Гаев А.В. Сети ЭВМ. Учебное пособие
Подождите немного. Документ загружается.
Общее ПО обычно поставляется потребителям комплектно с ЭВМ. Часть
этого ПО может быть реализована в составе самой ЭВМ.
2) Специальное ПО (СПО) содержит пакеты прикладных программ
пользователей (ППП), обеспечивающие специфическое применение
компьютеров и вычислительных систем (ВС).
Прикладной программой называется программный продукт или пакет
прикладных программ, предназначенный для решения конкретной задачи
пользователя.
Специализация пакета определяется характером решаемых задач (пакеты
для разработки экономических документов, рекламных роликов, планирования
и др.) или необходимостью управления специальной техникой (управление
сложными технологическими процессами, управление бортовыми системами
кораблей, самолетов и т.п.). Такие специальные пакеты программ могут
использовать отдельные подразделения, службы, отделы учреждений,
предприятий, фирм для разработки различных планов, проектов, документов,
исследований. В некоторых случаях СПО может иметь очень сложную
структуру, включающую библиотеки, каталоги, программы-диспетчеры и
другие обслуживающие компоненты. Программы СПО разрабатываются с
учетом интересов определенной группы пользователей, иногда даже по их
заказам и при их непосредственном участии.
СПО ПК комплектуется в зависимости от места и роли
автоматизированного рабочего места работника, использующего в своей
деятельности компьютер. В ПО ПК обычно включают небольшое число
пакетов программ (табличный процессор, текстовый редактор, система
управления базами данных и др.), ориентированных на работу с документами.
В последнее время наметилась тенденция к комплексированию и слиянию
их в интегрированные программные продукты. Например, пакет MS Office
фирмы Microsoft объединяет все перечисленные продукты.
Программные модули ПО, относящиеся к различным подсистемам,
представляют для пользователя своеобразную иерархию программных
111
компонент, используемую им при решении своих задач. ПО современных ЭВМ
и ВС строится по иерархическому модульному принципу. Это обеспечивает
возможность адаптации ЭВМ и ВС к конкретным условиям применения,
открытость системы для расширения состава предоставляемых услуг,
способность систем к совершенствованию, наращиванию мощности и т.д.
Общее ПО иерархически включает в свой состав следующее:
1) Операционная система (ОС) служит для управления вычислительным
процессом путем обеспечения его необходимыми ресурсами. Примерами
являются MS-DOS, Windows, Unix.
2) Пакеты программ, дополняющие возможности ОС (ППос) – это целые
командные системы, облегчающие диалог пользователя с ОС. Например,
имеются программные файловые оболочки - инструментальные программные
средства (файловые менеджеры), предназначенные для автоматизации работы с
файлами и каталогами. Ярким примером подобных систем могут служить
файловые менеджеры Norton Commander, DOS Navigator, Far и другие. В этом
ряду следует рассматривать и графический интерфейс пользователя в системе
Windows (Graphical User Interface - GUI), обеспечивающий взаимодействие
пользователя и компьютера.
3) Средства автоматизации программирования (САП) объединяют
программные модули, обеспечивающие этапы подготовки задач к решению.
4) Комплекс программ технического обслуживания (КПТО)
предназначены для проверки работоспособности вычислительного комплекса.
В иерархии программных средств отсутствует. Эти компоненты
непосредственного участия в вычислениях не принимают, они только
обеспечивают их. Перед началом вычислений их задачей является проверка
работоспособности аппаратуры и параметров сопряжения перечисленных
уровней ПО.
5) Cистема документации (СД) - не является программным продуктом, но
предназначается для изучения программных средств. Она определяет порядок
их использования, устанавливает требования и правила разработки новых
112
программных компонентов и особенности их включения в состав ОПО или
СПО.
По мере развития ЭВМ и ВС программное обеспечение постоянно
усложняется по своей структуре и составу программных модулей.
В настоящее время затраты на разработку и приобретение программных
продуктов в несколько раз превышают стоимость технических средств.
§ 2. Операционные системы
ОС – это система программ, предназначенная для обеспечения
определенного уровня эффективности цифровой вычислительной системы за
счет автоматизированного управления ее работой и предоставляемого
пользователям набора услуг. Занимает центральное место в структуре ПО.
Программные компоненты ОС обеспечивают управление вычислениями и
реализуют такие функции, как планирование и распределение ресурсов,
управление вводом-выводом информации, управление данными.
Объем ОС и число составляющих ее программ в значительной степени
определяются типом используемых ЭВМ, сложностью режимов работы ЭВМ и
ВС, составом технических средств и т.д.
Применение ОС имеет следующие цели:
1) увеличение пропускной способности ЭВМ, т.е. увеличение общего
объема работы, выполняемой ЭВМ в единицу времени;
2) уменьшение времени реакции системы, т.е. сокращение интервала
времени между моментами поступления заданий в ЭВМ и моментами
получения результатов;
3) контроль работоспособности технических и программных средств;
4) помощь абонентам и операторам при использовании ими технических и
программных средств, облегчения их работы;
5) управление программами и данными в ходе вычислений;
6) обеспечение адаптации ЭВМ, ее структурной гибкости, заключающейся
113
в способности изменяться, пополняться новыми техническими и
программными средствами.
Любая ОС имеет средства приспособления к классам решаемых
пользователями задач и к конфигурации средств, включаемых в ВС.
Назначение состава услуг, которыми могут пользоваться абоненты,
осуществляется различными методами.
В больших ЭВМ формирование конкретной конфигурации ОС
осуществляется на нескольких уровнях. Предварительно этот состав
определяется при генерации ОС.
Генерация системы - это процесс выделения отдельных частей
операционной системы и построения частных операционных систем,
отвечающих требованиям системы обработки данных.
Из полного набора программных модулей ОС (дистрибутива) формируется
специальный набор этих средств, в наибольшей степени отвечающий запросам
пользователей. Коррекция же состава используемых услуг может быть
выполнена непосредственно перед решением задач операторами вычис-
лительного центра или самими пользователями. Оперативное обращение к
средствам ОС возможно и из программ пользователей путем включения в них
специальных директив.
Для наиболее распространенных моделей ПК конфигурация аппаратных
средств задается установкой перемычек на системной плате (motherboard) и
платах контроллеров периферийных устройств. Переменные конфигурации
также записываются в область данных базовой системы ввода-вывода (Basic
Input-Output System - BIOS) и в энергонезависимую память - комплементарную
металл – окисел - полупроводниковую микросхему (Complimentary Metal Oxide
Semiconductor - CMOS), предназначенную и для хранения отсчетов часов
реального времени. Конфигурацией можно управлять и программно.
При первом включении компьютера программой начальных установок
(Bios Setup Program) обеспечивается запись основных параметров системы,
которые сохраняются в CMOS-памяти компьютера.
114
Для каждого типа компьютера возможно использование нескольких типов
ОС. Все они имеют несколько версий. Отличия ОС определяются составом и
детализацией системных функций.
Вычислительный процесс в системе представляется в виде
последовательности, как правило, ветвящейся, простых процессов -
одноразовых работ, выполняемых ресурсами ВС.
Ресурсы ВС - это средства, необходимые для вычислений. К ресурсам ВС в
первую очередь относят машинное время компьютеров (процессоров), объемы
внешней и особенно оперативной памяти, любые внешние устройства,
подключаемые ВС, вплоть до каналов связи. Ресурсами являются и
программные средства, как общего, так и специального ПО и даже отдельные
информационные массивы, например, базы данных, библиотеки и т.д.
Функции управления ресурсами осуществляет операционная система
путем построения специальных управляющих таблиц, отражающих наличие и
состояние ресурсов. Связь процессов в цепочки осуществляется по событиям,
представляющим собой изменение состояния ресурса, изменение его
характеристик. Именно по событиям ОС включается в работу и адекватно
реагирует на сложившуюся ситуацию.
Управление вычислительным процессом практически не может быть
оптимизировано, если не считать заложенной стратегии в саму ОС.
Основу любой ОС составляет управляющая программа, основными
функциями которой являются: управление заданиями, управление задачами, т. е.
управление ходом выполнения отдельных программ и управление данными.
Задание - это требование пользователя на выполнение некоторого
объема вычислительных работ.
Процедуры управления заданиями обеспечивают предварительное
планирование работы ЭВМ и оперативную связь пользователя и оператора с
машиной во время работы.
Планирование работы включает: ввод пакетов или одиночных заданий,
формирование очередей заданий в соответствии с их приоритетами,
115
активизацию, (запуск) и завершение заданий.
Каждое задание реализуется как определенная последовательность
отдельных программ - задач. Задачи образуют отдельные программы вместе с
обрабатываемыми ими данными. Например, типовое задание пользователя
включает этапы трансляции, редактирования и собственно выполнения
сформированной машинной программы. На каждом из этих этапов выполняется
некоторая программа (задача), обрабатывающая определенные данные.
Комплекс программ управления задачами обеспечивает автоматическое
выполнение последовательности программ каждого задания пользователя.
Управление задачами требует распределения и назначения ресурсов
(управления временем работы процессора, распределения оперативной памяти
для программ пользователей и программ ПО, синхронизации выполнения задач
и организации связей между ними, управления очередностью задач, внешними
устройствами, защиты задач от взаимных помех). Ведущей программой
управления задачами является управляющая программа – диспетчер:
супервизор, базовый модуль ДОС или др.
Часто используемые модули образуют ядро ОС, которое постоянно
находится в оперативной памяти и быстро реагирует на изменяющиеся условия
функционирования.
Остальные программы ОС вызываются в оперативную память по мере их
надобности в вычислительном процессе.
Набор программ управления данными обеспечивает процессы организации,
идентификации, размещения в ОЗУ хранения, построения библиотек и выборки
всех данных, которые могут обрабатываться в компьютере.
В ПК программы управления заданиями представлены достаточно слабо,
так как они изначально создавались как однопользовательские и однозадачные
ЭВМ. С появлением ОС типа Windows, ориентированных на многозадачные и
многопользовательские режимы, появились и эти процедуры. Программы же
управления задачами и данными представлены достаточно полно.
Microsoft Windows - довольно сложная операционная система.
116
Отличительной особенностью ее построения служит стремление фирмы
Microsoft подойти с единых позиций к интеграции в вычислительных системах
всевозможных аппаратных и программных средств приложений, построению
различных информационных систем, в первую очередь бизнес - систем,
формированию на их основе систем управления фирмами, корпорациями и
предприятиями, разработке соответствующих Стандартов и т.п.
Плановая и продуманная система совершенствования ОС и ее
распространения обеспечила популярность и лидерство на рынке ПК,
принадлежащих платформе Wintel (Windows плюс Intel). Принцип ее
построения состоит в следующем.
На основе базовых функций нижнего уровня (практически уровня DOS)
формируются библиотеки универсальных функций, используемые практически
во всех разработках. Развитие Windows осуществляется по трем направлениям
на единых базовых концепциях, но с ориентацией на различные области
применения:
- ОС (Windows 2000 Server и Windows Server 2003), рассчитанная на
сетевое применение, управление рабочими станциями, серверами и центрами
обработки данных;
- ОС потребительского класса, представленная двумя подклассами: ОС для
офисного использования (MS Windows 2000 Professional, Windows XP
Professional, Windows XP 64-Bit Edition) и ОС для домашнего пользователя (MS
Windows 98SE, Windows Millenium Edition, Windows XP Home Edition);
- Windows CЕ, рассчитанная на карманные и встроенные компьютеры. Она
ориентирована на специфические применения малых компьютеров, их малую
память и производительность.
Все направления сконцентрированы на использовании единого интерфейса
прикладного программирования (Application Programming Interface - API) и
динамически подключаемых библиотек, (Dynamic-link libraries - DLL). Среди
множества DLL основными являются:
- Kernel32.dll - управление процессами, потоками, памятью;
117
- User32.dll - поддержка API, каркасов приложений и передачи сообщений;
- CDI32.dll - графика и ввод-вывод информации.
Корпоративная версия операционных систем знаменует серьезность
намерений фирмы Microsoft в борьбе за рынок серверных систем, традиционно
принадлежащий производителям коммерческих версий ОС Unix, фирмам
Novell и Sun.
В основу разработки системы ставится надежность, защита данных,
поддержка необходимого для корпоративных пользователей набора офисных
приложений и улучшение процедур сетевого администрирования.
В ОС семейства Windows включены четыре версии:
- Windows Professional - для профессиональной работы на автономных ПК;
- Windows 2000 Server используется для создания и управления серверами
рабочих групп и отделов;
- Windows Advanced Server, для создания сложных приложений и более
надежных серверов (до 8 процессоров);
- Windows Data Center (центр обработки данных, вычислительный центр)
для создания наиболее ответственных систем обработки данных (до 32
процессоров).
Они представлены в порядке возрастания их возможностей. Последние три
версии служат для комплектования серверов компьютерных сетей в
зависимости от их класса.
Следующая версия Windows XP, появившаяся в 2002 г., как
промежуточная, и Windows.net, ожидающаяся в 2004 г., развивают это
направление. Включение в их состав версий Data Center показывает
направленность Microsoft на построение в компьютерных сетях коммерческих
вычислительных центров. Например, Windows Server 2003 содержит
компоненты:
- Windows Server 2003 Web Edition - для хостинга Web-приложений;
- Windows Server 2003 Standard Edition - для серверов и рабочих групп; |
- Windows Server 2003 Enterprise Edition - для приложений и более
118
надежных серверов (до 8 процессоров);
- Windows Server 2003 Datacenter Edition - для наиболее ответственных
систем обработки данных (до 32 процессоров).
Больших успехов и признательности пользователей - профессионалов
добилась операционная система Linux. Она является многозадачной,
многопроцессорной и многопользовательской средой. Отличительными ее
особенностями служат свободное и бесплатное распространение, открытость
программного кода, что позволяет постоянно ее совершенствовать; более
высокая, чем у Windows, надежность и устойчивость, масштабируемость, а
также ориентация на Unix - платформу. |
Более детально ОС мы рассмотрим в дальнейшем, когда будем
рассматривать сетевое программное обеспечение.
§ 3. Системы автоматизации программирования
К системам автоматизации программирования (САП) относят языки
программирования, языковые трансляторы, редакторы, средства отладки и
другие вспомогательные программы. Языки программирования служат
средством передачи информации, средством записи текстов исходных
программ.
В настоящее время известно несколько сотен языков программирования, с
которыми работают пользователи при разработке своих заданий.
Различают три уровня пользователей, работающих с языковыми
средствами: пользователи-прикладники, системные программисты и
инженерно-технический персонал, обеспечивающий техническое обслуживание
компьютеров. Каждая категория пользователей использует определенный
набор языков.
Важнейшими характеристиками языка являются трудоемкость
программирования и качество получаемого программного продукта.
Качество программ определяется длиной программ (количеством
119
машинных команд или емкостью памяти, необходимой для хранения
программ), а также временем выполнения этих программ. Для языков
различного уровня эти характеристики взаимосвязаны. Чем выше уровень
языка, тем меньше трудоемкость программирования, но тем сложнее средства
САП (трансляторы, средства отладки и др.), привлекаемые для получения
машинных программ, тем ниже качество генерируемых программных
продуктов.
Машинные языки современных ЭВМ практически не используются для
программирования даже программистами-профессионалами из-за чрезмерной
трудоемкости процесса разработки программ. В редких случаях их используют
инженерно-технические работники вычислительных центров для проверок
работы устройств и блоков компьютера, для выяснения нестандартных,
нештатных ситуаций, когда другими средствами не удается выявить причины
их появления.
Особое место имеют машинно-ориентированные языки (язык Ассемблера
или просто Ассемблер, автокоды, языки символического кодирования и др.).
Несмотря на высокую трудоемкость, ими часто пользуются профессиональные
системные программисты, например при разработке программ общего или
специального ПО, особенно в тех случаях, когда эти программы должны быть
максимально компактными и быстродействующими.
Из процедурно-ориентированных языков широко известны языки Фортран,
Алгол, Кобол, Basic, Pascal, Ада, Си и др. Спектр языков этой группы очень
широк, и среди них существует определенная иерархия. Считается, что язык
Basic предназначается для начинающих программистов, язык Pascal - язык для
студентов, это язык «правильного», классического программирования, язык Си
- язык квалифицированных программистов и т.д.
Существуют определенные соглашения в использовании языков
программирования. Так, при создании программ для собственных работ
пользователь может использовать любой язык, даже Basic. При разработке ПО
для одного заказчика корректно использовать язык Pascal, при разработке
120