Информатика и программное обеспечение ПЭВМ

Для примера рассмотрим некоторые режимы, которые должны организовать управляющие программы независимо от назначения программ пользователя. В режиме разделения времени необходимо организовать работу так, чтобы одновременно работали разные устройства и несколько пользователей. Режим реального времени потребовал от компьютера мгновенной реакции на поступающие в ходе технологического процесса внешние прерывания. Разные функции ЭВМ определяют специфику работы устройств управления, но уже не как электронного устройства, а как некоего органа, состоящего из программной и электронной частей.

Такой важный момент, как создание ''дружественной'' среды общения человека и компьютера, тоже заслуга целого комплекса специально разработанных программ, которые обеспечивают, с одной стороны, управление процессом обработки информации в самом компьютере, а с другой - необходимый сервис для работы пользователя. Процесс составления программ любой сложности на символическом языке, близком к математическим и логическим выражениям, тоже стал возможным только тогда, когда была создана специальная система программирования, состоящая из взаимосвязанных отдельных программ.

Таким образом создание компьютера - только первый шаг на пути компьютеризации общества. Перед математиками и программистами стоит задача разработать комплекс разнообразных и взаимосвязанных по своим функциям программ, так называемое программное обеспечение.

Программное обеспечение - это совокупность программ, позволяющих организовать решение задач пользователя на компьютере.

До недавнего времени программное обеспечение отождествляли с понятием математического обеспечения.

Математическое обеспечение - это математические методы, алгоритмы, обеспечивающие решение поставленной задачи.

Программное обеспечение является составной частью компьютера, и некоторая его часть поставляется вместе с технической аппаратурой.

3.1.1.1 Классификация программного обеспечения

Программные продукты можно классифицировать по различным признакам. Рассмотрим классификацию, в которой основополагающим признаком является сфера (область) использования программных продуктов.

Для поддержки информационной технологии в этих областях выделим соответственно три класса программных продуктов (рис. 3.1):

? системное программное обеспечение;

? пакеты прикладных программ;

? инструментарий технологии программирования.

Системное программное обеспечение (System Software) - совокупность программ и программных комплексов для обеспечения работы компьютера и сетей ЭВМ, направленное:

на создание операционной среды функционирования других программ;

обеспечение надежной и эффективной работы самого компьютера и вычислительной сети;

проведение диагностики и профилактики аппаратуры компьютера и вычислительных сетей;

выполнение вспомогательных технологических процессов (копирование, архивирование, восстановление файлов программ и баз данных и т. д.).

Рис. 3.1. Классификация программного обеспечения по сфере

Использования

Данный класс программных продуктов тесно связан с типом компьютера и является его неотъемлемой частью. Программные продукты ориентированы в основном на квалифицированных пользователей - профессионалов в компьютерной области: системных программистов, администраторов сети, прикладных программистов, операторов. Однако знание базовой технологии работы с этим классом программных продуктов требуется и конечным пользователям персонального компьютера, которые самостоятельно не только работают со своими программами, но и выполняют обслуживание компьютеров, программ и данных.

Программные продукты данного класса носят общий характер применения независимо от специфики предметной области. К ним предъявляются высокие требования по надежности и технологич-ности работы, удобству и эффективности использования.

Пакет прикладных программ (application program package) - это комплекс взаимосвязанных программ для решения задач опреде-ленного класса конкретной предметной области; служит про-граммным инструментарием решения функциональных задач и является самым многочисленным классом программных продуктов, выполняющих обработку информации различных предметных областей.

Установка программных продуктов на компьютер выполняется квалифицированными пользователями, а непосредственную их эксплуатацию осуществляют, как правило, конечные пользователи - потребители информации, деятельность которых во многих случаях весьма далека от компьютерной области. Данный класс программных продуктов может быть весьма специфичными для отдельных предметных областей.

Инструментарий технологии программирования - совокупность программ и программных комплексов, обеспечивающих технологию разработки, отладки и внедрения создаваемых программных продуктов:

Транслятор - это комплекс программ, обеспечивающих перевод программы, написанной на символическом языке, в совокупность машинных команд. В зависимости от функционального назначения транслятор может быть компилятором, интерпретатором, ассемблером или языковым процессором.

Компилятор - это транслятор, выполняющий перевод программы, написанной на алгоритмическом языке, в совокупность машинных команд без ее выполнения на компьютере.

Интерпретатор - транслятор, производящий перевод каждой конструкции алгоритмического языка в машинные команды и одновременное выполнение этих конструкций в компьютере.

Ассемблер - транслятор, переводит программы, записанные на машинно-ориентированном языке ассемблера в машинные коды.

Языковый процессор - это транслятор, объединяющий в себе функции компиляции, интерпретации и ассемблирования.

К категории инструментальных средств относятся не только трансляторы с языков высокого уровня, но и загрузчики, отладчики, иные системные программы.

Инструментарий технологии программирования обеспечивает процесс разработки программ и включает специализированные программные продукты, которые являются инструментальными средствами разработчика. Программные продукты данного класса поддерживают все технологические этапы процесса проектирования, программирования, отладки и тестирования программ. Пользователями технологии программирования являются системные и прикладные программисты.

3.1.2 Система программирования

Даже при наличии десятков тысяч программ IBM PC пользователям может потребоваться что-то такое, чего не делают (или делают, но не так) имеющиеся программы. В таких случаях следует использовать системы программирования, т. е. системы для разработки новых программ. Современные системы программирования для персональных компьютеров обычно представляют собой весьма мощные и удобные средства для разработки программ, в них входят:

компьютер, осуществляющий электронное преобразование программ на языке программирования в программу в машинных кодах;

библиотеки программ, содержащие заранее подготовленные подпрограммы, которыми могут пользоваться программисты;

различные вспомогательные программы, например, отладчики, программы для получения перекрестных ссылок и др.

3.1.2.1 Языки программирования

Под языком понимают определенный набор символов и правил (соглашений), устанавливающих способы комбинации этих символов для записи осмысленных сообщений (текстов).

Все языки делят на естественные и искусственные.

Искусственный язык, предназначенный для записи программ, называется языком программирования.

В мире насчитывается несколько сотен символических языков программирования различных структур и возможностей. Но все их можно разделить на две большие группы: машинно-ориентированные и алгоритмические (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Классификация языков программирования

Машинный язык представляет собой программу в машинных кодах. Например, машинный код для выполнения сложения C = A + B:

0011 10011010 10001001 10110011

операция адрес адрес адрес

сложения ячейки ячейки ячейки

операнда А операнда В операнда С

В символьном кодировании, за исключением машинного кода, используются символические обозначения операций и адресов операндов.

Пример:

C = A + B можно представить в виде команды:

СЛ A B C

Операция (+) адреса операндов

Вместо двоичных кодов, как в машинной команде, здесь используются условные обозначения, и команда имеет более простой вид. Такую группу языков называют языками символического кодирования. К ним относят Ассемблер, Макроассемблер, автокоды.

Алгоритмические языки - это набор символов и терминов, которые в соответствии с правилами синтаксиса описывают алгоритм решения задачи.

Языки профессиональных программистов - основная группа алгоритмических языков. К наиболее известным относят Фортран, Алгол, Кобол, ПЛ/1, Паскаль, Ада, Си, ЛИСП.

ФОРТРАН (FORmula TRANslation) является первым алгоритмическим языком; был создан в конце 50-х гг.; очень близкий по форме записи к математическим формулам. Существенный недостаток: он не обеспечивает надежности программирования из-за своей громоздкости и несовершенства логических возможностей. Программирование на Фортране можно сравнить с ездой на телеге по автостраде с оживленным автомобильным движением.

АЛГОЛ-60 (Algoritmic Language) появился в 1960 г., более гибок и надежен в программировании, чем Фортран, лежит в основе таких языков, как ПЛ/1, Паскаль, Ада.

Язык СИ изобретен в 1972 г. Денисом Ричи для использования при написании весьма популярной операционной системы Unix. В нем сочетаются свойства языка высокого уровня с возможностью эффективного использования ресурсов компьютера, которое обычно обеспечивается только при программировании на языке Ассемблера. Он не очень прост в обучении и требует тщательности в программировании, но позволяет писать сложные и высокоэффективные программы. Бьярном Страустрапом был разработан язык Си++ - расширенные языки Си, реализующие популярные в последнее время концепции объективно-ориентированного программирования и облегчающие создание сложных программ.

На IBM PC наибольшей популярностью пользуются реализации этого языка фирм Borland (Turbo C) и Mikrosoft (Mikrosoft C и Quik), а также фирмы Symantec (Zortech C). Многие из этих реализаций обеспечивают работу как с классическими Си, так и с Си++.

ПЛ/1(Programming Language One) разработан в США для использования в больших ЭВМ фирмы IBM и ЭВМ семейства ЕС. Это очень большой и сложный для изучения язык; применяется в основном для научных расчетов, обработки больших массивов информации.

АДА-язык, разработанный в 1979 г. по заданию министерства обороны США и названный в честь первой программистки Ады Лавлейс, дочери Дж. Байрона которая еще в XIX в. создавала первые программы для счетно-аналитической машины Ч. Бэбиджа. В нем заимствованы лучшие конструкции других языков, однако трансляторы получились очень сложными и работают медленно.

КОБОЛ (COmmon Businers Oriented) - язык, ориентированный на обработку коммерческой информации, создан в 1960 г.

ЛИПС (LISt Processing - обработка списков) разработан в конце 50-х гг. и является самым популярным языком для работ по искусственному интеллекту.

ПАСКАЛЬ создан в 1970 г. Это очень простой и компактный язык, его понятия близки к фундаментальным понятиям математики. По своей структуре и синтаксису среди существующих языков он наиболее совершенен.

Система программирования Turbo Pascal появилась несколько позже IBM PC (в середине 80-х гг. и подобно аппаратным средствам фирмы IBM завоевала такую же популярность в классе систем программирования. Объясняется это счастливым сочетанием двух безусловных ее достоинств: исключительной простотой и естественностью языка программирования Turbo Pascal (насколько вообще легче может быть простым и естественным язык программирования) и великолепными сервисными возможностями диалоговой среды программирования фирмы Borland.

Эта система относится к семейству Турбо-компиляторов, разработанных фирмой Borland International, Inc. (Турбо-Си, Турбо-Бейсик, Турбо-Пролог, Турбо-Ассемблер) и отличающихся высокой скоростью компиляции и, что самое главное, тщательно продуманной и очень удобной средой, создаваемой в них для программиста. При использовании традиционных компиляторов работа программиста строится по схеме: текстовый редактор - компилятор - компоновщик - прогон программы. При этом неизбежные многочисленные возвраты к текстовому редактору после компиляции, компоновки или прогона программы для устранения обнаруженных ошибок и необходимой коррекции исходного текста делают процедуру создания новой программы весьма утомительной.

При работе в среде Turbo Pascal пользователю нет необходи-мости покидать ее для вызова компилятора, компоновщика или для пробного прогона программы. С точки зрения пользователя Turbo Pascal - это фактически достаточно совершенный текстовый редактор, в котором предусмотрены средства компиляции и прогона программы. Переход от режима редактирования к компиляции - компоновке - прогону программы осуществляется нажатием на одну-две клавиши. При обнаружении системой ошибок в программе компиляция или прогон программы прекращается и на экран выводится исчерпывающая диагностика с указанием места ошибки. В сложных случаях пользователь может применить мощные средства диалогового отладчика, входящего в состав Turbo Pascal. Все это существенно увеличивает эффективность труда программиста, который, как показывает практика, может стабильно в течение нескольких месяцев составлять в среднем 100 и более строк отлаженной программы в день.

Разумеется не только среда, пусть даже весьма совершенная, послужила причиной широкой популярности Turbo Pascal. Не следует забывать, что в его основе лежит мощный язык программирования, представляющий собой значительно расширенную версию языка Turbo Pascal. Задуманный первоначально автором Н. Вином как средство обучения студентов современной методике структурного программирования этот язык в интерпретации фирмы Borland приобрел множество дополнительных свойств, позволяющих говорить о нем как о вполне современном универсальном языке программирования. Именно в Turbo Pascal, как ни в одном другом языке программирования, разумно сочетаются лаконизм и естественность синтаксиса с достаточно гибкими возможностями управления структурами данных и ходом вычислительного процесса.

Вторая группа языков не очень многочисленна. Ее основное достоинство - простые конструкции, доступные для понимания любому человеку. Составлением программ на таких языках (Бэйсик, АПЛ, Пролог) с удовольствием занимаются даже дети.

Особенно широкое распространение получил язык Бэйсик (Вeginner's ALL - purpose Symbolic Instruction Code - универсальный код символических инструкций для начинающих). Он был создан в 1964 г. Томасом Куртом и Джином Камени как язык для начи-нающих, облегчающий написание простых программ. Существуют сотни различных версий Бейсика, которые не полностью (а иногда и мало) совместимы друг с другом. Бейсик очень распространен на микрокомпьютерах, он легок для обучения, но мало подходит для написания больших и сложных программ. На IBM PC широко используется Quick Basik фирмы Microsoft и Turbo Basik фирмы Borland (усовершенствованная версия Turbo Basik распространяется под именем Power Basik фирмой Spektra Publishing).

3.1.3 Прикладное программирование

Класс программных средств для прикладного программирования наиболее представителен, что обусловлено, прежде всего, широким применением средств компьютерной техники во всех сферах деятельности человека, созданием автоматизированных информационных систем различных предметных областей.

Примерная классификация и типовые представители прикладного программного обеспечения представлены на рисунке 3.3.

Рис. 3.3. Классификация пакетов прикладных программ

Проблемно-ориентированные пакеты прикладного программирования (ППП) - самый представительный класс программных продуктов, внутри которого проводится классификация по разным признакам:

- типам предметных областей;

- информационным системам;

- функциям и комплексам задач, реализуемых программным способом, и др.

Для некоторых предметных областей возможна типизация функций управления, структуры данных и алгоритмов обработки. Это вызвало разработку значительного числа ППП одинакового функционального назначения и, таким образом, создало рынок программных продуктов:

- автоматизированного бухгалтерского учета;

- финансовой деятельности;

- управления персоналом (кадровый учет);

- управления материальными запасами;

- управления производством;

- банковские информационные системы и т. п.

Основные тенденции в области развития проблемно-ориентированных программных средств:

- создание программных комплексов в виде автоматизированных рабочих мест (АРМ) управленческого персонала;

- создание интегрированных систем управления предметной областью на базе вычислительных сетей, объединяющих АРМы в единый программный комплекс с архитектурой клиент - сервер;

- организация данных больших информационных систем в виде распределенной базы данных на сети ЭВМ;

- наличие простых языковых средств конечного пользователя для запросов к базе данных;

- настройка функций обработки силами конечных пользователей (без участия программистов);

- защита программ и данных от несанкционированного доступа (парольная защита на уровне функций, режимов работы, данных).

ППП автоматизированного проектирования предназначены для поддержания работы конструктора и технологов, связанных с разработкой чертежей, схем, диаграмм, графическим моделированием и конструированием, созданием библиотеки стандартных элементов чертежей и их многократным использованием, созданием демонстрационных иллюстраций и мультфильмов.

Отличительной особенностью этого класса программных продуктов являются высокие требования к технической части системы обработки данных, наличие библиотек встроенных функций, объектов, интерфейсов с графическими системами и базами данных.

ППП общего назначения содержат широкий перечень программных продуктов, поддерживающих преимущественно информационные технологии конечных пользователей. Кроме конечных пользователей этими программными продуктами за счет встроенных средств технологии программирования могут пользоваться и программисты для создания усложненных программ обработки данных.

Представители программных продуктов общего назначения:

1. Серверы баз данных - успешно развивающийся вид программного обеспечения, предназначенный для создания и использования при работе в сети интегрированных баз данных в архитектуре клиент - сервер.

2. Генераторы (серверы) отчетов - самостоятельное направление развития программных средств, обеспечивающих реализацию запросов и формирование отчетов в печатном или экранном виде в условиях сети с архитектурой клиент - сервер.

3. Текстовые процессоры - автоматическое форматирование документов, вставка рисованных объектов и графики, составление оглавлений и указателей, проверка орфографии, шрифтовое оформление, подготовка шаблонов документов.

4. Табличный процессор - удобная среда для вычислений силами конечного пользователя; средства деловой графики, специализированная обработка (встроенные функции, работа с базами данных, статистическая обработка данных и др.).

5. Средства презентационной графики - специализированные программы, предназначенные для создания изображений и их показа на экране, подготовки слайд-фильмов, мультфильмов, видеофильмов, их редактирования, определения порядка следования изображений.

6. Интегрированные пакеты - набор нескольких программных продуктов, функционально дополняющих друг друга, поддерживающих единые информационные технологии, реализованные на общей вычислительной и операционной платформе.

Методно-ориентированные ППП включают программные продукты, обеспечивающие независимо от предметной области и функций информационных систем математические, статистические и другие методы решения задач.

Офисные ППП охватывают программы, обеспечивающие организационное управление деятельностью офиса:

1. Органайзеры (планировщики) - программное обеспечение для планирования рабочего времени, составления протоколов встреч, расписаний, ведения записной и телефонной книжек.

2. Программы-переводчики, средства проверки орфографии и распознавания текста включают:

– программы-переводчики, предназначенные для создания подстрочника исходного текста на указанном языке;

– словари орфографии, используемые при проверке текстов;

– словари синонимов, используемые для стилевой правки текстов программы, распознавания считанной сканерами информации и преобразования ее в текстовое представление.

3. Коммуникационные ППП предназначены для организации взаимодействия пользователя с удаленными абонентами или информационными ресурсами сети.

Настольные издательские системы включают программы, обеспечивающие информационную технологию компьютерной издательской деятельности:

– форматирование и редактирование текстов;

– автоматическую разбивку текста на страницы;

– создание заголовков;

– компьютерную верстку печатной страницы;

– монтирование графики;

– подготовку иллюстраций и т. п.

Программные средства мультимедиа являются относительно новым классом ППП.

Основное назначение программных продуктов мультимедиа - создание и использование аудио- и видеоинформации для расширения информационного пространства пользователя.

Этот класс ППП сформировался в связи с несколькими факторами:

– с изменением среды обработки данных;

– появлением лазерных дисков высокой плотности записи, с хорошими техническим параметрами, по доступным ценам;

– расширением состава периферийного оборудования, подключаемого к персональному компьютеру;

– развитием сетевой технологии обработки;

– появлением региональных и глобальных информационных сетей, располагающих мощными информационными ресурсами.

Системы искусственного интеллекта реализуют отдельные функции интеллекта человека. Их основными компонентами являются база знаний, интеллектуальный интерфейс пользователя и программа формирования логических выводов.

Разработка этих систем идет по следующим направлениям:

– программы оболочки для создания экспертных систем путем наполнения баз знаний и правил логического вывода;

– готовые экспертные системы для принятия решения в рамках определенных предметных областей;

– системы анализа и распознавания речи и др.

3.2 Операционные системы

3.2.1 Общие сведения об операционных системах

Структура системного программного обеспечения - базового программного обеспечения, которое, как правило, поставляется вместе с компьютером, и сервисного программного обеспечения, которое может быть приобретено дополнительно, представлена на рисунке 3.4.

Базовое программное обеспечение (base software) - минимальный набор программных средств, обеспечивающих работу компьютера.

Сервисное программное обеспечение - программы и программные комплексы, которые расширяют возможности базового программного обеспечения и организуют более удобную среду работы пользователя.

Рассмотрим назначение программных продуктов, относящихся к базовому программному обеспечению.

Операционные системы.

Операционная система предназначена:

– для управления выполнением пользовательских программ;

– планирования и управления вычислительными ресурсами ЭВМ;

– предоставления услуг пользователю.

Рис. 3.4. Классификация системного программного обеспечения

Операционные системы для персональных компьютеров делятся:

– на одно- и многозадачные, в зависимости от числа параллельно выполняемых прикладных процессов;

– одно- и многопользовательские, в зависимости от числа пользователей, одновременно работающих с операционной системой;

– непереносимые и переносимые на другие типы компьютеров;

– несетевые и сетевые, обеспечивающие работу в локальной вычислительной сети ЭВМ.

Наиболее традиционное сравнение ОС осуществляется по следующим характеристикам процесса обработки информации:

– управление памятью;

– функциональные возможности вспомогательных программ (утилит) в составе операционной системы;

– наличие компрессии диска;

– возможности архивирования файлов;

– поддержка многозадачного режима работы;

– наличие качественной документации;

– условия и сложность процесса инсталляции.

Большое значение сегодня имеет применение 32-разрядных операционных систем для персональных компьютеров:

– OS/2 во всех модификация (IBM);

– Windows NT во всех модификациях (Microsoft);

– Unix во всех модификациях;

– Next Step 3.2 (Next);

– SCO Open Desktop 3.0 1 (Sante Cruz Operation);

– Solaris 2.1 (SunSoft) - x86;

– UnixWare Personal Edition 1.0 (Novell).

По данным опроса пользователей программных продуктов, мнение респондентов относительно операционных систем распределилось, как указано в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Тип операционной системы	Пользователи, имеющие операционные системы	Считают лучшими
MS-DOS	62,4 %	18,8 %
WINDOWS	52,8 %	23,1 %
OS/2	14,1 %	12,5 %
NETWERA	10,2 %	6,8 %
UNIX	7,9 %	5,4 %

Операционная система MS-DOS (фирма Microsoft) (рис. 3.5).

Предшественником MS-DOS была ОС DOS-89. В то время наиболее популярной системой для микрокомпьютеров на базе Intel 8080 и Zilog Z-80 была ОС CP/М-80 фирмы Digital Research. Эта система обеспечивала доступ к разнообразным средствам прикладного программного обеспечения (текстовым процессорам, администраторам баз данных и т. д.)

В октябре 1980 г. компания IBM предложила фирмам, занимающимся разработкой ПО для микрокомпьютеров, начать поиск операционной системы для нового семейства персональных компьютеров. Фирма Microsoft не могла предложить собственной операционной системы за исключением автономной версии Microsoft BASIC, однако она заплатила фирме Seattle Computer Products за право продавать систему Питерсона DOS-86. За это Seattle Computer Products получила лицензию на право использовать и продавать языки программирования и все версии операционной системы для микропроцессора 8086, разработанные фирмой Microsoft. В июле 1981 г. Microsoft приобрела все права на систему DOS-86, значительно переработала ее и дала название MS-DOS. Осенью 1981 г. появились первые компьютеры IBM PC, фирма IBM предложила для них в качестве основной операционную систему MS-DOS, названную PS-DOS 1.0. Кроме того, фирма IBM выбрала для микрокомпьютеров РС в качестве альтернативны операционные системы СР/М-86 (фирмы Digital Research) и P-system (фирмы Softech). Однако обе эти системы имели ряд недостатков: обладали малым для IBM PC быстродействием, высокой стоимостью, отсутствием доступных языков программирования. Окончательно чаша весов склонилась в пользу системы PC-DOS после того, как фирма IBM с ее помощью реализовала все прикладные программные средства для IBM PC, а также инструментарий, работающий под их управлением. Поэтому с самого начала разработчики программного обеспечения ориентировались на PC DOS, а системы CP/M-86 и P-system не заняли сколько-нибудь значительного места на рынке программного обеспечения для IBM PS.

Фирма IBM была единственным крупным производителем компьютеров, которая оснастила свою продукцию системой MS-DOS (версия 1.0), названной PS-DOS 1.0. Система MS-DOS версия 1.25

Рис. 3.5. Этапы развития системы MS-DOS

(эквивалентная системе фирмы IBM PC DOS 1.1) была опубликована в июне 1982 г. В ней исправлено несколько ошибок. Кроме того, она поддерживала работу двухсторонних дисков и аппаратную независимость ядра DOS. Эту версию системы DOS использовали в своей продукции, кроме IBM, и другие фирмы: Texas Instruments, COMPAQ, Columbia, которые вышли на рынок персональных компьютеров раньше. Из-за резкого снижения цен на ОЗУ и жесткие диски популярность системы MS-DOS (версия 1) была недолгой.

Система MS-DOS версии 2.0 (эквивалентная PC-DOS 2.0) впервые опубликована в марте 1983 г. Оглядываясь назад, можно сказать, что это была принципиально новая операционная система, хотя при ее создании было сделано все возможное для сохранения совместимости с системой MS-DOS 1.0. Эта система содержала много принципиальных новшеств и отличительных черт:

- поддержку гибких дисков большого объема и жестких дисков.

- большое количество черт, напоминающих системы UNIX/XE-NIX, включая иерархическую структуру файлов, дескрипторы файлов, перенаправление ввода-вывода, конвейеры и фильтры.

- фоновую печать (буферизацию печати);

- метки тома, а также дополнительные атрибуты файлов;

- устанавливаемые драйверы внешних устройств;

- настраиваемый пользователем файл конфигурирования системы, который осуществляет управление загрузкой дополнительных драйверов внешних устройств;

- поддержку блоков кружения (конкретных блоков), которые можно использовать для обмена информацией между программами;

- необязательный драйвер дисплея ANSI, который позволяет программам задавать положение курсора и осуществляет управление характеристиками дисплея аппаратно-независимым образом;

- обеспечение динамического распределения памяти, ее модификации и освобождения прикладными программами;

- поддержку настраиваемых пользователем командных интерпретаторов (оболочек);

- системные таблицы для поддержки прикладного программного обеспечения при модификации так называемых национальных форм (обозначение денежных знаков, времени и даты).

Представленная позже система MS-DOS версии 2.11 существенно улучшила использование национальных форматов (табличное управление символами денежных знаков, форматы даты, символы десятичной точки, разделители денежных знаков и т. п.). В ней поддерживаются 16 бит представления иероглифов, исправлено несколько ошибок. Версия 2.11 быстро стала базовой для персональных компьютеров с процессором 8086/8088, выпуск которых был освоен всеми основными фирмами-изготовителями комплексного оборудования, включая Hewlett-Packard, Wang, Digital Equipment Corporation, Texas Instruments, COMPAQ и Tandy.

Система MS-DOS версии 2.25, опубликованная в сентябре 1985 г., получила широкое распространение в странах Юго-Восточной Азии, но никогда не поставлялась в США и страны Европы. В этой версии расширено национальное обеспечение в части японских и корейских символов, исправлены некоторые ошибки. Многие системные утилиты стали совместимыми с системой MS-DOS (версия 3.0).

Система MS-DOS версии 3.0 впервые представлена фирмой IBM в августе 1984 г. в момент начала впуска компьютеров IBM PC/AT на базе процессора 80286. Это была еще одна во многом переписанная операционная система, имевшая новые важные особенности:

– непосредственное управление спулером печати прикладными программами;

– дальнейшее расширение национальных форматов при обозначении денежных знаков;

– расширение сообщения об ошибках, включая код ошибки, который предлагает прикладной программе методику ее исправления;

– поддержка захвата и разделения файлов и их записей;

– поддержка жестких дисков большого объема;

Система MS-DOS версии 3.1, опубликованная в ноябре 1984 г., оснащена средствами разделения файлов и устройств печати через локальную сеть. Начиная с версии 3.1, новый модуль операционной системы, названный моделью перенаправления, перехватывает запросы прикладных программ на ввод-вывод и фильтрует из них те, которые направлены к устройствам локальной сети, пропуская эти запросы к другой машине для выполнения.

Модификации системы MS-DOS (3.1 и старше) носят скорее эволюционный, чем революционный характер. В версии 3.2, которая появилась в 1986 г., обобщено определение драйверов устройств, что значительно упростило средства поддержки новых магнитных носителей, таких как гибкий диск размером 3,5 дюйма. Система MS-DOS (версия 3.3), выпущенная в 1987 г. одновременно с началом выпуска персональных компьютеров IBM нового семейства PS/2, оснащена еще более мощными средствами поддержки работы клавиатуры на нескольких иностранных языках, включая соответствующие наборы символов печатающего устройства и шрифтов дисплея. Возможности версии 4.0, впервые представленной в 1988 г., значительно возросли благодаря оболочке визуального представления и средствам поддержки файловых систем очень больших размеров.

Одновременно с развитием системы MS-DOS фирма Microsoft вела интенсивные разработки в области пользовательских интерфейсов и многозадачных операционных систем. Пакет Microsoft Windows, впервые примененный в 1985 г., позволил MS-DOS реализовать многозадачный режим и режим графического "рабочего стола" пользователя. Он завоевал широкую популярность среди разработчиков сложных прикладных графических программ, таких как система подготовки издательских оригиналов, система автоматизированного проектирования (САПР). Последнее объясняется тем, что пакет позволяет использовать в программах все достоинства любого имеющегося в наличии устройства вывода без какой-либо аппаратной зависимости.

Каковые перспективы развития системы MS-DOS? Можно предположить, что система MS-DOS, требующая относительно небольшой памяти, легко адаптируемая к разнообразным аппаратным конфигурациям и имеющая громадное число пользователей, останется популярной среди программистов и издателей программного обеспечения в течение ближайшего будущего.

Операционная система OS/2 разработана фирмой IBM для персональных компьютеров на основе системной прикладной архитектуры, ранее используемой для больших ЭВМ. Это многозадачная, однопользовательская, высоконадежная операционная система. OS/2 обеспечивает:

– одновременную обработку нескольких приложений;

– текстовой и графический интерфейс пользователя;

– многопоточную обработку нескольких задач одного приложения;

– 32-разрядную обработку данных;

– сжатие данных при записи на магнитные диски;

– защиту памяти.

Важными особенностями операционной системы OS/2 явля-ются высокопроизводительная файловая система HPFS (High Perfomance System), имеющая преимущества для серверов баз данных (в отличие от MS-DOS поддерживаются длинные имена файлов), поддержка мультипроцессорной обработки (до 16-ти процессоров типа INTEL и Power PC). Версия OS/2 Warp работает с мультисредой и имеет встроенный доступ в сеть Internet, систему распознавания речи VoiceType, интегрированную версию Lotus Notes Mail для передачи через Internet электронной почты. В OS/2 могут выполняться прикладные программы Windows 3.1 и Win32s, но не могут выполняться приложения, работающие в среде Windows 95 или Windows NT. Спецификация Open 32 позволяет поставщикам программного обеспечения переносить его на новую платформу.

Сетевые операционные системы - это комплекс программ, обеспечивающий обработку, передачу и хранение данных в сети.

Сетевая ОС предоставляет пользователям различные виды сетевых служб (управление файлами, электронная почта, процессы управления сетью и др.), поддерживает работу в абонентских системах, использует архитектуру клиент-сервер. Вначале сетевые операционные системы поддерживали лишь локальные вычислительные сети (ЛВС), сейчас они распространяются на ассоциации локальных сетей. Наибольшее распространение имеют LAN Server, NetWare, VINES, Windows NT, Windows 95.

Они оцениваются по комплексу критериев: производительность, разнообразие возможностей связи пользователей, администрирования.

Перспективной является многопользовательская и многозадачная операционная система Unix, созданная корпорацией Bell Laboratory. Данная операционная система реализует принцип открытых систем и широкие возможности по комплексированию в составе одной вычислительной системы разнородных технических и программных средств.

Unix обладает важными качествами:

– возможность переноса прикладных программ с одного компьютера на другой;

– поддержка распределенной обработки данных в сети ЭВМ;

– сочетаемость с процессорами RISC.

Unix получила распространение для суперкомпьютеров, рабочих станций и профессиональных персональных компьютеров, имеет большое количество версий, разработанных различными фирмами. Согласно прогнозам объем мирового рынка вычислительных систем, базирующихся на ОС Unix, будет существенно возрастать, особенно с переходов к сетевым технологиям.

Операционная система Windows 95 - популярная графическая ОС, которая запускается на выполнение, как обычная программа MS-DOS. Windows работает на базе MS-DOS, и в совокупности с ней образует полноценную ОС. Наряду с Windows существуют и другие ОС с аналогичным пользовательским интерфейсом для компьютеров различных классов.

Следует назвать те концептуальные черты Windows, благодаря которым она получила широкое распространение и, по заявлению фирмы Microsoft, изменит способ работы с ПЭВМ:

1. Мультизадачный режим работы.

Различают два типа мультизадачности: кооперативную и преемптивную (с разделением времени).

При кооперативном мультизадачном режиме ОС не выполняет полноценный контроль за распределением ресурсов.

При преемптивном мультизадачном режиме каждая задача получает фиксированный квант времени процессора. По истечении этого кванта времени система вновь получает управление, чтобы выбрать другую задачу для активизации. Если возникает системное событие (завершение ввода-вывода) или задача обращается к системе до истечения ее кванта времени, то это также служит причиной передачи управления системе и последующего переключения задач.

2. Оптимальное управление ресурсами компьютера.

3. Графический пользовательский интерфейс.

4. Наличие техники связывания и встраивание объектов других программ.

5. Возможность работы в сетевой среде.

6. Интерфейс мультимедиа.

Операционная система Windows NT является многозадачной, предназначенной для архитектуры клиент-сервер и использования различных протоколов транспортного уровня сетевой операционной системы, имеет 32-разрядную архитектуру и обеспечивает функции локальной сети:

– возможность каждой абонентской системы в сети быть сервером или клиентом;

– совместную работу группы пользователей;

– адресацию оперативной и внешней памяти большого раз-мера;

– многозадачность и многопоточность обработки данных;

– поддержку мультипроцессорной обработки и др.

Операционные оболочки - это специальные программы, предназначенные для облегчения общения пользователя с командами операционной системы.

Операционные оболочки имеют текстовый и графический варианты интерфейса конечного пользователя.

Наиболее популярны следующие виды текстовых оболочек операционной системы MS-DOS: Norton Commander 5.0, Norton Navigator, Windows Commander, FAR.

Эти программы существенно упрощают задание управляющей информации для выполнения команд операционной системы, уменьшают напряженность и сложность работы конечного пользователя.

Во всем мире имеют огромную популярность такие графические оболочки MS-DOS, как Windows 9x, которые позволяют изменить среду взаимодействия пользователя с компьютером, расширяют набор основных (диспетчер файлов, графический редактор, текстовый редактор, картотека и т. п.) и сервисных функций, обеспечивающих пользователю интегрированную информационную технологию, вплоть до создания локальных одноранговых сетей.

3.2.2 Состав и структура операционной системы MS-DOS

В состав MS-DOS входят следующие компоненты (рис. 3.6):

1) системный загрузчик SB (System Bootstrap, Boot record);

2) несистемный загрузчик NSB (Master Boot Record, Non System Bootstrap);

3) модуль расширения EM BIOS (Extension Module);

4) базовый модуль BM (Basic Module) MS-DOS;

5) интерпретатор команд CI (Command Interpreter), или командный процессор;

6) внешние (устанавливаемые) драйверы устройств;

7) утилиты DOS;

8) оболочка MS-DOS Shell ;

9) инструментальные средства.

Рис. 3.6. Основные модули DOS

Часто полагают, что в состав DOS входит также базовая система ввода-вывода (BIOS - Basic Input/Output System), которая находится в постоянном или полупостоянном запоминающем устройстве каждого IBM-совместимого компьютера. Несмотря на то что она не входит в поставку DOS, с этим можно согласиться, однако необходимо помнить, что BIOS является неотъемлемой частью ПК и может рассматриваться как компонент любой операционной системы, запускаемой на данном ПК.

Внесистемный загрузчик NSB (Non System Bootstrap, Master Boot Record), размещенный на жестком диске командой FDISK.exe, также может считаться компонентом как DOS, так и любой другой операционной системы, способной функционировать на данном компьютере.

Все компоненты DOS, исключая BIOS, размещаются на одном или нескольких магнитных дисках в специальных областях и файлах. Один из дисков обеспечивает занесение DOS в память и запуск ее в работу. Этот процесс называется загрузкой DOS, а диск, с которого возможна загрузка системы, называется системным. На структуру системного диска накладываются определенные ограничения, связанные с порядком размещения на нем важнейших файлов DOS.

Здесь и в дальнейшем, если не приводятся необходимые уточнения, под диском понимается как жесткий, так и гибкий диск.

Описание функций и постоянного местонахождения перечисленных компонентов DOS содержится в таблице 3.2.

Таблица 3.2

Компонента	Местонахождение	Функции
		при загрузке	в процессе работы
BIOS	ПЗУ	1) загрузка драйверов стандартных устройств; 2) тестирование оборудования; 3) инициализация векторов прерывания нижнего уровня; 4) считывание NSB	Управление стандартными ПУ
NSB	Стартовый сектор физического жесткого диска: 1-й сектор, 0-я головка, 0-я дорожка	Считывание в память SB и запуск
SB	Стартовый (0) сектор каждого логического диска	Считывание в память и запуск EM BIOS и BM-DOS
EM BIOS	Файл IO.sys	1) определение состояния оборудования и установка в исходное состояние включенных ПУ; 2) подключение драйвера сжатия дисков DBLSPACE.bin; 3) конфигурирование MS-DOS по указаниям в файле Config.sys. Подключение внешних драйверов и установка параметров системы; 4) запуск BM-DOS	1) организация интерфейса с BIOS; 2) расширение возможностей BIOS
Внешние драйверы устройств	Отдельные файлы		1) управление нестандартными ПУ; 2) управление стандартными ПУ
BM-DOS	Файл MS-DOS.sys	1) инициализация векторов прерывания верхнего уровня; 2) инициализация своих внутренних таблиц; 3) считывание в память и запуск CI	Управление ресурсами ЭВМ и выполняемыми программами
CI	Файл Command.com	1) Инициализация трех векторов прерывания, которые он обрабатывает; 2) Выполнение файла Autoexec.bat.	1) прием команд MS-DOS с клавиатуры; 2) выполнение внутренних команд; 3) загрузка программ в память для выполнения; 4) обработка прерываний по завершению задач
Утилиты	Отдельные файлы		1) выполнение внешних команд; 2) реализация сервисных услуг в интерактивном режиме

В процессе функционирования системы BIOS реализует наиболее простые и универсальные функции DOS по управлению стандартными (основными) периферийными устройствами (ПУ), в частности, по организации ввода-вывода.

Выделение BIOS в отдельный компонент позволяет ''скрыть'' архитектурные особенности конкретной модели ПК и обеспечить независимость программного обеспечения от ПУ.

BIOS содержит:

1) драйверы стандартных ПУ;

2) тестовые программы для контроля работоспособности оборудования;

3) программу начальной загрузки.

Драйверы стандартных устройств - это программа, обслуживающая некоторые ПУ.

Драйвер выполняет следующие функции:

– принимает запросы на обращение к ПУ;

– преобразует запросы в команды управления устройством с учетом всех деталей конструкции и особенностей работы устройства в реальном масштабе времени;

– обрабатывает прерывания обслуживаемого ПУ. Следовательно, драйвер является промежуточным звеном (посредником) между обращающимися к ПУ программами и самим ПУ.

Наряду с реальными, драйвер может обслуживать и виртуальные устройства, т. е. имитировать физические ПУ с использованием других компонентов ПК (оперативной и внешней памяти). Драйверами считаются также программы, обеспечивающие управление дополнительной памятью компьютера.

Программа начальной загрузки (BIOS) - первичный загрузчик -является системнонезависимой и способна запускать в работу любую операционную систему на данном ПК.

Доступ к средствам BIOS осуществляется главным образом через аппарат прерываний. Она совместно с модулем расширения (EM BIOS) обрабатывает семейство прерываний, называемых прерываниями нижнего уровня (услуги BIOS считаются низкоуровневыми).

Таким образом, BIOS - это самый нижний, наиболее близкий к оборудованию, компонент DOS.

NSB - вторичный загрузчик, обеспечивает загрузку с жесткого диска одной из отмеченных специальным образом операционных систем (обычно это DOS).

SB - системный загрузчик ориентирован строго на DOS и способен обеспечивать загрузку только данной системы. Он имеется на каждом диске, подготовленном для работы в среде DOS, даже если диск не является системным.

Все три загрузчика считываются в память и выполняются строго последовательно. Если загрузка DOS производится с гибкого магнитного, а не жесткого диска, то первичный загрузчик считывает непосредственно SB и передает ему управление.

EM BIOS в процессе функционирования DOS является надстройкой над BIOS, модифицируя и/или дополняя ее возможности.

При загрузке DOS данным модулем обеспечивается возможность как логической замены драйверов, хранящихся в BIOS, так и подключения новых драйверов. Необходимость в этом возникает при изменении конфигурации ПУ (BIOS гораздо консервативнее самой DOS) и потребности в использовании имеющихся ПУ нестандартным образом.

Драйверы могут находиться как внутри EM BIOS, так и вне его, т.е. храниться в отдельных файлах. В первом случае они называются внутренними (основными), а во втором - внешними (устанавливаемыми). Наряду с внутренними драйверами EM BIOS содержит ряд управляющих блоков и таблиц.

Внутренние драйверы подключаются к системе при загрузке DOS автоматически, а внешние - по указаниям в файле конфигурации системы CONFIG.SYS. Исключение составляет один из внешних драйверов, а именно драйвер DBLSPACE.BIN, управляющий сжатыми логическими дисками, который подключается к системе автоматически (при условии, что он обнаружен на своем законном месте), причем до обработки файла CONFIG.SYS. Если сжатые логические диски отсутствуют, то подключение драйвера DBLSPACE.BIN не производится, в результате чего освобождается дополнительное пространство для выполнения программ. Когда драйвер на своем месте не обнаружен, то DOS обходится и без него, не отображая никаких, даже предупреждающих, сообщений. Раннее автоматическое подключение этого драйвера позволяет хранить практически все файлы DOS на сжатом диске, получающем имя С.

Некоторые драйверы нежелательно помещать в BIOS или в его расширение по той причине, что они используются не на каждой модели ПК и не каждым пользователем. В этом случае драйверы оформляются как внешние и подключаются только при необходи-мости, что повышает эффективность DOS. Возможность подключения внешних драйверов существенно облегчает адаптацию системы к новым ПУ, не требуя модификации основных ее компонентов.

Если файл CONFIG.SYS отсутствует, то никакие внешние драйверы, за исключением упомянутого драйвера, к системе не подключаются, а параметры DOS устанавливаются по умолчанию.

Драйверы из BIOS, EM BIOS и подключенные внешние драйверы можно рассматривать как единое целое, которое называется подсистемой ввода-вывода. Она содержит драйверы, одни из которых являются обязательными, другие - факультативными.

Драйверы подсистемы ввода-вывода:

– накопители на гибких и жестких магнитных дисках;

– дисплея и клавиатуры;

– принтера; адаптеров интерфейсов (последовательных и параллельных портов);

– фиктивного устройства (вывод в это устройство воспринимается, но данные отбрасываются; при попытке ввода с этого устройства немедленно опознается конец файла);

– виртуального диска (имитатора в оперативной памяти реального диска);

– расширенной, отображаемой, высокой и верхней памяти;

– подсистемы управления энергопотреблением;

– подсистемы межкомпьютерной связи;

– для управления сжатыми дисками;

– кэширования дисков;

– подмены версии DOS.

Часто к DOS могут подключаться не входящие в состав системы внешние драйверы, в частности, драйвер манипулятора типа ''мышь''.

NSB, SB и подсистема ввода-вывода образуют машинозависимую часть DOS.

BM-DOS - это центральный компонент DOS, реализующий основные функции операционной системы.

Управление ПУ с помощью BM DOS осуществляется на более высоком уровне, чем управление посредством драйверов на основе организации обращений к драйверам. Именно здесь находится файловая система, обеспечивающая выполнение операций над файлами. Основание этой системы образует подсистема ввода-вывода. Файловая система является наиболее развитой функциональной частью DOS.

Основу BM DOS составляют обработчики прерываний верхнего уровня. Обращение к BM DOS возможно только через механизм прерываний. Именно прерывания верхнего уровня выдают большинство программ, работающих под управлением DOS. Обработчики этих прерываний, в свою очередь, могут генерировать прерывания нижнего уровня.

Компоненты подсистемы ввода-вывода, загружаемые с диска, и BM DOS в процессе работы системы находятся в оперативной памяти постоянно (резидентно).

В то время как BIOS, EM BIOS и BM DOS в совокупности управляют ресурсами компьютера, интерпретатор команд CI отвечает за поддержку пользовательского интерфейса DOS.

Пользователь общается с системой путем передачи ей команд, которые она в состоянии проинтерпретировать. Под командой традиционно понимается указание на выполнение некоторого действия.

Файл автозапуска AUTOEXEC.BAT, исполняемый CI в процессе загрузки системы, включает команды DOS и запросы на выполнение программ, которые пользователь должен регулярно выдавать после запуска DOS в работу (например для загрузки резидентных программ). Это освобождает пользователя от частого выполнения рутинных операций. Если файл AUTOEXEC.BAT отсутствует, то CI выдает запросы на установку даты и времени.

CI состоит из двух модулей: резидентного и транзитного.

Резидентный модуль хранится после запуска DOS в оперативной памяти постоянно и включает обработчики трех важных прерываний, а также код подгрузки транзитного модуля CI.

Транзитный (нерезидентный) модуль может перекрываться в оперативной памяти выполняемыми программами, а затем восстанавливаться путем считывания с диска. Этот модуль содержит исполнитель так называемых внутренних команд DOS и загрузчик программ в оперативную память для выполнения.

Внутренними являются команды DOS, которые обычно используются чаще других.

Доступ к CI осуществляется по прерываниям от клавиатуры и другим программным прерываниям, которые он обслуживает.

Дополнительно к тому, что уже отмечалось, EM BIOS, BM DOS и CI содержат коды инициализаций, выполняемые только при загрузке DOS и затем уничтожаемые для освобождения памяти.

Утилиты - это обслуживающие программы, которые предоставляют пользователю сервисные услуги. Утилиты DOS делятся на две категории:

1) не диалоговые утилиты, к которым относятся также утилиты, способные выдавать пользователю ряд простых запросов, но не поддерживающие высокоразвитый пользовательский интерфейс;

2) интерактивные утилиты, имеющие развитый полноэкранный, организованный в виде меню интерфейс.