Назначением ЭВМ является выполнение программ. Программа содержит команды, определяющие порядок действий компьютера. Совокупность программ для компьютера образует программное обеспечение (ПО). По функциональному признаку различают следующие виды ПО:
Под системным (базовым) понимается программное обеспечение, включающее в себя операционные системы, сетевое ПО, сервисные программы, а также средства разработки программ (трансляторы, редакторы связей, отладчики и пр.).
Основные функции операционных систем (ОС) заключаются в управлении ресурсами (физическими и логическими) и процессами вычислительных систем. Физическими ресурсами являются: оперативная память, процессор, монитор, печатающее устройство, магнитные и оптические диски. К логическим ресурсам можно отнести программы, файлы, события и т. д. Под процессом понимается некоторая последовательность действий, предписанная соответствующей программой и используемыми ею данными.
В настоящее время существует большое количество ОС, разработанных для ЭВМ различных типов. На ЭВМ Единой Системы (ЕС ЭВМ), например, использовались такие операционные системы, как СВМ и ОС ЕС, на малых ЭВМ (СМ-4, СМ-1420 и др.) — ОС РВ и RSX-11. На персональных ЭВМ долгое время эксплуатировалась ОС-MS-DOS. В настоящее время получили распространение системы Windows 98/Me, Windows 2000, Linix.
Как работает ЭВМ? Собираем простейший компьютер на базе Z80, эмулятора ПЗУ и порта на D-триггере.
Сетевое ПО предназначено для управления общими ресурсами в распределенных вычислительных системах: сетевыми накопителями на магнитных дисках, принтерами, сканерами, передаваемыми сообщениями и т. д. К сетевому ПО относят ОС, поддерживающие работу ЭВМ в сетевых конфигурациях (так называемые сетевые ОС), а также отдельные сетевые программы (пакеты), используемые совместно с обычными, не сетевыми ОС.
Например, большое распространение получили следующие сетевые ОС: NetWare 4.1 (фирма Novell), Windows NT Server 3.5 (фирма Microsoft) и LAN Server 4.0 Advanced (фирма IBM). Однако в последнее время лидирующие позиции начинает занимать ОС Windows 2000 Server фирмы Microsoft.
Для расширения возможностей операционных систем и предоставления набора дополнительных услуг используются сервисные программы. Их можно разделить на следующие группы:
оболочки операционных систем;
Интерфейсные системы являются естественным продолжением операционной системы и модифицируют как пользовательский, так и программный интерфейсы, а также реализуют дополнительные возможности по управлению ресурсами ЭВМ. В связи с тем, что развитая интерфейсная система может изменить весь пользовательский интерфейс, часто их также называют операционными системами. Это относится, например, к Windows 3.11 и Windows 3.11 for WorkGroups (для рабочих групп).
Оболочки операционных систем, в отличие от интерфейсных систем, модифицируют только пользовательский интерфейс, предоставляя пользователю качественно новый интерфейс по сравнению с реализуемым операционной системой. Такие системы существенно упрощают выполнение часто запрашиваемых функций, например, таких операций с файлами, как копирование, переименование и уничтожение, а также предлагают пользователю ряд дополнительных услуг. В целом, программы-оболочки заметно повышают уровень пользовательского интерфейса, наиболее полно удовлетворяя потребностям пользователя.
Подборка программ для автоматизации офисной работы
На ПЭВМ широко используются такие программы-оболочки, как Norton Commander, FAR Manager и Windows Commander.
Утилиты предоставляют пользователям средства обслуживания компьютера и его ПО. Они обеспечивают реализацию следующих действий:
обслуживание магнитных дисков;
обслуживание файлов и каталогов;
предоставление информации о ресурсах компьютера;
защита от компьютерных вирусов;
архивация файлов и др.
Существуют отдельные утилиты, используемые для решения одного из перечисленных действий, и многофункциональные комплекты утилит. В настоящее время для ПЭВМ среди многофункциональных утилит одним из наиболее совершенных является комплект утилит Norton Utilities. Существуют его версии для использования в среде DOS и Windows.
Средства разработки программ используются для разработки нового программного обеспечения как системного, так и прикладного.
Прикладным называется ПО, предназначенное для решения определенной целевой задачи из проблемной области. Часто такие программы называют приложениями.
Спектр проблемных областей в настоящее время весьма широк и включает в себя по крайней мере следующие: промышленное производство, инженерную практику, научные исследования, медицину, управление (менеджмент), делопроизводство, издательскую деятельность, образование и т. д.
Из всего разнообразия прикладного ПО выделяют группу наиболее распространенных программ (типовые пакеты и программы), которые можно использовать во многих областях человеческой деятельности.
К типовому прикладному ПО относят следующие программы:
системы иллюстративной и деловой графики (графические процессоры);
системы управления базами данных;
программы математических расчетов, моделирования и анализа экспериментальных данных.
Предлагаемые на рынке ПО приложения, в общем случае, могут быть выполнены как отдельные программы либо как интегрированные системы. Интегрированными системами обычно являются экспертные системы, программы математических расчетов, моделирования и анализа экспериментальных данных, а также офисные системы. Примером мощной и широко распространенной интегрированной системы является офисная система Microsoft Office.
Поскольку разработка ПО любого назначения, как правило, является довольно сложным и трудоемким процессом, дальнейший материал настоящего раздела посвятим общим вопросам разработки программ и инструментальному ПО.
2 Назначение, функции, классификация основных компонентов системного программного обеспечения.
Cистемное программное обеспечение может быть разделено на следующие пять групп:
Системы управления файлами.
Интерфейсные оболочки для взаимодействия пользователя с ОС и программные среды.
Рассмотрим вкратце эти группы системных программ.
Под операционной системой (ОС) обычно понимают комплекс управляющих и обрабатывающих программ, который, с одной стороны, выступает как интерфейс между аппаратурой компьютера и пользователем с его задачами, а с другой — предназначен для наиболее эффективного использования ресурсов вычислительном системы и организации падежных вычислений. Любой из компонентов прикладного программного обеспечения обязательно работает под управлением ОС.
На рис. I изображена обобщенная структура программного обеспечения вычислительной системы. Видно, что ни один из компонентов программного обеспечения, за исключением самой ОС, не имеет непосредственного доступа к аппаратуре компьютера. Даже пользователи взаимодействуют со своими программами через интерфейс ОС, Любые их команды, прежде чем попасть в прикладную программу, сначала проходят через ОС.
Основными функциями, которые выполняет ОС, являются следующие:
прием от пользователя (или от оператора системы) заданий или команд, сформулированных на соответствующем языке — в виде директив (команд) оператора или в виде указаний (своеобразных команд) с помощью соответствующего манипулятора (например, с помощью мыши), — и их обработка;
прием и исполнение программных запросов па запуск, приостановку, остановку других программ;
загрузка в оперативную намять подлежащих исполнению программ,
инициация программы (передача ей управлении, в результате процессор исполняет программу)’.
идентификация всех программ и данных;
обеспечение работы систем управлений файлами (СУФ) и/или
управления базами данных (СУБД), что позволяет резко увеличить эффективность всего программного обеспечения;
обеспечение режима мультипрограммирования, то есть выполнение двух или более программ на одном процессоре, создающее видимость их одновременного исполнения;
обеспечение функций по организации и управлению всеми операциями ввода/вывода;
удовлетворение жестким ограничениям на время ответа в режиме реального времени (характерно для соответствующих ОС);
распределение памяти, а в большинстве современных систем и организация виртуальной памяти;
планирование и диспетчеризация задач в соответствии с заданными стратегией и дисциплинами обслуживания;
организация механизмов обмена сообщениями и данными между выполняющимися программами;
защита одной программы от влияния другой; обеспечение сохранности данных;
предоставление услуг на случай частичного сбоя системы;
обеспечение работы систем программирования, с помощью которых пользователи готовят свои программы.
Система управления файлами
Назначение системы управления файлами — организация более удобного доступа к данным, организованным как файлы. Именно благодаря системе управления файлами вместо низкоуровневого доступа к данным с указанием конкретных физических адресов нужной нам записи используется логический доступ с указанием имени файла и записи в нем.
Как правило, все современные ОС имеют соответствующие системы управления файлами. Однако выделение этого вида системного программного обеспечения в отдельную категорию представляется целесообразным, поскольку ряд ОС позволяет работать с несколькими файловыми системами (либо с одной из нескольких, либо сразу с несколькими одновременно). В этом случае говорят о монтируемых файловых системах (дополнительную систему управления файлами можно установить), и в этом смысле они самостоятельны. Более того, можно назвать примеры простейших ОС, которые могут работать и без файловых систем, а значит, им необязательно иметь систему управления файлами, либо они могут работать с одной из выбранных файловых систем. Надо, однако, понимать, что любая система управления файлами не существует сама по себе — она разработана для работы в конкретной ОС и с конкретной файловой системой.
Источник: smekni.com
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭВМ
До сих пор мы часто использовали понятие «программа», но еще не дали определение, что же это такое. Восполним этот пробел сейчас.
Программа- особый вид информации в виде двоичных кодов (нулей и единиц), воспринимаемых процессором как команды к выполнению каких-то действий.
Файлы программ вместе с файлами других типов хранятся на накопителях информации, для запуска считываются с них в оперативную память (загружаются). По окончании работы большинство программ удаляются из оперативной памяти.
Программы, которые остаются в оперативной памяти после загрузки на все время работы компьютера называются резидентными.
СИСТЕМНЫЕ ПРОГРАММЫ- ПРОГРАММЫ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ РАБОТУ КОМПЬЮТЕРА, КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ И ПРОЧИХ УСТРОЙСТВ. Иными словами, системными называют программы, предназначенные для того, чтобы компьютер заработал, чтобы работать на нем было удобно и безопасно.
ПРИКЛАДНЫЕ ПРОГРАММЫ- ПРОГРАММЫ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ. Иными словами, с помощью прикладных программ выполняются те операции, ради которых и покупают компьютер- работа с текстами, выполнение разного рода расчетов, компьютерные игры и т.д.
ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ- ПРОГРАММЫ, УПРАВЛЯЮЩИЕ РАБОТОЙ КОМПЬЮТЕРА. О них речь пойдет далее. Примеры: MS-DOS, UNIX, WINDOWS’95.
СЕТЕВЫЕ СИСТЕМЫ- ПРОГРАММЫ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ РАБОТУ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ. Примеры: Novell Netware, LANtastic. Для одноранговых (децентрализованных) сетей сетевые системы включают в состав операционных систем. Примеры: WINDOWS NT, WINDOWS’95 (с оговорками). К этому же классу программ можно отнести интернетовские броузеры.
Примеры: Netscape Navigator, MS Internet Explorer.
ПРОГРАММЫ-ОБОЛОЧКИ — ПРОГРАММЫ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЮ УДОБНЫХ УСЛОВИЙ РАБОТЫ. Примеры: Norton Commander, DOS-Navigator, WINDOWS 3.1. Появление подобных программ связано с тем, что операционные системы старого образца (например, MS-DOS) несмотря на простоту и надежность не были снабжены средствами, создающими пользователю удобную среду для работы. В таких операционных системах общение человека с машиной производилось (и производится) при помощи команд, которые надо набирать с клавиатуры. Например, в операционной системе MS-DOS для того, чтобы скопировать файл text.txt из каталога C:ABCDE в каталог A:DOC необходимо набрать с клавиатуры следующую команду:
copy C:ABCDEtext.txt A:DOC
Очевидно, такой способ общения (интерфейс) ненагляден, требует знания наизусть стандартного набора команд данной операционной системы, правил работы с ними и неудобен- требует набора текста с клавиатуры, причем безошибочного. Программы- -оболочки выполняют роль надстроек над такими операционными системами, давая пользователю возможность выполнять те же самые операции быстрее и нагляднее. В современных операционных системах (WINDOWS’95) предусматриваются свои средства, обеспечивающие удобство работы пользователям, и дополнительные программы-оболочки если и используются при работе, то в силу привычки к старым, проверенным и любимым программам.
Сервисные программы (утилиты) предназначены для выполнения различных вспомогательных операций- проверки исправности оборудования, архивации файлов, борьбы с вирусами, форматирования дисков (подготовки новых дисков к работе путем разметки на них дорожек и секторов) и т.д. пример: norton utilities. К узкопрофессиональным программам отностися огромное множество программ специального назначения, ориентированных на специалистов в определенной области.
Например, для расчетов прочности строительных конструкций, управления работой атомной электростанции, бухгалтерских расчетов и т.д. Однако, независимо от рода деятельности любой работник часто сталкивается с необходимостью подготовки каких-то текстовых документов, например, заявлений, отчетов, деловых писем и т.д. Для этих целей используют специальные программы- текстовые редакторы. Примеры: Word, Lexicon. Разновидностью текстовых редакторов являются издательские системы, используемые при издании книг, журналов, газет, рекламных объявлений.
Очень часто человек сталкивается с необходимостью выполнить какие-то расчеты или другие операции над данными в табличной форме. Вообще, таблицы сопровождают нас всю жизнь- расписание уроков, классный журнал, экзаменационная ведомость, расписание поездов, турнирная таблица футбольного чемпионата и т.д. Для автоматизированной обработки данных в табличной форме используют специальные программы- электронные таблицы. Примеры: Excel, Quattro.
БАЗА ДАННЫХ- УПОРЯДОЧЕННОЕ ОПИСАНИЕ ГРУППЫ ОДНОТИПНЫХ ОБЪЕКТОВ. Например, база данных по студентам вуза или база данных по преступникам, находящимся в розыске. Ситемы управления базами данных (СУБД)- программы для работы с базами данных. Они, в частности, используются для того, чтобы из большой группы объектов выбрать те, которые удовлетворяют определенным критериям.
Напрмиер, из списка студентов быстро выбрать тех, кто живет в общежитии. Примеры СУБД: MS Access, Paradox. Как правило, средствами для работы с базами данных снабжаются и электронные таблицы.
К программам для работы с графикой относятся большое число программ разного уровня. От простых графических редакторов, предназначенных для выполнения простых рисунков, например для подготовки простых иллюстрираций к тексту или для детского творчества (пример: Paint), ретуширования и редактирования сложных рисунков, фотографий, создания мультфильмов (пример: Corel) до сложных систем инженерной графики- систем автоматизированного проектирования (пример: Autocad).
ТРАНСЛЯТОРЫ- ПРОГРАММЫ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ СОЗДАНИЯ НОВЫХ ПРОГРАММ. О них речь пойдет далее.
Игровые и обучающие программы предназначены для отдыха и обучения. Известно, что играя, человек обучается чему либо быстрее чем при использовании традиционных методов обучения. В современных обучающих программах процесс обучения сочетается не только с элементами игры, но и с видео- и аудио- эффектами, т.е. с мультимедийными технологиями. Напомним, что мультимедиа в дословном переводе означает «многие среды», т.е. совместное использование разных видов информации — звуковой, текстовой, графической, видео и пр.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник: studopedia.ru
Принципы автоматического исполнения программ в ЭВМ
1. принципы автоматического исполнения программ в эвм
ЭВМ – это комплекс программных средств,
предназначенных для автоматической обработки
информации.
2. ПРИНЦИПЫ ПОСТОЕНИЯ И АРХИТЕКТУРА ЭВМ.
ЭВМ, компьютер – это комплекс технических средств,
предназначенных для автоматической обработки
информации в процессе решения вычислительных и
информационных задач.
Детализацией архитектурного и структурного
построения ЭВМ занимаются различные
категории специалистов вычислительной
техники:
Требования пользователей к выполнению
вычислительных работ определяется подбором и
настройкой технических и программных средств
объединенных в одну структуру.
1. Инженеры (схема техники) – проектируют
отдельные технические устройства и разрабатывают
методы сопряжения друг с другом.
2. Системные программисты – создают программы
управления техническими средствами,
информационного распределения между уровнями,
организацию вычислительного процесса.
3. Прикладные программисты – разрабатывают
пакеты программ более высокого уровня, которые
обеспечивают взаимодействие пользователя с ЭВМ и
необходимый для этого сервис.
4. Специалисты по эксплуатации ЭВМ –
занимаются общими вопросами взаимодействия
пользователя с ЭВМ.
Структура ЭВМ – это совокупность ее элементов и их
связей. Различают структуры технических, программных
и аппаратурно-программных средств.
Архитектура ЭВМ – это многоуровневая иерархия
аппаратурно-программных средств, из которых состоит
ЭВМ. Каждый из уровней допускает многовариантное
построение и применение.
3. Классификация ЭВМ
Величина и разнообразие современного парка
ЭВМ потребовали системы квалификации ЭВМ.
Предложено много принципов классификации:
1. Классификация ЭВМ по форме
представления величин вычислительной
машины делят на:
— аналоговые (непрерывного действия) АВМ
— цифровые (дискретного действия) ЦВМ
— аналого-цифровые (гибридные) ГВМ
В АВМ обрабатываемая информация
представляется соответствующими
значениями аналоговых вычислений: ток,
напряжение угол поворота.
В ЦВМ (ЭВМ) информация кодируется
двоичным кодом. Широкое применение
получили ЦВМ с электрическим
представлением дискретной информации –
электронные ЦВМ.
Классификация ЭВМ по поколениям
(по элементарной базе):
— Первое поколение (50г.): ЭВМ на электронных
вакуумных лампах.
— Второе поколение (60г.): ЭВМ на дискретных
полупроводниковых приборах (транзисторах).
— Третье поколение (70г.): ЭВМ на полупроводниковых
интегральных схемах с малой степенью интеграции.
— Четвертое поколение (80г.): ЭВМ на больших
интегральных схемах.
— Пятое поколение (90): ЭВМ на сверхбольших
интегральных схемах.
— Шестое и последующие поколения: оптоэлектронные
ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной
структурой – с распределенной степенью большого
числа несложных микропроцессоров, моделирующих
архитектуру нейронных биологических систем.
4. Любая ЭВМ имеет устройство ввода информации, с помощью которого в ЭВМ вводят программы решения задач и данные к ним.
ОЗУ – предназначено для оперативного запоминания программы хранящейся
в исполнении.
ВЗУ – предназначено для долговременного хранения информации.
Кэш-память – промежуточная память между ОЗУ и ВЗУ.
УУ – предназначено для автоматического выполнения программ путем
принудительной координации всех остальных устройств ЭВМ.
АЛУ – выполняет арифметические и логические операции над данными.
Основой АЛУ является операционный автомат, в состав которого входят:
сумматоры, счетчики, логические операции.
Классическая структура ЭВМ с переходом на БИС (большие интегральные
схемы) перешла в понятие архитектура ЭВМ.
5. Общие принципы функциональной и структурной организации ЭВМ
ЭВМ кроме аппаратурной части и ПО (Hard Ware и Soft Ware) имеет большое количество
функциональных средств. К ним относятся коды, с помощью которых обрабатываемая информация
представляется в цифровом виде:
1).Арифметические коды.
2).Помехозащищенные коды.
3).Цифровые коды аналоговых величин.
Кроме кодов на функционирование ЭВМ оказывают влияние:
— алгоритмы их формирования и обработки
— технологии выполнения различных процедур
— способы организации работы различных устройств
— организация системы прерывания.
Функциональную организацию ЭВМ образуют: коды, системы команд, алгоритмы выполнения машинных
операций, технология выполнения различных процедур и взаимодействие Hard и Soft, способы
использования устройств при организации их совместной работе, составляющие идеологию
функционирования ЭВМ.
6. Организация работы ЭВМ при выполнении задания пользователя
Один из «прозрачных» процессов машины – это организация ввода, преобразование и отображение
результатов работы системного программного обеспечения. Программа задания, написанная
программистом на алгоритмическом языке называется исходным модулем.
Перевод исходной программы на машинный язык осуществляет программа translator. Он делится на:
компилятор и интерпретатор.
Интерпретатор – после перевода на язык машины каждого оператора исходного модуля немедленно
его исполняет.
Компилятор – сначала полностью переводит всю программу исходного модуля на машинный язык,
затем его исполняет.
Объектный модуль – машинный язык.
Полученный объектный модуль записывается в библиотеку объектных модулей или сразу исполняется.
Для исполнения отлаженного объектного модуля к нему могут быть добавлены недостающие
программы из библиотеки компиляторов. Такую связь выполняет программа редактор связи. В
результате образуется загрузочный модуль.
Исполнение загрузочного модуля осуществляется программой – загрузчиком.
Операционная система (ОС) – выполняет функцию управления.
7. СТРУКТУРА АДРЕСНОГО ПРОСТРАНСТВА ПРОГРАММЫ НА ОСНОВНУЮ ПАМЯТЬ
Для выполнении программы при ее загрузки в оперативную память (ОП) ей выделяется часть
машинных ресурсов. Выделение ресурсов может быть осуществлено самим программистом, но может
производиться и ОС. Выделение ресурсов перед выполнением программы называется статическим
перемещением, в результате, которого программа привязывается к определенному месту памяти.
Если ресурсы машины выделяются в процессе выполнения программы, то это называется
динамическим перемещением, здесь программа не привязана к определенному месту.
При статическом перемещении возможны два случая:
1).Реальная память больше требуемого адресного пространства программы. В этом случае загрузка
программы в реальную память производится, начиная с нулевого адреса. Эта загружаемая программа
называется абсолютной программой.
2).Реальная память меньше требуемого адресного пространства. В этом случае возникает проблема
организации выполнения программ.
Существует несколько методов решения этой проблемы:
— метод оверлейной структуры, в котором программа разбивается на части вызываемые ОП по мере
необходимости.
— Метод рентабельных модулей, в котором программа разбивается на временные модули доступными к
исполнению по нескольким обращениям.
В мультипрограммном режиме имеются программы. А, В, С. При работе в мультипрограммном режиме
может сложиться в ситуации, когда между программами остаются промежутки свободной памяти. Для
того чтобы этого не было, применяют программу дефрагментации диска.
8. Виртуальная память
Реальную память можно «увеличить» имитируя работу с максимальной памятью. Программист предполагает, что ему
предоставлена «реальная» память максимально доступная для ЭВМ. Такой режим называют режим виртуальной памяти.
Виртуальной памятью называется теоретически доступная ОП объем, которой определяется только адресной частью команды.
Виртуальная память имеет сигментоно-страничную организацию и реализована в иерархической системе ЭВМ. Часть ее
размещается в блоках основной памяти, а часть в ячейках внешней памяти. Записываемая область во внешней страничке памяти
называется ячейкой или слотом. Все программные страницы физически располагаются в ячейках внешней страничной памяти.
Загрузить программу в виртуальную память – это, значит, перезаписать несколько страниц из внешней страничной памяти в
основную.
9. Система прерываний ЭВМ
10. ЦЕНТРАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ЭВМ
Основная память и состав устройства
Запоминающими устройствами (ЗУ) называются комплекс программных средств, реализующих
функции памяти.
ЗУ делят на:
1).Основную память (ОП)
2).Сверх оперативная память (СОЗУ)
3).Внешняя память (ВЗУ)
ОП включает в себя два типа устройств:
— ОЗУ (RAM – random aces memory)
— ПЗУ (ROM – read only memory)
ОЗУ – предназначено для хранения переменной информации.
ПЗУ – содержит информацию, которая не должна изменяться в ходе выполнения процессором
вычислений.
Функциональные возможности ОЗУ шире ПЗУ, но ПЗУ – энергонезависимо и имеет большее
быстродействие.
Источник: ppt-online.org