Программное обеспечение электронно-вычислительных машин

- операционная система  пакетной обработки ;

- операционная система  разделения времени ;

- операционная система  реального времени ;

- операционная система  диалоговая. 

1. ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА  ПАКЕТНОЙ ОБРАБОТКИ - это система,  которая обрабатывает пакет заданий,  т. е. несколько заданий, подготовленной  одним или больше пользователями. Пакет заданий поступает в  ЭВМ и взаимодействие между  пользователем и его заданием  во время вычислительного процесса  невозможно. Данная операционная  система может функционировать  однопрограммном и мультипрограммном режимах. 

2. ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА  РАЗДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ - обеспечивает  одновременное обслуживание многих  пользователей, позволяет любому  пользователем взаимодействовать  со своим заданием. Эффект одновременной  работы достигается разделением  процессорного времени и других  ресурсов между несколькими вычислительными  процессами, которые заданны разными  пользователями. Операционная система  выстраивает очередь из поступающих  заданий, выделяет квант времени  для доступа к центральному  процессору каждому заданию согласно  очереди. Выполнив первое задание,  операционная система 1 отсылает  его в конец очереди и переходит  ко второму и т. д. 

3. ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА  РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ - это система,  которая гарантирует оперативное  выполнение запросов в течении заданного интервала времени. При этом скорость вычислительных процессов в ЭВМ должна согласоваться со скоростью временных процессов, т.е. и ходом реального времени. ЭВМ с данной операционной системой чаще всего работает в однозначном режиме. 

4.ДИАЛОГОВЫЕ ОПЕРАЦИОННЫЕ  СИСТЕМЫ - предназначены для индивидуального  пользования и обеспечивают удобную  форму диалога ЭВМ с пользователем  через дисплей при вводе и  выполнении команд. 

Функционирует операционная система обычно в однопрограммном  режиме. 

Независимо от типа операционная система чаще всего  состоит из относительно компактного  ядра - монитора (супервизора) и и набора системных программ и данных. Состав операционной системы предоставлен на рис.3. 

ДРАЙВЕР - программа, управляющая физической работой  внешнего - периферийного устройства. 

УТИЛИТА - программа, предназначена для подготовке исходных информации и организации хранение и использование программ - СЕРВИСНАЯ ПРОГРАММА. 

БИБЛИОТЕКА ПРОГРАММ - набор файлов, связанных одним  каталогом, в который могут входить  объектные модули (программы), макроопределения языка программирования и др.

-------------------------¬

 ¦  ОПЕРАЦИОННАЯ  СИСТЕМА  ¦

L-T-------------------T--

   ¦                   ¦

--+-------¬       ----+---------------------------¬

 ¦ МОНИТОР ¦       ¦ СИСТЕМНЫЕ ПРОГРАММЫ И ДАННЫЕ  ¦

L----------       LT-----------T----------------T-

                    ¦           ¦                ¦

             -------+---¬  -----+----¬  ---------+------------¬

             ¦ ДРАЙВЕРЫ ¦  ¦ УТИЛИТЫ ¦ ¦ БИБЛИОТЕКИ ПРОГРАММ ¦

             L-----------  L----------  L---------------------

                             Рис. 3 

Рассмотрим операционную систему MS-DOS, с которой работают большинство персональных компьютеров.  

Важнейшим достоинством MS-DOS является модульность. Это свойство позволяет изолировать друг от друга  отдельные части большой и  сложной программы, облегчая ее разработку, а также позволяет объединить в каждом модуле определенные логически  связанные группы функций. Если возникает  необходимость в замене или расширении такой группы функций, то это можно  сделать путем замены или модификации лишь одного модуля, а не всей системы. 

MS-DOS состоит из  следующих основных модулей: 

- базовая система  ввода/вывода (BIOS - Basic Input Uotrut SYSTEM); 

- блок начальной  загрузки (Boot Record); 

- модуль расширения  базовой системы ввода/вывода (IO.SYS); 

- модуль обработки  прерываний (MSDOS.SYS); 

- командный процессор  (COMMAND.COM); 

- внешние команды  (файлы); 

- драйверы устройств  (файлы). 

В таблице 1 указывается  место нахождения модулей операционной системы. 

Таблица 1

    ------------------------------------------------------------¬

    ¦Место размещения                   Модули MS-DOS           ¦

    +-----------------------------------------------------------+

    ¦Постоянная память       Базовая система ввода/вывода (BIOS)¦

    ¦-----------------------------------------------------------¦

    ¦                                     Блок начальной        ¦

    ¦                                 загрузки (Boot Record)    ¦

    ¦Системный  диск                    Модуль расширения       ¦

    ¦"скрытые  файлы"                     базовой системы        ¦

    ¦                                  ввода/вывода (IO.SYS)    ¦

    ¦                                    Модуль обработки       ¦

    ¦                                 прерываний (MSDOS.SYS)    ¦

    ¦-----------------------------------------------------------¦

    ¦                                   Командный процессор     ¦

    ¦Системный или рабочий                 (COMMAND.COM)        ¦

    ¦         диск                    Внешние команды (файлы)   ¦

    ¦                                Драйверы устройств (файлы) ¦

    L------------------------------------------------------------ 

Рассмотрим функции  модулей MS-DOS и алгоритм (см. приложение  

1) загрузки в оперативно-запоминающее  устройство компьютера. 

1.Базовая система  ввода/вывода размещается в постоянной  памяти компьютера и является  одновременно аппаратной частью  и частью операционной системы. 

Первая функция BIOS - автоматическое тестирование основных компонентов компьютера при его  включении. Основная часть времени  тестирования тратится на проверку ОЗУ (на экране во время тестирования выводятся  цифры, которые отражают количество проверенных блоков памяти). При  обнаружении ошибки на экран выводится  сообщение о найденном сбое оборудования. 

Вторая функция BIOS - вызов блока первоначальной загрузки операционной системы с диска, выполняется  по окончании тестирования. Загрузив в ОЗУ блок первоначальной загрузки, BIOS передает ему управление, а он в свою очередь, загружает другие модули операционной системы. 

Третья функция BIOS - обслуживание прерываний. Основным принципом  работы компьютера является принцип базирующийся на системе прерываний. Система прерывание - это совокупность аппаратных и программных средств, обеспечивающих процесс переключения с од ной программы на другую и возврат к продолжению прерванной программы за счет операций процессора, называемых прерыванием. Прерывание - это операция процессора, состоящая в сохранении состояния процессора, предшествовавшего прерыванию, и установлении нового состояния. Это состояние запоминается в регистрах процессора и называется - слово состояние процессора, которое состоит из последовательности битов, значение которых отражают текущее состояние процессора и выполняемой им программы. Прерывание это реакция процессора на некоторое условие, возникающее в процессоре или вне его. Реакция выражается в прекращении выполнения текущей команды для обработки возникщего условия. Прерывание иногда позволяет об работать такое условие специальной программой и вернуться к прерванной программе. 

Прерывания бывают трех видов: 

- аппаратные (например: нажатие клавиши); 

- логическое или  процессорное (например: деление на  ноль); 

- программные (например: команды ввода/вывода). 

Каждое прерывание имеет уникальный номер от 0 до 255 и с ним связана определенная программа, призванная обслуживать  возникшую ситуацию. На BIOS возложена  задача обслуживать прерывания нижнего уровня, т.е. тех, которые требуют непосредственного управления аппаратными компонентами компьютера. Это прерывания с номерами от 0 до 31. Прерывания с номерами от 32 и выше относятся к прерываниям верхнего уровня и обрабатываются модулем обработки прерываний MSDOS.SYS. 

BIOS является "программной  оболочкой" вокруг аппаратных  средств компьютера, предоставляет  возможность другим программам, а также и самой операционной  системе, обращаться к внешним  устройствам компьютера через  механизм прерываний. 

2.Блок первоначальной  загрузки - очень короткая программа,  которая выполняет функцию загрузчика  двух модулей операционной системы  - модуля расширения BIOS (IO.SYS) и модуля  обработки прерываний (MSDOS.SYS). Блок  первоначальной загрузки всегда  расположен на нулевой дорожке  диска в первом секторе.  

Блок первоначальной загрузки просматривает каталог  гибкого диска А, при его отсутствии - диска С, убедившись, что первые два файла являются модулями IO.SYS и MSDOS.SYS, считывает их в ОЗУ компьютера. Оба файла размещаются на диске всегда первыми, что делает диск системным, и снабжены специальным атрибутом файла, который делает их "невидимыми" (при выводе корневой директории диска на экран дисплея эти имена файлов будут отсутствовать). 

3.Модуль расширения  базовой системы ввода/вывода (IO.SYS) это файл, представляющий собой  дополнение к BIOS. Он загружается  в ОЗУ и остается в ней  постоянно. Расширение BIOS придает  гибкость операционной системе,  позволяя добавлять к BIOS драйверы, обслуживающие дополнительные устройства. Драйверы требуются в тех случаях,  когда обмен информацией с  устройствами должен происходить  иначе, чем принято в BIOS. О  необходимости подключения к  операционной системе драйверов  внешних устройств, а также  об изменении параметров операционной  системы сообщается в файле  конфигурации CONFIG.SYS. Этот файл обрабатывается  модулем расширения BIOS. 

4.Модуль обработки  прерываний (MSDOS.SYS) является основным  модулем операционной системы.  Он обеспечивает взаимодействие  с программами пользователя. Так  же, как и модуль BIOS, модуль обработки  прерываний (MSDOS.SYS) загружается в  ОЗУ и остается на весь сеанс  работы с компьютером. 

Компонентами данного  модуля являются подпрограммы, обеспечивающие работу файловой системы, информационный обмен с дисками, а также обслуживание некоторых специальных ситуаций. При обращении к этим подпрограммам  из прикладной программы модуль обработки  прерываний получает параметры операций и выполняет требуемые действия или преобразует полученные параметры  в один или несколько запросов к модулю расширения BIOS. Функции, реализуемые  модулем обработки прерываний (MSDOS.SYS), в первую очередь используются командами MS-DOS, обрабатываемыми командным  процессором (DIR, COPY и т.д.), но с тем же успехом они могут вызываться прикладными программами. 

5.Командный процессор  хранится в виде файла с  именем COMAND.COM, обычно на том диске,  с которого загружается операционная  система. В отличие от рассмотренных  выше двух модулей файл с  командным процессором может  занимать на диске любое место  и трактуется как обычная программа. 

Функции командного процессора заключается в следующем: 

1.Прием и синтаксический  разбор команд, полученных с клавиатуры  или из командного файла; 

2.Исполнение внутренних  команд операционной системы;  

3.Загрузка и исполнение  внешних команд (программ) операционной  системы и прикладных программ  пользователя (находящихся в файлах, имеющих расширение COM.EXE и BAT). 

Некоторые команды (TYPE, DIR и другие) командный процессор  выполняет сам. Такие команды  называются внутренними. Для выполнения остальных (внешних) команд пользователя командный процессор ищет на дисках программу с соответствующем именем (например, FORMAT), и если находит ее, то загружает в память и передает ей управление. По окончании работы программы командный процессор удаляет программу из памяти и выводит сообщение о готовности к выполнению команд (приглашение MS-DOS). 

Запуск прикладной программы осуществляется так же, как обращение к внешней команде. В функции командного процессора входит также исполнение командных  файлов. Один из них, а именно файл с  именем AUTOEXEC.BAT выполняется автоматически  после загрузки операционной системы. Когда в качестве команды дается имя командного файла (файла имеющего расширение BAT), командный процессор  начинает последовательно читать и  интерпретировать содержащиеся в нем  строки, каждая из которых может  содержать одну команду, метку или  комментарий. Если в очередной строке стоит команда, осуществляющая вызов  некоторой программы, то выполнение командного файла приостанавливается и начинается работа вызванной программы. После ее завершения продолжается выполнение командного файла.