Системное программное обеспечение (System Software ) − это программы и программные комплексы для работы компьютера и телекоммуникационного оборудования. System Software выступает в роли «переводчика-синхрониста» между приложением пользователя и непосредственно с аппаратным обеспечением. По одной из классификаций к системному ПО относится только служебное (сервисное) программное обеспечение, по другой классификации СПО – это двухуровневое программное обеспечение, которое состоит из базового ПО и сервисного.

Возможно ли отнести то или иное программного обеспечения к системному, зависит от соглашений, которые были прописаны в конкретном контексте. Будем придерживаться второй точки зрения (более распространённой), когда к системному программному обеспечению (СПО) относят и базовое программное обеспечение (не путать с BIOS), и сервисное. Это операционные системы, оболочки, утилиты, драйверы, системы программирования, системы управления базами данных, связующее программное обеспечение.

СПО служит:

• для создания операционной среды для работы других программ;
• для обеспечения надежной и эффективной работы компьютера и телекоммуникационной сети;
• для проведения диагностики аппаратуры компьютера и сетей;
• для архивирования данных, копирования, восстановления файлов программ и баз данных и т.п.

Системное программное обеспечение «организует» работу всех компонентов компьютера, а также подключенных к нему периферийных устройств.

Замечание 1

Системное программное обеспечение должно быть надежным, технологичным, удобным и эффективным в использовании. Программные продукты этой группы рассчитаны, в основном, на профессионалов в компьютерной области: администратора сети, системного программиста, прикладного программиста, оператора. Тем не менее, знание базовой технологии работы с СПО требуется и квалифицированным пользователям персонального компьютера, тем, которые, как правило, самостоятельно выполняют обслуживание программ, данных и, собственно, компьютера, а не только работают со своими программами.

Обычно СПО подразделяется на базовое и сервисное.

Базовое программное обеспечение. Сюда входят:

• операционная система (ОС) и драйверы в её составе;
• операционные (интерфейсные) текстовые и графические оболочки для взаимодействия пользователя с ОС, а также системы управления файлами;
• сетевая операционная система, которая предоставляет пользователям различные виды сетевых служб (электронная почта, управление файлами, процессы управления сетью и др.).

Сервисное программное обеспечение − программы и программные комплексы, которые дают больше возможностей базовому ПО и организуют пользователю более удобную среду для работы. Такие программы часто называют утилитами (кроме антивирусов, к ним этот термин не применяется).

Рисунок 1.

Определение 1

Утилиты − программы, которые служат для обслуживания компьютеров или для выполнения вспомогательных операций обработки данных, таких как диагностика аппаратных и программных средств, оптимизация использования дискового пространства, восстановление разрушенной информации на магнитном диске и др.

Основное назначение утилит − автоматизация работ по проверке, наладке и настройке компьютерной системы.

Этот набор сервисных, дополнительно устанавливаемых программ, можно классифицировать следующим образом (по функциональному признаку):

• драйверы специфических и специальных устройств (не поставляются в составе ОС);
• мониторы установки, они предназначены для контроля над установкой ПО;
• средства контроля (мониторинга), позволящие следить за процессами, которые проходят в системе;
• средства диагностики работоспособности компьютера; они используются и для оптимизации работы компьютерной системы, и для устранения неполадок, например, утилита «Дефрагментация диска» позволяет данные, которые принадлежат одному файлу и находятся в разных сегментах диска, объединить в одной непрерывной области данных;
• средства обеспечения компьютерной безопасности, это средства активной и пассивной защиты данных от какого-либо повреждения, несанкционированного доступа, просмотра и/или изменения данных:
  • o средства активной защиты − антивирусные программы, они необходимы, чтобы обеспечить защиту компьютера, обнаружить и восстановить зараженные файлы;
  • o средства пассивной защиты - программы обслуживания дисков, они обеспечивают контроль сохранности файловой системы на логическом и физической уровнях, проверяют качество поверхности магнитного диска, создают страховые копии дисков, резервируют данные на внешних носителях, выполняют сжатие дисков и т. д.
• программы архивирования данных, предназначены для создания архивов, что упрощает хранение файлов за счёт уменьшения объема памяти. Наиболее известные архиваторы WinZip, WinRAR, 7Zip;
• диспетчеры файлов, которые нужны для выполнения большинства операций, связанных с обслуживанием файловой системы: осуществляют навигацию в файловой структуре, создают каталоги (папки), производят удаление файлов и каталогов, копируют, перемещают и переименовывают файлы, выполняют поиск файлов. Наиболее популярные для ОС Windows − Total Commander (бывший Windows Commander) и FAR Manager, для Linux − Midnight Commander;
• программы обслуживания сети. Это средства коммуникаций, которые позволяют установить связь с удалёнными компьютерами, участвовать в работе телеконференций, обслуживают передачу сообщений электронной почты и т.д. Базовое программное обеспечение, как правило, приобретается вместе с компьютером, а сервисное ПО может быть приобретено дополнительно.

Другая классификация системного программного обеспечения

В СПО традиционно включают:

• системные управляющие программы,
• системные обрабатывающие программы.

Системные управляющие программы организуют правильную работу всех устройств системы. Это, как правило, резидентные программы (находятся в основной памяти), которые составляют ядро ОС. Управляющие программы, которые загружаются в память непосредственно перед выполнением, называются транзитными (transitive).

Основные функции системных управляющих программ − управление вычислительными комплексами, управление вычислительными процессами и работа с внутренними данными ОС.

Системные управляющие программы поставляются фирмами-разработчиками и фирмами-дистрибьюторами в виде инсталляционных пакетов ОС и драйверов специальных устройств.

Системные обрабатывающие программы выполняются как специальные прикладные задачи, или приложения. Они чаще всего поставляются в виде дистрибутивных пакетов, включающих ПО.

07.02.03, 08.02.03, 10.02.03, 15.02.03, 16.02.03, 19.02.03

OS - basic 02. Прикладное и системное ПО. Архитектура ОС.

Прикладное и системное ПО. ОС, Системы управления файлами, пользовательские интерфейсные оболочки, системы программирования, утилиты. Архитектура ОС. Ядро и вспомогательные модули ОС. Ядро в привилегированном режиме. Микроядерная архитектура. Средства аппаратной поддержки ОС. Поддержка привилегированного режима, средства трансляции адресов, средства переключения процессов, системный таймер, система прерываний, средства защиты областей памяти. Прикладная среда.

2.1 Системное и прикладное по

Все программное обеспечение (ПО) ЭВМ можно разделить на две группы: прикладное и системное ПО.

Прикладное ПО - программное обеспечение, состоящее из отдельных прикладных программ и пакетов прикладных программ, предназначенных для решения различных задач пользователей и созданных на их основе автоматизированных систем.

Прикладная программа - программа, предназначенная для решения каких-либо задач пользователей в определенной области применения (бухгалтерской, юридической, медицинской и т. д.).

Пакет прикладных программ - комплект программ, предназначенных для решения задач из определенной проблемной области. Обычно применение пакета прикладных программ предполагает наличие специальной документации: лицензионного свидетельства, паспорта, инструкции пользователя и т.п.

Системное про­граммное обеспечение означает программы и комплексы программ, предназначенных для использования технических средств компьютера, и применяемых как для автоматизации разработки (создания) новых программ, так и для организации выполнения программ существующих. С этих позиций системное программное обеспечение может быть разделено на следующие пять групп:

1. Операционные системы.

2. Системы управления файлами.

3. Интерфейсные оболочки для взаимодействия пользователя с ОС.

4. Системы программирования.

5. Утилиты.

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 вычислительной системы и организации надежных вычислений. Любой из компонентов прикладного программного обеспечения обязательно рабо­тает под управлением ОС. На рис. 2.1 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 запросов от других программ на запуск, приостановку, оста­новку;

инициация программы (передача ей управления, в результате чего процессор исполняет программу);

идентификация всех программ и данных;

Рис. 2.1 Обобщенная структура программного обеспечения вычислительной системы

обеспечение работы систем управлений файлами (СУФ) и/или систем 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;

распределение памяти, а в большинстве современных систем и организа­ция виртуальной памяти;

планирование и диспетчеризация задач в соответствии с заданными стра­тегией и дисциплинами обслуживания;

защита одной программы от влияния другой, обеспечение сохранности данных.

2. Назначение системы управления файлами - организация более удобного доступа к данным, организованным как файлы.

Как правило, все современные ОС имеют соответствующие системы управле­ния файлами. Ряд ОС позволяет рабо­тать с несколькими файловыми системами (либо с одной из нескольких, либо сразу с несколькими одновременно). Необходимо различать файловую систему и систе­му управления файлами.

Для удобства взаимодействия с ОС могут использоваться дополнительные интерфейсные оболочки . Их основное назначение - либо расширить возмож­ности по управлению ОС, либо изменить встроенные в систему возможности. В качестве классических примеров интерфейсных оболочек и соответствую­щих операционных сред выполнения программ можно назвать различные варианты графического интерфейса Х Window в системах семейства UNIX (например, К Desktop Environment в Linux), разнообразные варианты интерфейсов для семейства ОС Windows компании Microsoft, которые заменяют Explorer.

Работая с графическим интерфейсом ОС, пользователь видит структуру каталогов и файлов, и практически все действия может выполнить мышью. До появления ОС с графическими интерфейсами пользователь был вынужден давать команды из командной строки. Примером такой ОС является MS DOS. В ней, например, чтобы скопировать файл, необходимо набрать команду copy filename1 filename2

Для просмотра содержимого файла в командной строке необходимо набрать команду type filename

Для пользователя это было неудобно, поскольку во-первых, отнимало много времени на набор команды и всех ее операндов, а во-вторых, заставляло пользователя работать практически «вслепую», т.к. он не мог постоянно держать перед глазами структуру файлов и каталогов, с которыми работал.

Для упрощения работы пользователя перед появлением графических оболочек были созданы алфавитно-цифровые (текстовые) пользовательские оболочки, в которых пользователь мог управлять работой, нажимая 1-2 клавиши, вместо того, чтобы набирать команду за командой. Примерами таких пользовательских оболочек могут служить Norton Commander, Far (c расширенными возможностями), Windows Commander (для Windows). В них пользователь может выполнять свои задачи используя меню команд, либо так называемые «горячие клавиши».

В настоящее время все оболочки, включая графические, имеют возможность работы с пользователем в диалоговом режиме, выдавая предупреждения, сообщения об ошибках в диалоговом окне.

Весь интерфейс, необходимый программам для обращения к ОС с целью получить определенный сервис - выполнить операцию ввода/вывода, получить или освободить участок памяти и т. д., обозначается термином операционная среда .

3. Система программирования включает прежде всего такие компоненты, как транслятор с соответствующего языка, библиотеки подпро­грамм, редакторы, компоновщики и отладчики. Не бывает самостоятельных (оторванных от ОС) систем программирования. Любая система программи­рования может работать только в соответствующей ОС, под которую она и создана, однако при этом она может позволять разрабатывать программное обеспечение и под другие ОС. Система программирования – это весь комплекс программных средств, предназначенных для кодирования, тестирования, отладки программного обеспечения. Примеры систем программирования: Borland Delphi, Microsoft Visual Basic, Turbo Pascal и т. д.

4. Наконец, под утилитами понимают специальные системные программы, с по­мощью которых можно как обслуживать саму операционную систему, так и подготавливать для работы носители данных, выполнять перекодирование данных, осуществлять оптимизацию размещения данных на носителе и про­изводить некоторые другие работы, связанные с обслуживанием вычислитель­ной системы. К утилитам следует отнести и программу разбиения накопителя на магнитных дисках на разделы, и программу форматирования, и программу переноса основных системных файлов самой ОС. Естественно, что утилиты могут работать только в соответствующей операционной среде.

Совокупность программ, предназначенная для решения задач на ПК, называется программным обеспечением. Состав программного обеспечения ПК называют программной конфигурацией.

Программное обеспечение , можно условно разделить на три категории:

 Системное ПО - это совокупность программ общего пользования не связанная с конкретным применением ПК и выполняющая различные функции. Например: проверку работоспособности устройств компьютера, управление ресурсами компьютера, планирование и управление задачами, рациональное размещение и хранение информации, выдачу справочной информации о компьютере, управления вводом-выводом и т.д.

 Прикладное ПО, обеспечивающее выполнение необходимых пользователям работ на ПК: редактирование текстовых документов, создание рисунков или картинок, обработка информационных массивов и т.д.

 Инструментальное ПО (системы программирования), обеспечивающее разработку новых программ для компьютера на языке программирования.

Системное программное обеспечение ПК

В состав системного ПО входят:

операционные системы.

служебные (сервисные) программы вспомогательного назначения - утилиты (польза), которые предоставляют пользователю ряд дополнительных услуг, они либо расширяют и дополняют соответствующие возможности операционной системы, либо решают самостоятельные важные задачи.

программы технического обслуживания (контроля, тестирования и диагностики, которые ис-пользуются для проверки правильности функционирования устройств компьютера и для обнару-жения неисправностей в процессе эксплуатации; указывают причину и место неисправности)

программы – оболочки (обеспечивают удобный и наглядный способ общения пользователя с компьютером. Например: Total Commander, Windows Commander)

Операционная система

Работа компьютера происходит под управлением операционной системы (ОС), основной управляющей программы, которая обеспечивает управление ресурсами компьютера с целью их эффективного использования. Операционная система обычно хранится во внешней памяти компьютера - на диске, при включении компьютера она считывается с дисковой памяти и размещается в ОЗУ. Этот процесс называется загрузкой операционной системы. Операционная система составляет основу программного обеспечения ПК. С одной стороны, она опирается на базовое программное обеспечение ПК, входящее в его систему BIOS, с другой стороны, она сама является опорой для программного обеспечения более высоких уровней – прикладных и большинства служебных приложений.

Операционная система - это совокупность взаимосвязанных системных программ, она осуществляет распределение ресурсов вычислительной системы (оперативной памяти, процессора, внешних устройств, рациональное размещение и хранение информации), организует ввод-вывод информации, запускает программы на выполнение, осуществляет диалог пользователя с компьютером, обеспечивает программную поддержку работы периферийных устройств (дисплея, клавиатуры, дисковых накопителей, принтера и др.). ОС является посредником между ПК и пользователем.

Операционная система скрывает от пользователя сложные ненужные подробности взаимодействия с аппаратурой, освобождая его от трудоёмкой работы по организации этого взаимодействия.

Особое место среди программных средств всех типов занимают операционные системы, являясь ядром .

Операционная система (ОС) – это комплекс программ, обеспечивающих:

• управление ресурсами, т.е. согласованную работу всех аппаратных средств компьютера;
• управление процессами, т.е. выполнение программ, их взаимодействие с устройствами компьютера, с данными;
• пользовательский интерфейс, т.е. диалог пользователя с компьютером, выполнение определенных простых команд – операций по обработке информации.

ОС – операционная среда, среда обитания (для программ), имеет свои законы.

ОС – это набор программ, обеспечивающий возможность использования аппаратуры ПК, а также, обеспечивает совместное функционирование всех устройств ПК и предоставляет пользователю доступ к его ресурсам.

ОС является базовой и необходимой составляющей программного обеспечения ПК

Операционная система – наиболее машиннозависимый вид программного обеспечения, ориентированный на конкретные модели компьютеров, поскольку они напрямую управляют их устройствами или обеспечивают интерфейс между пользователем и аппаратной частью компьютера.

ОС –набор программных инструментов, ко­торые дают возможность пользователю использовать возможности компьютера.

ОС – основной программный инструмент, «вдыхающий жизнь»в компьютер. Без нее компьютер просто не будет работать. ОС контролирует операции обмена с дисками, организует вывод информации на экран, «понимает» клавиатуру и т.п.

Задачи, реализуемые ОС

1 . Поддержка работы всех программ и организация их взаимодействия с устройствами ПК:

обеспечение эффективного выполнения операций ввода и вывода информации (связь с УВВ);

распределение памяти и организация хранения данных;

обеспечение взаимодействие программ и данных, а также взаимодействие программ друг с другом;

выявление различных событий, возникающих в процессе работы, и соответствующая реакция на них.

2. Предоставление пользователю возможности общего управления ПК:

определение интерфейса пользователя, т.е. создание удобной и комфортной среды общения человека с ПК;

обеспечение разделения аппаратных ресурсов между пользователями и задачами, планирование доступа пользователей к общим данным и предоставление возможности работы с ними в режиме коллективного пользования (работа в сетях).

Современные ОС обеспечивают:

1. дружественность, простоту и естественность интерфейса;
2. шифровку данных для защиты от несанкционированного доступа;
3. автоматическое распределение мощностей по обработке данных;
4. поддержку компьютерных сетей и средств оперативной обработки данных в режиме реального времени;
5. возможность использования отдельных ПК в качестве «интеллектуальных» терминалов мощных компьютерных сетей;
6. поддержку работы СУБД и других мощных прикладных программ;
7. возможность моделирования виртуальных машин, (когда пользователь работает как бы не с самой машиной, а с ее моделью. Для этого используются эмуляторы).

Состав ОС

В настоящее время используется много типов различных операционных систем для ЭВМ различных видов, однако в их структуре существуют общие принципы. В составе многих операционных систем можно выделить некоторую часть, которая является основой всей системы и называется ядром . В состав ядра входят наиболее часто используемые модули, такие как модуль управления системой прерываний, средства по распределению таких основных ресурсов, как ОП и процессор. Программы, входящие в состав ядра, при загрузке ОС помещаются в оперативную память, где они постоянно находятся и используются при функционировании ЭВМ. Такие программы называют резидентными.

Ядро (резидентная часть ОС) – постоянно занимает раздел оперативной памяти. В ОП оно загружается с системного диска при включении компьютера. Эта процедура называется первоначальной загрузкой.

Ядро ОС обеспечивает базовые функции для окружающего программного обеспечения и допускает расширение обслуживающей части ОС.

Окружением ядра ОС являются утилиты, редакторы, компиляторы и другие программные средства, составляющие обслуживающую часть ОС.

Важной частью ОС является командный процессор – программа, отвечающая за интерпретацию и исполнение простейших команд, подаваемых пользователем, и его взаимодействие с ядром ОС.

Командный процессор – специальная программа, запрашивающая и выполняющая команды пользователя.

Выполняемые функции:

1. обеспечивает ввод команды и проводит ее анализ на правильность;
2. обеспечивает выполнение команды, если она была введена правильно, либо дает сообщение о возникшей конфликтной ситуации.

Кроме того, к операционной системе следует относить богатый набор утилит – обычно небольших программ, выполняющих различные обслуживающие функции.

Упрощенно структуру ОС можно представить в виде схемы

Файловая система BDOS – базовая дисковая операционная система, которая управляется с помощью специальных программных модулей. Основные функции : работа с файлами, распределение памяти, поддержка выполнения программ, загрузка в память данных, контроль за выполнением программ и т.п.

Драйверная система BIOS – базовая система ввода – вывода. Представляет собой набор специальных программ, называемых драйверами.

Как известно, ПК может иметь большой набор разнообразных внешних устройств. Каждое внешнее устройство характеризуется своей собственной пропускной способностью и структурой передаваемых/принимаемых данных. Именно по этому каждое внешнее устройство имеет свой собственный драйвер.

Драйверы устройств – специальные программы, обеспечивающие управление работой устройств и согласование информационного обмена. Также позволяющие производить настройку параметров устройств

Драйвер – управляющая программа, обслуживающая аппаратный модуль.

Драйверы наиболее часто используемых устройств (дисплея, клавиатуры, дисководов, а иногда и принтера) составляют главную часть BIOS.

Если BDOS является практически не изменой частью ОС для всех ПК, которые с ней работают, то BIOS может существенно варьироваться даже на одном и том же ПК в зависимости от типа переключаемой периферии.

Итак, структура операционной системы состоит:

Ядро – переводит команды с языка программ на язык «машинных кодов», понятный компьютеру (командный интерпритатор).
Драйверы – программы, управляющие устройствами.
Интерфейс – оболочка, с помощью которой пользователь общается с компьютером.

Загрузочные файлы ОС хранятся во внешней памяти. (гибкие, жесткие, оптические диски). Однако, любые программы, как и сама ОС могут быть выполнены только в оперативной памяти. Поэтому их нужно туда загрузить.

1. При включении ПК первой активизируется микросхема с BIOS (Basic Input / Output System ) базовая система ввода вывода . BIOS запускает программу POST, которая тестирует аппаратные средства ПК. Для установки даты и времени, а также для настройки работы железа, с помощью клавиши Del можно загрузить утилиту Setup .

После тестирования BIOS начинает поиск загрузчика ОС (Master Boot Record ), обращаясь поочередно к FDD, HDD, CD-ROM.

Найдя на системном диске программу — загрузчик она загружается в оперативную память и ей передается управление работой ПК.

Программа ищет файлы ОС на системном диске и загружает их в оперативную память в качестве программных модулей.
После окончания загрузки ОС передает управление командному процессору.

Принципы функционирования операционных систем

Понятие процесса играет ключевую роль и вводится применительно к каждой программе отдельного пользователя. Управление процессами (как целым, так и каждым в отдельности) – важнейшая функция ОС. При исполнении программ на центральном процессоре следует различать следующие характерные состояния:

• порождение – подготовку условий для исполнения процессором;
• активное состояние (или «Счет») – непосредственное исполнение процессором;
• ожидание – по причине занятости какого-либо требуемого ресурса;
• готовность – программа не исполняется, но все необходимые для исполнения программы ресурсы, кроме центрального процессора, предоставлены;
• окончание – нормальное или аварийное завершения исполнения программы, после которого процессор и другие ресурсы ей не предоставляются.

Физические ресурсы – реальные устройства компьютера.

Средствами современных операционных систем могут создаваться и использоваться виртуальные (воображаемые) ресурсы, являющиеся моделями физических.

По значимости виртуальные ресурсы – одна из важнейших концепций построения современных ОС.

Виртуальный ресурс представляет собой модель некоего физического ресурса, создаваемую с помощью другого физического ресурса. Например, характерным представителем виртуального ресурса является оперативная память. Компьютеры, как правило, располагают ограниченной по объему ОП (физической). Функционально ее объем может быть увеличен путем частичной записи содержимого ОП на магнитный диск. Если этот процесс организован так, что пользователь воспринимает всю расширенную память как оперативную, то такая «оперативная» память называется виртуальной .

Виртуальная память – часть памяти, превышающая физический объем оперативной памяти, установленной в компьютере, и которую ОС эмулирует, используя пространство на жестком диске (файл подкачки). Программы, выполняющиеся под управлением Windows, воспринимают виртуальную память как оперативную.

Файл подкачки – постоянный или временный файл на жестком диске, который используется ОС для эмуляции оперативной памяти.

Наиболее законченным проявлением концепции виртуальности является понятие виртуальной машины, являющееся исходной при программировании на языках высокого уровня, например, Паскале. Виртуальная машина есть идеализированная модель реальной машины, изолирующая пользователя от аппаратных особенностей конкретной ЭВМ, воспроизводящая архитектуру реальной машины, но обладающую улучшенными характеристиками:

• бесконечной по объему памятью с произвольно выбираемыми способами доступа к ее данным;
• одним (или несколькими) процессами, описываемыми на удобном для пользователя языке программирования;
• произвольным числом внешних устройств произвольной емкости и доступа.

Концепция прерываний выполнения программ является базовой при построении любой операционной системы.

Из всего многообразия причин прерываний необходимо выделить 2 вида: первого и второго рода. Системные причины прерываний первого рода возникают в том случае, когда у процесса, находящегося в активном состоянии, возникает потребность либо получить некоторый ресурс или отказаться от него, либо выполнить над ресурсом какие-либо действия. К этой группе относят и, так называемые, внутренние прерывания , связанные с работой процессора (например, арифметическое переполнение или исчезновение порядка в операциях с плавающей запятой). Системные причины прерывания второго рода обусловлены необходимостью проведения синхронизации между параллельными процессами.

При обработке каждого прерывания должна выполняться следующая последовательность действий:

• восприятие запроса на прерывание;
• запоминание состояния прерванного процесса, определяемое значением счетчика команд и других регистров процессора;
• передача управления прерывающей программе, для чего в счетчик команд заносится адрес, соответствующий данному типу прерывания;
• обработка прерывания;
• восстановление прерванного процесса.

В большинстве ЭВМ первые три этапа реализуются аппаратными средствами, а остальные – блоком программ обработки прерываний операционной системы.

Классификация ОС

1. По количеству одновременно работающих пользователей:

• однопользовательские;

  (предназначены для обслуживания одного клиента)

• многопользовательские

  (рассчитаны на группу пользователей одновременно).

Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей.

2. По числу задач, одновременно выполняемых под управлением ОС:

• однозадачные ;
• многозадачные .

В многозадачном режиме каждой задаче (программе, приложению) поочередно выделяется какая-то доля процессорного времени. Поскольку процесс переключения идет очень быстро, а выделяемые задачам доли процессорного времени достаточно малы, то для пользователя создается впечатление одновременного выполнения нескольких задач.

Можно одновременно запустить на счет математическую систему, включить принтер для печати текста, запустить проигрыватель музыкальных произведений, вести поиск вирусов и рисовать в графическом редакторе или раскладывать пасьянс.

При многозадачном режиме:

• в оперативной памяти находится несколько заданий пользователей;
• время работы процессора разделяется между программами, находящимися в оперативной памяти и готовыми к обслуживанию процессором;
• параллельно с работой процессора происходит обмен информацией с различными внешними устройствами.

Различают вытесняющую и невытесняющую многозадачность.

При работе ЭВМ важнейшим разделяемым ресурсом является процессорное время. Распределение процессорного времени между несколькими программами может осуществляться двумя способами.

Основным различием между вытесняющим и невытесняющим вариантами многозадачности является степень централизации механизма планирования вычислительных процессов . При невытесняющей многозадачности активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по собственной инициативе, не отдаст управление операционной системе для того, чтобы та выбрала из очереди другой готовый к выполнению процесс. При вытесняющей многозадачности решение о переключении процессора с одного процесса на другой процесс принимается операционной системой, а не самим активным процессом.

Многозадачные ОС подразделяются на три типа в соответствии с использованными при их разработке критериями эффективности:

• системы пакетной обработки;
• системы разделения времени;
• системы реального времени.

Системы пакетной обработки предназначаются для решения задач в основном вычислительного характера, не требующих быстрого получения результатов. Главной целью таких систем является решение максимального числа задач в единицу времени. Для достижения этой цели используется следующая схема функционирования.

В начале работы формируется пакет заданий (мультипрограммная смесь). В нем желательно одновременное присутствие вычислительных задач и задач с интенсивным вводом-выводом информации. Выбор нового задания из пакета зависит от внутренней ситуации, складывающейся в системе, т.е. выбирается «выгодное» для ОС задание. Следовательно, в таких ОС невозможно гарантировать выполнение того или иного задания в течение определенного периода времени.

Взаимодействие пользователя с вычислительной машиной, на которой установлена ОС пакетной обработки, сводится к тому, что пользователь приносит задание, отдает его диспетчеру-оператору, а в конце дня получает результат. Очевидно, что такой порядок снижает эффективность работы пользователя.

ОС разделения времени позволяют исправить основной недостаток систем пакетной обработки – изоляцию пользователя от процесса выполнения его задач. Каждому пользователю предоставляется терминал, с которого он может управлять вычислительным процессом. Т.к. каждой задаче выделяется только квант процессорного времени, ни одна задача не занимает процессор надолго, и время ответа оказывается приемлемым. Если квант выбран достаточно малым, то у всех пользователей, одновременно работающих на одной и той же ЭВМ, складывается впечатление, что каждый из них единолично использует машину.

ОС разделения времени обладают меньшей пропускной способностью, чем системы пакетной обработки, т.к. на выполнение принимается каждая запущенная пользователем задача, а не та, которая «выгодна» ОС, и, кроме того, имеются накладные расходы на более частое переключение процессора с задачи на задачу. Критерием эффективности систем разделения времени является не максимальная пропускная способность ЭВМ (скорость обработки информации), а удобство и эффективность работы отдельного пользователя.

Наиболее совершенны и сложны многопользовательские многозадачные операционные системы, которые предусматривают одновременное выполнение многих заданий многих пользователей, обеспечивают разделение ресурсов компьютера в соответствии с приоритетами пользователей и защиту данных каждого пользователя от несанкционированного доступа. В этом случае операционная система работает в режиме разделения времени , т.е. обслуживает многих пользователей, работающих каждый со своего терминала.

Суть режима разделения времени состоит в следующем. Каждой программе, находящейся в оперативной памяти и готовой к исполнению, выделяется для исполнения фиксированный, задаваемый в соответствии с приоритетом пользователя интервал времени (интервал мультиплексирования). Если программа не выполнена до конца за этот интервал, ее исполнение принудительно прерывается, и программа переводится в конец очереди. Из начала очереди извлекается следующая программа, которая исполняется в течение соответствующего интервала мультиплексирования, затем поступает в конец очереди и т.д. в соответствии с циклическим алгоритмом. Если интервал мультиплексирования достаточно мал (~200 мс), а средняя длина очереди готовых к исполнению программ невелика (~10), то очередной квант времени выделяется программе каждые 2 с. В этих условиях ни один из пользователей практически не ощущает задержек, т.к. они сравнимы со временем реакции человека.

Приоритет (priority) – относительная важность или срочность.

Приоритет – это обладание преимуществом, т.е. требование повышенного внимания, которое может быть определено количественной величиной, учитываемой при определении порядка удовлетворения нескольких требований на доступ к одному ресурсу.

Назначать приоритеты – устанавливать порядок действий в соответствии со срочностью или важностью работы. В мультипрограммном режиме программам назначаются приоритеты так, что срочные работы не задерживаются вспомогательными задачами. Программные прерывания должны отрабатываться аналогично мультипрограммному режиму.

Одной из разновидностей режима разделения времени является фоновый режим , когда программа с более низким приоритетом работает на фоне программы с более высоким приоритетом. Работа в фоновом режиме реального времени аналогична работе секретаря руководителя. Секретарь занимается текущими делами до тех пор, пока начальник не дал срочное поручение.

Системы реального времени применяются для управления различными техническими объектами (конвейер, станок, робот, космический аппарат, научная экспериментальная установка, гальваническая линия, доменная печь, автомат для контроля качества выпускаемой продукции). Существует предельно допустимое время, в течение которого должна быть выполнена та или иная программа, управляющая объектом. Система должна иметь гарантированное время реакции , т.е. задержка ответа не должна превышать определенного времени. В противном случае может произойти авария (спутник выйдет из зоны видимости; экспериментальные данные, поступающие с датчиков, будут потеряны; толщина гальванического покрытия не будет соответствовать норме; бракованные изделия попадут в приемник годной продукции).

Т.о., критерием эффективности для систем реального времени является их способность выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получением результата (управляющего воздействия).

ЭВМ управляет некоторым внешним процессом, обрабатывая данные и информацию, непосредственно поступающую от объекта управления. Поскольку определяющим фактором являются реально поступающие от объекта управления данные, такой режим называют режимом реального времени , а его организация возлагается на специализированную операционную систему.

3. По количеству используемых процессоров:

• однопроцессорные;
• многопроцессорные.

4. По разрядности процессора:

• 8-разрядные;
• 16-разрядные;
• 32-разрядные;
• 64-разрядные.

Разрядность ОС – определяется количеством бит, используемых для адресации (в оперативной памяти, на дисках) , (разрядностью процессора вашего ПК).

У ОС Windows — 32-бит и 64-бит, дистрибутивы делятся на x32 и x64 соответственно, x86 — обозначение 32-х битной версии.

Посмотреть разрядность в системе:

ярлык”Мой компьютер“ →ПКМ → Свойства → Тип системы

5. По типу пользовательского интерфейса:

• командные (текстовые);
• объектно-ориентированные (графические) .

6.По типу использования общих аппаратных и программных ресурсов:

• сетевые;
• локальные.

Сетевые ОС предназначены для эффективного решения задач распределенной обработки данных. Такая обработка ведется не на отдельном компьютере, а на нескольких компьютерах, объединенных сетью. Сетевые ОС поддерживают распределенное выполнение процессов, их взаимодействие, обмен данными между ЭВМ, доступ пользователей к общим ресурсам и другие функции, которые превращают распределенную в пространстве систему в целостную многопользовательскую систему.

Все сетевые ОС делятся на две группы: одноранговые ОС и ОС с выделенными серверами .

В одноранговых сетях каждая ЭВМ может выполнять как функции сервера, так и рабочей станции. В сетях с выделенными серверами функции расписаны более жестко: рабочие станции не предоставляют свои ресурсы для других ЭВМ, это возможно только для серверов.

Характеристики, определяющие выбор ОС:

• распространенность;
• наличие большого количества прикладных программных средств, работающих под ее управлением;
• простота освоения и взаимодействия с ней пользователей;
• легкость перехода с одной версии ОС на другую, более совершенную.

Примеры ОС

1. MS- DOS — предназначена для работы с 16- и 32-разрядными процессорами типа 80286, 80386, 80486 (Intel), 5×86 (AMD)- «дисковая ОС » (ДОС или DOS), термин сложился исторически и говорит только о том, что вся операционная система или ее основная часть расположены на внешнем носителе (винчестере, дискете или компакт-диске), откуда и должна происходить ее загрузка в оперативную память компьютера;
2. Windows 95/98/XP, Windows Vista, Windows 7, W indows NT/2000, OS/2 Warp 4.0 — ориентированы на работу с 32- и 64-разрядными процессорами типа Pentium;
3. UNIX — применяется для работы с 32- и 64-разрядными процессорами типа: Pentium (Intel), Alpha AXP (DEC), P6 и PowerPC (IBM и Motorola), R4300i (MIPS);
4. System ( MacOS) — предназначена для компьютеров Macintosh фирмы Apple;
5. Linux – клон Unix для работы на PC.
   Linux – свободно распространяемая версия ОС Unix для платформ х86, Motorola 68k, Digital Alpha, Sparc, Mips и Motorola PowerPC. В Linux не используется никаких частей программного обеспечения, принадлежащих каким-либо коммерческим организациям. По этой причине она получила достаточно широкое распространение.
   Первая версия ОС Linux была разработана в 1991 г. Т. Линусом (Финляндия), а затем в ее разработке участвовало большое количество людей из разных частей мира. Последние версии являются продуктами коллективного творчества большого числа программистов.

Программное обеспечение – совокупность готовых к исполнению программ, хранящихся в оперативной и внешней памяти компьютера.

К программному обеспечению (ПО) относится также вся область деятельности по проектированию и разработке ПО:

• технология проектирования программ (например, нисходящее проектирование, структурное и объектно-ориентированное проектирование и др.);
• методы тестирования программ;
• методы доказательства правильности программ;
• анализ качества работы программ;
• документирование программ;
• разработка и использование программных средств, облегчающих процесс проектирования программного обеспечения, и многое другое.

Программное обеспечение современных компьютеров включает миллионы программ - от игровых до научных.

Виды программного обеспечения

Можно выделить три основных вида программного обеспечения: системное , прикладное и инструментальное .

Прикладная программа или приложение - программа, предназначенная для выполнения определенных пользовательских задач и рассчитанная на непосредственное взаимодействие с пользователем. В большинстве операционных систем прикладные программы не могут обращаться к ресурсам компьютера напрямую, а взаимодействуют с оборудованием и проч. посредством операционной системы. Также на простом языке - вспомогательные программы.

Представители прикладного программного обеспечения:

Текстовые и графические редакторы

Программы работы с электронными таблицами

Системы управления базами данных

Средства просмотра web-страниц

Обучающие системы, электронные энциклопедии, игры

Специализированные программные системы, предназначенные для автоматизации определенного вида профессиональной деятельности, например, банковские системы.

Инструментальное программное обеспечение - программное обеспечение, предназначенное для использования в ходе проектирования, разработки и сопровождения программ, в отличие от прикладного и системного программного обеспечения.

При разработке программного обеспечения необходимо представлять алгоритмы в форме, понятной компьютеру. Для этого используются комплексы программ, называемые системами программирования. Они составляют основу инструментального программного обеспечения.

К инструментальным программам, например, относятся:

• редакторы;
• средства компоновки программ;
• отладочные программы, т.е. программы, помогающие находить и устранять ошибки в программе;
• вспомогательные программы, реализующие часто используемые системные действия;
• графические пакеты программ и т.п.

Системное программное обеспечение - это комплекс программ, которые обеспечивают эффективное управление компонентами компьютерной системы, такими как процессор, оперативная память, устройства ввода-вывода, сетевое оборудование, выступая как «межслойный интерфейс», с одной стороны которого аппаратура, а с другой — приложения пользователя. В отличие от прикладного программного обеспечения, системное не решает конкретные прикладные задачи, а лишь обеспечивает работу других программ, управляет аппаратными ресурсами вычислительной системы и т.д.

Системное программное обеспечение предназначено для:

• создания операционной среды функционирования других программ (другими словами, для организации выполнения программ);
• автоматизации разработки (создания) новых программ;
• обеспечения надежной и эффективной работы самого компьютера и вычислительной сети;
• проведения диагностики и профилактики аппаратуры компьютера и вычислительных сетей;
• выполнения вспомогательных технологических процессов (копирование, архивирование, восстановление файлов программ и баз данных и т.д.).

Системное программное обеспечение разрабатывается так, чтобы компьютер мог эффективно выполнять прикладные программы.

Прикладная программа – это любая конкретная программа, способствующая решению какой-либо задачи в пределах данной проблемной области.

Прикладные программы могут носить и общий характер, например, обеспечивать составление и печатание документов и т.п.

В состав системного программного обеспечения входят драйверы – программы, управляющие работой устройств ввода-вывода и некоторых других устройств, позволяющие настраивать параметры их работы. Также входят антивирусы и программы, связанные с обслуживанием компьютера. Системные программы часто называют утилитами (от лат. utilis – полезный) .

Утилиты либо расширяют и дополняют соответствующие возможности операционной системы, либо решают самостоятельные важные задачи. Кратко опишем некоторые разновидности утилит:

• программы контроля, тестирования и диагностики, которые используются для проверки правильности функционирования устройств компьютера и для обнаружения неисправностей в процессе эксплуатации; указывают причину и место неисправности;
• программы-драйверы, которые расширяют возможности операционной системы по управлению устройствами ввода-вывода, оперативной памятью и т.д.; с помощью драйверов возможно подключение к компьютеру новых устройств или нестандартное использование имеющихся;
• программы-упаковщики (архиваторы), которые позволяют записывать информацию на дисках более плотно, а также объединять копии нескольких файлов в один архивный файл;
• антивирусные программы, предназначенные для предотвращения заражения компьютерными вирусами и ликвидации последствий заражения вирусами;
• программы оптимизации и контроля качества дискового пространства;
• программы восстановления информации, форматирования, защиты данных;
• коммуникационные программы, организующие обмен информацией между компьютерами;
• программы для управления памятью, обеспечивающие более гибкое использование оперативной памяти;
• программы для записи CD-ROM, CD-R и многие другие.

Самой важной частью системного программного обеспечения является операционная система.

Операционная система – совокупность программных средств, обеспечивающая управление аппаратной частью компьютера и прикладными программами, а также их взаимодействие между собой и пользователем.

Операционная система является базовой и необходимой составляющей программного обеспечения компьютера (software).

Операционная система обеспечивает управление всеми аппаратными компонентами компьютера (hardware).

Структура:

1. Ядро – переводит команды с языка программ на язык «машинных кодов», понятный компьютеру.
2. Драйверы – программы, управляющие устройствами.
3. Интерфейс – оболочка, с помощью которой пользователь общается с компьютером.

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.

Операционная система выполняет следующие функции:

Обеспечение пользовательского интерфейса, то есть программных средств диалога человека и компьютера;

Управление выполнением других программ на компьютере, в том числе организация их доступа к устройствам (процессору, памяти, устройствам ввода-вывода);

Управление хранением информации на компьютере в виде иерархической системы папок, содержащих файлы.

В функции операционной системы входит:

• осуществление диалога с пользователем;
• ввод-вывод и управление данными;
• планирование и организация процесса обработки программ;
• распределение ресурсов (оперативной памяти и кэша, процессора, внешних устройств);
• запуск программ на выполнение;
• всевозможные вспомогательные операции обслуживания;
• передача информации между различными внутренними устройствами;
• программная поддержка работы периферийных устройств (дисплея, клавиатуры, дисковых накопителей, принтера и др.).

Основная причина необходимости операционной системы состоит в том, что элементарные операции для работы с устройствами компьютера и управления ресурсами компьютера - это операции очень низкого уровня, поэтому действия, которые необходимы пользователю и прикладным программам, состоят из нескольких сотен или тысяч таких элементарных операций.

Операционная система скрывает от пользователя сложные и ненужные подробности и предоставляет ему удобный интерфейс для работы. Она выполняет также различные вспомогательные действия, например копирование или печать файлов. Операционная система осуществляет загрузку в оперативную память всех программ, передает им управление в начале их работы, выполняет различные действия по запросу выполняемых программ и освобождает занимаемую программами оперативную память при их завершении.

Вот названия некоторых распространенных ОС для персональных компьютеров: MS-DOS, Windows, Linux.

Операционные системы разные, но их значение и функции одинаковые. Операционная система является базовой и необходимой составляющей ПО компьютера, без нее компьютер не может работать в принципе.