Современные операционые системы. Структура программного обеспечения (ПО) ЭВМ

Структура программного обеспечения (ПО) ЭВМ

В настоящее время отсутствует единая классификация состава программного обеспечения. Литературные источники по-разному трактуют структуры программных средств ЭВМ различных классов. Наиболее сложное программное обеспечение по структуре и составу имеют большие универсальные ЭВМ широкого назначения, так как они призваны обеспе­чивать пользователей самыми разнообразными сервисными услуга­ми независимо от характера их задач.

Программное обеспечение ЭВМ разделяют на общее, или систем­ное (general Software), и специальное, или прикладное (application or special Software риc. 10.1).

Общее ПО объединяет программные компоненты, обеспечиваю­щие многоцелевое применение ЭВМ и мало зависящие от специфики вычислительных работ пользователей. Сюда входят программы, орга­низующие вычислительный процесс в различных режимах работы машин, программы контроля работоспособности ЭВМ, диагностики и локализации неисправностей, программы контроля заданий пользо­вателей, их проверки, отладки и т.д.

Общее ПО обычно поставляется потребителям комплектно с ЭВМ. Часть этого ПО может быть реализована в составе самого компью­тера. Например, в ПЭВМ часть программ ОС и часть контролирую­щих тестов следует рассматривать как неотъемлемую часть этих машин.

Специальное ПО (СПО) содержит пакеты прикладных программ пользователей (ППП), обеспечивающие специфическое применение ЭВМ и ВС.

Прикладной программой называется программный продукт, пред­назначенный для решения конкретной задачи пользователя. Обычно прикладные программы объединяются в пакеты, что является необ­ходимым атрибутом автоматизации труда каждого специалиста-прикладника. Комплексный характер автоматизации производственных процессов предопределяет многофункциональную обработку данных и объединение отдельных практических задач в ППП.

Операционные системы

Центральное место в структуре ПО занимаетоперационная система. Она представляет собой «систему программ, предназначенную для обеспечения определенного уровня эффективности цифровой вы­числительной системы за счет автоматизированного управления ее работой и предоставляемого пользователям набора услуг» (ГОСТ 15971-84).

Программные компоненты ОС обеспечивают управление вычис­лениями и реализуют такие функции, как планирование и распреде­ление ресурсов, управление вводом-выводом информации, управле­ние данными. Объем ОС и число составляющих ее программ в значительной степени определяются типом используемых ЭВМ, сложнос­тью режимов работы ЭВМ и ВС, составом технических средств и т.д. Применение ОС имеет следующие цели:

· увеличение пропускной способности ЭВМ, т.е. увеличение обще­го объема работы, выполняемой ЭВМ в единицу времени;

· уменьшение времени реакции системы, т.е. сокращение интерва­ла времени между моментами поступления заданий в ЭВМ и мо­ментами получения результатов;

· контроль работоспособности технических и программных средств;

· помощь пользователям и операторам при использовании ими тех­нических и программных средств, облегчения их работы;

· управление программами и данными в ходе вычислений;

· обеспечение адаптации ЭВМ, ее структурной гибкости, заключа­ющейся в способности изменяться, пополняться новыми техничес­кими и программными средствами.

Любая ОС имеет средства приспособления к классам решаемых пользователями задач и к конфигурации средств, включаемых в ВС. Назначение состава услуг, которыми могут пользоваться абоненты, осуществляется различными методами. В больших ЭВМ формирование конкретной конфигурации ОС осуществляется на нескольких уров­нях. Предварительно этот состав определяется при генерации ОС. «Генерация системы — это процесс выделения отдельных частей опе­рационной системы и построения частных операционных систем, от­вечающих требованиям системы обработки данных» (стандарт ISO 2382/10-79). Из полного набора программных модулей ОС (дистрибу­тива) формируется специальный набор этих средств, в наибольшей степени отвечающий запросам пользователей. Коррекция же состава используемых услуг может быть выполнена непосредственно перед решением задач операторами вычислительного центра или самими пользователями. Оперативное обращение к средствам ОС возможно и из программ пользователей путем включения в них специальных директив.

Применительно к ПЭВМ типа IBM PC, у которых пользователь является одновременно и оператором, этот процесс видоизменен. Для каждой ПЭВМ создается так называемый системный диск с соответ­ствующим набором программ дисковой операционной системы (ДОС).

Для наиболее распространенных моделей ПК конфигурация аппа­ратных средств задается установкой перемычек на системной плате (motherboard) и платах контроллеров периферийных устройств, а так­же записывается в область данных BIOS и в энергонезависимую па­мять CMOS. При первом включении компьютера программа BIOS SETUP PROGRAM (программа начальных установок) записывает основные параметры системы, которые сохраняются в CMOS-памя­ти компьютера. Окончательная настройка ДОС производится файла­ми AUTOEXEC.BAT и CONFIG.SYS, а также выполнением отдель­ных команд, набираемых в командной строке ДОС.

Для каждого типа ЭВМ возможно использование нескольких ти­пов ОС. Все они имеют несколько версий. Для IBM PC распростране­ние получили MS DOS фирмы Microsoft, OS/2Warp и DOS фирмы IBM, DR DOS фирмы Digital Research, Novell DOS фирмы Novell. Отличия ОС определяются составом и детализацией системных функций. Бо­лее распространенной является MS DOS, она используется в большин­стве компьютеров. Система DR DOS имеет развитые средства защи­ты информации и разграничение доступа, что предопределяет ее ис­пользование в системах с закрытием обрабатываемой информации. OS/2Warp позволяет более полно использовать возможности самых мощных микропроцессоров при организации вычислительного про­цесса. Novell DOS ориентирована на работу ЭВМ в сети.

Для уяснения процедур планирования вычислениями конкретизи­руем понятие вычислительного процесса.

Вычислительный процесс в системе представляется в виде после­довательности, как правило, ветвящейся, простых процессов — од­норазовых работ, выполняемых ресурсами ВС. Ресурсы ВС — это средства, необходимые для вычислений. К ресурсам ВС в первую очередь относят машинное время ЭВМ (процессоров), объемы внешней и особенно оперативной памяти, любые внешние устройства, подклю­чаемые к ВС, вплоть до каналов связи. Ресурсами являются и про­граммные средства как общего, так и специального ПО и даже от­дельные информационные массивы, например базы данных, библио­теки и т.д.

Функции управления ресурсами осуществляет операционная сис­тема путем построения специальных управляющих таблиц, отража­ющих наличие и состояние ресурсов. Связь процессов в цепочки осу­ществляется по событиям, где событие — это изменение состояния ресурса, изменение его характеристик. Именно по событиям ОС вклю­чается в работу и адекватно реагирует на сложившуюся ситуацию.

Управление вычислительным процессом практически не может быть оптимизировано, если не считать «заложенной стратегии» в саму ОС, так как для этого просто отсутствуют необходимые данные.

Основу любой ОС составляет управляющая программа, основны­ми функциями которой являются: управление заданиями, управление задачами, т. е. управление ходом выполнения отдельных программ, и управление данными.

Задание — это требование пользователя на выполнение некоторо­го объема вычислительных работ. Процедуры управления заданиями обеспечивают предварительное планирование работы ЭВМ и опера­тивную связь пользователя и оператора с машиной во время работы. Планирование работы включает: ввод пакетов или одиночных зада­ний, формирование очередей заданий в соответствии с их приорите­тами, активизацию (запуск) и завершение заданий.

Каждое задание реализуется как определенная последовательность отдельных программ — задач.Задачи образуют отдельные програм­мы вместе с обрабатываемыми ими данными. Например, типовое за­дание пользователя включает этапы трансляции, редактирования и собственно выполнения сформированной машинной программы. На каждом из этих этапов выполняется некоторая программа (задача), обрабатывающая определенные данные. Комплекс программ управ­ления задачами обеспечивает автоматическое выполнение последо­вательности программ каждого задания пользователя.

Управление задачами требует распределения и назначения ресур­сов (управления временем работы процессора, распределения опера­тивной памяти для программ пользователей и программ ПО, синхро­низации выполнения задач и организации связей между ними, управ­ления очередностью задач, внешними устройствами, защиты задач от взаимных помех). Ведущей программой управления задачами яв­ляется управляющая программа-диспетчер: супервизор, базовый мо­дуль ДОС и др. Часто используемые модули образуют ядро ОС, которое постоянно находится в оперативной памяти и быстро реаги­рует на изменяющиеся условия функционирования. Примером такой программы может служить командный процессор command.com для ПЭВМ типа IBM PC. Остальные программы ОС вызываются из ВЗУ в оперативную память ЭВМ по мере их надобности в вычислитель­ном процессе.

Набор программуправления данными обеспечивает процессы орга­низации, идентификации, размещения в ОП и на ВЗУ, хранения, пост­роения библиотек и выборки всех данных, которые могут обрабаты­ваться в ЭВМ.

В ПЭВМ программы управления заданиями представлены доста­точно слабо, так как они изначально создавались как однопользова­тельские и однозадачные ЭВМ. С появлением ОС типа Windows, ори­ентированных на многозадачные и многопользовательские режимы, появились и эти процедуры. Программы управления задачами и дан­ными представлены достаточно полно. Так, ядро MS DOS включает следующие системы: файловую, управления памятью, управления программами, связи с драйверами устройств для управления внешни­ми устройствами, обработки ошибок, службы времени, ввода-выво­да для консоли оператора.

Структурно ОС IBM PC состоит из следующих элементов, пред­ставленных на рис. 10.3. Кроме программных компонентов, указан­ных на рисунке, к ДОС относят еще вспомогательные файлы autoexec.bat и config.sys. Они предназначаются для настройки на кон­кретные режимы работы.

Программа начальной загрузки (Boot Record) находится в первом секторе на нулевой дорожке системного диска. Она занимает объем 512 байт. После включения компьютера и его проверки постоянный модуль BIOS формирует вызов данной программы и ее запуск. На­значением программы начальной загрузки является вызов модуля расширения io.sys и базового модуля ДОС MSDOS.sys.

Базовая система ввода-вывода (BIOS) является надстройкой аппа­ратуры компьютера. Постоянный модуль BIOS отвечает за тестиро­вание компьютера после его включения, за вызов программы началь­ной загрузки. Он обрабатывает прерывания вычислительного процесса нижнего уровня и обслуживает стандартную периферию: дисплей, клавиатуру, принтер и дисководы.

Модуль расширения BIOS обеспечивает подключение к компью­теру дополнительных периферийных устройств, изменение некоторых параметров ДОС, замещение некоторых стандартных функций, заг­рузку командного процессора и его запуск.

Базовый модуль ДОС (MSDOS.sys или IBMDOS.corn) отвечает за работу файловой системы, обслуживает прерывания верхнего уров­ня (32...63), обеспечивает информационное взаимодействие с внешни­ми устройствами.

Командный процессор (command.com)предназначен для выполне­ния команд, загружаемых в командную строку ДОС. Все команды делят на внутренние и внешние.Внутренние команды содержатся внут­ри самого файла command.com.Внешние команды — это требования запуска каких-либо программ, находящихся на дисках. Кроме этого командный процессор выполняет команды файла autoexec.bat, если он находится на системном диске.

Файл autoexec.bat содержит список команд, выполнение которых позволяет развернуть в оперативной памяти компьютера некоторый набор вспомогательных программ или пакетов для обеспечения пос­ледующей работы пользователя.

Файл config.sys отражает специфические особенности формирова­ния конфигурации компьютера, т.е. состава его технических и про­граммных средств.

В связи с постоянным совершенствованием ПЭВМ все больше уси­ливается роль интегрированных ОС типа MS Windows 98, Windows 2000, Linux, NetWare.

Первая из них предназначается в основном для работы пользова­телей в автономном режиме.

Версия Windows 2000 пришла на смену Windows NT (операцион­ной сетевой среде крупных предприятий и корпораций). Фирма Microsoft включила в ее состав четыре различных версии операцион­ной среды:

• Windows 2000 Professional - для профессиональной работы на ав­тономных ПК;

• Windows 2000 Server;

• Windows 2000 Advanced Server;

• Windows 2000 Data Center.

Они представлены в порядке увеличения их возможностей. После­дние три версии служат для комплектования серверов вычислитель­ных сетей.

Больших успехов и признательности пользователей-профессиона­лов добилась операционная система Linux. Она, так же, как и Windows 2000, является многозадачной, многопроцессорной и многопользова­тельской средой. Отличительными ее особенностями являются свободное и бесплатное распространение; открытость программного кода, что позволяет постоянно ее совершенствовать; более высокая, чем у Windows, надежность и устойчивость, масштабируемость, а также ориентация на Unix-платформу.

Современные операционые системы