Программное обеспечение, понятие и состав

Негосударственного образовательного учреждения

высшего профессионального  образования

Центросоюза Российской Федерации

  СИБИРСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПОТРЕБИТЕЛЬСКОЙ  КООПЕРАЦИИ

ЗАБАЙКАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВА

 

ЮРИДИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине «Информатика»

тема:

«Программное обеспечение, понятие  и состав»

ВЫПОЛНИЛ:                                                           

Студент(ка) 2 курса ЮБ-ВП-02-11-007 Шифр

Легостаева  Ирина Александровна

 

 

ЧИТА

2012

Оглавление:

1. Понятие системного программного обеспечения и его функции……………………................................................................................…3
2. Многозадачность, многопоточность, виртуальная память и симметричная многопроцессорная обработка…………………………………………………...5
3. Преобразование исходного кода…………………………………………………9
4. Операционные системы микрокомпьютеров………………………………......11
5. Список литературы………………………………………………………...…….14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Понятие системного программного обеспечения и его функции

Системное программное обеспечение  координирует работу различных компонентов  компьютера и играет роль посредника между прикладными программами  и аппаратным обеспечением. Системное программное обеспечение, которое управляет работой компьютера, называется операционной системой - ОС (operating system – OS). К другому системному программному обеспечению относятся программы трансляции, преобразующие команды языков программирования в исполняемый машинный код, а также различные утилиты (utilities) – программы для обслуживания компьютера и периферийных устройств.

Функции операционной системы можно  сравнить с обязанностями главного менеджера. Операционная система решает, какие ресурсы компьютера будут  использованы, какие программы будут запущены и в каком порядке будут следовать эти и другие операции для выполнения поставленной пользователем задачи.

Итак, операционная система выполняет три основные функции:

	распределяет (allocates) и назначает (assigns) использование ресурсов компьютера,
	планирует (schedules) использование ресурсов компьютера и время исполнения задач,
	осуществляет текущий контроль (monitoring) работы компьютера.

Распределение и назначение - операционная система распределяет ресурсы компьютера между приложениями, находящимися в очереди на исполнение. Например, в число задач операционной системы входит выделение отдельной области памяти каждому запущенному приложению и необходимым ему данным, а также управление устройствами ввода-вывода (клавиатурой, принтером, монитором, сетевой картой и т.п.). 

Планирование - компьютер выполняет несколько программ одновременно. Каждая задача разбивается на множество «кусочков» или «порций», которые компьютер обрабатывает, переключаясь между задачами. Тысячи таких порций должны выполняться различными устройствами компьютера – одной программе необходимо произвести расчет электронной таблицы, второй – распечатать документ на принтере, третья обращается к серверу организации, на котором хранится база данных и т.д.  Задача ОС – скоординировать работу всех компонентов компьютера так, чтобы все приложения выполнялись как можно быстрее и эффективнее. Для этого операционной системе необходимо осуществлять планирование использования различных ресурсов компьютера (прежде всего, ЦП, ОЗУ и жесткого диска). Как правило, каждой задаче присваивается приоритет выполнения, в соответствии с которым и осуществляется планирование. На пример расчет таблицы может иметь более высокий приоритет, чем задание на печать. 

Контроль - ОС контролирует работу компьютера. Она отслеживает стадии выполнения каждой задачи, а также может вести журнал учета – кто использует компьютер, какие программы были запущены, наблюдались ли случаи несанкционированного использования программ или данных. В любом случае, ОС любого компьютера – и мэйнфрейма и ПК – сама по себе очень большая программа. Поэтому в оперативной памяти всегда хранится лишь часть ОС, называемая ядром (kernel). Большая же часть ОС хранится на жестком диске. Когда какая-либо часть операционной системы необходима для выполнения данного приложения, эта часть подгружается с жесткого диска в ОЗУ. Диск, на котором хранится операционная система, называется системным (system disk). 

 

 

 

 

 

 

Многозадачность, многопоточность, виртуальная память и симметричная многопроцессорная обработка

Каким образом компьютер может  оперировать несколькими приложениями одновременно, если, большинство компьютеров  могут выполнять только одну инструкцию одной программы за раз? Как тогда компьютеры запускают десятки и даже сотни приложений? Это позволяют делать некоторые специальные возможности, или механизмы, операционных систем. 

Многозадачность (multitasking) – механизм, позволяющий выполнять на компьютере несколько задач (tasks). В зависимости от вида компьютера, применяется несколько видов реализации этого механизма. Рассмотрим тот, который применяется в операционных системах микрокомпьютеров.

 

В системах с поддержкой многозадачности  компьютер используется более эффективно, благодаря возможности одновременной  загрузки в память не одной, а нескольких программ.

Система без поддержки многозадачности может выполнять только одно приложение в данный момент времени. Такой режим работы компьютера зачастую не позволяет полностью задействовать все его ресурсы – процессор может быть недогружен, большая часть оперативной памяти будет оставаться свободной, периферийные устройства будут ожидать команд ввода или вывода информации. В случае же применения механизма многозадачности, можно запустить несколько приложений. Самое важное при реализации этого механизма – не позволять каким-либо двум приложениям одновременно задействовать одни и те же ресурсы компьютера – будь то ЦПУ, память или периферийные устройства. В случае с оперативной памятью применяется разделение ее адресного пространства на отдельные непересекающиеся области и выделение таких областей каждому запущенному приложению. Таким образом, получается, что каждая отдельная программа работает в отведенном ей кусочке памяти и не конфликтует с другими программами. С разделением ресурсов процессора дело обстоит иначе. Как уже упоминалось, процессор может выполнять только одну инструкцию за цикл. Чтобы программы, находящиеся в ОЗУ могли выполняться вместе, каждой из них выделяется определенный интервал времени работы процессора (около двух миллисекунд); при этом процессор переключается с одной программы на другую. Конечно, вам может показаться, что интервал времени ничтожно мал, но ведь процессор работает на уровне наносекунд и за две миллисекунды успевает выполнить немало работы. Пользователь не замечает, что компьютер обрабатывает все программы по очереди – ему кажется, что все запущенные приложения выполняются одновременно. Кроме того, каждой программе, как вы помните, назначается приоритет. В первую очередь обрабатываются команды программ с более высоким приоритетом; в случае равного приоритета инструкции приложений выполняются в порядке очередности; наивысший приоритет всегда имеет ядро операционной системы. Благодаря многозадачности, вы можете запустить web-браузер, а пока ваш модем выполняет операцию соединения с провайдером услуг Интернет, отредактировать сообщение электронной почты или распечатать отчет, выданный сервером баз данных вашей организации. При этом, скорее всего, операции выполнения соединения и программе, обрабатывающей вывод данных на печать, будет присвоен низкий приоритет, а редактору электронной почты – обычный. 

Многопоточность - механизм многопоточности чем-то напоминает многозадачность. Чтобы еще более эффективно использовать ресурсы компьютера, некоторые задачи делятся на отдельные потоки, каждому из которых также назначается приоритет и выделяется интервал процессорного времени. В некоторых операционных системах такие процессы получили название нитей (threads). Благодаря многопоточности, вы можете в одном приложении, например в мультимедийном графическом редакторе, одновременно обрабатывать один объект, производить расчет траектории движения другого объекта и распечатывать третий. Кстати, многопоточность широко используется именно для печати. Чтобы не ждать, пока приложение обработает задание на печать, этот процесс выполняется в так называемом фоновом режиме (background printing).

Виртуальная память - как известно, адресное пространство – это размер памяти компьютера, которую система может использовать. Если у вашего компьютера 64 Мб ОЗУ, значит, компьютер может адресовать 64 Мб памяти. Механизм виртуальной памяти (virtual storage) позволяет выделить часть вторичной памяти (на жестком диске), чтобы в дальнейшем система рассматривала эту часть как продолжение первичной. В результате компьютер может адресовать больше памяти. Применение этого механизма, также как многозадачности и многопоточности, позволяют добиться существенного повышения эффективности работы компьютера. Из-за того, что размер первичной памяти ограничен, часть программного кода каждой из программ записывается на жесткий диск в так называемый файл подкачки (swap file), освобождая, таким образом, оперативную память для других программ. Однако следует помнить, что жесткие диски намного медленнее ОЗУ, поэтому размер первичной памяти должен быть достаточно большим.

Симметричная многопроцессорная  обработка (Symmetric MultiProcessing, SMP) – это способность операционной системы работать с компьютером, в котором установлены два и более процессора. Операционная система в данном случае должна обеспечивать балансировку нагрузки, чтобы дать работу каждому из процессоров. Механизм SMP может использоваться как при выполнении одной программы, так и нескольких приложений – в любом случае нагрузка распределяется равномерно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Преобразование  исходного кода

При выполнении инструкций программ, написанных на таких языках программирования как COBOL, FORTRAN или C, компьютеру необходимо преобразовать  удобные для человеческого восприятия операторы в форму, понятную для  компьютера. Системное программное  обеспечение включает специальную  программу, транслирующую (translate) текст программ, написанных на различных языках программирования, в машинные коды, которые и выполняются компьютером. Этот вид программного обеспечения называется компилятором или интерпретатором. Текст программы, написанный на языке программирования высокого уровня, до того как быть преобразованным в машинные коды, называется исходным кодом (source code). Компилятор (compiler) преобразует исходный код в машинные коды, называемые объектным кодом (object code), то есть программой на выходном языке транслятора. Перед выполнением протекает процессредактирования связей (linkage editing), когда модули выходной программы объединяются с другими модулями объектного кода, содержащими, например, данные. Результирующий загрузочный модуль – это команды, непосредственно выполняемые компьютером.

Исходный код программы, состоящий  из команд языка программирования высокого уровня, транслируется компилятором в объектный код, «понятный» компьютеру. Затем модуль объектного кода посредством  редактора объединяется с другими  модулями, после чего создается загрузочный  модуль. Загрузочный модуль содержит команды в машинных кодах, которые  и выполняет компьютер.

Некоторые языки программирования содержат не компилятор, а интерпретатор (interpreter), который преобразует каждое отдельное выражение исходного кода в машинные коды и сразу выполняет их. Интерпретатор удобен на этапе отладки программы, так как обеспечивает быструю обратную связь при обнаружении ошибки в исходном коде. В то же время, интерпретаторы очень медленны, так как они выполняют только один оператор за раз.

Операционные системы микрокомпьютеров

Программное обеспечение микрокомпьютеров, как и других машин, разрабатывается  с учетом применяемых операционных систем и аппаратного обеспечения. Сами операционные системы имеют  ряд отличительных особенностей – таких как поддержка многозадачности, GUI и др.– которые определяют архитектору  создаваемых для них приложений.

Windows 98 (предыдущая версия – Windows 95), операционная система с удобным и достаточно мощным графическим интерфейсом, средствами многозадачности, многопоточности, поддержкой мультимедиа и работы в локальной сети и Интернет. Windows 98 поддерживает работу как с самыми современными, так и со старыми приложениями, написанными для операционных систем DOS (с интерфейсом командной строки) и Windows 3.xx (предшественницей Windows 95). Именно хорошая совместимость со старыми программами является в то же время слабым местом этой ОС – необходимость поддержки необходимых эти приложениям режимов работы ведет к частым сбоям компьютера. Кроме того, Windows 98 не поддерживает SMP, что делает невозможной ее применение в мощных рабочих станциях и серверах. Тем не менее, удачная рекламная и маркетинговая политика Microsoft, относительно невысокие требования к аппаратному обеспечению (процессор Pentium 100, объем ОЗУ 32 Мб), простота процедур установки и настройки, а также простой, интуитивно понятный интерфейс, обеспечили Windows 98 лидирующее место среди операционных систем – на сегодня она установлена на более чем 60% компьютеров. Однако сама Microsoft не рекомендует применение Windows 98 для сферы бизнеса и коммерции – эта система создавалась не для корпоративного, а для домашнего применения. Кроме отсутствия поддержки SMP, в ней также нет средств защиты от несанкционированного доступа, что резко снижает безопасность коммерческих и других бизнес-операций.