Лекция № 12 Программное обеспечение компьютера Операционная система

Лекция № 12

Программное обеспечение компьютера

Операционная система

1. Программное обеспечение компьютера

Числовая, текстовая, графическая и звуковая информация может быть представлена и обработана на компьютере в форме данных. Данные хранятся и обрабатываются на машинном языке, т.е. в виде последовательности нулей и единиц.

Данные – это информация, представленная в форме, пригодной для её передачи и обработки с помощью компьютера.

Для того чтобы процессор компьютера «знал», что ему делать с данными, как их обрабатывать, он должен получить определенную команду (инструкцию). Например, «сложить два числа» или «заменить один символ на другой».

Обычно для решения какой-либо задачи процессору требуется не единичная команда, а их последовательность. Такая последовательность команд (инструкций) называется программой.

В течение нескольких десятилетий создавались программы, необходимые для обработки различных данных. Совокупность необходимых программ составляет программное обеспечение компьютера.

Для обработки данных на компьютере необходимо иметь не только аппаратное обеспечение компьютера, так называемое «hardware» («железо»), но и программное обеспечение, так называемое «software».

Программная обработка данных

Программная обработка данных на компьютере реализуется следующим образом. После запуска на выполнение программы, хранящейся во внешней долговременной памяти, она загружается в оперативную память.

Процессор последовательно считывает команды программы и выполняет их. Необходимые для выполнения команды данные загружаются из внешней памяти в оперативную и над ними производятся необходимые операции. данные, полученные в процессе выполнения команды, записываются процессором обратно в оперативную или внешнюю память.

В процессе выполнения программы процессор может запрашивать данные с устройств ввода информации и пересылать данные на устройства вывода информации.

Программное обеспечение ЭВМ – совокупность программных средств для ЭВМ и их систем любого класса и типа, обеспечивающих функционирование, диагностику и тестирование их аппаратных средств, а также разработку, отладку и выполнение любых задач пользователя, где в качестве пользователя может выступать как человек, так и любое внешнее устройство, подключённое к ЭВМ и нуждающееся в её ресурсах, а также совокупность необходимых для эксплуатации этих программных средств документов. Аппаратное (hardware) и программное (software) обеспечение ЭВМ тесно связаны.

Основными характеристиками программного обеспечения являются:

·     алгоритмическая сложность;

·     состав и глубина проработки реализованных функций обработки;

·     полнота и системность функций обработки;

·     объём файлов программ;

·     требование к операционной системе и техническим средствам обработки со стороны программного средства;

·     размер оперативной памяти для запуска программ;

·     тип процессора;

·     версии операционной системы, в которой функционирует ПО;

·     использование глобальной или локальной сети и др.

Все программы, работающие на компьютере, можно разделить на три категории:

1.        прикладные программы, непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых пользователям работ:

·     пакет прикладных программ общего назначения;

·     проблемно-ориентированные пакеты прикладных программ;

·     интегрированные пакеты прикладных программ;

·     пакеты прикладных программ, расширяющие функции ОС;

·     программное обеспечение пользователя

2.        системные программы, выполняющие различные вспомогательные функции:

·     операционные системы;

·     утилиты ОС;

·     оболочки ОС;

·     средства тестирования и диагностики ЭВМ;

·     системы программирования.

3.        инструментальные программные системы, облегчающие процесс создания новых программ для компьютера:

·     компиляторы с языков программирования высокого уровня;

·     интерпретаторы с языков программирования высокого уровня;

·     библиотеки стандартных программ;

·     средства редактирования, отладки и тестирования;

·     прикладные утилиты.

При построении классификации программного обеспечения нужно учитывать тот факт, что стремительное развитие вычислительной техники и расширение сферы приложения компьютеров резко ускорили процесс эволюции программного обеспечения.

На сегодняшний день можно сказать, что более или менее определенного сложились следующие группы программного обеспечения:

·     операционные системы и оболочки;

·     системное программирование (трансляторы, библиотеки подпрограмм, отладчики и т.д.);

·     инструментальные системы;

·     интегрированные пакеты программ;

·     динамические электронные таблицы;

·     системы машинной графики;

·     системы управления базами данных;

·     прикладное программное обеспечение.

2. Операционная система

Операционная система – комплекс взаимосвязанных системных программ, назначение которого - организовать взаимодействие пользователя с компьютером и выполнение всех других программ.

Операционная система выполняет роль связующего звена между аппаратурой компьютера, выполняемыми программами и пользователем. Операционная система – базовая составляющая программного обеспечения компьютера, без неё компьютер не может работать в принципе.

Операционная система обычно хранится во внешней памяти компьютера – на диске. При включении компьютера она считывается с дисковой памяти и размещается в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ). Этот процесс называется загрузкой операционной системы.

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.)

Операционная система содержит следующие основные компоненты:

·     программный модуль, управляющий файловой системой. Процесс работы компьютера в определенном смысле сводится к обмену файлами между устройствами. В операционной системе имеются программные модули, управляющие файловой системой;

·     командный процессор, выполняющий команды пользователя. В состав операционной системы входит специальная программа — командный процессор, которая запрашивает у пользователя команды и выполняет их. Пользователь может дать команду запуска программы выполнения какой-либо операции над файлами (копирование, удаление, переименование), вывода документа на печать и т.д. Операционная система должна эту команду выполнить;

·     драйверы устройств. К магистрали компьютера подключаются различные устройства (дисководы, монитор, клавиатура, мышь, принтер и др.). Каждое устройство выполняет определённую функцию (ввод информации, хранение информации, вывод информации), при этом техническая реализация устройств существенно различается. В состав операционной системы входят драйверы устройств, специальные программы, которые обеспечивают управление работой устройств и согласование информационного обмена с другими устройствами. Каждому устройству соответствует свой драйвер;

·     программные модули, обеспечивающие графический пользовательский интерфейс. Для упрощения работы пользователя в состав современных операционных систем, и в частности, в состав Windows, входят программные модули, создающие графический пользовательский интерфейс. В операционных системах с графическим интерфейсом пользователь может вводить команды с помощью мыши, тогда как в режиме командной строки необходимо вводить команды с помощью клавиатуры;

·     сервисные программы. В состав операционной системы входят также сервисные программы или утилиты. Такие программы позволяют обслуживать диски (проверять, сжимать, дефрагментировать и т.д.), выполнять операции с файлами (архивировать и т.д.), работать в компьютерных сетях;

·     справочная система. Для удобства пользователя в состав операционной системы обычно входит также справочная система. Справочная система позволяет оперативно получить необходимую информацию о функционировании как операционной системы в целом, так и о работе ее отдельных модулей.

Загрузка операционной системы

Файлы операционной системы хранятся во внешней, долговременной памяти (на жестком, гибком или лазерном диске). Однако программы могут выполняться, только если они находятся в оперативной памяти, поэтому файлы операционной системы необходимо загрузить в оперативную память.

Диск (жесткий, гибкий или лазерный), на котором находятся файлы операционной системы и с которого производится ее загрузка, называется системным.

После включения компьютера производится загрузка операционной системы с системного диска в оперативную память, которая должна выполняться в соответствии с программой загрузки. Однако для того чтобы компьютер выполнял какую-нибудь программу, эта программа должна уже находиться в оперативной памяти. Разрешение этого противоречия состоит в последовательной, поэтапной загрузке операционной системы.

Самотестирование компьютера

В состав компьютера входит энергонезависимое постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), содержащее программы тестирования компьютера и первого этапа загузки операционной системы, так называемый ВIОS (Ваsiс Input/Output System — базовая система ввода/вывода).

После включения питания компьютера или нажатия кнопки Reset на системном блоке компьютера или одновременного нажатия комбинации клавиш {Сtrl + А1t + Dе1} на клавиатуре процессор начинает выполнение программы самотестирования компьютера РОSТ (Роwer-ON Self Test). Производится тестирование работоспособности процессора, памяти и других аппаратных средств компьютера.

В процессе тестирования сначала могут выдаваться диагностические сообщения в виде различных последовательностей коротких и длинных звуковых сигналов (например, 1 длинный и 3 коротких — не подключен монитор, 5 коротких — ошибка процессора и т.д.). После успешной инициализации видеокарты краткие диагностические сообщения выводятся на экран монитора.

Для установки правильной даты и времени, а также внесения изменений в конфигурацию аппаратных средств компьютера, в процессе выполнения самотестирования необходимо нажать клавишу {Dеl}. Загрузится системная утилита ВIОS Setup, имеющая интерфейс в виде системы иерархических меню. Пользователь может установить новые параметры конфигурации компьютера и запомнить их в специальной микросхеме памяти, которая при выключенном компьютере питается от батарейки, установленной на системной плате. В случае выхода из строя батарейки конфигурационные параметры теряются и компьютер перестает нормально загружаться.

Загрузка операционной системы

После проведения самотестирования специальная программа, содержащаяся в BIOS, начинает поиск загрузчика операционной системы. Происходит поочередное обращение к имеющимся в компьютере дискам (гибким, жестким, CD-ROM) и поиск на определенном месте (в первом, так называемом загрузочном секторе диска) наличия специальной программы Маster Воot (программа-загрузчик операционной системы).

Если диск системный и программа-загрузчик оказывается на месте, то она загружается в оперативную память и ей передается управление работой компьютера. Программа ищет файлы операционной системы на системном диске и загружает их в оперативную память в качестве программных модулей.

Если системные диски в компьютере отсутствуют, на экране монитора появляется сообщение «Non system disk or disk error» и компьютер зависает, т. е. загрузка операционной системы прекращается и компьютер остается неработоспособным.

После окончания загрузки операционной системы управление передается командному процессору. В случае использования интерфейса командной строки на экране появляется приглашение системы к вводу команд. Приглашение представляет собой последовательность символов, сообщающих о текущем диске и каталоге. Например, если загрузка операционной системы была произведена с диска С:, а операционная система была установлена в каталог WINDOWS, то появится приглашение:

C:\WINDOWS>

В случае загрузки графического интерфейса операционной системы, команды могут вводиться с помощью мыши.