8.2. Операционные системы

Основу ОПО составляют ОС: на верхних уровнях - ОС больших и средних ЭВМ; на нижних - ОС мини- и микро-ЭВМ. Практически ОС представляет собой комплекс программ и методов, управляющих ЭВМ и задачами пользователя.

ОС сложны и дороги в разработке. Взаимодействие с ними пользователей осуществляется посредством директивного проблемно-ориентированного языка системы.

Основные компоненты структуры ОС САПР приведены на рис.8.2.

ОС включает две группы программ: управляющие и обрабатывающие.

Обрабатывающие программы - это прежде всего трансляторы с алгоритмических языков. Кроме того, к ним относятся библиотеки стандартных программ для решения типовых задач и системные обслуживающие (сервисные) программы, в состав которых входят загрузчик, редактор, отладчик и множество других программ.

Управляющие программы делятся на три группы: управления задачами, управления заданиями и управления данными.

Управление задачами осуществляется основной управляющей программой - супервизором (диспетчером или резидентской программой), которая реализует мультипрограммный режим или режим разделения времени, т.е. распределяет ресурсы времени и оперативной памяти между программами, а также переключает управление с одной задачи на другую.

Управление заданиями осуществляется комплексом программ, обеспечивающих планирование вычислительного процесса в соответствии с директивами пользователя, вводимыми на языке управления заданиями. Эти программы расшифровывают директивы, организуют очереди заданий с учетом их приоритета и планируют их выполнение в соответствующем режиме.

Управление данными также осуществляется комплексом программ, управляющих процессом организации, идентификации, хранения и выборки всех данных, обрабатываемых в системе. Эти программы обеспечивают поиск, хранение, загрузку в оперативную память и обработку файлов.

Типовая последовательность исполнения программ при прохождении задач проектирования представлена в виде блок-схемы на рис.8.3.

В соответствии с директивами языка управления заданиями осуществляется ввод программы, написанной на алгоритмическом языке, которая представляет собой исходный модуль. Вызывается соответствующий транслятор, который переводит исходную программу на машинный язык, превращая ее в объектный модуль и включая его в библиотеку объектных модулей. Редактор связей собирает необходимые для работы программы модули и увязывает их в единую программу, которая называется загрузочным модулем. Программа выборки настраивает и размещает в оперативной памяти загрузочный модуль, после чего идет выполнение программы под управлением супервизора.

Для хранения перечисленных выше модулей в ОС имеются библиотеки исходных, объектных и загрузочных модулей.

АРМ, включаемые в систему многоуровневых КТС САПР, строятся на базе мини-ЭВМ, для которых разработано большое число ОС с программным обеспечением, имеющим проблемную ориентацию.

ОС мини-ЭВМ делятся на ОС общего назначения, реального времени и разделения времени.

ОС общего назначения обеспечивали выполнение основных функций, связанных с подготовкой, отладкой, вводом-выводом и выполнением заданий пользователя в однопрограммном режиме и ставились на АРМ первого поколения.

ОС реального времени (ОС РВ) получили наибольшее развитие и обеспечивают одновременное выполнение нескольких задач реального времени в режиме мультипрограммирования. Для ОС РВ разработано большое число ППП, используемых в САПР. Это различные СУБД и информационно-поисковые системы для ведения локальных и распределенных баз данных, программные средства машинной графики, ППП оптимизационных расчетов, программные средства автоматизации проектирования и др.

К ОС разделения времени перспективны для создания программно-технических комплексов САПР. Примером таких отечественных ОС является диалоговая единая мобильная операционная система ДЕМОС - универсальная ОС, в которой реализованы основные принципы ОС UNIX. Интерфейс общения с системой обеспечивается командным языком SHELL, который одновременно является командным языком управления заданиями и достаточно мощным языком программирования. В качестве основного языка программирования используется СИ. Основными достоинствами системы являются: наличие унифицированного интерфейса пользователя с системой, обеспечивающего удобную и эффективную форму общения; перспективность для создания локальных вычислительных сетей разнотипных ЭВМ, а также мобильность, поскольку ДЕМОС представляет ОС, единую для разнотипных ЭВМ.

Общее программное обеспечение микро-ЭВМ и персональных компьютеров представлено рядом ОС, ориентированных на определенные серии ЭВМ: СР/М, MS-DOS, UNIX, WINDOWS.

CP/M (Control Program for Microcomputers) - одна из первых популярных и широко распространенных ОС, которая была предназначена для ЭВМ с 8-разрядным микропроцессором и ориентирована на работу одного пользователя. Создано несколько ее версий, в том числе для сетей ЭВМ, среди которых наиболее известна СР/М-86. На базе СР/М-86 была в свое время разработана отечественная ОС М86.

Одной из наиболее известных ОС, разработанных для 16-разрядных ЭВМ, является MS-DOS, которая имеет большой фонд программного обеспечения и используется для ряда применений до настоящего времени. В частности, на базе MS-DOS были разработаны первые программные комплексы для систем автоматизации проектно-конструкторских работ типа AUTO-CAD. Развитием MS-DOS и CP/M-86 стала ОС PC DOS – многопользовательская и многозадачная система. На основе MS-DOS была разработана отечественная Альфа-ДОС (ДОС-16), которая была более развитой и обладала более широкими функциональными возможностями по сравнению с ОС М86.

Для 32-разрядных машин была разработана ОС разделения времени UNIX, важным преимуществом которой является мобильность, обусловленная разделением ее на две части: машинно-зависимую и машинно-независимую. Для переноса ОС на ЭВМ другой архитектуры перерабатывается только машинно-зависимая часть программного обеспечения, что существенно менее трудоемко, чем полное перепрограммирование системы. Отечественной версией данной ОС является система ИНМОС. На базе ОС UNIX в настоящее время разработано много различных ОС. В частности, клоном ОС UNIX, широко используемым в настоящее время, является ОС LINUX.