07.02.03, 08.02.03, 10.02.03, 15.02.03, 16.02.03, 19.02.03

OS-basic 02. Прикладное и системное ПО. Архитектура ОС.

Прикладное и системное ПО. ОС, Системы управления файлами, пользовательские интерфейсные оболочки, системы программирования, утилиты. Архитектура ОС. Ядро и вспомогательные модули ОС. Ядро в привилегированном режиме. Микроядерная архитектура. Средства аппаратной поддержки ОС. Поддержка привилегированного режима, средства трансляции адресов, средства переключения процессов, системный таймер, система прерываний, средства защиты областей памяти. Прикладная среда.

2.1 Системное и прикладное по

Все программное обеспечение (ПО) ЭВМ можно разделить на две группы: прикладное и системное ПО.

Прикладное ПО - программное обеспечение, состоящее из отдельных прикладных программ и пакетов прикладных программ, предназначенных для решения различных задач пользователей и созданных на их основе автоматизированных систем.

Прикладная программа - программа, предназначенная для решения каких-либо задач пользователей в определенной области применения (бухгалтерской, юридической, медицинской и т. д.).

Пакет прикладных программ - комплект программ, предназначенных для решения задач из определенной проблемной области. Обычно применение пакета прикладных программ предполагает наличие специальной документации: лицензионного свидетельства, паспорта, инструкции пользователя и т.п.

Системное про­граммное обеспечение означает программы и комплексы программ, предназначенных для использования технических средств компьютера, и применяемых как для автоматизации разработки (создания) новых программ, так и для организации выполнения программ существующих. С этих позиций системное программное обеспечение может быть разделено на следующие пять групп:

1. Операционные системы.

2. Системы управления файлами.

3. Интерфейсные оболочки для взаимодействия пользователя с ОС.

4. Системы программирования.

5. Утилиты.

Рассмотрим вкратце эти группы системных программ.

Под операционной системой (ОС) обычно понимают комплекс управляю­щих и обрабатывающих программ, который, с одной стороны, выступает как интерфейс между аппаратурой компьютера и пользователем с его задачами, а с другой — предназначен для наиболее эффективного использования ресур­сов вычислительной системы и организации надежных вычислений. Любой из компонентов прикладного программного обеспечения обязательно рабо­тает под управлением ОС. На рис. 2.1 изображена обобщенная структура про­граммного обеспечения вычислительной системы. Видно, что ни один из компонентов программного обеспечения, за исключением самой ОС, не име­ет непосредственного доступа к аппаратуре компьютера. Даже пользователи взаимодействуют со своими программами через интерфейс ОС. Любые их команды, прежде чем попасть в прикладную программу, сначала проходят че­рез ОС.

Основными функциями, которые выполняет ОС, являются следующие:

• прием от пользователя (или от оператора системы) заданий или команд, сформулированных на соответствующем языке — в виде директив (ко­манд) оператора или в виде указаний (своеобразных команд) с помощью соответствующего манипулятора (например, с помощью мыши), — и их обработка;

• прием и исполнение запросов от других программ на запуск, приостановку, оста­новку;

• загрузка в оперативную память подлежащих исполнению программ;

• инициация программы (передача ей управления, в результате чего процессор исполняет программу);

• идентификация всех программ и данных;

Рис. 2.1 Обобщенная структура программного обеспечения вычислительной системы

• обеспечение работы систем управлений файлами (СУФ) и/или систем управления базами данных (СУБД), что позволяет резко увеличить эффективность всего программного обеспечения;

• обеспечение режима мультипрограммирования, то есть выполнение двух или более программ на одном процессоре, создающее видимость их одновременного исполнения;

• обеспечение функций по организации и управлению всеми операциями ввода/вывода;

• распределение памяти, а в большинстве современных систем и организа­ция виртуальной памяти;

• планирование и диспетчеризация задач в соответствии с заданными стра­тегией и дисциплинами обслуживания;

• защита одной программы от влияния другой, обеспечение сохранности данных.

2. Назначение системы управления файлами — организация более удобного доступа к данным, организованным как файлы.

Как правило, все современные ОС имеют соответствующие системы управле­ния файлами. Ряд ОС позволяет рабо­тать с несколькими файловыми системами (либо с одной из нескольких, либо сразу с несколькими одновременно). Необходимо различать файловую систему и систе­му управления файлами.

Для удобства взаимодействия с ОС могут использоваться дополнительные интерфейсные оболочки. Их основное назначение — либо расширить возмож­ности по управлению ОС, либо изменить встроенные в систему возможности. В качестве классических примеров интерфейсных оболочек и соответствую­щих операционных сред выполнения программ можно назвать различные варианты графического интерфейса Х Window в системах семейства UNIX (например, К Desktop Environment в Linux), разнообразные варианты интерфейсов для семейства ОС Windows компании Microsoft, которые заменяют Explorer.

Работая с графическим интерфейсом ОС, пользователь видит структуру каталогов и файлов, и практически все действия может выполнить мышью. До появления ОС с графическими интерфейсами пользователь был вынужден давать команды из командной строки. Примером такой ОС является MS DOS. В ней, например, чтобы скопировать файл, необходимо набрать команду copy filename1 filename2

Для просмотра содержимого файла в командной строке необходимо набрать команду type filename

Для пользователя это было неудобно, поскольку во-первых, отнимало много времени на набор команды и всех ее операндов, а во-вторых, заставляло пользователя работать практически «вслепую», т.к. он не мог постоянно держать перед глазами структуру файлов и каталогов, с которыми работал.

Для упрощения работы пользователя перед появлением графических оболочек были созданы алфавитно-цифровые (текстовые) пользовательские оболочки, в которых пользователь мог управлять работой, нажимая 1-2 клавиши, вместо того, чтобы набирать команду за командой. Примерами таких пользовательских оболочек могут служить Norton Commander, Far (c расширенными возможностями), Windows Commander (для Windows). В них пользователь может выполнять свои задачи используя меню команд, либо так называемые «горячие клавиши».

В настоящее время все оболочки, включая графические, имеют возможность работы с пользователем в диалоговом режиме, выдавая предупреждения, сообщения об ошибках в диалоговом окне.

Весь интерфейс, необходимый программам для обращения к ОС с целью получить определенный сервис — выполнить операцию ввода/вывода, получить или освободить участок памяти и т. д., обозначается термином операционная среда.

3. Система программирования включает прежде всего такие компоненты, как транслятор с соответствующего языка, библиотеки подпро­грамм, редакторы, компоновщики и отладчики. Не бывает самостоятельных (оторванных от ОС) систем программирования. Любая система программи­рования может работать только в соответствующей ОС, под которую она и создана, однако при этом она может позволять разрабатывать программное обеспечение и под другие ОС. Система программирования – это весь комплекс программных средств, предназначенных для кодирования, тестирования, отладки программного обеспечения. Примеры систем программирования: Borland Delphi, Microsoft Visual Basic, Turbo Pascal и т. д.

4. Наконец, под утилитами понимают специальные системные программы, с по­мощью которых можно как обслуживать саму операционную систему, так и подготавливать для работы носители данных, выполнять перекодирование данных, осуществлять оптимизацию размещения данных на носителе и про­изводить некоторые другие работы, связанные с обслуживанием вычислитель­ной системы. К утилитам следует отнести и программу разбиения накопителя на магнитных дисках на разделы, и программу форматирования, и программу переноса основных системных файлов самой ОС. Естественно, что утилиты могут работать только в соответствующей операционной среде.