечение призвано обеспечить работоспособность ЭВМ, облегчить взаимодействие пользователя с ЭВМ, расширить ресурсы вычислительной системы, повысить эффективность их использования, повысить производительность и качество труда пользователя.
Программное обеспечение подразделяется на три группы (рисунок 3.1.).
Рисунок 3.1. Классификация программного обеспечения
Системное программное обеспечение - минимальный набор программных средств, обеспечивающих работу компьютера. К нему также относится сервисное программное обеспечение - программы и программные комплексы, которые расширяют возможности базового программного обеспечения и организуют более удобную среду работы пользователя.
В системное (базовое) программное обеспечение входят операционные системы; операционные оболочки (текстовые и графические); сетевая операционная система.
Современным операционным системам присущи следующие функциональные особенности: многозадачность, многопоточность, виртуальная память, многопроцессорная обработка.
Многозадачность (механизм, позволяющий выполнять на компьютере несколько задач), т.е. способность самостоятельно, в зависимости от ситуации, передавать или забирать управление у того или иного приложения, что не позволяет одному приложению занимать все аппаратные ресурсы.
Многопоточность. Для более эффективного использования ресурсов компьютера задачи делятся на отдельные потоки, каждому из которых также назначается приоритет и выделяется интервал процессорного времени.
Виртуальная память. В оперативной памяти применяется разделение ее адресного пространства на отдельные непересекающиеся области и выделение таких областей каждому запущенному приложению. Таким образом, каждая отдельная программа работает в отведенном ей сегменте памяти, не конфликтуя с другими программами. Из-за ограниченности оперативной памяти, механизм виртуальной памяти выделяет часть памяти на внешних устройствах (жестком диске), что в дальнейшем рассматривается системой как продолжение оперативной памяти. Возникает так называемый файл подкачки.
Симметричная многопроцессорная обработка (Symmetric MultiProcessing, SMP) – это способность операционной системы работать с компьютером, в котором установлены два и более процессора
Сервисное программное обеспечение - расширение базового программного обеспечения компьютера, набор дополнительно устанавливаемых программ, которые классифицируют по функциональному признаку следующим образом:
программы диагностики работоспособности компьютера;
антивирусные программы, обеспечивающие защиту компьютера, обнаружение и восстановление зараженных файлов;
программы обслуживания дисков, обеспечивающие проверку качества поверхности магнитного диска, контроль сохранности файловой системы на логическом и физическом уровнях, сжатие дисков, создание страховых копий дисков, резервирование данных на внешних носителях и др.;
программы архивирования данных, обеспечивающие процесс сжатия информации в файлах с целью уменьшения объема памяти для ее хранения;
программы обслуживания сети.
Прикладное программное обеспечение включает прикладные программы, которые непосредственно обеспечивают выполнение необходимых работ для пользователей. Прикладные программы, как правило, являются пакетами программ. Пакет прикладных программ - комплекс взаимосвязанных программ для решения задач определенного класса конкретной предметной области.
К этому классу пакетов относятся офисные пакеты, обеспечивающие организационное управление деятельностью офиса (текстовые и табличные процессоры, средства презентационной графики, органайзеры, программы-переводчики, средства проверки орфографии и распознавания текста, коммуникационные программные средства) и интегрированные пакеты, представленные набором нескольких программных продуктов, функционально дополняющих друг друга, поддерживающих единые информационные технологии и реализуемые на общей вычислительной и операционной платформе.
Инструментальные программные системы, обеспечивают процесс создания новых программ для компьютера и представляют собой совокупность программ и программных комплексов, обеспечивающих технологию разработки, отладки и внедрения, создаваемых программных продуктов. Программные продукты данного класса поддерживают все технологические этапы процесса проектирования, программирования (кодирования), отладки и тестирования создаваемых программ. Пользователями технологии программирования являются системные и прикладные программисты.
В данном классе различают следующие группы программных продуктов.
Средства для создания приложений - совокупность языков и систем программирования, а также различные программные комплексы для отладки и поддержки создаваемых программ;
СASE-технология (Computer-Aided System Engineering), представляющая методы анализа, проектирования и создания программных систем и предназначенная дли автоматизации процессов разработки и реализации информационных систем.
Одной из первых была операционная система MS-DOS, представляющая собой однозадачную и однопользовательскую систему с командным интерфейсом. К операционным системам нового поколения относятся системы семейства Windows (Windows–98, 2000, XP, NT); UNIX; OS|2 и другие.
Windows–95 (98, 2000, Millennium Editor, ХР и другие) – это высокопроизводительные, многозадачные и многопотоковые 32-разрядные системы с графическим интерфейсом и расширенными сетевыми возможностями.
Системы поддерживают 16-разрядные приложения без всякой их модификации и представляют собой интегрированные среды, обеспечивающие обмен текстовой, графической, звуковой и другой информацией.
Системы также поддерживают мультимедиа, включая лазерный проигрыватель, просмотр видеодисков, делают более эффективным использование Web за счет применения всех возможностей компьютера к интерактивному содержимому Internet.
OS|2 – эта операционная система (фирмы IBM) отличается надежностью, имеет большое число бизнес-приложений, с ней совместимы DOS-приложения, и по своей идеологии она сходна с системами типа Windows.
Операционная система UNIX – представляет собой одну из альтернатив семейству операционных систем Windows. Это многозадачная и многопользовательская операционная система, обладает простым пользовательским интерфейсом, ее легко понимать, изменять, переносить на другие аппаратные платформы. Файловая система представлена в иерархической форме, обеспечивает единый интерфейс доступа к данным и к периферийным устройствам.
LINUX – является полной многозадачной и многопользовательской операционной системой, поддерживает национальные и стандартные клавиатуры, разные типы файловых систем для хранения данных, обеспечивает полный набор протоколов TCP|IP для работы в сети. Система компактна, отличается высоким уровнем надежности.
Классификация операционных систем. По числу одновременно работающих пользователей операционные системы подразделяют на однопользовательские (MS DOS, Windows3.x, ранние версии OS|2) и многопользовательские (UNIX, Windows NT).
По числу одновременно выполняемых задач системы могут быть однозадачными (MS DOS, MSX) и многозадачными (UNIX, Windows-95,OS|2).
По принципу рациональности использования процессорного времени операционные системы могут быть системами с невытесняющей многозадачностью (NetWare, Windows3.x) и системами с вытесняющей многозадачностью (Windows NT, UNIX, OS|2).
Лекция №6
Одной из функций операционной системы является организация файловой системы, которая обеспечивает взаимодействие программ с различными физическими устройствами компьютера - накопителями на магнитных дисках и магнитных лентах, устройствами ввода и вывода и т.д. Файловая система обеспечивает выполнение двух видов функций: создание, удаление, изменение атрибутов файлов и т.д.; чтение, запись, поиск и т. д.
Файл – это поименованная область структурированных данных на машинном носителе. На диске файл не требует для своего размещения непрерывного пространства, обычно он занимает свободные кластеры в разных частях диска. Сведения о номерах этих кластеров хранятся в специальной FAT-таблице. Кластер является минимальной единицей пространства диска, которое может быть отведено файлу.
В файлах может храниться различная информация: тексты, рисунки, чертежи, таблицы и т.п. Любой файл характеризуют следующие параметры: полное имя; объем файла в байтах; дата создания файла; время создания файла; специальные атрибуты файла (R (Read only) – только для чтения, H (Hidden) – скрытый файл, S (System) – системный файл, A (Archive) – архивированный файл).
Каждый файл имеет обозначение, которое состоит из двух частей: имени и расширения. Имя файла всегда уникально. Оно образуется не более чем из восьми символов, причем используются только буквы латинского алфавита.
Тип файла (расширение) служит для характеристики хранящейся в нем информации и образуется не более чем из трех символов, причем используются только буквы латинского алфавита. Расширение всегда начинается с точки, например AT.bas, B.com. Установлен ряд соглашений по заданию типа файла, например: .arj – архивный файл; .bak – копия файла; .bat – командный файл; .com – командный системный (исполнительный) файл; .hlp – файл справки; .exe – исполняемый файл; .txt – текстовый файл и др.
Шаблон имени файла. Операции с группой файлов (копирование, удаление, перемещение, поиск) легко выполнить, пользуясь при формировании имен и типов файлов шаблоном. Шаблон имени файла – специальная форма, в которой в полях имени и типа файла используются символы «*» или «?».
Каталог (папка) – это справочник файлов, папок и ярлыков с указанием месторасположения их на диске. Различают текущий (активный) и пассивный каталоги. В активном каталоге пользователь находится в текущее время. Пассивный – это каталог, с которым в данный момент времени не имеется связи.
Структуру MS-DOS образуют следующие модули:
- базовая система ввода-вывода BIOS (Basic Imput /Output System), находящаяся в постоянной памяти компьютера, и модуль расширения возможностей BIOS (представлен в виде файла с именем IO.SYS);
- базовый модуль в виде файла MSDOS.SYS предназначен для управления ресурсами компьютера, файловой системой и работой программ;
- командный процессор в виде файла с именем COMMAND.COM. Взаимодействие с ним осуществляется при помощи команд. Резидентные команды входят в состав самого командного процессора. Транзитные команды являются файлами типа EXE или COM, входящими в состав операционной системы DOS и хранящимися в каталоге, как правило, с именем DOS;
- внешние команды и драйвера, утилиты в виде файлов .COM, .EXE, .SYS. Внешняя команда – это программа, выдающая пользователю ряд простых запросов без специального интерфейса. Внешние драйвера выполняются без диалога и поставляются отдельно от MS DOS;
- системный загрузчик SB всегда размещается на диске в нулевом секторе. Его назначение - поиск и загрузка с диска в оперативную память двух файлов – IO.SYS и MSDOS.SYS, а также запуск модуля расширения BIOS.
Команда операционной системы состоит непосредственно из имени и параметров, разделенных пробелами. Для ввода команды в ЭВМ следует набрать эту команду на клавиатуре и нажать клавишу Enter.
Работа с дисками - для смены дискового устройства необходимо набрать имя нового дискового устройства с двоеточием и нажать клавишу Enter.
Например: смена диска D: на диск C: производится командой D: \ >C: После этого на экране появляется следующее приглашение C: \ >_
Просмотр содержимого диска.
Dir - просмотр содержимого текущего диска;
Dir /P /W [дисковод:] – просмотр содержимого диска (P- постраничный просмотр, W – вывод краткого содержания).
Работа с файлами
- для создания текстовых файлов – команда Copy con [дисковод:][путь \] имя файла;
- для удаления файла – команда Del [ дисковод: ] [ путь \ ] имя файла.
- для переименования файлов – команда Ren [дисковод:] [путь \ ] имя файла новое имя файла;
- для копирования файлов – команда Copy [дисковод:] [путь \ ] имя файла [дисковод:] [путь \ ] имя файла.
Если имя файла не указано, то файл копируется с тем же именем.
- для вывода файла на экран – команда Type [дисковод:] [путь \ ] имя файла;
- для вывода файла на печать – команда Copy [дисковод:] [путь \ ] имя файла Prn.
Работа с каталогами.
- для входа в каталог – команда CD [дисковод:] [путь \ ] имя каталога;
- для выхода из каталога – CD .. ;
- для изменения текущего каталога – CD [дисковод: ] путь;
- для выхода в корневой каталог – CD\;
- для создания каталога– MD [дисковод:] путь;
- для удаления каталога – RD [дисковод:] путь;
- для просмотра каталога – DIR [дисковод: \ путь] [имя файла] [/P] [W].
Лекция №7
Операционные системы Windows имеют следующие особенности:
- оконный графический интерфейс, окно – это основное поле действия;
- многозадачность;
- использования длинных имен файлов и каталогов до 255 символов (в MS-DOS имя файла не превышает 11 символов);
- преимущественное использование мыши для операций над объектами;
- стандартная система меню, форм отчетов и операции обработки;
- полная независимость от аппаратуры;
- совместимость со всеми видами приложений для MS-DOS;
- реализация принципа создания Рабочего стола.
Окно – это специальным образом обрамленная и оформленная прямоугольная область на экране для размещения объектов и выполнения операций над ними.
Папка – это логическая емкость, в которой можно сгруппировать любые элементы: документы, отдельные файлы, другие папки, ярлыки.
Ярлык – представляет собой файл, содержащий указатель на некоторый объект в дереве ресурсов и обеспечивающий быстрый доступ к нему. Наличие ярлыка не изменяет местоположение файла, оно упрощает его открытие.
Меню – это список команд, из которых пользователь делает выбор. Это набор объединенных по функциональному признаку пунктов, каждый из которых означает команду. Выбор пункта равносилен выдаче той команды, которая с ним ассоциируется при работе с программой.
Рабочий стол – это титульный лист системы. На нем могут размещаться значки пиктограмм с надписями папок (собственных и системных), файлов с программами и документами, ярлыков для папок, файлов и устройств.
Кроме того, на Рабочем столе находится Панель задач с кнопкой Пуск.
Системными называются папки, которые создаются и обслуживаются самой операционной системой.
Панель задач – отображает список исполняемых в данный момент приложений и облегчает переключение между ними.
Все Windows-программы можно отнести к следующим трем группам.
Первая группа – это программы, постоянно присутствующие на Рабочем столе: «Мой компьютер», «Корзина», «Проводник».
Вторая группа – это Стандартные программы Windows, к которым относятся группы программ «Развлечения», служебных программ, программы Блокнот, Pаint, Word Pad, Калькулятор и некоторые другие.
Третья группа – специальные программы: текстовый (MS-Word) и табличный (MS-Excel) процессоры, система управления базой данных (MS-Access), организации презентаций (Power Point) и ряд других.
Интерфейс – это набор средств взаимодействия, связи и сопряжения, облегчающих работу пользователя с компьютером. Основные элементы интерфейса – меню, панели инструментов, Панель задач и строки состояния.
Операционная система Windows позволяет создавать комплексные документы, содержащие несколько разных типов данных, обеспечивать совместную работу нескольких приложений при подготовке одного документа, переносить и копировать объекты между приложениями.
Система Windows располагает средствами интеграции, которые позволяют выполнять совместную обработку приложений. К ним относятся:
- буфер обмена – специальная область памяти, которая используется для пересылки данных между приложениями и документами. Можно выделить какой-либо объект, поместить его для хранения в буфер обмена, а затем его можно вставить либо в другое место того же документа, либо в другой документ того же или совсем другого приложения. Для такого обмена используются команды Вырезать, Копировать, Вставить;
- технология OLE (связь и внедрение объектов) позволяет объединить в одном документе объекты разного происхождения, например, текст, фотографию, музыку. Внедрять эти объекты можно либо через буфер обмена, либо командой Специальная вставка (Правка - Вставить);
- конвертирование (или преобразование) файлов – предполагает изменение формата файла-документа. Например, файл формата «Текстовый файл» преобразуется в «Документ Word» и наоборот;
- импорт и экспорт – операция, где данные одного файла/документа по определенным соглашениям пересылаются в другой файл/документ;
- динамический обмен данными – разработан набор специальных соглашений (протоколов) об обмене данными между приложениями.
К управляющим Windows–программам относятся:
- диспетчер программ – это центральная управляющая программа, осуществляющая начало и завершение большинства процессов. Из нее запускаются Windows-приложения. Сеанс работы в Windows заканчивается завершением Диспетчера программ;
- диспетчер файлов – это вспомогательная программа, обеспечивающая управление файловой системой. Принципы хранения файлов в среде DOS и Windows одинаковы. Диспетчер файлов показывает, на каких дисках, какие каталоги и файлы доступны, и к какому типу эти файлы относятся;
- диспетчер задач – предназначен для управления несколькими, параллельно работающими приложениями, переключения с одной задачи на другую, для закрытия приложений. С помощью Диспетчера задач можно упорядочить расположение окон и пиктограмм параллельно работающих приложений;
- диспетчер памяти – осуществляет управление распределением памяти;
- диспетчер конфигурации – планирует выделение адресов вновь устанавливаемым устройствам;
- диспетчер печати – предназначен для управления процессом печати, устанавливается очередность и приоритет при печати нескольких документов. Закрывается Диспетчер автоматически по команде с клавиатуры или через системное меню. При этом печать документа прекращается.
Служебные приложения предназначены для обслуживания компьютера и операционной системы. Они позволяют находить и устранять дефекты файловой системы, оптимизировать настройки программного и аппаратного обеспечения, автоматизировать рутинные операции по обслуживанию компьютера.
Служебные приложения Windows XP вызываются командами Пуск, Программы, Стандартные, Служебные. В их число входят программы активизации Windows, архивации данных, восстановления системы, дефрагментации диска, очистки диска, назначенные задания и таблица символов.
Windows XP является следующей — после Windows 2000 и Windows Millennium. В Windows XP осуществлена эффективная интеграция сильных сторон Windows 2000 (основанной на отраслевых стандартах системы безопасности, высокой надежности и управляемости) с лучшими характеристиками системы Windows Me, такими как простой в применении интерфейс пользователя, возможности технологии Plug and Play и новые принципы организации службы технической поддержки. Были разработаны две версии для пользователей домашних компьютеров и бизнес-пользователей: Windows XP Home Edition и Windows XP Professional.
Сохранив ядро Windows 2000, операционная система Windows XP обрела новое внешнее оформление. Одним из нововведений стала возможность применения несколькими пользователями, работающими на одном компьютере, функции быстрого переключения пользователей. При переключении не требуется, чтобы ранее работавший на компьютере пользователь выходил из системы, сохраняя открытые им файлы. Для каждого такого сеанса требуется дополнительно около 2 МБ оперативной памяти. Поэтому для обеспечения надежной работы в многопользовательском режиме рекомендуется, чтобы объем оперативной памяти составлял не менее 128 МБ.
Система UNIX получила распространение на машинах с различной мощностью обработки, от микропроцессоров до больших ЭВМ, обеспечивая на них общие условия выполнения программ. Система состоит из двух частей. Одну составляют программы и сервисные функции, другая часть является собственно операционной системой, поддерживающей эти программы и функции.
Популярность системы UNIX объясняется следующими причинами:
система многопользовательская и многозадачная, благодаря чему каждый пользователь может одновременно выполнять несколько процессов;
архитектура машины скрыта от пользователя, что облегчает процесс написания программ для различных конфигураций аппаратных средств;
система написана на языке высокого уровня, благодаря чему ее легко читать, понимать, изменять и переносить на другие машины;
наличие довольно простого пользовательского интерфейса, в котором имеется возможность предоставлять все необходимые пользователю услуги;
наличие элементарных средств, позволяющих создавать сложные программы из более простых;
наличие иерархической файловой системы, легкой в сопровождении и эффективной в работе;
обеспечение согласования форматов в файлах, работа с последовательным потоком байтов, благодаря чему облегчается чтение программ;
наличие простого, последовательного интерфейса с периферийными устройствами.
Лекция №8