Информатика - Борисов

4.Языки исистемы программирования

10.Если продолжить выполнение (опять нажать кнопку ), то возникнетсообщениеобошибке

11. Перейти в режим отладки, нажав кнопку Debug. Вэтом режиме можно наблюдать за переменными, используемыми в программе, для чего достаточно навести курсор мыши на переменную. Например, строковая переменная S на этом шаге приняла значение (см. рисунок ниже).

Анализ показывает, что такого пути к файлу 0.gif не существует. Это и есть выявленная ошибка. Для ее исправления следует отредак- тировать оператор присвоения значения переменной S, заменив первое слагаемое на «D:\1\».

12. После внесения исправлений нажатькнопку Reset , затем уб- рать останов на операторе ActiveSheet и набрать останов на операторе

Selection.Cut. Запустить выполнение программы . Программа вы- полнится до набранного останова, что свидетельствует об устранении ошибки.

41

Раздел II. Алгоритмизацияимоделирование

При этом если перейти на просмотр листа с помощью кнопки , то можно наблюдать изображение

,

которое совпадает с изображением кадра файла 0.gif.

Аналогичным образом повторить верификацию программы при отработке операторов тела цикла от For до Next.

13.Перейти на лист и запустить кнопку «Старт». Наблюдать анимированнуюкартинкуперемещениябурундука.

14.Сделатьанимациюдлядругойобласти листа(например, сячей-

киА10).

15.Сделатьанимациюдлядвижениянаоборот(отпоследнегокадра

кпервому).

ПРИМЕЧАНИЕ:

Бурундуки́ (лат. Tamias) — род грызунов из семейства беличьих. К бурундукам относятся 25 видов, большинство из которых обитает в Северной Америке, за исключением одного евразийского вида — азиатского, или сибирского, бурундука

(Tamias sibiricus).

42

5. Назначение ифункцииОС, утилиты

РАЗДЕЛ III. СОВРЕМЕННЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

5. НАЗНАЧЕНИЕ И ФУНКЦИИ ОС, УТИЛИТЫ

Вопросы:

5.1.Понятие, назначениеиосновныефункцииОС.

5.2.Понятие файловой структуры.

5.3.Вспомогательные программы (утилиты).

5.1. Понятие, назначение и основные функции ОС

Операционная система (ОС) – комплекс системных и управляю- щих программ, предназначенных для наиболее эффективного ис- пользования всех ресурсов вычислительной системы (ВС) и удобства работы с ней. Вычислительная система – взаимосвязанная совокуп- ность аппаратных средств вычислительной техники и программного обеспечения, предназначенная для обработки информации.

В программном обеспечении ВС операционная система занимает основное положение. Любая из компонент программного обеспече- ния обязательно работает под управлением ОС.

Назначение ОС – организация вычислительного процесса, рацио- нальное распределение ресурсов между отдельными решаемыми зада- чами; предоставление пользователям многочисленных сервисных средств, облегчающих процесс программирования и отладки задач. Операционная система исполняет роль своеобразного интерфейса.

Интерфейс – совокупность средств и правил, обеспечивающих взаимодействие устройств вычислительной системы и (или) про- грамм. ОС в значительной степени формирует у пользователя пред- ставление о возможностях ВС, об удобстве работы с ней, ее пропуск- ной способности.

Операционная система взаимодействует с аппаратными средст- вами, пользователем и прикладными программами. Использование операционной системы делает программное обеспечение более уни- версальным: программы могут работать на любом компьютере, где можно запустить эту операционную систему, поскольку взаимодей- ствуют с операционной системой, а не с аппаратурой.

Если для выполнения очередной задачи не хватает ресурсов, ОС,

взависимости оттипа, должна принятьодноиз следующих решений:

•перераспределить часть ресурсов у какой-либо другой задачи, выполняемой в данный момент и менее приоритетной;

43

Раздел III. Современные информационные технологии

•подождать, пока какая-нибудь из решаемых задач завершится и освободит требуемый ресурс;

•пропустить вне очереди ту задачу, для выполнения которой ре- сурсов достаточно.

Наиболее часто используемые операционные системы, такие как DOS, Windows, UNIX, также предоставляют пользовательский ин- терфейс: пользователь может набирать команды в системном при- глашении. ОС интерпретирует эти инструкции с помощью програм- мы, называемой командным интерпретатором.

В последнее время становится общепринятым введение в ОС функций поддержки многопроцессорной обработки данных. Такие функции имеются в операционных системах Solaris фирмы Sun, OS/2 фирмы IBM, Windows NT, Windows XP и т.д. фирмы Microsoft и

вдругих.

Многопроцессорные ОС по способу организации вычислительного процесса в системе с многопроцессорной архитектурой могут быть асимметричные и симметричные. Асимметричная ОС целиком вы- полняется только на одном из процессоров системы, распределяя прикладные задачи по остальным процессорам. Симметричная ОС полностью децентрализована и использует весь набор процессоров, разделяя их между системными и прикладными задачами.

СпецификаОСпроявляетсяивтом, какимобразомонареализуетсете- вые функции: распознавание и перенаправление в сеть запросов кудаленным ресурсам, передача сообщений по сети, выполнение удален- ных запросов. При реализации сетевых функций возникает комплекс за- дач, связанных с распределенным характером хранения и обработки дан- ныхвсети: ведение справочной информации обо всех доступных ресурсах и серверах, адресация взаимодействующих процессов, обеспечение про- зрачностидоступа, тиражированиеданных, согласованиекопий, поддерж- кабезопасностиданных.

Всоответствии с условиями применения различают три режима ОС: пакетной обработки (например, OC EC), разделения времени

(UNIX, VMS) и реального времени (QNX, RT/11).

Врежиме пакетной обработки ОС последовательно выполняет собранные в пакет задания, причем пользователь, не имея контакта с ЭВМ, получает лишь результаты вычислений.

Главной целью и критерием эффективности пакетной обработки является максимальная пропускная способность, то есть решение максимального числа задач в единицу времени. Для достижения этой цели используют следующую схему: в начале работы формируют па- кет заданий, каждое из которых содержит требование к системным ресурсам; из этого пакета заданий формируется мультипрограммная

44

5. Назначение ифункцииОС, утилиты

смесь, то есть множество одновременно выполняемых задач, предъ- являющих отличающиеся требования к ресурсам так, чтобы обеспе- чивалась сбалансированная загрузка всех устройств вычислительной машины.

Например, в мультипрограммной смеси желательно одновремен- ное присутствие вычислительных задач и задач с интенсивным вво- дом-выводом. Таким образом, выбор нового задания из пакета зада- ний зависит от внутренней ситуации, складывающейся в системе, то есть выбирается «выгодное задание». Следовательно, в таких ОС невозможно гарантировать выполнение того или иного задания в течение определенного периода времени.

В системах пакетной обработки переключение процессора с од- ной задачи на другую происходит только в случае, если активная за- дача сама отказывается от процессора, например, из-за необходимо- сти совершить операцию ввода-вывода. Поэтому одна задача может надолго занять процессор, что делает невозможным выполнение ин- терактивных задач. Таким образом, взаимодействие пользователя с вычислительной машиной, на которой установлена система пакет- ной обработки, сводится к тому, что он приносит задание, отдает его диспетчеру-оператору, а в конце дня после выполнения всего пакета заданий получает результат. Очевидно, что такой порядок снижает эффективность работы пользователя.

Системы разделения времени призваны исправить основной недос- таток систем пакетной обработки – изоляцию пользователя – про- граммиста от процесса выполнения его задач. Каждому пользователю предоставляется терминал, с которого он может вести диалог со своей программой. Так как в системах разделения времени каждой задаче выделяется только квант8 процессорного времени, ни одна задача не занимает процессор надолго, и время ответа оказывается приемле- мым. Если квант выбран достаточно небольшим, то у всех пользовате- лей, одновременно работающих на одной и той же машине, складыва- етсявпечатление, что каждыйиз них использует ее единолично.

Ясно, что системы разделения времени обладают меньшей про- пускной способностью, чем системы пакетной обработки, так как на выполнение принимается каждая запущенная пользователем задача, а не та, которая «выгодна» системе, и, кроме того, расходуются вы- числительные мощности на более частое переключение процессора с задачи на задачу. Критерием эффективности систем разделения вре- мени является не максимальная пропускная способность, а удобство и эффективность работы пользователя.

Системы реального времени применяются для управления различ- ными техническими объектами, такими, например, как станок,

45

Раздел III. Современные информационные технологии

спутник, научная экспериментальная установка, или технологиче- скими процессами, такими как гальваническая линия, доменный процесс и т.п. Во всех этих случаях существует предельно допусти- мое время, в течение которого должна быть выполнена та или иная программа, управляющая объектом, в противном случае может про- изойти авария: спутник выйдет из зоны видимости, эксперимен- тальные данные, поступающие с датчиков, будут потеряны, толщина гальванического покрытия не будет соответствовать норме.

Таким образом, критерием эффективности для систем реального времени является их способность выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получением результата (управляющего воздействия). Это время называется вре- менем реакции системы, а соответствующее свойство системы – реактивностью. Для этих систем мультипрограммная смесь пред- ставляет фиксированный набор заранее разработанных программ, а выбор программы на выполнение осуществляется исходя из теку- щего состояния объекта или в соответствии с расписанием плановых работ.

По числу одновременно выполняемых задач операционные сис- темы могут быть разделены на два класса:

•однозадачные (например, MS-DOS, MSX);

•многозадачные (OC EC, OS/2, UNIX, Windows).

Однозадачные ОС в основном выполняют функцию предоставле- ния пользователю виртуальной машины, делая более простым и удобным процесс взаимодействия пользователя с компьютером. Од- нозадачные ОС включают средства управления периферийными уст- ройствами, средства управления файлами, средства общения с поль- зователем.

Многозадачные ОС, кроме вышеперечисленных функций, управ- ляют разделением совместно используемых ресурсов, таких как про- цессор, оперативная память, файлы и внешние устройства.

Некоторые операционные системы могут совмещать свойства систем разных типов, например, часть задач может выполняться в режиме пакетной обработки, часть – в режиме реального времени или в режиме разделения времени. В таких случаях режим пакетной обработки часто называют фоновым.

46

5. Назначение ифункцииОС, утилиты

5.2. Понятие файловой структуры

При наличии большого числа программ и данных необходим строгий их учет и систематизация. Операционным системам прихо- дится работать с различными потоками данных, разными аппарат- ными и периферийными устройствами компьютеров. Организовать упорядоченное управление всеми этими объектами позволяет фай- ловая система.

Файл – это поименованная область на диске или другом машин- ном носителе. В файлах могут храниться тексты программ, докумен- ты, готовые к выполнению программы и т.д. Обычно в отдельном файле хранят данные, относящиеся к одному типу. В этом случае тип данных определяет тип файла.

Можно дать и несколько другое определение файла – это после- довательность произвольного числа байтов, обладающая уникаль- ным собственным именем.

Проще всего представить себе файл в виде безразмерного канце- лярского досье, в которое можно добавлять содержимое или извле- кать его оттуда. Поскольку в определении файла нет ограничений на размер, можно представить себе файл, имеющий 0 байтов (пустой файл), и файл, имеющий любое число байтов.

Имена файлов. Файл обладает уникальным идентификатором (именем), обеспечивающим доступ к файлу. Идентификатор вклю- чает собственно имя – буквенно-цифровое обозначение файла, ко- торое может содержать специальные символы (подчеркивание, де- фис, ! и т.д.), и расширение имени файла (обычно отделяемое от име- ни файла точкой). Если имена создаваемых файлов пользователь может задавать произвольно, то в использовании расширений следу- ет придерживаться традиции, согласно которой расширение указы- вает на тип файла, характер его содержимого. Известны десятки других стандартных расширений, используемых при работе с раз- личными программными средствами.

В различных ОС существуют определенные ограничения на длину имени и расширения файла. Так, в MS-DOS длина имени файла не должна превышать восьми символов, а расширение – трех. В ОС UNIX ограничениязначительноменеежесткие.

Хранение файлов организуется в иерархической структуре, кото- рая называется файловой структурой. В качестве вершины структуры служит имя носителя, на котором сохраняются файлы. Далее файлы группируются в каталоги (папки), внутри которых могут быть созда- ны вложенные каталоги (папки).

47

Раздел III. Современные информационные технологии

Путь доступа к файлу начинается с имени устройства и включает все имена каталогов (папок), через которые проходит. В качестве разделителя используется символ «\» (обратная косая черта).

Уникальность имени файла обеспечивается тем, что полным именем файла считается собственное имя файла вместе с путем дос- тупа к нему. Понятно, что в этом случае на одном носителе не может быть двух файлов с тождественными полными именами.

Запись полного имени файла:

<имя носителя>\<имя каталога -1>\...\<имя каталога – N>\<имя файла>

Пример: С:\студенты\юридический_факультет\группа_11\реферат_история.doc

Кроме имени и расширения имени файла операционная система хранит для каждого файла дату его создания (изменения) и атрибуты файла. Атрибуты – это дополнительные параметры, определяющие свойства файлов. Операционная система позволяет их контролиро- вать и изменять; состояние атрибутов учитывается при проведении автоматических операций с файлами.

Основных атрибутов четыре:

1)только для чтения;

2)скрытый;

3)системный;

4)архивный.

Атрибут «Только для чтения» ограничивает возможности работы с файлом. Его установка означает, что файл не предназначен для внесения изменений.

Атрибут «Скрытый» сигнализирует операционной системе о том, что данный файл не следует отображать на экране при проведении файловых операций. Это мера защиты против случайного (умыш- ленного или неумышленного) повреждения файла.

Атрибутом «Системный» помечаются файлы, обладающие важ- ными функциями в работе самой ОС. Его отличительная особен- ность состоит в том, что средствами ОС его изменить нельзя.

Атрибут «Архивный» в современных программах во внимание не принимается (в прошлом использовался для работы программ ре- зервного копирования).

К функциям обслуживания файловой структуры относятся опе- рации, происходящие под управлением ОС:

•создание файлов и присвоение им имен;

•создание каталогов (папок) и присвоение им имен;

•переименование файлов и каталогов (папок);

•копирование и перемещение файлов между дисками компью- тера и между каталогами (папками) одного диска;

48

5.Назначение ифункцииОС, утилиты

•удаление файлов и каталогов (папок);

•навигация по файловой структуре с целью доступа к заданному файлу, каталогу (папке);

•управление атрибутами файлов.

5.3.Вспомогательные программы (утилиты)

К системным программам можно отнести большое количество так называемых утилит, т.е. программ вспомогательного назначения.

Утилита (английское utility или tool) – программный продукт, предназначенный не для решения какой-либо прикладной задачи, а для решения вспомогательных задач.

Разновидности утилит.

1.Программы-упаковщики (архиваторы) позволяют за счет при- менения специальных средств сжимать информацию на дисках, на- пример, создавать копии файлов меньшего размера, а также объеди- нять несколько файлов в один архивный файл. При создании архи- вов используются такие алгоритмы сжатия, которые позволяют уп- лотнить данные в 2 и более раз. Наиболее популярные программы-

упаковщики – PKZIP, ARJ, RAR., WinRAR, WinZip.

2.Программы для создания резервных копий информации позво- ляют быстро скопировать информацию, находящуюся на жестком диске компьютера, на дискеты или кассеты стримера. Из этих про-

грамм широко используются Norton Backup, Fast Back Plus.

3.Антивирусные программы предназначены для предотвращения заражения компьютерным вирусом и ликвидации последствий зара- жения.

4.Программы для диагностики компьютера позволяют проверить конфигурацию компьютера (количество памяти, ее использование, типы дисков и т.д.), а также проверить работоспособность устройств компьютера. Утилиты для устранения дефектов на дисках называет дисковыми скан-корректорами. Наиболее распространены такие утилиты, как MS ScanDisk, Norton Disk Doctor из пакета NU.

5.Коммуникационные программы предназначены для организа- ции обмена информацией между компьютерами. Программы типа

Brooklin Bridge, DeskLink, LapLink III и др. позволяют пересылать файлы с одного компьютера на другой при соединении кабелем их последовательных портов. Аналогичные возможности имеются в па- кете NU. Другой вид программ (Telemate, Procomm и др.) обеспечи- вает возможность связи компьютеров по телефонной сети (при на- личии модема). Программы типа BitFax, Fax-It и другие дают воз- можность посылать и принимать телефаксные сообщения при нали- чии в компьютере встроенной платы факс-модема.

49

Раздел III. Современные информационные технологии

6.Программы для оптимизации дисков позволяют обеспечить бо- лее быстрый доступ к информации на них. Эти программы переме- щают все участки каждого файла друг к другу (устраняют дефрагмен- тацию), собирают все файлы в начале диска и т.д., за счет чего умень- шается число перемещений головок диска (т.е. ускоряется доступ к данным) и снижается его износ. Программа дефрагментации имеется

вWindows – Disk Defragmenter, атакжевпакете NU – Speed Disk.

7.Программы динамического сжатия дисков позволяют увели- чить количество информации, хранимой на дисках. Эти программы сжимают информацию при записи на диск, а при чтении – восста- навливают ее в исходном виде. Для пользователя эти программы не- заметны. Возможно сжатие баз данных, например, в 4-5 раз.

8.Программы автономной печати (спулеры) позволяют распеча- тывать файлы на принтере параллельно с выполнением другой рабо- ты на компьютере.

Существуют утилиты, расширяющие функциональные возмож- ности существующих прикладных или системных средств, например, утилиты автоматизации и конвертации медиа-файлов (mp3 id3, Ogg tags), безопасного (невосстановимого) удаления файлов, утилиты переконвертирования файлов различных форматов, утилиты сис- темного менеджмента.

Утилиты-конвертеры выполняют конвертирование файлов, представляющих собой различное представление одного и того же типа данных, но в разных форматах: аудио, видео, графические, кон- структорские, модельные, программные файлы.

Разумеется, многообразие системных программ для ПК не исчер- пывается описанными выше типами.

50