Программное обеспечение ЭВМ: характеристика и классификация; развитие и основные функции ОС. Методика обучения данной теме в школьном курсе информатики.
Программное обеспечение – совокупность программ и данных, которые используются для реализации целей и задач информационной системы, а также нормального функционирования комплекса технических средств.
Программное обеспечение по назначению:
Системное программное обеспечение( СПО) - пакет программ, который обеспечивает управление компонентами компьютерной системы, такими как процессор, оперативная память, устройства ввода-вывода, сетевое оборудование. СПО - «межслойный интерфейс», с одной стороны которого аппаратура, а с другой — приложения пользователя.
Системное программное обеспечение подразделяется на: базовое программное обеспечение и сервисное программное обеспечение. Базовое программное обеспечение состоит из минимального набора программных средств, которые занимаются обеспечением работы компьютера. Оно поставляется вместе с компьютером и включает в себя: операционную систему, оболочки ОС, сетевое программное обеспечение. Для полноценного функционирования базового программного обеспечения обязательно нужно сервисное программное обеспечение.
Сервисное программное обеспечение - это совокупность программ, предоставляющих пользователю дополнительные услуги в работе с компьютером и расширяющих возможности операционных систем. Сервисное ПО включает в себя: программы обслуживания сети, драйверы устройств, антивирусные программы, архиваторы, программы обслуживания дисков компьютера, программы для диагностики компьютера.
Инструментальное программное обеспечение— программное обеспечение, предназначенное для использования в ходе проектирования, разработки и сопровождения программ. В состав инструментального ПО входят: языки и системы программирования, интегрированные среды программирования, программные комплексы.
Прикладное ПО – это комплекс программ для решения задач определённого класса конкретной предметной области. Прикладное ПО работает только при наличии системного ПО.
Прикладные программы называют приложениями. Они включает в себя: текстовые процессоры, табличные процессоры, базы данных, интегрированные пакеты, системы иллюстративной и деловой графики (графические процессоры), экспертные системы, обучающие программы, программы математических расчетов, моделирования и анализа, игры, коммуникационные программы.
По их правому статусу программы можно разделить на три большие группы: лицензионные, условно бесплатные и свободно распространяемые.
Лицензионные программы продаются в виде коробочных дистрибутивов: CD-диски + руководство пользователя. Согласно лицензионному соглашению разработчики программ гарантируют их нормальное функционирование в определенной операционной системе и несут за это ответственность.
Условно бесплатные программы – программы, предлагаемые разработчиками пользователям в целях их рекламы и продвижения на рынок. Пользователю предоставляется версия программы с ограниченным сроком действия или с ограниченными функциональными.
Свободно распространяемые программы. Многие производители программного обеспечения и компьютерного оборудования заинтересованы в широком бесплатном распространении программного обеспечения.
Операционная система— это комплекс взаимосвязанных программ, который действует как интерфейс между приложениями и пользователями с одной стороны и аппаратурой компьютера с другой стороны. Она является базовой и необходимой составляющей программного обеспечения компьютера.
Операционную систему считают программным продолжением устройства управления компьютера. Она скрывает от пользователя сложности взаимодействия с аппаратной составляющей компьютера, образуя прослойку между ними. Таким образом люди освобождаются от трудоёмкой работы по организации взаимодействия с аппаратурой компьютера.
Функции ОС: управление памятью, управление доступом к устройствам ввода-вывода, управление файловой системой, управление взаимодействием процессов, диспетчеризация процессов, управление использованием ресурсов, загрузка программ в оперативную память и их выполнение, интерфейс с пользователем, межмашинное взаимодействие (сеть), защита самой системы и пользовательских данных и программ, разграничение прав доступа и многопользовательский режим работы.
Структура операционной системы
- ядро (Kernel) — центральная часть операционной системы, выполняющая ее основные функции и решающая внутрисистемные задачи организации вычислительного процесса.
- командный процессор – расшифровывает и исполняет команды пользователя, поступающие 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.
Операционные системы для ПК различаются по нескольким параметрам.
Однозадачные операционные системы позволяют запустить одну программу в основном режиме.
Многозадачность – свойство операционной и вычислительной системы, при которой один процессор может обрабатывать несколько разных программ или разных частей одной программы одновременно.
Многозадачные системы позволяют запустить одновременно несколько программ, которые будут работать параллельно (Unix фирмы AT&T’sBellLaboratories) .
Однопользовательская система - операционная система, не обладающая свойствами многопользовательской (MS DOS , ОС/2).
Сетевая операционная система, - операционная система, предназначенная для обеспечения работы вычислительной сети (Windows NT, Windows 2000, NovelNetware, Unix, Linux и др).
Типы ОС:
- графические (с наличием графического пользовательского интерфейса - GUI) - текстовые (только командная строка);
- бесплатные - платные;
- открытые (с возможностью редактировать исходный код) - закрытые (без возможности редактировать исходный код);
- клиентские - серверные;
- 16-разрядная - 32-разрядная - 64-разрядная (в далеком прошлом были еще и 8-разрядные);
Классификация операционных систем по назначению:
Системы реального времени.
Характеристики:
- регламентированное время отклика на внешние события;
- одновременная обработка нескольких событий.
Этапы развития ОС:
Поколение №0: 1740-ые первая механическая счетная машина. Электронные машины появились после появления триггеров. Устройства ввода/вывода – бумажные носители. В первых ЭВМ не было ОС, пользователи имели полный доступ к машинному языку, все программы писались непосредственно в машинных командах. Поколение №1: 50-е годы.направления: а) Автоматизация ввода/вывода (перфокарты, перфоленты) зарождение BIOS. б) Экономия времени (сателлит – малые машины для ввода/вывода рядом с большой вычислительной машиной). Поколение №2:60-е годы.направления: а) Многозадачная пакетная логика. б) Многопользовательские режимы. в) Чисто многозадачный режим. Бурное развитие ОС и различных теорий ОС. Развиваются ОС пакетной обработки, многозадачные ОС, многопользовательские ОС, ОС с транзакциями. Появились методы, обеспечивающие независимость программирования от внешних устройств (ВУ). Появление многопроцессорных машин и соответственно ОС. Появление ОС реального времени.например: сбор информации об авиабилетах). Поколение №3: 70-е годы. Появление научной дисциплины проектирование программ, создание совместимых систем, создание эмуляторов, начало специализирования ОС. Разработка модульного процедурного программного обеспечения. Совместимость ОС и программных средств (обеспечения) впервые организовала фирма IBM. Позднее будут созданы DEC-PDP и ОС UNIX. Сложность проектирования отладки и поддержки ОС породила технологию конструирования программ – модульность, совместимость и мобильность ОС. Поколение №4: 80-е годы. ОС ещё более функционально насыщены. ОС общего назначения становятся сетевыми. Распределенные вычислительные системы. Развиваются средства управления базами данных. Данные стали рассматриваться как объект управления. Появление первых персональных компьютеров. Удобство программирования (интегрированная оболочка программирования). В 70-е годы появление языка C, языка высокого уровня. В 80-е годы C++ – объектно-ориентированный язык программирования. Поколение №5: 90-е годы. Появление глобальной сети. Интерфейс становится более дружественным (интуитивно понятный интерфейс). Для программиста создание среды визуального программирования. Новый класс ОС, специализированных для процессоров ЦОС. Вывод: ОС на современном этапе развиваются в направлении: 1) повышения функциональной сложности, насыщенности и производительности. 2) повышение степени абстрагирования от аппаратуры (мобильности). 3) повышение степени дружественности к оператору и распределенности обработки.