Лекция  №9    Системное программное обеспечение.

Цель  лекции: Ознакомить с  сервисным программным обеспечение ПК.

Основные  вопросы:

• Системное программное обеспечение.
• Базовое программное обеспечение: Понятие операционной системы. Программы оболочки;
• Сервисные программы.

Содержание:

       Системное программное обеспечение – совокупность программ и программных комплексов для обеспечения работы компьютера и сетей ЭВМ. Системное программное обеспечение подразделяется на базовое и сервисное программное обеспечение.

       Базовое программное обеспечение – минимальный набор программных средств, обеспечивающих работу компьютера: к нему относятся операционные системы и операционные оболочки. Базовое ПО – самый низкий уровень программного обеспечения. Оно отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Как правило, базовые программные средства непосредственно входят в состав базового оборудования и хранится в специальных микросхемах, называемых ПЗУ. Программы и данные записываются в микросхемы ПЗУ на этапе производства и не могут быть изменены в процессе эксплуатации.

       В тех случаях, когда изменение  базовых программных средств  во время эксплуатации является технически целесообразным, вместо микросхем ПЗУ  применяют перепрограммируемые  ПЗУ. В этом случае изменение содержания ПЗУ можно выполнять на специальных устройствах, называемых программаторами.   

    Операционная  система - это комплекс программ, организующих управление  работой компьютера и его взаимодействие с пользователем.

    С одной стороны, она опирается  на базовое программное обеспечение  компьютера, входящее в его систему BIOS (базовая система ввода-вывода), с другой стороны, она сама является опорой для программного обеспечения более высоких уровней – прикладных и большинства служебных приложений. Приложениями операционная система принято называть программы, предназначенные для работы под управлением данной системы.

    Операционные  системы для персонального компьютера различаются по нескольким параметрам:

• однозадачные и многозадачные;
• однопользовательские и многопользовательские.

    Однозначные операционные системы обычно позволяют запустить одну программу в основном режиме и еще одну программу, вспомогательную, в так называемом фоновом режиме. Например, в основном режиме можно запустить редактор текстов, а в фоновом - программу печати.

    Многозадачные системы позволяют запустить одновременно несколько программ, которые будут работать параллельно, не мешая друг другу.

    Однопользовательские операционные системы позволяют работать на компьютере в каждый момент времени только одному человеку.

    В многопользовательской системе работу можно организовать так, что каждый пользователь будет иметь доступ к информации общего доступа и, введя пароль, к личной информации, доступной только ему. Например, UNIX позволяет нескольким пользователям одновременно работать на одном компьютере с помощью так называемых терминалов, в роли которых могут выступать либо специализированные устройства (видеомонитор с клавиатурой), либо запущенная на ПК специальная программа. Терминал может находиться в нескольких метрах или в нескольких тысячах километров от компьютера. Терминал может быть связан с основным компьютером и через локальную сеть или мировую компьютерную сеть Internet.

    Состав  операционной системы. Структура ОС составляют следующие модули:

• базовый модуль (ядро ОС) – управляет работой программами и файловой системой, обеспечивает доступ к ней и обмен файлами между периферийными утройствами;
• командный процессор – расшифровывает и исполняет команды пользователя, поступающие прежде всего через клавиатуру;
• драйверы периферийных устройств – программно обеспечивают согласованность работы этих устройств с процессором;
• дополнительные сервисные программы (утилиты) – делают удобным и многосторонним процесс общения пользователя с компьютером.

    Главное назначение операционной системы – это управление ресурсами, а главные ресурсы, которыми она управляет – это аппаратура компьютера. Операционная система реализует множество различных функций, в том числе:

• определяет так называемый «интерфейс пользователя»;
• обеспечивает разделение аппаратных ресурсов между пользователями;
• дает возможность работать с общими данными в режиме коллективного пользования;
• планирует доступ пользователей к общим ресурсам;
• обеспечивает эффективное выполнение операций ввода-вывода;
• осуществляет восстановление информации и вычислительного процесса в случае ошибок.

    Операционная  система управляет  следующими основными  ресурсами: процессорами; памятью; устройствами ввода-вывода; данными.

    Операционная  система взаимодействует  с: операторами ЭВМ; прикладными программистами; системными программистами; административным персоналом; программами; аппаратными средствами; пользователями.

    Режим работы с компьютером. Все операционные системы способны обеспечивать как пакетный, так и диалоговый режим работы с пользователем. В пакетном режиме операционная система автоматически исполняет заданную последовательность команд.  Суть диалогового режима состоит в том, что операционная система находится в ожидании команды пользователя и получив ее, приступает к исполнению, а исполнив, возвращает отклик и ждет очередной команды. Диалоговый режим работы основан на использовании прерываний процессора и прерываний BIOS (которые, в свою очередь, также основаны на использовании прерываний процессора). Опираясь на эти аппаратные прерывания, операционная система создает свой комплекс системных прерываний. Способность операционной системы прерывать текущую работу и отреагировать на события, вызванные пользователем с помощью управляющих устройств, воспринимается как диалоговый режим работы.

    Виды  интерфейсов пользователя. По реализации интерфейса пользователя различают неграфические и графические операционные системы. Неграфические операционные системы реализуют интерфейс командной строки. Основным устройством управления в данном случае является клавиатура.  Управляющие команды вводят в поле командной строки, где их можно и редактировать. Исполнение команды начинается после ее утверждения, например нажатием клавиши Enter. Для компьютеров платформы IBM PC интерфейс командной строки обеспечивается семейством операционных систем под общим названием MS DOS.

    Графические операционные системы реализуют более сложный тип интерфейса, в котором в качестве органа управления кроме клавиатуры может использоваться мышь или адекватное устройство позиционирования. Работа графической операционной системой основана на взаимодействии активных и пассивных экранных элементов управления. Характер взаимодействия между активными и пассивными элементами управления выбирает сам пользователь.

    Обеспечение автоматического  запуска. Все операционные системы обеспечивают свой автоматический запуск. Для дисковых ОС в специальной (системной) области диска создается запись программного кода. Обращение к этому коду выполняют программы, находящиеся в базовой системе ввода-вывода (BIOS). Завершая свою работу, они дают команду на загрузку и исполнение содержимого системной области диска. Недисковые ОС характерны для специализированных вычислительных систем. Математическое обеспечение, содержащееся в микросхемах ПЗУ таких компьютеров, можно условно рассматривать как аналог операционной системы. ЕЕ автоматический запуск осуществляется аппаратно. При подаче питания процессор обращается к фиксированному физическому адресу ПЗУ, с которого начинается запись программы инициализации операционной системы.

    Организация файловой системы.  Все современные дисковые ОС обеспечивают создание файловой системы,  предназначенной для хранения данных на дисках и обеспечения доступа к ним. Принцип организации файловой системы – табличный. Поверхность жесткого диска рассматривается как трехмерная матрица, измерениями которой являются номера поверхности, цилиндра и сектора. Наименьшей физической единицей хранения данных является сектор. Группы секторов условно объединяются в кластеры. Кластер является наименьшей единицей адресации к данным. Размер кластера, в отличие от размера сектора, не фиксирован и зависит от емкости диска.

    История развития ОС. В своем развитии ОС прошли через ряд поколений. Вычислительные машины нулевого поколения в 40-х годах не имели операционных систем. В 50-х годах в машинах первого поколения появились возможности пакетной обработки. В начале 60-х годов в системах второго поколения были впервые реализованы такие режимы вычислений, как мультипрограммирование, мультипроцессорный режим, разделение времени и режим реального времени, а так же концепция независимости программ от устройств ввода-вывода. Системы третьего поколения (середина 60-х, 70-х годов) были по преимуществу универсальными, они предусматривали работу во многих режимах. В настоящее время доминирующее положение занимают системы четвертого поколения, в том числе средства для вычислительных сетей, для ПК, операционные системы для виртуальных машин, системы без баз данных и системы распределенной обработки данных. 

    В настоящее время наиболее распространены несколько типов операционных систем: однозадачная однопользовательская система MS-DOS выпускается фирмой Microsoft с 1981 г.; она работает в текстовом режиме; известны также ее разновидности от других фирм-разработчиков: DR DOS, PC DOS;

    OS/2 – разрабатывается фирмой IBM;

    Unix – многозадачная многопользовательская система,  создана корпорацией Bell Laboratory;

    Mac OС – выпускается фирмой Apple для компьютеров типа Macintosh;

    NetWare – сетевая операционная система, выпускается фирмой Novell;

    Windows 95 / 98 / NT / 2000 / ХР / 2003 – разрабатывается фирмой Microsoft. 
 

    Как уже отмечалось, если операционная система не создает пользователю удобных условий работы, между  ней и человеком возможно существование  еще одного посредника- программы- оболочки:

    Программы оболочки – программы предназначенны для создания пользователю удобных условий работы. Примеры: Norton Commander, DOS-Navigator, WINDOWS 3.1. Появление подобных программ связано с тем, что операционные системы старого образца (например, MS-DOS) несмотря на простоту и надежность не были снабжены средствами, создающими пользователю удобную среду для работы. В таких операционных системах общение человека с машиной производилось (и производится) при помощи команд, которые надо набирать с клавиатуры.

    Например, в операционной системе MS-DOS для того, чтобы скопировать файл text.txt из каталога C:\ABCDE в каталог A:\DOC необходимо набрать с клавиатуры следующую команду:

    copy C:\ABCDE\text.txt A:\DOC

    Очевидно, такой способ общения (интерфейс) ненагляден, требует знания наизусть стандартного набора команд данной операционной системы, правил работы с ними и неудобен- требует набора текста с клавиатуры, причем безошибочного.

    Программы -оболочки выполняют роль надстроек над такими операционными системами, давая пользователю возможность выполнять те же самые операции быстрее и нагляднее. В современных операционных системах (WINDOWS'95) предусматриваются свои средства, обеспечивающие удобство работы пользователям, и дополнительные программы-оболочки если и используются при работе, то в силу привычки к старым, проверенным и любимым программам.  
 

    Сервисное программное обеспечение – программы и программные комплексы, которые расширяют возможности базового ПО и организуют более удобную среду для пользователя. Сервисное По включает программы:

• диагностики работоспособности компьютера;
• обслуживания сети;
• обслуживания дисков и архивирования данных;
• антивирусные и т.д.