Назначение операционных систем

§18

Программное

Обеспечение

Компьютера

Компьютер — это программно управляемое автоматическое устройство для работы с информацией. Без программ любой компьютер — просто «железо».

Совокупность программ, хранящихся в долговременной памяти компьютера, составляют программное обеспечение (ПО) компьютера.

Все множество программ, составляющих ПО, можно разделить на три группы:

• прикладные программы;

• системные программы;

• системы программирования.

Общая схема состава программного обеспечения компьютера приведе­на на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Состав программного обеспечения компьютера

Прикладное программное обеспечение

Прикладные программы дают возможность пользователю непосред­ственно решать свои информационные задачи, создавать и обрабатывать информационные объекты.

Информационный объект:

• обладает определенными потребительскими качествами (т. е. он
нужен пользователю);

• допускает хранение на цифровых носителях в виде самостоятель­
ной информационной единицы (файла, папки, архива);

• допускает выполнение над ним определенных действий путем ис­
пользования аппаратных и программных средств компьютера.

Прикладное программное обеспечение делится на две части. К первой части относятся те программы, которые полезны большинству пользова­телей независимо от их профессиональных интересов. Они называются прикладными программами общего назначения. В таблице 4.1 приведе­ны основные виды прикладных программ (программных комплексов) и соответствующие информационные объекты, которые с их помощью со­здаются и обрабатываются.

В последнее время за списком перечисленных видов программ закрепи­лось название «офисные программы». Этот список постепенно расширяет­ся: появляются программы-органайзеры, несложные программы верстки макетов печатных изданий и пр.

Таблица 4.1. Программы и информационные объекты

Вторую часть прикладных программ составляют специализированные программы (профессионально ориентированные). Дать их полный перечень практически невозможно. Математики, инженеры, научные работники многих специальностей нуждаются в программах, выполняющих математи­ческие расчеты; профессиональные издатели книг не могут довольствовать­ся текстовыми процессорами общего назначения и нуждаются в специаль-

ных программах — издательских системах; бухгалтерам и экономистам тре­буются свои программы. Фактически для любой профессии, связанной с обработкой информации, уже создано свое специализированное ПО.

К классу специализированных программ следует отнести также обуча­ющие программы, с которыми, возможно, вы имели дело на уроках или дома. Кроме того, специально для учителей созданы инструментальные программы, позволяющие им самостоятельно конструировать цифровые (электронные) средства обучения. Совокупность таких средств представ­ляет собой новый вид образовательных ресурсов.

Системное программное обеспечение

Назначение операционных систем

Особое место в программном обеспечении занимают операционные сис­темы.

Операционная система— это комплекс программ, обеспечивающих:

• управление устройствами и задачами (процессами) — согласован­
ную работу всех аппаратных средств компьютера и выполняемых
программ;

• работу с файлами — организацию хранения и обработки файлов на
внешних носителях;

• пользовательский интерфейс — диалог пользователя с компьюте­
ром.

Кроме того, существуют специальные программы, выполняющие неко­торые дополнительные услуги системного характера (например, управле­ние внешними устройствами, архивирование файлов, защиту от вирусов, «лечение» и оптимизацию дисков и т. д.). Эти программы называются утилитами.

Управление устройствами

Впредыдущем параграфе мы отмечали, что современный компьютер может включать много (иногда десятки) устройств — ресурсов компьюте­ра. Эти устройства иногда работают одновременно, иногда «встают в оче­редь» друг за другом. Это и центральный процессор, и несколько видов устройств оперативной памяти, и периферийные (внешние) устройства, среди которых:

• устройства ввода (клавиатура, мышь, сканер и др.);

• устройства вывода (монитор, принтер, графопостроитель и др.);

• внешние запоминающие устройства (дисководы для магнитных и
оптических дисков, устройства для работы с флэш-памятью);

• устройства управления (мышь, джойстик и др.);

• мультимедийные устройства.

Все это оборудование должно работать согласованно, по заданной про­грамме, в едином режиме. При этом скорости работы различных устройств различаются в сотни, тысячи и более раз. Деятельность опера-

ционной системы по управлению ресурсами можно уподобить действиям дирижера, которому надо управлять огромным оркестром, включающим десятки различных инструментов, чтобы они вступали в игру в нужный момент и отдельные звуки переплетались бы в стройную мелодию.

Для управления работой внешних устройств в состав операционной системы входят специальные программы, которые называются драйвера­ми внешних устройств.Для каждого типа и каждой конкретной модели внешнего устройства существует свой драйвер. Иногда ОС автоматически подбирает подходящий драйвер, иногда об этом приходится заботиться пользователю.

Управление процессами

Впамять компьютера может быть загружено одновременно несколько программ, которые будут выполняться частями параллельно. Иногда мы сознательно поручаем это нашему ПК, запустив, скажем, одновременно почтовую программу и текстовый процессор. Но даже если мы этого не де­лаем, все равно: на экране идут часы, в то же время компьютер произво­дит незаметные, но совершенно необходимые операции по защите от виру­сов, защите от удаленных хакерских атак по сети, контролю состояния устройств и т. д.

Каждую выполняемую программу называют процессом. Отсюда тер­мин «управление процессами». Организовать параллельное выполнение программ очень непросто, поскольку они обращаются к одним и тем же ре­сурсам — к центральному процессору, к различным видам памяти, к внешним устройствам. Решает эту задачу операционная система.

Компьютеры первых двух поколений работали в однозадачном режи­ме: пока не заканчивалось выполнение очередной программы, другие про­граммы в компьютер не загружались. При этом значительная часть време­ни уходила на механический ввод программы и данных с перфорационно­го носителя, вывод на бумажную печать, чтение и запись на магнитные носители. Все это время процессор «простаивал», ожидая, когда свою ра­боту закончат его «медленные сотрудники».

Ситуация изменилась с появлением на ЭВМ третьего поколения кон­троллеров внешних устройств. Стало возможным освободить процессор от управления «неповоротливыми» механизмами, переложив эту задачу на контроллеры. А процессор получил возможность все время заниматься своей основной работой — обработкой данных. Пока одна программа (про­цесс) ожидает, например, завершения ввода/вывода данных, другая про­грамма может занимать процессор. При этом состояние первого, прерван­ного процесса должно быть сохранено, чтобы его в нужный момент можно было восстановить и продолжить выполнение программы. Такой режим работы называется многозадачным режимом.

Наиболее сложны многопользовательские многозадачные операцион­ные системы, применяемые в многотерминальных системах — вычисли­тельных комплексах, в которых к одному общему компьютеру подключа­ется несколько устройств ввода/вывода или персональных компьютеров (терминалов) для одновременной работы многих пользователей.

Пользовательский интерфейс

Важная функция ОС — поддержка пользовательского интерфейса, В настоящее время общепринятым стал графический интерфейс, поддер­живаемый системами меню (по крайней мере, в мире ПК).

Наибольшее число ПК во всем мире работают под управлением ОС Windows, с которой вы наверняка знакомы. Тем не менее напомним основ­ные правила пользовательского интерфейса. Взаимодействие пользовате­ля с ОС происходит по схеме:

1) ОС находится в состоянии ожидания команды пользователя;

2) пользователь отдает команду в какой-либо форме (чаще всего — че­
рез меню);

3) ОС исполняет команду или сообщает о невозможности выполнения;

4) ОС возвращается в состояние ожидания следующей команды по­
льзователя; и т. д.

Рис. 4.5. Рабочий стол Windows XP

Графический интерфейс, который пришел на смену некогда сущест­вовавшему символьному, позволяет пользователю выбирать объекты для команд с помощью графических образов этих объектов. Когда мы за­пускаем современную версию ОС Windows, перед нами на экране' дис­плея возникает Рабочий спгол (рис. 4.5), на котором расположено не­сколько графических объектов — символических изображений тех про­грамм, с которыми пользователь работает наиболее часто. Кроме того, в нижней части экрана находится панель задач, содержащая ряд кнопок для запуска программ.

Меню — один из основных элементов графического интерфейса. С внедрением панелей с ниспадающими и каскадными меню удалось обес­печить комфортную работу любому пользователю. Каскадные меню предо­ставляют пользователю список возможных действий с выделенным инфор­мационным объектом. На рис. 4.6 видно, что выполняется процедура от­правки текстового документа в виде сообщения электронной почты. В зависимости от текущего состояния объекта содержание меню может из­меняться. В одном случае некоторые из пунктов могут стать недоступными для выбора, в другом может измениться набор пунктов меню. Меню в при­ложениях могут настраиваться пользователем.

Рис. 4.6. Каскадное меню

Ядро ОС

Операционная система — большая и очень сложная программа. Ее объ­ем может быть настолько велик, что она целиком не уместится в оператив­ной памяти. В ОС выделяется некоторая часть, которая является основой всей системы и называется ядром. В состав ядра входят наиболее часто ис­пользуемые модули, например средства распределения оперативной па­мяти и процессора, система прерываний и др. Программы, входящие в со­став ядра, при загрузке ОС помещаются в оперативную память, где они по­стоянно находятся и используются при работе компьютера. Такие программы называются резидентными программами. Остальная часть ОС хранится на жестком диске и автоматически загружается в оперативную память по мере необходимости, а затем удаляется из нее.

Работа с файлами

Работу пользователя с файлами обслуживает подсистема ОС, которая называется файловой системой.Этой функцией ОС вы часто пользуетесь, поэтому сейчас подробно о ней говорить мы не будем. Отметим только то об­стоятельство, что на современных компьютерах используется иерархичес­кая, многоуровневая файловая структура. Необходимость этого связана с большим объемом внешних носителей информации. Для ускорения поиска втаких условиях иерархическая структура — самая рациональная.

Системы программирования

Системы программирования— инструмент для работы профессиональ­ных программистов. Каждая такая система ориентирована на определен­ный язык программирования: Паскаль, Бейсик, Фортран, Си, Ассемблер и др. Системы программирования позволяют создавать тексты программ, отлаживать и исполнять программы. Все перечисленные выше виды ПО со­здаются программистами с помощью систем программирования.

Вопросы и задания

1. Приведите классификацию программного обеспечения современных компью­
теров.

2. В чем принципиальное отличие прикладного программного обеспечения об­
щего назначения от иных видов прикладного программного обеспечения?

3. В чем заключается принцип организации диалога «компьютер—пользова­
тель» с помощью меню?

4. Что такое ядро ОС?

5. Какие программы управляют работой внешних устройств?

6. Что такое система программирования?