Узагальнена структура програмного забезпечення обчислювальних систем

Огляд і характеристика операційних систем

Системне програмне забезпечення означає програми і комплекси програм, які є загальними для всіх, хто спільно використовує технічні засоби комп’ютера, і використовувані як для автоматизації розробки (створення) нових програм, так і для організації виконання програм існуючих. З цих позицій системне програмне забезпечення може бути розділене на п’ять груп:

1. Операційні системи.
2. Системи керування файлами.
3. Інтерфейсні оболонки для взаємодії користувача з ОС і програмні середовища.
4. Системи програмування.
5. Утиліти.

Операційною системою (ОС) називається комплекс керуючих і оброблюючих програм, який, з однієї сторони, виступає як інтерфейс між апаратурою комп’ютера і користувачем з його задачами, а з другої – призначений для найбільш ефективного використання ресурсів обчислювальної системи і організації надійних обчислень.

Будь–який компонент прикладного програмного забезпечення обов’язково працює під керуванням ОС.

Ні один компонент програмного забезпечення, за виключенням самої ОС, не має безпосереднього доступу до апаратури комп’ютера. Користувачі взаємодіють зі своїми програмами через інтерфейс ОС. Будь–які команди перед тим, як попасти в прикладну програму, спочатку проходять через ОС.

Призначення системи керування файлами – організація більш зручного доступу до даних, організованих як файли. Завдяки системі керування файлами замість низькорівневого доступу до даних з вказанням конкретних фізичних адрес потрібного запису використовується логічний доступ з вказанням імені файла і запису в ньому.

Всі сучасні ОС мають відповідні системи керування файлами. Виділення цього виду системного програмного забезпечення в окрему категорію є доцільним, оскільки ряд ОС дозволяє працювати з кількома файлами системи (або з однією із кількох, або з кількома одночасно).

Можна назвати приклади найпростіших ОС, які можуть працювати і без файлових систем, їм необов’язково мати систему керування файлами. Будь–яка система керування файлами не існує сама по собі – вона розроблена для роботи в конкретній ОС і системою FAT має багато реалізації як система управління файлами, наприклад, FAT16 для MS DOS, super-FAT для OS/2, FAT для Windows NT та інші.

Для роботи з файлами, організованими у відповідності з деякою файловою системою, для кожної ОС має бути розроблена відповідна система керування файлами; і ця система керування файлами буде працювати в тій ОС, для якої вона і створена.

Для зручності взаємодії з ОС використовуються додаткові інтерфейсні оболонки. Їх основне призначення – розширити можливості по керуванню ОС або змінити вбудовані в систему можливості.

В якості прикладів можна назвати різні варіанти графічного інтерфейсу X-Windows в системах сімейства UNIX або інтерфейс Explorer сімейства ОС компанії Microsoft.

Ряд операційних систем можуть організовувати виконання програм, створених для інших ОС. Наприклад, в OS/2 можна виконувати як програми, створені для самої OS/2, так і програми, призначені для використання в середовищі MS DOS Windows3.X. Відповідне операційне середовище організовується в операційній системі в рамках окремої віртуальної машини. В системі Linux можна створити умови для виконання окремих програм, написаних для Windows95/98. Операційна система Windows NT дозволяє виконувати деякі програми, створені для MS DOS, OS/2 I.X, Windows 3.X.

В останньому сімействі Windows2000 розробники вирішили відмовитися від підтримки можливості виконання DOS–програм.

До цього класу системного програмного забезпечення слід віднести і емулятори, що дозволяють змоделювати в одній операційні системі будь–яку іншу машину або операційну систему. Наприклад, система емуляції WMWARE, яка дозволяє запустити в середовищі Linux будь – яку іншу ОС, наприклад Windows. Можна створити емулятор, що працює в середовищі Windows і дозволяє змоделювати комп’ютер який працює під керуванням будь–якої ОС, в тому числі і під Linux.

Системапрограмування представлена такими компонентами:

• транслятор з відповідної мови;
• бібліотеки підпрограм;
• компоновники;
• відлагоджувачі.

Будь–яка система програмування може працювати тільки у відповідній ОС, під яку вона і створена, при цьому вона дозволяє розробити програмне забезпечення і під інші ОС. Наприклад, система програмування на мові C/C++ від фірми Watcom для OS/2 дозволяє створювати і для самої OS/2, і для DOS, і для Windows.

Утиліти – це спеціальні системні програми, за допомогою яких можна :

• обслуговувати саму операційну систему;
• підготовлювати для роботи носії даних;
• виконати перекодування даних;
• здійснювати оптимізацію розміщення даних на носіях;
• виконувати деякі інші роботи, пов’язані з обслуговуванням обчислювальної системи.

До утиліт можна віднести :

• програму розбиття накопичувача на магнітних дисках на розділи;
• програму форматування дисків;
• програму переносу основних системних файлів ОС.

До утиліт можна віднести комплекси програм фірми Symantec Norton Utilites. Утиліти можуть працювати у відповідній операційній системі.

Основні функції ОС :

1. прийом від користувача (або від оператора системи) завдань або команд, сформульованих на відповідній мові – у вигляді директив (команд) оператора або у вигляді вказань (своєрідних команд) за допомогою відповідного маніпулятора (наприклад, за допомогою миші), та їх обробка;

2. прийом і виконання програмних запитів на запуск, призупинку, зупинку інших програм;

3. завантаження до оперативної пам’яті програм, що мають виконуватися;

4. ініціалізація програми (передача їй керування, в результаті чого процесор виконує програму);

5. ідентифікація всіх програм і даних;

6. забезпечення роботи системи керування файлами (СКФ) і/або систем керування базами даних (СКБД), що дозволяє різко збільшити ефективність всього програмного забезпечення;

7. забезпечення режиму мультипрограмування двох або більше програм на одному процесорі, що створює видимість їх одночасного виконання;

8. забезпечення функцій по організації і керуванню всіма операціями вводу-виводу;

9. задоволення жорстким обмеженням на час відповіді в режимі реального часу;

10. розподіл пам’яті, а в більшості сучасних систем і організація віртуальної пам’яті;

11. планування і диспетчеризація задач у відповідності із заданими стратегією і дисциплінами обслуговування;

12. організація механізмів обміну повідомленнями і даними між виконуваними програмами;

13. захист однієї програми від впливу іншої; забезпечення збереження даних;

14. надання послуг на випадок часткового збою системи;

15. забезпечення роботи систем програмування, за допомогою яких користувачі готують свої програми.