Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лекции сельхоз.doc
Скачиваний:
51
Добавлен:
26.03.2015
Размер:
1.78 Mб
Скачать

Вопросы:

  1. Что относится к базовым программным средствам?

  2. Что используется в качестве инструментальной среды?

  3. Перечислить пять основных функциональных блоков (фон-неймановской) архитектуры.

  4. Назвать и объяснить четыре типа архитектуры ЭВМ.

Лекция 3.

Технические средства ЭВМ и аппаратное обеспечение современных ПК.

Структурная схема ЭВМ.

ЭВМ — это устройство, выполненное на электронных приборах, предназначенное для автоматического преобразования информации под управлением программы.

Основные элементы электронной вычислительной машины (фон-неймановской структуры) и связи между ними показаны на рисунке.

Процессор. Процессор (ЦП) выполняет логические и арифметические операции, определяет порядок выполнения операций, указывает источники данных и приемники результатов. Работа процессора происходит под управлением программы.

При первом знакомстве с ЭВМ считают, что процессор состоит из четырех устройств: арифметико-логического устройства (АЛУ), устройства управления (УУ), регистров общего назначения (РОН) и кэш-памяти. АЛУ выполняет арифметические и логические операции над данными. Промежуточные результаты сохраняются в РОН. Кэш-память служит для повышения быстродействия процессора, путем уменьшения времени его непроизводительного простоя. УУ отвечает за формирование адресов очередных команд, т.е. за порядок выполнения команд, из которых состоит программа.

Системная шина. Системная шина - это основная интерфейсная система ПК, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой. Основной функцией системной шины является передача информации между процессором и остальными устройствами ЭВМ.

Все блоки, а точнее их порты ввода-вывода, через соответствующие разъемы подключаются к шине единообразно: непосредственно или через контроллеры (адаптеры). Управление системной шиной осуществляется непосредственно, либо, чаще через контроллер шины. Обмен информацией между ВУ и системной шиной выполняется с использованием ASCII-кодов.

Системная шина состоит из трех шин: шины управления, шины данных и адресной шины. По этим шинам циркулируют управляющие сигналы, данные (числа, символы), адреса ячеек памяти и номера устройств ввода-вывода.

Важнейшими функциональными характеристиками системной шины являются: количество обслуживаемых ею устройств и ее пропускная способность, т.е. максимально возможная скорость передачи информации. Пропускная способность шины зависит от ее разрядности (есть шины 8-, 16-, 32- и 64-разрядные) и тактовой частоты, на которой шина работает.

Виды памяти и их сравнительные характеристики.

Память предназначена для записи, хранения, выдачи команд и обрабатываемых данных.

Существует несколько разновидностей памяти: оперативная, постоянная, внешняя, кэш, CMOS (КМОП), регистровая. Существование целой иерархии видов памяти объясняется их различием по быстродействию, энергозависимости, назначению, объему и стоимости. Многообразие видов памяти помогает снять противоречие между высокой стоимостью памяти одного вида и низким быстродействием памяти другого вида.

Память современных компьютеров строится на нескольких уровнях, причем память более высокого уровня меньше по объему, быстрее и в пересчете на один байт имеет большую стоимость, чем память более низкого уровня.

Регистровая память. — наиболее быстрая (ее иногда называют сверхоперативной). Она представляет собой несколько регистров общего назначения (РОН), которые размещены внутри процессора. Регистры используются при выполнении процессором простейших операций: пересылка, сложение, счет и т.д.

Наилучшим вариантом было бы размещение всей памяти на одном кристалле с процессором. Однако из-за существующих технологических сложностей изготовления памяти большого объема пришлось бы большое число микросхем отправить в брак.

Кэш-память по сравнению с регистровой памятью имеет больший объем, но меньшее быстродействие. В ЭВМ число запоминающих устройств с этим видом памяти может быть различным. В современных ЭВМ имеется два-три запоминающих устройства этого вида.

КЭШ-память – это буферная, не доступная для пользователя быстродействующая память, автоматически используемая компьютером для ускорения операций с информацией, хранящейся в более медленно действующих запоминающих устройствах.

Кэш-память первого уровня располагается внутри процессора, а кэш память второго уровня — вне процессора (на так называемой материнской плате).

В переводе с английского языка слово cache (кэш) означает «тайник», так как кэш-память не доступна для программиста (она автоматически используется компьютером). Кэш-память используется для ускорения выполнения операций за счет запоминания на некоторое время полученных ранее данных, которые будут использоваться процессором в ближайшее время. Введение в компьютер кэш-памяти позволяет сэкономить время, которое без нее тратилось на пересылку данных и команд из процессора в оперативную память (и обратно). Работа кэш-памяти строится так, чтобы до минимума сократить время непроизводительного простоя процессора (время ожидания новых данных и команд).

Этот вид памяти уменьшает противоречие между быстрым процессором и относительно медленной оперативной памятью.

Кэш-память первого уровня, которая размещается на одном кристалле с процессором, принято обозначать символами L1. Кэш-память, которая располагается на материнской плате (второй уровень), обозначается символами L2. На структурной схеме показана только кэш-память L1.

Энергозависимая память CMOS (КМОП-память) служит для запоминания конфигурации данного компьютера (текущего времени, даты, выбранного системного диска и т.д.). Для непрерывной работы этого вида памяти на материнской плате ЭВМ устанавливают отдельный малогабаритный аккумулятор или батарею питания.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) используется для кратковременного хранения переменной (текущей) информации и допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения процессором вычислительных операций. Это значит, что процессор может выбрать из ОЗУ команду или обрабатываемые данные (режим считывания) и, после арифметической или логической обработки данных, поместить полученный результат в ОЗУ (режим записи). Размещение новых данных в ОЗУ возможно на тех же местах (в тех же ячейках), где находились исходные данные. Понятно, что прежние команды (или данные) будут стерты.

ОЗУ используется для хранения программ, составляемых пользователем, а также исходных, конечных и промежуточных данных, получающихся при работе процессора.

В качестве запоминающих элементов в ОЗУ используются либо триггеры (статическое ОЗУ), либо конденсаторы (динамическое ОЗУ).

ОЗУ — это энергозависимая память, поэтому при выключении питания информация, хранившаяся в ОЗУ, теряется безвозвратно.

По быстродействию ОЗУ уступает кэш-памяти и тем более сверхоперативной памяти — РОН. Но стоимость ОЗУ значительно ниже стоимости упомянутых видов памяти.

Постоянное запоминающее устройство. В постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) хранится информация, которая не изменяется при работе ЭВМ. Такую информацию составляют загрузочные программы ОС, тест-мониторные программы (они проверяют работоспособность компьютера в момент его включения), драйверы (программы, управляющие работой отдельных устройств ЭВМ, например, клавиатурой) и др.

ПЗУ является энергонезависимым устройством, поэтому информация в нем сохраняется даже при выключении электропитания.

Перспективным видом постоянной памяти является память с электрическим способом стирания и записи информации (FLASH-память), которая при острой необходимости позволяет перепрограммировать ПЗУ и тем самым оперативно улучшать характеристики ЭВМ.

Общая емкость основной памяти ПК обычно лежит в пределах от 1 до 32 Мбайт. Емкость ОЗУ на один-два порядка превышает емкость ПЗУ: ПЗУ занимает 128 (256) Кбайт, остальной объем – это ОЗУ.

Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) предназначены для долговременного хранения информации. К ВЗУ относятся накопители на магнитной ленте (магнитофоны, стримеры), накопители на жестких дисках (винчестеры), накопители на гибких дисках, проигрыватели оптических дисков. ВЗУ по сравнению с ОЗУ имеют, в основном, больший объем памяти, но существенно меньшее быстродействие.

Виды запоминающих устройств:

  1. Накопители на гибких (НГМД) магнитных дисках, иначе, на флоппи-дисках или на дискетах (ГМД бывают диаметром 5,25 и 3,5 дюйма, соответственно емкостью 1,2 и 1,44 Мб).

  2. Накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД) типа «винчестер» (Термин винчестер возник из жаргонного названия первой модели жесткого диска емкостью 16Кб (IBM, 1973г), имевшего 30 дорожек по 30 секторов, что случайно совпало с калибром «30/30» известного охотничьего ружья «Винчестер») (диаметр диска чаще всего 3,5 дюйма (89мм), но есть и другие: 5,25 (133мм) и 1,8 (45мм); высота корпуса дисковода у настольных ПК – 25мм, у серверов – 41мм и у портативных ПК – 12мм). Емкость НЖМД: 250 – 4000Мб, до 5000Мб. В ПК имеется обычно один НЖМД. Однако в MS DOS (дисковая операционная система фирмы Microsoft) программными средствами один физический диск может быть разделен на несколько «логических» дисков, тем самым имитируется несколько НМД на одном накопителе.

  3. Накопители на сменных жестких магнитных дисках, использующие эффект Бернулли (емкость 20-230Мбайт).

  4. В ПК используются также диски с высокой плотностью записи (похожи на обычные дискеты, но имеют более жесткую конструкцию). Среди накопителей, использующих такие диски, есть:

  • накопители на флоптических дисках, иначе floptical-накопители (стандартная емкость 20,8Мб);

  • накопители сверхвысокой плотности записи, иначе, VHD-накопители (сейчас выпускаются емкостью 120-240Мбайт; фирма Hewlett Packard объявила о создании диска емкостью 1000Мб, а фирма IBM – 8700Мб и 10800Мб).

  • Накопители на оптических компакт-дисках CD-ROM (неперезаписываемые и перезаписываемые). Емкость 250 – 1500Мб.

  • Магнитооптические диски с однократной записью (CC WORM). Емкость 120 – 1000Мб.

  • Накопители на магнитооптических дисках (чтение/запись). Емкость современных НМОД доходит до 2,6Гб (ожидаются до 5,2Гб). Но перезаписывающие дисководы очень дороги (около тысячи долларов).

    Основные достоинства НОД (накопители на оптических дисках):

    • сменяемость и компактность носителей;

    • большая информационная емкость;

    • высокая надежность и долговечность CD;

    • меньшая (по сравнению с НМД) чувствительность к загрязнениям и вибрациям;

    • нечувствительность к электромагнитным полям.

    Устройства ввода информации. К устройствам ввода информации относятся:

    • клавиатура – устройство для ручного ввода числовой, текстовой и управляющей информации в ПК;

    • ручные манипуляторы мышь, трекбол, джойстик, трекпойнт, трекпад;

    • сканер (читающие автоматы);

    • сенсорные экраны;

    • световое перо;

    • информационные перчатки, информационный костюм, шлем, джойстринг;

    • диджитайзер (графический планшет);

    • цифровая видеокамера, фотокамера, микрофон и др.

    Устройства вывода информации. К устройствам вывода информации относятся:

    • дисплей (монитор);

    • принтер (бывают матричные, струйные, лазерные);

    • плоттер (графопостроитель – для вывода графической информации из ПК на бумажный носитель), плоттеры бывают векторные с вычерчиванием изображения с помощью пера и растровые: струйные, лазерные. Основные характеристики всех плоттеров – скорость вычерчивания – 100-1000мм/с, у лучших моделей возможны цветное изображение и передача полутонов; наибольшая разрешающая способность и четкость изображения у лазерных плоттеров, но они самые дорогие;

    • акустические колонки и др.

    Модем выполняет функции и устройств ввода и устройств вывода информации. Он позволяет соединяться с другими удаленными компьютерами с помощью телефонных линии связи и обмениваться информацией между ЭВМ.

    Многие из названных выше устройств относятся к условно-выделенной группе – средствам мультимедиа.

    Средства мультимедиа (multimedia – многосредовость) – это комплекс аппаратных и программных средств, позволяющих человеку общаться с компьютером, используя самые разные, естественные для себя среды: звук, видео, графику, тексты, анимацию и др.

    К средствам мультимедиа относятся:

    • ВЗУ большой емкости на оптических дисках (CD – компактные диски );

    • устройства речевого ввода-вывода (микрофоны, звуковые мыши, синтезаторы звука: динамики, звуковые колонки);

    • сканеры;

    • высококачественные видео- и звуковые платы;

    • платы видеозахвата, снимающие изображение с видеомагнитофона или с видеокамеры;

    • высококачественные акустические и видеовоспроизводящие системы с усилителями, звуковыми колонками, большими видеоэкранами.

    Очевидно, что конструкция современной ЭВМ много сложнее рассмотренной конструкции. На структурной схеме не изображены тактовый генератор, который подключен к процессору, адаптеры (или контроллеры), включенные между системной шиной и каждым устройством ввода-вывода и другие блоки (дополнительные – математический сопроцессор, контроллер прямого доступа к памяти, сопроцессор ввода-вывода, котроллер прерываний).

    Математический сопроцессор широко используется для ускоренного выполнения операций над двоичными числами с плавающей запятой, над двоично-кодированными десятичными числами. Математический сопроцессор работает параллельно с основным МП, но под управлением последнего. Последние модели МП, начиная с МП 80486 DX, имеют встроенный сопроцессор.

    Прерывания. Важнейшую роль играет в ПК контроллер прерываний.

    Прерывание – временный останов выполнения одной программы в целях оперативного выполнения другой, в данный момент наиболее важной (приоритетной) программы.

    Прерывания возникают при работе с компьютером постоянно. Достаточно сказать, что все процедуры ввода-вывода информации выполняются по прерываниям (естественно, пользователь их не замечает). Кроме этого, запросы на прерывание могут возникать из-за сбоев в аппаратуре, переполнения разрядной сетки, деления на ноль и т.д.

    Контроллер прерываний обслуживает процедуры прерывания, принимает запрос на прерывание от ВУ, определяет уровень приоритета этого запроса и выдает сигнал прерывания в МП. МП, получив этот сигнал, приостанавливает выполнение текущей программы и переходит к выполнению программы обслуживания этого прерывания, после ее завершения восстанавливается выполнение прерванной программы.

    Приведенный вид структурной схемы ЭВМ является неймановской структурой, названной так в честь американского ученого венгерского происхождения фон Неймана.

    Конструктивно ПК выполнены в виде центрального системного блока, К которому через разъемы подключаются ВУ: дополнительные устройства памяти, клавиатура, дисплей, принтер и др.

    Системный блок обычно включает в себя системную плату, блок питания, накопители на дисках, разъемы для дополнительных устройств и платы расширения с контроллерами – адаптерами ВУ.

    На системной плате (материнской плате), как правило, размещаются:

    • МП;

    • математический сопроцессор;

    • генератор тактовых импульсов;

    • микросхемы ОЗУ и ПЗУ;

    • адаптеры клавиатуры, НЖМД и НГМД;

    • контроллер прерываний;

    • таймер и др.

    Принцип открытости архитектуры.

    Одной из плодотворных идей, положенных в основу персональных компьютеров, является открытость архитектуры. Согласно этой концепции:

    1. Каждый пользователь может самостоятельно формировать конфигурацию своего компьютера по своему усмотрению. Это означает, что в зависимости от потребности пользователь может подключить к системной шине различные устройства: модем, звуковую плату, клавиатуру электромузыкального инструмента, плату телевизионного приемника и т.п.

    2. Открытость архитектуры позволяет легко модернизировать имеющийся компьютер, например, путем замены винчестера на жесткий диск большего объема, замены процессора, увеличения объема оперативной памяти и т.д.

    3. Кроме этого, конкуренция среди производителей комплектующих привела к удешевлению компьютеров.

    Однако, современный рынок компьютеров огромен, поэтому выбрать нужный блок довольно непросто. Без специальных знаний при определении конфигурации компьютера с требуемыми характеристиками практически не обойтись. В связи с этим рассмотрим основные характеристики ПК.

    Функциональные характеристики ПК.

    Основными характеристиками ПК являются:

    1. Быстродействие, производительность, тактовая частота. Единицами измерения быстродействия служат:

    • МИПС (MIPS – Mega Instruction Per Second) – миллион операций над числами с фиксированной запятой (точкой);

    • МФЛОПС (MFLOPS – Mega Floating Operations Per Second) – миллион операций над числами с плавающей запятой (точкой);

    • ГФЛОПС (GFLOPS) – миллиард операций в секунду над числами с плавающей запятой (точкой).

    Оценка производительности ЭВМ всегда приблизительная, ибо при этом ориентируются на некоторые усредненные или, наоборот, на конкретные виды операций. Реально при решении различных задач используются и различные наборы операций. Поэтому для характеристики ПК вместо производительности обычно указывают тактовую частоту, более объективно определяющую быстродействие машины, так как каждая операция требует для своего выполнения вполне определенного количества тактов. Зная тактовую частоту, можно достаточно точно определить время выполнения любой машинной операции.

    Пример: тактовый генератор с частотой 33МГц обеспечивает выполнение 7 млн. коротких операций (сложение и вычитание с фиксированной запятой, пересылки информации) в секунду; тактовый генератор с частотой 100МГц обеспечивает выполнение 20 млн. коротких операций в секунду.

    У машин с процессором Pentium быстродействие 100-200 млн. операций в секунду при тактовой частоте 60-133МГц. У машин с процессором Pentium Pro (P6) быстродействие достигает 300 млн. операций в секунду при тактовой частоте 150-200МГц.

    Фирмой Intel разработаны и широко используются микропроцессоры Pentium-2 с тактовой частотой 300, 350 и 400МГц, производительность которого на 100% больше, чем у процессора Pentium. Процессоры типа Celeron несколько хуже, чем Pentium-2, но зато существенно дешевле. Еще более быстродействующий процессор Pentium-3 имеет тактовую частоту 450-500МГц. Разработан процессор Pentium-4 с частотой 1000МГц.

    1. Разрядность машины и кодовых шин интерфейса. Разрядность – это максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым одновременно может выполняться машинная операция, в том числе и операция передачи информации; чем больше разрядность, тем, при прочих равных условиях, будет больше и производительность ПК.

    2. Типы системного и локальных интерфейсов. Разные типы интерфейсов обеспечивают разные скорости передачи информации между узлами машины, позволяют подключать разное количество внешних устройств и различные их виды.

    3. Емкость оперативной памяти. Емкость оперативной памяти чаще всего измеряется в мегабайтах (Мбайт), реже в килобайтах (Кбайт). Напоминаю, 1 Мбайт = 1024 Кбайт = 10242 байт. Многие современные прикладные программы при оперативной памяти емкостью меньше 8Мбайт просто не работают либо работают, но очень медленно. Следует иметь в виду, что увеличение емкости основной памяти в 2 раза, помимо всего прочего, дает повышение эффективной производительности ЭВМ при решении сложных задач примерно в 1,7 раза.

    4. Емкость накопителя на жестких магнитных дисках. Емкость винчестера измеряется обычно в мегабайтах или гигабайтах. Многие программные продукты требуют для работы до 1 гигабайта (1Гбайт = 1024 Мбайт) внешней памяти.

    5. Тип и емкость накопителей на гибких магнитных дисках. Сейчас применяются в основном накопители на гибких магнитных дисках, использующие дискеты диаметром 3,5 (1 дюйм = 25,4мм). Они имеют стандартную емкость 1,44 Мбайта.

    6. Виды и емкость КЭШ-памяти. Следует иметь в виду, что наличие КЭШ-памяти емкостью 256 Кбайт увеличивает производительность ПК примерно на 20%. КЭШ-память емкостью 256-512 Кбайт – обязательный атрибут высокопроизводительных систем на процессорах Pentium. Однако у них встроенная КЭШ-память имеет небольшую емкость (16 Кбайт), а основная ее часть находится вне процессора на материнской плате. Поэтому обмен данными с ней происходит не на внутренней частоте МП, а на частоте тактового генератора, что снижает общее быстродействие компьютера. В МП Pentium Pro Кэш-память емкостью 256-512 Кбайт находится в самом микропроцессоре.

    7. Тип видеомонитора (дисплея) и видеоадаптера. Наиболее часто в современных ПК используются мониторы VGA с разрешающей способностью 640x480 точек при передаче 16 цветов и 320x200 для 256 цветов, и мониторы SVGA с разрешающей способностью 800x600, 1024х768, 1280х1024, 1600х1200 при передаче до 16,8 млн. цветов. Размер экрана монитора от 9 до 21 дюйма (23-54см), но чаще всего 14 дюймов (35,5см) или 15 дюймов (37,8см). Размер точки (зерна) от 0,32мм до 0,21мм. Чем он меньше, тем лучше.

    8. Тип принтера.

    9. Наличие математического сопроцессора. Математический сопроцессор позволяет в десятки раз ускорить выполнение операций над двоичными числами с плавающей запятой и над двоично-кодированными десятичными числами.

    10. Имеющееся программное обеспечение и вид операционной системы.

    11. Аппаратная и программная совместимость с другими типами ЭВМ. Аппаратная и программная совместимость с другими типами ЭВМ означает возможность использования на компьютере соответственно тех же технических элементов и программного обеспечения, что и на других типах машин.

    12. Возможность работы в вычислительной сети.

    13. Возможность работы в многозадачном режиме. Многозадачный режим позволяет выполнять вычисления одновременно по нескольким программам (многопрограммный режим) или для нескольких пользователей (много-пользовательский режим). Совмещение во времени работы нескольких устройств машины, возможное в таком режиме, позволяет значительно увеличить эффективное быстродействие ЭВМ.

    14. Надежность. Надежность – это способность системы выполнять полностью и правильно все заданные ей функции. Надежность ПК измеряется обычно средним временем наработки на отказ.

    15. Стоимость.

    16. Габариты и масса.

    Рекомендации по выбору ПК.

    Условно все компьютеры можно разделить на две группы:

    • ПК группы Brand Name, собранные в широко известных фирмах (IBM, Compaq, Hewlett Packard и др.);

    • прочие компьютеры группы No Name, сборку которых осуществляли не на фирмах, имеющих известное имя.

    Компьютеры Brand Name должны иметь товарные знаки, указывающие на изготовителя, торгующую фирму, кроме этого, сертификаты соответствия по совместимости, качеству, безопасности, энергосбережению, внешнему излучению и др.

    Компьютеры Brand Name очень дороги, тем более имеющие многочисленные сертификаты. Поэтому часто приходится ограничиться выбором компьютера «прочие».

    Здесь очень важно правильно выбрать конфигурацию компьютера: тип основного МП и материнской платы; объем основной и внешней памяти, виды системного и локального интерфейсов, тип видеоадаптера и видеомонитора, тип клавиатуры, мыши, модема и др.

    Важнейшей характеристикой является производительность компьютера. Некоторые основные факторы повышения производительности ПК: увеличение тактовой частоты; увеличение разрядности МП; наличие и объем КЭШ-памяти; наличие математического сопроцессора, объем ОЗУ и его быстродействие и др. Важно знать, что быстродействие современного компьютера зависит не только от тактовой частоты, характеристик МП, ОП, НЖМД (накопители на жестких магнитных дисках) и видеосистемы, но в значительной степени и от интерфейса.

    Вопросы.

    1. Перечислить основные блоки процессора.

    2. Что является основной функцией системной шины.

    3. Перечислить виды памяти применяемые в ПК.

    4. Перечислить устройства и средства ПК.

    5. В чем заключается принцип открытости архитектуры.

    6. Перечислить Функциональные характеристики ПК.

    Лекция 4.

    Операционная система.

    Классификация программных продуктов. Программные продукты можно классифицировать по различным признакам. Рассмотрим классификацию, в которой основополагающим признаком является сфера (область) использования программных продуктов:

    Рис. 1. Классы программных продуктов.

    • аппаратная часть автономных компьютеров и сетей;

    • функциональные задачи различных предметных областей;

    • технология разработки программ.

    Для поддержки информационной технологии в этих областях выделим соответственно три класса программных продуктов, представленных на рис 1:

    • системное программное обеспечение;

    • пакеты прикладных программ (прикладное программное обеспечение);

    • инструментарий технологии программирования.

    Системное программное обеспечение направлено:

    • на создание операционной среды функционирования других программ;

    • на обеспечение надежной и эффективной работы самого компьютера и вычислительной сети;

    • на проведение диагностики и профилактики аппаратуры компьютера и вычислительных сетей;

    • на выполнение вспомогательных технологических процессов (копирование, архивирование и восстановление файлов программ и баз данных и т.д.).

    Данный класс программных продуктов тесно связан с типом компьютера и является его неотъемлемой частью. Программные продукты в основном ориентированы на квалифицированных пользователей - профессионалов в компьютерной области: системного программиста, администратора сети, прикладного программиста, оператора.

    Однако знание базовой технологии работы с этим классом программных продуктов требуется и конечным пользователям персонального компьютера, которые самостоятельно не только работают со своими программами, но и выполняют обслуживание компьютера, программ и данных.

    Программные продукты данного класса носят общий характер применения, независимо от специфики предметной области. К ним предъявляются высокие требования по надежности и технологичности работы, удобству и эффективности использования.

    Системное программное обеспечение (System Software) - совокупность программ и программных комплексов для обеспечения компьютера и сетей ЭВМ.

    Пакеты прикладных программ (ППП) служат программным инструментарием решения функциональных задач и являются самым многочисленным классом программных продуктов. В данный класс входят программные продукты, выполняющие обработку информации различных предметных областей.

    Установка программных продуктов на компьютер выполняется квалифицированными пользователями, а непосредственную их эксплуатацию осуществляют, как правило, конечные пользователи - потребители информации, во многих случаях, деятельность которых весьма далека от компьютерной области. Данный класс программных продуктов может быть весьма специфичным для отдельных предметных областей.

    Пакет прикладных программ (application program package) – комплекс взаимосвязанных программ для решения задач определенного класса конкретной предметной области.

    Инструментарий технологии программирования обеспечивает процесс разработки программ и включает специализированные программные продукты, которые являются инструментальными средствами разработчика. Программные продукты данного класса поддерживают все технологические этапы процесса проектирования, программирования (кодирования), отладки и тестирования создаваемых программ. Пользователями этого класса программных продуктов являются системные и прикладные программисты.

    Инструментарий технологии программирования - совокупность программ и программных комплексов, обеспечивающих технологию разработки, отладки и внедрения создаваемых программных продуктов.

    Системное программное обеспечение.

    Структура системного программного обеспечения. На рис. 2. представлена структура системного программного обеспечения - базового программного обеспечения, которое, как правило, поставляется вместе с компьютером, и сервисного программного обеспечения, которое может быть приобретено дополнительно.

    Рис. 2. Классификация системного программного обеспечения компьютера.

    Базовое программное обеспечение (base software) - минимальный набор программных средств, обеспечивающих работу компьютера.

    Сервисное программное обеспечение - программы и программные комплексы, которые расширяют возможности базового программного обеспечения и организуют более удобную среду работы пользователя.

    Базовое программное обеспечение.

    В базовое программное обеспечение входят:

    • операционная система;

    • операционные оболочки (текстовые и графические).

    Понятие операционной системы. Операционная система - это совокупность программ, выполняющих две основные функции:

    1. управление ресурсами системы, их распределение между несколькими пользователями и контроль за выделением ресурсов для одновременного выполнения многих задач;

    2. предоставление набора услуг, обеспечивающего пользователю удобный интерфейс.

    Пользовательский интерфейс (interface – средства взаимодействия, связи, согласования) – методы и средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.

    Операционные системы классифицируются по:

    • количеству одновременно работающих пользователей на однопользовательские и многопользовательские;

    • числу задач, одновременно выполняемых под управлением ОС, на однозадачные и многозадачные;

    • количеству используемых процессоров на однопроцессорные и многопроцессорные;

    • разрядности процессора на 8-, 16-, 32- и 64-разрядные;

    • типу пользовательского интерфейса на командные (текстовые) и объектно-ориентированные (графические);

    • типу использования общих аппаратных и программных ресурсов на сетевые и локальные.

    Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей.

    В многозадачном режиме каждой задаче (программе, приложению) поочередно выделяется какая-то доля процессорного времени. Поскольку процесс переключения идет очень быстро, а выделяемые задачам доли процессорного времени достаточно малы, то для пользователя создается впечатление одновременного выполнения нескольких задач. Например, можно одновременно запустить на счет математическую систему, включить принтер для печати текста, вести поиск вирусов и раскладывать пасьянс – заметить замедление работы компьютера будет практически невозможно.

    Различают вытесняющую и невытесняющую многозадачность.

    При работе ЭВМ важнейшим разделяемым ресурсом является процессорное время. Распределение процессорного времени между несколькими одновременно выполняемыми программами может осуществляться двумя способами. При невытесняющей многозадачности активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам по собственной инициативе не отдаст управление ОС для того, чтобы та выбрала из очереди другой готовый к исполнению процесс. При вытесняющей многозадачности решение о переключении процессора с одного процесса на другой принимается ОС, а не самим активным процессом.

    В качестве примера однопользовательской однозадачной ОС можно назвать MSDOS, однопользовательской многозадачной – Windows. Операционная система UNIX является многопользовательской многозадачной ОС.

    Создание ОС очень трудоемкий процесс и затраты исчисляются сотнями, даже тысячами человеко-часами. Современные ОС содержат множество системных программ и по этой причине часто занимают на диске больше места, чем прикладная программа, которая использует сервис, предоставляемый ОС.

    В секторе программного обеспечения и операционного обеспечения и операционных систем ведущее положение занимают фирмы IBM, Microsoft, UNISYS, Novell. Доход от продаж операционных систем в среднем превышает 20 млрд. дол. в год.

    Наиболее традиционное сравнение ОС осуществляется по следующим характеристикам процесса обработки информации:

    • управление памятью (максимальный объем адресуемого пространства, типы памяти, технические показатели использования памяти);

    • функциональные возможности вспомогательных программ (утилит) в составе ОС;

    • наличие компрессии (сжатия) диска;

    • возможность архивирования файлов;

    • поддержка многозадачного режима работы;

    • поддержка сетевого программного обеспечения;

    • наличие сетевого программного обеспечения;

    • наличие качественной документации;

    • условия и сложность процесса инсталляции.

    Для компьютеров типа IBM PC наибольшее распространение получили на сегодняшний день следующие ОС:

    • MS-DOS (Microsoft);

    • Windows 95 (Microsoft);

    • Windows NT во всех модификациях (Microsoft);

    • Novell NetWare (Novell);

    • Unix во всех модификациях.

    Операционная система MS-DOS является промышленным стандартом для 16-разрядных ЭВМ на основе микропроцессоров 8086…80486. Все программы MS-DOS хранятся на магнитных дисках, поэтому она называется дисковой операционной системой (Disk Operation System). Буквы MS являются сокращением названия фирмы-разработчика Microsoft. Было выпущено несколько модификаций этой ОС, поэтому можно говорить о целом семействе операционных систем MS-DOS.

    MS-DOS является командной (текстовой) ОС. Это означает, что для выполнения необходимых операций следует набрать с помощью клавиатуры соответствующую команду. Такой ввод неудобен и приводит к возникновению большого числа ошибок.

    Для облегчения работы с помощью дисковой операционной системы разработаны графические надстройки, которые называются операционными оболочками.

    Операционные оболочки - специальные программы, предназначенные для облегчения общения пользователя с командами операционной системы. Операционные оболочки имеют текстовый и графический варианты интерфейса конечного пользователя.

    Наиболее популярны в России следующие виды текстовых оболочек операционной системы MS-DOS:

    • Norton Commander;

    • DOS Navigator;

    • Volkov Commander;

    • Far.

    В настоящее время операционные оболочки встраиваются в операционные системы. Они имеют графический интерфейс, расширяют набор основных и сервисных функций. Например, Windows 95 в действительности графической является операционной оболочкой на основе MS-DOS версии 7.0.

    Ключевые особенности ОС Windows. Достоинством операционных систем семейства Windows является унифицированный пользовательский интерфейс (оболочка), благодаря которому в различных программах сохраняются одинаковые принципы управления их работой. А также значительно упрощается освоение новых программ (например, нажатие клавиши F1 – помощь, Alt+F4 – завершение (закрытие) программы).

    Как уже говорилось, эта ОС обеспечивает возможность выполнения одновременно нескольких задач. Каждая из разных по содержанию задач решается практически одновременно в своем окне (отсюда, в частности, и происхождение самого названия ОС). Информация о вызванных программах в виде значков отображается на Панели задач.

    Операционная система Windows реализует режим вытесняющей многозадачности. Он основан на приоритетах. Приоритет - это величина, отражающая важность приложения.

    Каждое приложение имеет некоторый приоритет. Операционная система Windows выделяет выполняющемуся приложению процессорное время в соответствии с текущими приоритетами. Говорят, что более приоритетное приложение “вытесняет” менее приоритетное. Это позволяет избегать “зависаний” системы.

    При создании операционной системы Windows фирма Microsoft использовала объектно-ориентированный подход. На уровне пользователя это выражается в том, что интерфейс представляет собой подобие реального мира, а работа с ЭВМ сводится к действиям с обычными объектами (например, папки можно открывать, закрывать, убирать в портфель, выбрасывать в корзину).

    В ОС Windows заложен принцип – WYSIWYG (What You See Is What You Get – что видите, то и получаете), за счет которого на принтере формируется такое же изображение, как и на экране дисплея. При работе в DOS вид текста на экране и отпечатанного на принтере может оказаться разным.

    Другой удачный принцип – Plug And Play (вставь и играй, точнее подключи и используй) позволяет без ручной настройки подключать новые устройства к ЭВМ (например, принтер или лазерный проигрыватель). ОС автоматически подбирает драйвер для работы этого устройства.

    Драйверы (driver – шофер, водитель) – системные программы, обеспечивающие работу принтеров, дисководов, дисплеев, клавиатуры и других внешних устройств ЭВМ.

    В Windows используется технология Drag And Drop (перетащи и положи). Благодаря этой технологии можно легко изменить положение окна и его размеры, удалить или переместить объект с помощью мыши.

    В Windows можно составлять документы из частей, подготовленных в различных приложениях. Для связывания и внедрения объектов используется технология OLE (Object Linking and Embedding), что означает «связывание и внедрение объектов». Например, в документ, подготовленный в текстовом редакторе, можно вставить рисунок, сделанный в графическом редакторе. При этом достаточно дважды щелкнуть мышью по рисунку, чтобы вызвать графический редактор, и сделать нужные исправления.

    Безусловно уровень сервиса операционных систем семейства Windows значительно выше уровня MS-DOS. Однако, за облегчение работы приходится платить большими затратами на аппаратное обеспечение: увеличивать объем ОЗУ, винчестера, повышать быстродействие процессора.

    Перспективной является многопользовательская и многозадачная операционная система UNIX, созданная корпорацией Bell Laboratory в 1969 году. Главными отличительными чертами ОС UNIX являются ее модульность, легкая переносимость на другие типы ЭВМ обширный набор системных программ. Данная ОС органически сочетается с языком Си, на котором написана основная часть модулей, и предоставляет благоприятную обстановку для системных программистов, т.е. для тех специалистов, основной задачей которых является разработка новых системных программ.

    UNIX получила распространение для суперкомпьютеров, рабочих станций и профессиональных компьютеров, имеет большое количество версий, разработанных различными фирмами.

    Linux – свободно распространяемая версия операционной системы UNIX. В ней не используется никаких частей программного обеспечения, принадлежащих каким-либо коммерческим организациям. По этой причине она получила достаточно широкое распространение.

    Первая версия ОС Linux была разработана в 1991 году Т. Линусом (Финляндия), а затем в ее разработке участвовало большое число людей из разных частей мира. Последние версии являются результатом коллективного творчества большого числа программистов.

    Вопросы.

    1. Перечислить классификацию и классы программных продуктов.

    2. На что направлено системное программное обеспечение.

    3. Нарисовать структуру системного программного обеспечения.

    4. Что входит в базовое программное обеспечение?

    5. Назвать две основные функции ОС.

    6. Как классифицируются Операционные системы.

    7. Перечислить ключевые особенности ОС Windows.