Системное программное обеспечение ПЭВМ

Видимо, нелишним будет напомнить здесь об уровнях программного доступа к средствам вычислительной системы (рис.1.1).
Под аппаратными средствами здесь понимаются только программно доступные компоненты аппаратуры ПЭВМ, а именно: регистры микропроцессора; оперативная память (с возможностью обращения по абсолютным физическим адресам); порты ввода-вывода; система прерываний (генерация прерываний и их программная обработка). Средства доступа аппаратного уровня обеспечиваются в основном системой команд микропроцессора.

Неотъемлемой частью ПЭВМ является ПЗУ, в котором записана Базовая Система Ввода-Вывода (BIOS - Basic Input Output System). Дополнительная часть BIOS располагается на внешней памяти и переписывается в ОЗУ в процессе загрузки. BIOS содержит программы обслуживания периферийного оборудования и таблицы данных и составляет следующий уровень доступа к системным возможностям. Доступ к средствам BIOS обеспечивается программными прерываниями. Из 256 возможных в ПЭВМ прерываний прерывания с номерами от 0 до F (здесь и далее все номера прерываний шестнадцатиричные) - аппаратные. Прерывания с номерами от 10 до 1F могут генерироваться только программным путем при помощи команды микропроцессора INT и приводят к выполнению той или иной программы из состава BIOS. Перед обращением к BIOS программист должен занести в определенные регистры входные параметры для программы BIOS, выходные параметры BIOS также возвращает через регистры. Выполняемые функции, а также входные и выходные регистры определены отдельно для каждого прерывания BIOS.
Диапазон программных прерываний от 20 до 3F зарезервирован для обращений к операционной системе MS DOS (в дальнейшем - просто DOS). Программы DOS для доступа к аппаратным средствам используют средства BIOS и обеспечивают более высокий по сравнению с BIOS уровень интеграции функций. Наиболее часто используемое прерывание при обращениях к DOS - 21.

Рис.1.1. Уровни программного доступа к средствам ПЭВМ

Перед выполнением в программе пользователя команды INT 21H программист должен занести в регистр AH некоторый код - номер той программы из состава DOS, которую требуется выпол- нить. Остальные регистры, как и при обращении к BIOS, используются для передачи параметров. Принято говорить о "функции DOS номер NN", имея в виду обращение к прерыванию 21 с кодом NN в регистре AH. Некоторые функции созданы разработчиками системы "для внутреннего использования": они вызываются из других функций и программ DOS, их описания отсутствуют в документации фирм IBM и Microsoft и, видимо, не предполагалось обращение к ним из программ пользователя.

Несмотря на это, в некоторых источниках можно найти описание ряда недокументированных функций DOS. Для некоторых задач обращение к недокументированной функции DOS является полезным, а возможно, и единственным путем решения, но следует всегда иметь в виду, что одинаковая работа одной и той же недокументированной функции в разных версиях DOS не гарантируется.
Существуют различия между наборами функций, доступными в разных версиях DOS. Как правило, новая версия наследует все возможности предшествовавшей и расширяется дополнительными возможностями. Наиболее значительным нам представляется скачок между версиями 2 и 3. И дело тут даже не столько в существенном расширении возможностей, а в изменении самого подхода разработчиков: начиная с версии 3.0 в создании системы стали использоваться методы, применявшиеся для больших вычислительных систем. Поэтому далее в нашем пособии там, где упоминаются "старые" и "новые" ("современные") версии DOS, имеются в виду версии до 3.0 и от 3.0 включительно.

Наконец, языки высокого уровня включают в себя процедуры и функции, обеспечивающие еще более высокий уровень интеграции. Как правило, эти процедуры/функции имеют содержательные имена и использующий их программист не обязан знать, через какой уровень эти процедуры/функции воздействуют на аппаратные средства. Средства языков должны быть предметом отдельного рассмотрения, которое в наши задачи не входит.

Идеальным, конечно, является использование на каждом уровне только средств ближайшего снизу уровня, но идеал редко осуществим полностью, поэтому, в частности, программа пользователя имеет доступ ко всем уровням. Хотя в соответствии с целями нашего пособия смешения обращений на разные уровни встречаются здесь почти повсеместно, в практической работе автор является убежденным приверженцем идеала и горячо рекомендует его своим читателям. При решении прикладных задач каждое обращение к более низкому уровню должно быть непременно оправдано либо функциональной необходимостью, либо существенным выигрышем в эффективности. Такой подход, во-первых, существенно упрощает программирование и дает лучшую защиту от программистских ошибок, а во-вторых, лучше обеспечивает независимость программного изделия от конфигурации аппаратных средств и от версии DOS.

3. Виды программного обеспечения: общесистемное, сетевое и прикладное

3.1 Общесистемное программное обеспечение

Общесистемное ПО обеспечивает управление вычислительным процессом; вводом, выводом и обработкой данных и команд пользователя. В его состав входят:

операционные системы

инструментально-технологические средства разработки и языковые процессоры

СУБД

CASE-системы и др.

3.2 Сетевое программное обеспечение

Сетевое ПО обеспечивает взаимодействие локально или глобально распределенных компонентов компьютерной системы.

3.3 Прикладное программное обеспечение

Прикладное ПО обеспечивает решение конкретных задач пользователей и включает:

3.3.1 Независимые программы

3.3.2 Библиотеки подпрограмм

3.3.3 Языковые процессоры для решения общих прикладных задач

3.3.4 Многофункциональные программы для решения ограниченного класса задач, различными алгоритмами

3.3.5 Пакеты прикладных программ

Обеспечивают:

решение класса задач

входной язык

информационная модель предметной области

прикладные программ - модули

управление вычислительным процессом

системная и функциональная компоненты

ППП могут быть:

методо-ориентированные ППП

проблемно-ориентированные ППП

модельно-ориентированные ППП

объектно-ориентированные ППП

3.3.6. Программные системы (комплексы)

16 вопрос

2. ПАКЕТЫ ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ

Пакеты общего назначения поддерживают компьютерные технологии конечных пользователей и

включают текстовые и табличные процессоры (редакторы), графические редакторы, системы управления

базами данных (СУБД), пакетыпрограмм мультимедиа, пакетыдемонстрационной графики.

Текстовые процессоры (редакторы) позволяют готовить текстовые документы, которые могут включать и

таблицы, и рисунки, и диаграммы. Примером пакетов этого класса являются MS Word, Блокнот, WordPad.

Перечень выполняемых функций, например MS Word, очень широк и изучается студентами в лабораторном

практикуме по информатике.

Табличные процессоры (типичный пример - MS Excel) позволяют обрабатывать большие объемы числовой

информации (не исключая при этом обычную символьную), формируя из данных таблицы. Можно сказать,

что это очень мощные калькуляторы, хранящие в своей памяти огромные числовые массивы и позволяющие

выполнять над ними различные арифметические и логические операции, формировать диаграммы и делать

множество других операций, полезных для решения различных задач пользователя. Аналогично пакету MS

Word, табличный процессор MS Excel изучается в лабораторном практикуме по информатике.

Графические редакторы позволяют генерировать различные изобразительные объекты. Они делятся на 2

класса - растровой и векторной графики - в зависимости от того, какое внутреннее представление этих

http://profbeckman.narod.ru/объектов в них поддерживается. Редакторы растровой графики используются для работы с фотографиями.

Они кодируют фотоизображения в цифровую форму и позволяют выполнять над ними различные

редактирующие операции (выделение фрагментов, перемещение, вырезание, копирование и т.д.).

Примерами редакторов этого класса являются: Adobe Photoshop, Aldus Photo Styler, Picture Publisher, Photo

Works Plus. Редакторы векторной графики используются для профессиональной работы, связанной с

технической и художественной иллюстрацией с последующей цветной печатью. Они занимают

промежуточное место между САПР и настольными издательскими системами. Включают инструментарий

для создания графического объекта; средства манипулирования объектами; средства обработки текста в

части оформления и модификации параграфов, работы со шрифтами; средства вывода на печать и настройки

цвета. Примерами графических редакторов этого класса являются Corel Draw, Adobe Illustrator, Aldus Free

Hand, Professional Draw.

Системы управления базами данных (СУБД) используются для автоматизации процедур создания,

хранения и извлечения электронных данных. Различаются способом организации данных, форматом,

языком формирования запросов на операции с данными. Типичными примерами являются MS Access,

Oracle, Paradox.

Пакеты программ мультимедиа используются для отображения (воспроизведения) и обработки аудио- и

видеоинформации. Включают, в частности, пакеты Director for Windows, Multimedia Viewer Kit, NEC

MultiSpin.

Пакеты демонстрационной графики - это конструкторы графических образов деловой информации,

призванные в наглядной и динамической форме представлять результаты некоторых аналитических

исследований. последовательность работы с такими пакетами включает шаги: разработка общего плана

представления, выбор шаблона для оформления элементов, формирование и импорт элементов (текст,

графика, таблицы, диаграммы, звуковые эффекты, видеоклипы). Примеры таких пакетов: Power Point,

Harvard Graphics, WordPerfect Presentation

Офисные пакеты обеспечивают организационное управление деятельностью офиса. Включают, например,

органайзеры (используются для автоматизации процедур планирования использования различных ресурсов

(времени, денег, материалов) как отдельного человека, так и всей фирмы или её подразделений; уществуют

2 вида пакетов этого класса: 1) органайзеры для управления проектами. используются для сетевого

планирования и управления проектами. Позволяют спланировать проект любой величины и сложности,

эффективно распределить людские, финансовые и материальные ресурсы, составить оптимальный график

работ и проконтролировать его исполнение. К ним относятся Time Line, MS Project, CА - Super Project; 2)

органайзеры для организации деятельности отдельного человека. Это электронные секретари для

эффективного управления деловыми контактами. Включают, в частности, Lotus Organizer, ACTI.

Программы для распознавания символов используются для перевода графических изображений букв и

цифр в ASCII-коды этих символов. Применяются в сканерах. Примерами таких пакетов являются Fine

Reader, Cunie Form, Tiger, Omni Page.

Настольные издательские системы применяются для профессиональной издательской деятельности.

Позволяют осуществлять электронную верстку широкого спектра основных типов документов типа

информационного бюллетеня, цветной брошюры, каталога, справочника. Позволяют решать задачи:

компоновать (верстать) текст; использовать всевозможные шрифты и выполнять полиграфические

изображения; осуществлять редактирование текста на уровне лучших текстовых процессоров; обрабатывать

графические изображения; выводить документы полиграфического качества; работать в сетях на разных

платформах. Примерами таких пакетов являются: Corel Ventura, Page Maker, QuarkXPress, Frame Maker, MS

Publisher, Page Plus, Compu Work Publisher.

Системы автоматизации проектирования (САПР) используются в работе конструкторов и технологов,

связанных с разработкой чертежей, схем, диаграмм, т.е. с обработкой графических изображений. Реализуют

функции: коллективная работа в сети; экспорт - импорт файлов различных форматов; масштабирование

объектов; группировка объектов, передвижение, растяжка, поворот, разрезание, изменение размеров, работа

со слоями; перерисовка; управление файлами; использование чертежных инструментов, позволяющих

рисовать кривые, эллипсы, линии произвольной формы, многоугольники и т.п.; работа с цветом;

автоматизация отдельных процедур с использованием встроенного макроязыка. Примерами пакетов этого

класса являются: AutoCAD (AutoDesk), DesignCAD, Grafic CAD Professional, DrawBase, Microstation,

TurboCAD.

Проблемно-ориентированные пакеты используются в тех предметных областях, для которых возможна

типизация функций управления, структур данных и алгоритмов обработки. Типичным примером является

http://profbeckman.narod.ru/серия программ 1С:, позволяющая автоматизировать решение задач управления предприятием, например,

1С:Бухгалтерия, 1С: Предприятие, 1С: Кадры и т.д. К пакетам этого класса относятся и программы,

реализующие дистанционное обучение, например пакет SunRav_BookOffice для создания и работы с

электронным учебником.

Инструментарий технологии программирования - совокупность программ, обеспечивающих

технологию разработки, отладки и внедрения программных продуктов. Инструментарий технологии

программирования делится на два больших класса инструментальных средств: для создания отдельных

приложений (программ) и для создания информационных систем и технологий.

Средства для создания отдельных приложений включают локальные средства (языки программирования,

системы программирования, инструментальные среды пользователя) и интегрированные среды разработки

программ, основное назначение которых - повышение производительности труда программистов за счет

автоматизации создания кодов программ, обеспечивающих интерфейс пользователя графического типа, а

также автоматизации разработки запросов и отчетов (например, Delphi).

Экспертные системы впервые появились в области медицины. Возникла идея интеграции знаний

экспертов в области медицины или ее отдельных разделов в некоторую электронную форму, которая

позволила бы начинающему врачу иметь своеобразного электронного советника при принятии решений по

тому или иному врачебному случаю. Выбор области медицины объясняется слишком большой ценой

ошибок, которые касаются жизни и здоровья людей. Постепенно от области медицины эта технология

распространилась и на другие сферы деятельности человека, например, производство. Технология

использования экспертных систем предполагает первоначальное «обучение» системы, т.е. заполнение её

конкретными знаниями из той или иной проблемной области, а потом уже эксплуатацию наполненной

знаниями экспертной системы для решения прикладных задач. Эта идеология проявила себя в проекте ЭВМ

пятого поколения в части привлечения конечного пользователя к решению своих задач и связана с

проблемой автоформализации знаний.

Интеллектуальные пакеты прикладных программ позволяют, аналогично экспертным системам,

предварительно создавать базу знаний, включающую совокупность знаний из той или иной области

деятельности человека, а затем решать практические задачи с привлечением этих знаний. Различие этих

видов пакетов состоит в том, что экспертные системы, в отличие от интеллектуальных ППП, позволяют

интегрировать знания из так называемых слабо формализуемых предметных областей, в которых сложно

определить входные и выходные параметры задачи, а также невозможно сформировать четкий алгоритм ее

решения. Кроме того, экспертные системы не формируют алгоритм решения задачи как в случае

интеллектуальных ППП, а лишь выдают «советы» пользователю на основании его запроса.

Языки программирования делятся на следующие виды:

Операторные. Используются для кодирования алгоритмов, а потому также называются алгоритмическими.

Имеют в составе: машинно-зависимые (ассемблер). Применяются для написания программ, явно

использующих специфику конкретной аппаратуры. Каждый компьютер имеет такую систему

программирования, которая изготавливается и поставляется фирмой-изготовителем вместе с компьютером;

машинно-ориентированные (язык С). Объединяет идеи ассемблера и алгоритмического языка. Программы

компактныи работают очень быстро.

Универсальные. (Турбо-Паскаль, Бэйсик). Приближены максимально, насколько это возможно, к

естественному английскому языку: название каждой команды – английское слово; функциональные.

Применяются, как правило, для машинного моделирования той или иной проблематики.

Проблемно-ориентированные (GPSS). Моделируют систему с помощью последовательности событий.

Применяются, в частности, при проектировании вычислительных комплексов.

Объектно-ориентированные (Форт). Имеют встроенные средства для моделирования новых объектов

программирования;

Логико-ориентированные (Prolog). Отдельно описываются правила предметной области, по которым

затем выводятся новые факты.

Системыпрограммирования включают:

интегрированную среду разработчика программы, состоящую, в частности, из текстового редактора,

позволяющего создавать и корректировать исходные тексты программ, средств поддержки интерфейса

программиста с системными средствами для выполнения различных сервисных функций (например,

сохранения или открытия файла);

транслятор – программу, переводящую исходный текст во внутреннее представление компьютера;

http://profbeckman.narod.ru/отладчик – программу для трассировки и анализа выполнения прикладных программ. Позволяет

отслеживать выполнение программы в пооператорном режиме, идентифицировать место и вид ошибок в

программе, наблюдают за изменением значений переменных, выражений и т.д.;

компоновщик – программа для подготовки прикладной программы к работе в конкретных адресах

основной памяти компьютера;

справочные системы

17 вопрос