Лекция: Программное и техническое обеспечение

Любой компьютер состоит из технического обеспечения (hardware) и функционирует, решает задачи с помощью программного обеспечения (software).

Структура программного обеспечения достаточно сложна и неоднозначна (в том смысле, что все программы не могут быть отнесены к тому или иному классу этой структуры однозначно, односложно). Эта структура несколько условная и производит классификацию программного обеспечения нестрого и только по назначению программ, хотя есть и другие критерии эффективности программного обеспечения (дружественность пользователю, тип использования и т.д.).

Приведем эту структуру.

1. Базовое программное обеспечение (ПО).

1. Системное ПО - программы обеспечения взаимодействия пользователя и компьютера.

1. Операционные системы (ОС) - программы ОС (отладчики, загрузчики и т.д.).
2. Программы обеспечения связи с устройствами (драйверы), тестирования их.

2. Инструментальное ПО (программы для массовой разработки других программ).

1. Трансляторы с языков программирования.
2. Интерфейсные системы – программы обеспечения дружественного интерфейса.
3. Проблемно-ориентированные инструментальные системы (САПР, АСУ, АРМ и др.).

2. Прикладное ПО - программы обеспечения решения прикладных задач пользователя.

1. Автономные программы (программы, не связываемые с другими из прикладного ПО).
2. Библиотеки программ (программы, организованные по принципу библиотек книг).
3. Пакеты прикладных программ, ППП (проблемно-ориентированные прикладные системы).
4. Интегрированные пакеты прикладных программ - системы, состоящие из связываемых ППП.
1. Специальное (уникальное) ПО - программы, используемые для решения уникальных проблем).

Структура технического обеспечения приведена ниже и также является условной и классифицирует техническое обеспечение только по назначению.

Приведем эту структуру (некоторые блоки могут интегрироваться в другие, например, видеопамять – в блок микропроцессора).

1. Базовое техническое обеспечение (ТО).

1. Микропроцессор.
2. Постоянная ("вшитая") память – ПЗУ.
3. Оперативная ("адресуемая пользователем") память – ОЗУ.
4. Регистровая память (аппаратная кэш-память).
5. Видеопамять (часто интегрируется в блоке микропроцессора).
6. Блок питания (энергетический блок).

2. Периферийное ТО (программы обеспечения решения прикладных задач пользователя).

1. Устройства ввода (клавиатура, мышь, трекбол, сканер, дигитайзер, джойстик и др.).
2. Устройства вывода (дисплей, принтер, плоттер и др.).
3. Устройства (накопители) внешней памяти (дискета, СD, оптический накопитель и др.).
4. Устройства согласования других устройств и сетевые [u3](модем и др.).
1. Специализированное ТО (устройства, используемые для решения уникальных проблем).

Охарактеризуем программное обеспечение (ПО) компьютера (компьютерной системы, сети).

Наиболее сложный и важный элемент ПО – это ОС.

ОС – совокупность программ, которые обеспечивают нормальную работу всех основных устройств компьютера, всех программ и данных, используемых на компьютере при решении задач.

ОС состоит из двух основных частей – управляющие программы и обрабатывающие программы и включает в себя следующие основные программы:

1. диспетчер – управляющая программа для координации работы различных устройств ЭВМ, планирования использования и распределения машинного времени, аппаратуры между программами, пересылка программ из ВЗУ в ОЗУ и наоборот, распределение данных в памяти, ввод программ в выделенные участки ОЗУ, управление выполнением задачи, принятие решений в аварийных ситуациях, обнаружение и классификация ошибок и др.;
2. супервизор – управляющая программа для контроля координации используемых ресурсов и последовательности действий процессора;
3. отладчик – обрабатывающая программа для отладки программы;
4. редактор связей – программа для формирования непосредственно выполняемой в памяти программы на машинном языке.

Основными функциями ОС являются:

1. выполнение очередного по приоритету задания и отслеживание очередности;
2. управление распределением данных в памяти и извлечением их из памяти;
3. управление устройствами, их актуализация по мере необходимости (по требованиям программ);
4. восстановление работоспособности при сбоях;
5. управление работой арифметико-логического командного устройства процессора.

Данные, привлекаемые при решении задач, ОС с помощью специальных программ отображает на реальные физические структуры, носители данных. [u4]Для этих целей используется так называемая файловая система обмена данными между программами пользователя и ОС.

Файл – именованный структурированный набор однотипных последовательностей данных, обычно хранимый на внешнем носителе и копируемый для работы с ним по мере надобности в ОЗУ. Файловая система должна обеспечивать выполнение основных операций над файлами: создание, модификация (в том числе расширение и сжатие), уничтожение, чтение (запись), перемещение файла. Файловая система ведет справочник файлов, где регистрируются файлы активные, используемые в данном задании в данный момент.

ОС бывают различного типа:

• однозадачные, используемые для решения в каждый момент времени только одной задачи;
• многозадачные мультипрограммной обработки, загружающие в ОЗУ последовательность (пакет) независимых задач, а затем решающие эти задачи по очереди, выделяя каждой из них ресурсы компьютера (память, процессор, внешнее устройство) на некоторый промежуток времени, например, на 0,1 с (за такой небольшой промежуток времени компьютер с быстродействием 1 млн операций в секунду и очередностью в 10 программ, в каждой программе произведет около 100000 операций);
• реального времени, которые обрабатывают порции данных по мере их поступления от источника информации, например от летящей ракеты и др.

Пример. ОС Linux – многопользовательская сетевая ОС с оконным графическим интерфейсом для персональных компьютеров и рабочих станций. Это открытая система (Open Code System) – исходные тексты распространяются с лицензией на свободное копирование, модификацию и установку для неограниченного числа пользователей. Разработана система Линусом Торвалдсом (Linus Torvalds) из университета Хельсинки и модифицируется всеми пользователями и др. Основные возможности ОС Linux:

• возможность бесплатного и легального получения и использования исходных кодов ОС;
• высокое быстродействие, надежность, устойчивость, защищенность от вирусов;
• эффективная поддержка многопользовательского режима, многозадачности, интерактивности;
• интегрируемость компьютера с ОС Linux в различные сети и Интернет;
• возможность выполнения загрузочных файлов ОС Unix, DOS и Windows;
• богатый набор инструментальных средств для разработки прикладных программ;
• богатая, полная и открытая документация и исходные тексты всех компонент;
• использование компьютера на полную мощность, "превращение" его в аналог сервера;
• защита памяти процесса, экономная загрузка и динамически изменяемая память;
• поддержка национальных алфавитов и соглашений, расширяемость и др.

Программное базовое обеспечение системы Linux:

• системы программирования (C++, Pascal, Perl, ADA, Modula, Prolog, Java, Python и другие);
• динамические библиотеки программ;
• сетевое обеспечение на базе протоколов TCP/IP;
• поддержка электронной мультимедийной почты;
• поддержка основных типов СУБД;
• графическая сетевая оконная система;
• издательская система T_EX, текстовый процессор L_yX, основанный на T_EX;
• многие другие сотни программ и пакетов.

Пример. Программы обеспечения связей процессора с устройствами бывают различного типа и назначения – драйверы дисплея, клавиатуры, мыши, принтера и т.д. Еще больше различных программ для тестирования (диагностики неисправностей) устройств компьютера – программы тестирования памяти, принтера, дисплея и т.д.