Системное и служебное программное обеспечение

Системное ПО - это программное обеспечение, включающее операционные системы, сетевое ПО и драйверы устройств.

Операционная система (ОС) - система программ, предназначенная для управления ресурсами ЭВМ и процессами, которые используют эти ресурсы, а также для обеспечения пользовательского интерфейса.

Под ресурсом ЭВМ понимается любой логический или аппаратный компонент ЭВМ, а под процессом - последовательность действий, предписанных программой.

Интерфейс может быть программным и пользовательским.

Программный интерфейс – это совокупность средств, обеспечивающих взаимодействие устройств и программ в рамках вычислительно системы.

Пользовательский интерфейс – это программные и аппаратные средства взаимодействия пользователя с программой или ЭВМ.

Любая ОС решает две наиболее важные задачи:

· предоставление пользователю удобного интерфейса (пользовательский интерфейс) для управления аппаратными средствами и программным обеспечением ЭВМ;

· повышение эффективности использования компьютера путем рационального управления его ресурсами (программный и аппаратно-программный интерфейсы).

Первая задача обусловлена сложностью управления компьютером на уровне машинного языка, особенно это касается ввода-вывода. Например, организация чтения блока данных с гибкого диска включает последовательное выполнение ряда команд с заданием таких параметров, как номер блока на диске, номер сектора на дорожке и др. Наличие же ОС сводит эту задачу к копированию логического объекта - файла с одного носителя на другой в интуитивно понятном пользователю интерфейсе (например, «Проводник» ОС Windows). Аналогично операционная система управляет другими аппаратными средствами, образуя на их основе в некотором смысле «виртуальную» машину, с которой взаимодействует пользователь.

Наряду с этим ОС управляет всеми частями сложной системы компьютера, распределяя ресурсы компьютера (время процессора, память и данные) между конкурирующими процессами, обеспечивая при этом максимальную эффективность функционирования компьютера.

Операционные системы различают (рис. 6.3) по особенностям реализации внутренних алгоритмов управления основными ресурсами компьютера, особенностям использованных методов проектирования, типам аппаратных платформ, сферам применения и др.

Рис. 6.3. Классификация операционных систем

Обобщенная характеристика современной ОС для ПК - сетевая, многопользовательская, многозадачная и даже многопроцессорная. Всем этим критериям соответствуют наиболее широко используемые ОС семейства Windows, выпускаемые компанией Microsoft для ПК начиная с 2000 года. Включение сетевого ядра в ОС персональных компьютеров в первую очередь связано с развитием и массовым использованием глобальной сети Internet.

Однозадачные ОС выполняют функцию предоставления пользователю виртуальной машины, делая более простым и удобным процесс взаимодействия пользователя с компьютером. Однозадачные ОС включают средства управления периферийными устройствами, средства управления файлами, средства общения с пользователем.

Многозадачные ОС, кроме вышеперечисленных функций, управляют разделением совместно используемых ресурсов, таких как процессор, оперативная память, файлы и внешние устройства.

Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей. Появление многопользовательских ОС, в первую очередь, связано с решением проблемы разграничения прав доступа пользователей к аппаратным, программным ресурсам ПК, а также данным.

Большинство ОС использует монолитное ядро, которое компонуется как одна программа, работающая в привилегированном режиме и использующая быстрые переходы с одной процедуры на другую. Альтернативой являются ОС, построенные на базе микроядра, работающего в привилегированном режиме и выполняющего только минимум функций по управлению аппаратурой, в то время как функции ОС более высокого уровня выполняют специализированные компоненты ОС - серверы, работающие в пользовательском режиме. Такие ОС реализуют «клиент-серверную» модель взаимодействия прикладной программы и операционной системы, в которой все обращения пользовательской программы (клиента) к операционной системе обрабатываются специальной программой (сервером).

При таком построении ОС работает более медленно, так как часто выполняются переходы между привилегированным режимом и пользовательским, однако, система получается более гибкой - ее функции можно наращивать, модифицировать или сужать, добавляя, модифицируя или исключая серверы пользовательского режима.

Все операционные системы способны обеспечивать как пакетный, так и диалоговый режим работы с пользователем. В пакетном режиме операционная система автоматически исполняет заданную последовательность команд. В диалоговом режиме ОС 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. Опираясь на эти аппаратные прерывания, операционная система создает свой комплекс системных прерываний. Способность операционной системы прервать текущую работу и отреагировать на события, вызванные пользователем с помощью управляющих устройств, и определяет сущность диалогового режима работы.

С точки зрения пользователя, компетенция которого ограничивается грамотным применением имеющегося программного обеспечения, основными функциями операционных систем являются:

· обеспечение автоматического запуска;

· формирование интерфейса пользователя;

· организация и обслуживание файловой системы.

Автоматический запуск дисковых ОС обеспечивается записью на этапе инсталляции (установки) ОС программного кода в специальной (системной) области диска. Обращение к этому коду осуществляют программы BIOS, которые по окончании своей работы дают команду на загрузку и исполнение содержимого системного диска.

Интерфейсы пользователя, предоставляемые ОС пользователю, делятся на терминальные и графические. Терминальный интерфейс реализован в неграфических ОС, которые поддерживают интерфейс командной строки (MS DOS). Основным устройством управления в данном случае является клавиатура. Управляющие команды вводят в поле командной строки, где их можно редактировать. Исполнение команды начинается после ее подтверждения, например, нажатием клавиши ENTER.

Графические операционные системы реализуют более сложный тип интерфейса, в котором в качестве устройства управления, кроме клавиатуры, можно использовать мышь или другое устройство позиционирования. Работа с графической ОС основана на взаимодействии активных и пассивных экранных элементов управления.

Первой наиболее полноценной графической ОС была ОС Windows 95, представленная компанией Microsoft в 1995 г.

В качестве активного элемента управления выступает указатель мыши - графический объект, перемещение которого на экране синхронизировано с перемещением мыши. В качестве пассивных элементов управления выступают графические элементы: окна, ярлыки, меню, экранные кнопки, значки, переключатели, флажки, раскрывающиеся списки и др. Характер взаимодействия между активными и пассивными элементами управления выбирает сам пользователь. Графический интерфейс ОС не исключает командный интерфейс, который дополняет любой графический, поскольку не все возможности ОС (команды, программы, сервисы) могут быть реализованы в графическом интерфейсе. Окно командной строки в ОС Windows XP вызывается последовательным выбором пунктов: Пуск - Все программы (Программы) - Стандартные - Командная строка.

Организация и обслуживание файловой системы является одной из важнейших функций ОС, обеспечивающей упорядоченное хранение данных на магнитных и оптических носителях, а также доступ к этим данным. Более подробно организация файловой системы будет рассмотрена в следующей лекции.

Для управления работой внешних (периферийных) устройств компьютера в ОС должны быть установлены драйверы соответствующих устройств (см. выше).

Сетевое программное обеспечение является составной частью системного ПО и предназначено для управления общими ресурсами в распределенных вычислительных системах. Общими ресурсами, как правило, являются сетевые накопители на магнитных и оптических дисках, принтеры, сканеры и другие аппаратные средства. Кроме этого, к общим ресурсам относятся программы и данные.

К сетевому ПО относят ОС, поддерживающие работу компьютера в сетевых конфигурациях (так называемые сетевые ОС), а также отдельные сетевые программы (пакеты), используемые совместно с обычными - несетевыми ОС.

Сетевая операционная система составляет основу любой вычислительной сети. В узком смысле сетевая ОС - это операционная система отдельного компьютера, обеспечивающая ему возможность работать в сети. Сетевая ОС отдельного ПК включает несколько частей (рис. 6.4):

· средства управления локальными ресурсами компьютера реализуют функции ПК в локальном (изолированном от других ПК) режиме;

· средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее пользование (серверная часть сетевой ОС) обеспечивают обработку запросов удаленного доступа к собственной файловой системе и базе данных, управление очередями запросов удаленных пользователей к своим периферийным устройствам и т.д.;

· средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам и их использование (клиентская часть сетевой ОС) формируют и перенаправляют в сеть запросы к удаленным ресурсам от приложений и пользователей.

· коммуникационные средства ОС реализуют обмен сообщениями в сети, обеспечивая адресацию сообщений и выбор маршрута передачи сообщений по сети.

В зависимости от функций, возлагаемых на конкретный компьютер, в его операционной системе может отсутствовать либо клиентская, либо серверная части.

Служебное (сервисное) ПО включает операционные среды, оболочки операционных систем и утилиты, которые предназначены для расширения возможностей операционной системы, изменения ее пользовательского и программного интерфейса, а также для предоставления дополнительных услуг по управлению ресурсами компьютера.

Операционная среда - система, изменяющая и дополняющая как пользовательский, так и программный интерфейс. Операционная среда создает для пользователя и прикладных программ иллюзию работы в полноценной операционной системе, поскольку может полностью изменить интерфейс пользователя. Появление операционной среды обычно означает, что используемая операционная система не полностью удовлетворяет требованиям практики. Примерами операционных сред является Windows 3.11 и Windows 3.11 for Work Groups (для рабочих групп), расширившая возможности ОС MS DOS. Для пользователя работа с этими оболочками выглядит аналогично работе в многозадачной ОС с графическим интерфейсом, тем не менее, ошибочно называть
Windows 3.11 операционной системой.

Рис. 6.4. Структура сетевой операционной системы

Оболочка операционной системы (файловые менеджеры), в отличие от операционной среды, модифицирует только пользовательский интерфейс, предоставляя пользователю качественно новый интерфейс по сравнению с реализуемым операционной системой. Они выполняют большинство операций по обслуживанию файловой структуры: копирование, перемещение и переименование файлов, создание каталогов (папок), удаление файлов и каталогов, поиск файлов и навигацию в файловой структуре и существенно упрощают их выполнение, а также предлагают пользователю ряд дополнительных услуг. В целом программы-оболочки заметно повышают уровень пользовательского интерфейса, наиболее полно удовлетворяя потребности пользователя. Самой популярной оболочкой для MS DOS являлась программа Norton Commander, которая стала прообразом для многих других подобных программ для ОС Windows 95, 98, Me, 2000, XP, Vista: Windows Commander (Total Commander), FAR-Manager и др.

Утилиты дополняют интерфейс пользователя и используются в тех случаях, когда программного обеспечения, представленного в ОС, недостаточно для обслуживания пользователем компьютера. Они обеспечивают реализацию следующих действий:

· обслуживание магнитных дисков (форматирование, дефрагмен-тация, проверка поверхности и т.д. - Format, Defrag, Scandisk, Norton Utilities и др.);

· обслуживание файлов и каталогов (поиск и восстановление удаленных файлов - например, Norton Utilities);

· предоставление информации о ресурсах компьютера (например, DirectX);

· средства обеспечения компьютерной безопасности. К ним относятся средства пассивной и активной защиты данных от повреждения, а также средства защиты от несанкционированного доступа, просмотра и изменения данных. В качестве средств пассивной защиты используют служебные программы, предназначенные для резервного копирования (они обладают также базовыми свойствами диспетчеров архивов (архиваторов)). В качестве средств активной защиты применяют межсетевые экраны (брандмауэры), антивирусное программное обеспечение ( Антивирус Касперского, ESET Nod32, Doctor Web 32W,и др.). Для защиты данных от несанкционированного доступа, их просмотра и изменения служат специальные системы, основанные на криптографии (PGP, Maybe Next Time и др.);

· архивация файлов Backup (Архивация данных в Windows XP), WinRAR, WinZIP и др.).

· средства контроля (мониторинга) - позволяют следить за процессами, происходящими в компьютерной системе (например, в Windows XP такой программой является Task Manager).

· мониторы установки предназначены для контроля установки программного обеспечения (например, Установка и удаление программ в Windows XP). Необходимость в данном программном обеспечении связана с тем, что между различными категориями программ могут устанавливаться связи. Вертикальные связи (между уровнями) являются необходимым условием функционирования всех компьютеров. Горизонтальные связи (внутри уровней) характерны для компьютеров, работающих с операционными системами, поддерживающими принцип совместного использования одних и тех же ресурсов разными программными средствами.

· средства электронной цифровой подписи (ЭЦП) являются необходимым компонентом для функционирования электронных систем делопроизводства, электронных банковских систем, электронных платежных систем и всей системы электронной коммерции. С помощью программ этого класса (например, PGP) производится создание ключей электронной подписи, публикация и сертификация открытых ключей, идентификация партнеров по связи, аутентификация подлинности полученных электронных документов, взаиморасчеты в Интернете.

Существуют отдельные утилиты, используемые для решения одного из перечисленных действий, и многофункциональные утилиты. В настоящее время для ПК среди многофункциональных утилит одним из наиболее совершенных является комплект утилит Norton Utilities. Примерами встроенных утилит в ОС Windows являются программы для проверки диска Scandisk и его дефрагментации Defrag.

Некоторые стандартные утилиты ОС семейства Windows доступны на вкладке Служебные в группе Программы - Стандартные в меню Пуск (рис. 6.5).

Рис. 6.5. Служебные программы Windows XP