Лекции №1-2

Классификация программного обеспечения.

Введение в системное программное обеспечение.

 

Вопросы:

1. Классификация программного обеспечения.

1.1. Прикладные программы.

1.2. Специальное программное обеспечение информационных и управляющих систем.

1.3. Системное программное обеспечение

2. Классификация системного программного обеспечения

2.1. Управляющие системные программы.

2.2. Обрабатывающие системные программы.

2.3. Базовое ПО.

2.4. Сервисное ПО.

2.5. Группы системных программ.

3. Требования к системному программному обеспечению.

            3.1. Необходимость использования специальных языков для создания СПО.

 

 

Традиционно программное обеспечение подразделяют на два класса:

1.    системное программное обеспечение (СПО) и

2.    прикладное (пользовательское)программное обеспечение (ППО)

 

Выделим еще один класс (скорее группу) программ - специальное программное обеспечение информационных и управляющих систем.

 

Прикладные программы предназначены для решения функциональных задач, они выполняют обработку информации различных предметных областей.

Это самый многочисленный класс программных продуктов.

 

К специальному программному обеспечению информационных и управляющих систем относятся

·      программы (системы) управления базами данных;

·      программы управления языком интерфейса информационных систем;

·      программы сбора и предварительной обработки информации (в информационно-измерительных системах, например, бортовые системы).

ПО этого класса часто оказывается скрытым в составе драйверов оборудования или поставляется в виде библиотек функционального расширения языков программирования.

Поэтому часто такие ПО относят к системному программному обеспечению.

Мы будем считать ПО такого типа отдельным классом и в курсе “СПО” рассматривать не будем.

Система управления базами данных (СУБД) - это сложная программная система накопления и последующего манипулирования данными. Каждая СУБД предоставляет интерфейс с базой данных и может располагать средствами непосредственного доступа к последней ее пользователей.

С помощью языка описания данных создаются описания элементом и записей данных, а также взаимосвязей между ними. Для выполнения операция с базой данных (например, выборка или обновление) в прикладных программах используется язык манипулирования данными. Фактическая структура физического хранения данных известна только СУБД.

 

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

СПО управляет ресурсами компьютерной системы и позволяет пользователям программировать в более выразительных языках, чем машинных язык компьютера. Состав СПО мало зависит от характера решаемых задач пользователя.

 

Системное программное обеспечение предназначено для:

·      создания операционной среды функционирования других программ (другими словами, для организации выполнения программ);

·      автоматизации разработки (создания) новых программ;

·      обеспечения надежной и эффективной работы самого компьютера и вычислительной сети;

·      проведения диагностики и профилактики аппаратуры компьютера и вычислительных сетей;

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

 

Данный класс программных продуктов тесно связан с типом компьютера и является его неотъемлемой частью.

Программные продукты данного класса в основном ориентированы на квалифицированных пользователей - профессионалов в компьютерной области: системного программиста, администратора сети, прикладного программиста, оператора.

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 компьютера, программ и данных.

 

Программные продукты данного класса носят общий характер применения, независимо от специфики предметной области.

К системным программным продуктам предъявляются высокие требования по надежности и технологичности работы, удобству и эффективности использования.

 

Классификация системного программного обеспечения

 

В СПО традиционно включают

·      системные управляющие и

·      системные обрабатывающие программы.

 

Управляющие системные программы организуют корректное функционирование всех устройств системы.

Основные системные функции управляющих программ -

·      управление вычислительными процессами и вычислительными комплексами и

·      работа с внутренними данными ОС.

Как правило, они находятся в основной памяти. Это резидентные программы, составляющие ядро ОС. Управляющие программы, которые загружаются в память непосредственно перед выполнением, называю транзитными (transitive).

В настоящее время системные управляющие программы поставляются фирмами-разработчиками и фирмами-дистрибьюторами в виде инсталляционных пакетов операционных систем и драйверов специальных устройств.

 

Обрабатывающие системные программы выполняются как специальные прикладные задачи, или приложения.

Эти программы поставляются чаще в виде дистрибутивных пакетов, включающих ПО

 

Замечание. В пакеты системных программ помимо основных программ, допускающих реконфигурацию, входят специальные настроечные программы, называемые программами инсталляции.  МЫ будем создавать и такие программы.

 

Другая классификация

Часто Системное ПО компьютера подразделяют на БАЗОВОЕ и СЕРВИСНОЕ программное обеспечение.

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

К базовому программному обеспечению компьютера относятся

·      операционные системы и драйверы в составе ОС;

·      интерфейсные оболочки для взаимодействия пользователя с ОС (операционные оболочки) и программные среды;

·      системы управления файлами.

 

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

Операционная система предназначена для управления выполнением пользовательских программ, планирования и управления вычислительными ресурсами ЭВМ.

Операционная система, с одной стороны, выступает как интерфейс между аппаратурой компьютера и пользователем с его задачами, с другой стороны, предназначена для эффективного использования ресурсов вычислительной системы и организации надежных вычислений.

 

Системы управления файлами предназначены для организации более удобного доступа к данным, организованным как файлы.

Вместо низкоуровневого доступа к данным с указанием конкретных физических адресов система управления файлами позволяет использовать логический доступ с указанием имени файла.

Любая система управления файлами не существует сама по себе - она разработана для работы в конкретной ОС и с конкретной файловой системой. То есть можно было бы систему управления файлами отнести к ОС.

Но в связи с тем, что

1)  ряд ОС позволяет работать с несколькими файловыми системами (либо  с одной из нескольких, либо сразу с несколькими одновременно); а дополнительную файловую систему можно установить (т.е. они самостоятельны)

2)  простейшие ОС могут работать и без файловых систем;

системы управления файлами выделяются в отдельную группу системных программ.

Заметим, что часто в специальной литературе системы управления файлами относят все-таки к операционным системам.

 

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

Это набор сервисных, дополнительно устанавливаемых программ, которые можно классифицировать по функциональному признаку следующим образом:

·      драйверы специфических и специальных устройств (те, которые не поставляются в составе ОС).

·      программы диагностики работоспособности компьютера;

·      антивирусные программы, обеспечивающие защиту компьютера, обнаружение и восстановление зараженных файлов;

·      программы обслуживания дисков, обеспечивающие проверку качества поверхности магнитного диска, контроль сохранности файловой системы на логическом и физической уровнях, сжатие дисков, создание страховых копий дисков, резервирование данных на внешних носителях и др.;

·      программы архивирования данных, которые обеспечивают процесс сжатия информации в файлах с целью уменьшения объема памяти для ее хранения;

·      программы обслуживания сети.

 

Эти программы часто называются утилитами. (Заметим, что к антивирусным средствам этот термин обычно не применяется)

 

 

Наибольшее распространение сегодня имеют комплекты утилит: Norton Utilities - фирма Symantec; Checkit PRO Deliuxe 2.0 - фирма Touch Stone; PC Tools for Windows 2.0; программа резервного копирования HP Colorado Backup for Windows 95.

 

Отдельно вспомним о такой группе системного ПО как системы программирования.

Это набор специализированных программных продуктов, которые являются инструментальны средствами разработчика. Программные продукты данного класса поддерживают все этапы процесса программирования, отладки и тестирования создаваемых программ.

Система программирования включает следующие программные компоненты:

·      редактор текста;

·      транслятор с соответствующего языка;

·      компоновщик (редактор связей);

·      отладчик;

·      библиотеки подпрограмм.

 

Заметим, что любая система программирования может работать только в соответствующей ОС, под которую она и создана, однако при этом она может позволять разрабатывать программное обеспечение и под другие ОС.

Например, одна из популярных систем программирования на языке С/С++ от фирмы Watcom для OS/2 позволяет получать программы и для самой OS/2, и для DOS, и для Windows.

Редактор текста - это программа для ввода  и модификации текста.

 

Трансляторы предназначены для преобразования программ, написанных на языках программирования, в программы на машинном языке. Программа, подготовленная на каком-либо языке программирования, называется исходным модулем. В качестве входной информации трансляторы применяют исходные модули и формируют в результате своей работы объектные модули, являющиеся входной информацией для редактора связей. Объектный модуль содержит текст программы на машинном языке и дополнительную информацию, обеспечивающую настройку модуля по месту его загрузки и объединение этого модуля с другими независимо оттранслированными модулями в единую программу.

 

Трансляторы делятся на два класса: компиляторы и интерпретаторы. Компиляторы переводят весь исходный модуль на машинный язык. Интерпретатор последовательно переводит на машинный язык и выполнят операторы исходного модуля

(У интерпретаторов два основных недостатка. Первый - низкая скорость работы интерпретируемых программ.)

Преимущество интерпретатора перед компилятором состоит в том, что программа пользователя имеет одно представление - в виде текста. При компиляции одна и та же программа имеет несколько представлений - в виде текста и в виде выполняемого файла.

 

Компоновщик, или редактор связей - системная обрабатывающая программа, редактирующая и объединяющая объектные (ранее оттраслированные) модули в единые загрузочные, готовые к выполнению программные модули. Загрузочный модуль может быть помещен ОС в основную память и выполнен.

 

Отладчик позволяет управлять процессом исполнения программы, является инструментом для поиска и исправления ошибок в программе. Базовый набор функций отладчика включает:

·      пошаговое выполнение программы (режим трассировки) с отображением результатов,

·      остановка в заранее определенных точках,

·      возможность остановки в некотором месте программы при выполнении некоторого условия;

·      изображение и изменение значений переменных.

 

Загрузчик - системная обрабатывающая программа, объединяющая основные функции редактора связей и программы выборки в одном пункте задания. Загрузчик помещает находящиеся в его входном наборе данных объектные и загрузочные модули в оперативную память, объединяет их в единую программу, корректирует перемещаемые адресные константы с учетом фактического адреса загрузки и передает управление в точку входа созданной программы.

 

Средства сетевого доступа обеспечивают обработку, передачу и хранение данных в сети.

Заметим, что чаще говорят о сетевых операционных системах, которые предоставляют пользователям различные виды сетевых служб (управление файлами, электронная почта, процессы управления сетью и др.)

Ключом к использованию этих ресурсов является сервер, специальная программа на компьютере, подключенному к сети, которая принимает запросы (или команды) и посылает ответы автоматически.

Программы, предназначенные для подачи запросов серверу, называются программами-клиентами. Сервер предназначен для их обслуживания. Клиент посылает запросы пользователя на сервер, используя стандартизированный формат, называемый протоколом. Ответ сервера содержит информацию, представленную в виде файла, содержащего данные того или иного формата.

Постоянно ведется разработка все новых программ-клиентов, предлагающих более удобные способы взаимодействия с сервером.

Пример. Приложения Netscape Navigator , Internet Explorer - программы- клиенты.

 

Таким образом, в системном ПО мы выделили пять групп системных программ:

·      операционные системы;

·      интерфейсные оболочки для взаимодействия пользователя с ОС (операционная оболочка) и программные среды;

·      системы управления файлами;

·      системы программирования;

·      утилиты;

·      средства сетевого доступа. 

 

 Обратим внимание на то, что в ходе развития компьютерных систем наиболее используемые прикладные программы могут быть перенесены на уровень системных, что позволяет использовать их в различных приложениях. Например, средства управления диалоговым взаимодействием с пользователем в системных оболочках (типа Windows).

С другой стороны, наиболее распространенные и критические по времени системные функции были частично или полностью реализованы аппаратно. Например, средства управления многопрограммным защищенным режимом и средства управления мультимедиа-устройствами в процессорах фирмы Intel.

 

Требования к системному программному обеспечению

 

Системные программы должны удовлетворять следующим требованиям:

·      прозрачность работы;

·      гарантированная надежность выполнения в соответствии со спецификациями;

·      максимальная скорость выполнения;

·      минимальные затраты на хранение машинных кодов;

·      поддержка стандартных средств связи с прикладными программами.

 

Эффективность системных программ зависит от времени их создания и надежности исполняемого кода.

Требование эффективности системных программ вызывает необходимость использования специальных языков

·      машинно-ориентированных типа языка Assembler и

·      высокого уровня типа C или C++.

К типам данных этих языков отнесены указатели на данные различных типов или адреса данных и программных объектов.

Работа с большинством пакетов для разработки системного программного обеспечения предполагает знание и использование ассемблера для создания модулей и ассемблерных вставок.

 

Использованная  литература

 

1.    Гордеев А.В., Молчанов А.Ю. Системное программное обеспечение. - СПб.: Питер, 2001.

2.    Пустоваров В.И. Ассемблер: программирование и анализ корректности машинных программ: - К.: Издательская группа BHV, 2000

3.    Лекция №1 к курсу СППО (г. Саратов)