«А.П. Пятибратов, Л.П. Гудыно, А.А. Кириченко Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы Учебно-методический комплекс под редакцией профессора Пятибратова А.П. Москва, 2009 УДК 004 ББК 32.973.202 П 994 ...»

В основе магнитооптических компакт-дисков (CD-MO) лежит воздействие магнитного поля на нагретый до критической температуры материал. В результате этого изменяются отражающие свойства покрытия диска или производится его намагничивание в определенном направлении. Магнитооптические диски позволяют записывать, читать и стирать информацию. На таких дисках могут быть выделены зоны, предназначенные только для чтения или для многократной записи. CD-MO выпускаются в виде минидисков диаметром 2,5 дюйма в пластмассовом корпусе трехдюймовой дискеты. Как для записи, так и для воспроизведения магнитооптических дисков необходимы специальные устройства. Емкость таких дисков составляет не менее 640 Мб. Из них могут создаваться магнитооптические библиотеки с автоматической сменой дисков (время на смену дисков составляет несколько секунд), емкость которых измеряется сотнями Гбайт.

Флоптики – это внешние запоминающие устройства, имеющие две головки: одну – обычную, для работы с дискетами DD и HD, другую – магнитооптическую. Разметка флоптической дискеты производится лучом лазера, благодаря чему дорожки плотнее располагаются друг к другу. У флоптических дискет используется тот же магнитный материал, что и у обычных дискет емкостью 2,88 Мб – барий-феррит.

DVD – это универсальный диск с высокой плотностью записи информации. По сравнению с обычными компакт-дисками CD и видеодисками VideoCD, плотность записи DVD увеличена в 7 раз. На DVD-диске за счет более мелкого микрорельефа информационной дорожки и использования многоуровневой записи удалось значительно увеличить количество записываемой информации.

Скорость считывания информации с DVD-диска значительно больше и, кроме того, изменяется в широких пределах в зависимости от сложности воспроизводимой на экране информации.

DVD-диск обеспечивает воспроизведение в 2 раза большего количества элементов изображения как по горизонтали, так и по вертикали. Таким образом, на изображении с DVD-диска количество видеоинформации в 4 раза больше, чем с VideoCD. VideoCD хранит 74 минуты изображения, тогда как DVD-5 – 133 минуты, DVD-10 – 266 минут (двусторонний диск), а DVD-17 (двухсторонний двухслойный диск) – 481 минуту.

В DVD используется более совершенный алгоритм сжатия цифровых данных – звука и изображения – MPEG-2 с переменной скоростью передачи данных.

При записи на DVD-диск используются новые цифровые системы многоканального звука Dolby Digital и DTS, которые позволяют записать 5-7 полностью независимых звуковых каналов с полной полосой звуковых частот 20 Гц-20 КГц.

Для проигрывания DVD-дисков необходимо устройство воспроизведения (DVDпроигрыватель). Обычно DVD-проигрыватель обладает такими функциями, как «Multi Aspect Function», «Multi-Story Function», «Multi-Angle Function», «Parental Lock».

«Multi Aspect Function» – это возможность вывода изображения с DVD-диска в различных форматах на стандартные (с изображением формата 4:3) и широкоэкранные (с изображением формата 16:9) телевизоры. На современных двусторонних DVD-дисках обычно записывают сразу две версии кинофильма: на одной стороне диска широкоэкранный вариант (widescreen), а на другой – стандартная версия (normal).

Режиме «Multi-Story Function» возможен интерактивный просмотр DVD-диска.

При этом сам зритель через соответствующее меню диска с помощью пульта дистанционного управления DVD-проигрывателя может выбирать один из возможных вариантов развития событий, как это делается в большинстве компьютерных игр.

«Multi-Angle Function» – функция, позволяющая наблюдать за событиями, воспроизводимыми на экране с DVD-диска, как бы с разных точек зрения. Форматом DVD предусмотрена возможность записи на диск до 9 различных вариантов изображения, снятых в разных ракурсах различными видеокамерами при записи изображения. При помощи пульта дистанционного управления любого DVD-проигрывателя зритель сам может выбрать наиболее интересный для него ракурс изображения.

С помощью функции «Parental Lock» возможно осуществление возрастной цензуры при просмотре DVD-диска. В зависимости от возраста ребенка его родители через соответствующее меню DVD-проигрывателя могут выбрать одну из условных возрастных категорий – PG, PG-13, R, NC-17. При этом будет осуществляться «мягкая» цензура просмотра детьми видеопрограмм. В зависимости от выбранной родителями возрастной категории, DVD-проигрыватель сам найдет и пропустит все нежелательные для просмотра детьми данного возраста моменты и сцены.

В качестве примера можно указать DVD-Video проигрыватель DVD-RV32EE-S, позволяющий воспроизводить DVD-Video, DVD-R, CD, CD- R/RW, MP3.

2.6. Система прерываний ЭВМ Современная ЭВМ представляет собой комплекс автономных устройств, каждое из которых выполняет свои функции под управлением местного устройства управления независимо от других устройств машины. Включает устройство в работу центральный процессор (ЦП). Он передает устройству команду и все необходимые для ее исполнения параметры. После начала работы устройства центральный процессор отключается от него и переходит к обслуживанию других устройств или к выполнению других функций.

Можно считать, что центральный процессор переключает свое внимание с устройства на устройство и с функции на функцию. На что именно обращено внимание ЦП в каждый данный момент, определяется выполняемой им программой.

Во время работы в ЦП поступает (и вырабатывается в нем самом) большое количество различных сигналов. Сигналы, которые выполняемая в ЦП программа способна воспринять, обработать и учесть, составляют поле зрения ЦП, или, другими словами, входят в зону его внимания.

Например, если процессором исполняется программа сложения двух двойных слов, которая анализирует регистр флагов ЦП, то в поле ее зрения находятся флаги микропроцессора, определяющие знаки исходных данных и результата, наличие переноса из тетрады или байта, переполнения разрядной сетки и др. Такая программа готова реагировать на любой из сигналов, находящихся в ее зоне внимания (а поскольку именно Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы программа управляет работой ЦП, то она определяет и зону внимания центрального процессора). Но если во время выполнения такой программы нажать какую-либо клавишу, то эта программа не заметит сигнала от этой клавиши, так как он не входит в ее поле зрения.

Для того чтобы ЦП, выполняя свою работу, имел возможность реагировать на события, происходящие вне его зоны внимания, наступления которых он не ожидает, существует система прерываний ЭВМ. При отсутствии системы прерываний все заслуживающие внимания события должны находиться в поле зрения процессора, что сильно усложняет программы и требует их большой избыточности. Кроме того, поскольку момент наступления события заранее неизвестен, процессор в ожидании какого-либо события может находиться длительное время, и чтобы не пропустить его появления, ЦП не может «отвлекаться» на выполнение какой-либо другой работы. Такой режим работы (режим сканирования ожидаемого события) связан с большими потерями времени ЦП на ожидание.

Кроме сокращения потерь на ожидание, режим прерываний позволяет организовать выполнение такой работы, которую без него реализовать просто невозможно. Например, при появлении неисправностей, нештатных ситуаций режим прерываний позволяет организовать работу по диагностике и автоматическому восстановлению в момент возникновения нештатной ситуации, прервав выполнение основной работы таким образом, чтобы сохранить полученные к этому времени правильные результаты. В то же время без режима прерываний обратить внимание на наличие неисправности система могла только после окончания выполняемой работы (или ее этапа) и получения неправильного результата.

Таким образом, система прерываний позволяет микропроцессору выполнять основную работу, не отвлекаясь на проверку состояния сложных систем при отсутствии такой необходимости, или прервать выполняемую работу и переключиться на анализ возникшей ситуации сразу после ее появления.

Помимо требующих внимания нештатных ситуаций, которые могут возникнуть при работе микропроцессорной системы, процессору полезно уметь «переключать внимание» и на различные виды работ, одновременно выполняемые в системе. Поскольку управление работой системы осуществляется программой, этот вид прерываний должен формироваться программным путем.

В зависимости от места нахождения источника прерываний, они могут быть разделены на внутренние (программные и аппаратные) и внешние прерывания (поступающие в ЭВМ от внешних источников, например, от клавиатуры или модема).

Принцип действия системы прерываний заключается в следующем: при выполнении программы после каждого рабочего такта микропроцессора изменяется содержимое регистров, счетчиков, состояние отдельных управляющих триггеров, т.е. изменяется состояние процессора. Информация о состоянии процессора лежит в основе многих процедур управления вычислительным процессом. Не вся информация одинаково актуальна, есть существенные элементы, без которых невозможно продолжение работы. Эта информация должна сохраняться при каждом переключении внимания процессора.

Совокупность значений наиболее существенных информационных элементов называется вектором состояния или словом состояния процессора (в некоторых случаях оно называется словом состояния программы).

Вектор состояния в каждый момент времени должен содержать информацию, достаточную для продолжения выполнения программы или повторного пуска ее с точки, соответствующей моменту формирования данного вектора.

Вектор состояния формируется в соответствующем регистре процессора или в группе регистров, которые могут использоваться и для других целей.

Наборы информационных элементов, образующих векторы состояния, отличаются у ЭВМ разных типов. В IBM PC вектор состояния включает содержимое счетчика команд, сегментных регистров, регистра флагов и аккумулятора (регистра АХ). В более поздних версиях основу вектора состояния образуют такие регистры, как Mashine status word (MSW), регистр TR (регистр состояния задачи) и др.

При возникновении события, требующего немедленной реакции со стороны машины, ЦП прекращает обработку текущей программы и переходит к выполнению другой программы, специально предназначенной для данного события, по завершению которой возвращается к выполнению отложенной программы. Такой режим работы называется прерыванием.

Каждое событие, требующее прерывания, сопровождается специальным сигналом, который называется запросом прерывания. Программа, затребованная запросом прерывания, называется обработчиком прерывания.

Запросы на прерывание могут возникать из-за сбоев в аппаратуре (зафиксированных схемами контроля), переполнения разрядной сетки, деления на ноль, выхода за установленные для данной программы области памяти, затребования периферийным устройством операции ввода-вывода, завершения этой операции ввода-вывода или возникновения при этой операции особых условий и т.д.

Некоторые из этих запросов порождаются самой программой, но время их возникновения невозможно предсказать заранее.

При наличии нескольких источников запросов прерывания часть из них может поступать одновременно. Поэтому в ЭВМ устанавливается определенный порядок (дисциплина) обслуживания поступающих запросов. Кроме того, в ЭВМ предусматривается возможность разрешать или запрещать прерывания определенных видов.

В реальном режиме ПЭВМ IBM PC может выполнять 256 различных прерываний, каждое из которых имеет свой номер (двухразрядное шестнадцатеричное число).

Все прерывания делятся на две группы: прерывания с номера 00h по номер 1Fh называются прерываниями базовой системы ввода-вывода (BIOS – Basic Input-Output System);

прерывания с номера 20h по номер FFh называются прерываниями (или функциями) DOS.

Прерывания DOS имеют более высокий уровень организации, чем прерывания BIOS, они строятся на использовании модулей BIOS в качестве элементов.

Прерывания делятся на три типа: аппаратные, логические и программные.

Аппаратные прерывания вырабатываются устройствами, требующими внимания микропроцессора: прерывание № 2 – отказ питания; № 8 – от таймера; № 9 – от клавиатуры; № 12 – от адаптера связи; № 14 – от НГМД; № 15 – от устройства печати и др.

Запросы на логические прерывания вырабатываются внутри микропроцессора при появлении «нештатных» ситуаций: прерывание № 0 – при попытке деления на 0; № 4 – при переполнении разрядной сетки арифметико-логического устройства; № 1 – при переводе микропроцессора в пошаговый режим работы; № 3 – при достижении программой одной из контрольных точек. Последние два прерывания используются отладчиками программ для организации пошагового режима выполнения программ (трассировка) и для остановки программы в заранее намеченных контрольных точках.

Запрос на программное прерывание формируется по команде INT n, где n – номер вызываемого прерывания. Запрос на аппаратное или логическое прерывание вырабатывается в виде специального электрического сигнала.

Программы – обработчики прерываний могут находиться в различных частях основной памяти (место их расположения в разных версиях операционных систем может быть различным). Для обеспечения совместимости программ под разными версиями операционной системы обращение к обработчикам прерываний осуществляется по их номерам.

Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы В реальном режиме связь между номером прерывания и адресом основной памяти, соответствующим точке входа в обработчик прерывания, осуществляется через таблицу векторов прерываний, занимающую 1 Кб сегмента 0 основной памяти.

В 32-битных микропроцессорах число n в команде INTn определяет номер индекса вызываемого прерывания в таблице дескрипторов прерываний IDT. Таблица IDT в режиме реальной адресации является массивом четырехбайтных дальних указателей. Линейный базовый адрес таблицы IDT определяется содержимым регистра IDTR. При переходе в режим реальных адресов первоначальное значение IDTR равно нулю (т.е. начало таблицы DTR совпадает с началом вектора прерываний IBM PC).

2.7. Инструментальные средства контроля и диагностики ЭВМ Для определения конфигурации, контроля работоспособности и диагностики ЭВМ разработано большое количество программных средств. Они делятся на универсальные и специализированные. К универсальным средствам можно отнести такие пакеты, как Checkit, Sisoft Sandra, Dr HardWare, HWINFO и др; к специализированным – программы, выполняющие, в основном, одну какую-либо функцию, например, дающую сведения о системе или позволяющие диагностировать систему (winmsd.exe – программа для диагностики Windows NT/2000/XP, входящая в стандартный комплект Windows 2000/XP, или внешняя программа msinfo32.exe), позволяющие провести тестирование отдельного устройства (CRT, Nokia Monitor Test), сравнить характеристики исследуемой ЭВМ с другими (WinBench).

К инструментальным средствам контроля и диагностики ЭВМ относятся так же отладчики машинных программ, позволяющие «заглянуть внутрь» электронной вычислительной машины, благодаря чему можно получить любые ее параметры из первоисточника, т.е. из управляющих таблиц BIOS и операционной системы ЭВМ. Наиболее доступными отладчиками являются debug.exe и ntsd.exe, поскольку они входят в стандартный комплект наиболее распространенных операционных систем MS DOS и Windows 95/98/NT/2000/XP.

1. Какие устройства ЭВМ относятся к центральным?

2. В какой последовательности работают блоки микропроцессора при выполнении машинной команды?

3. Объясните разницу между однопрограммным и многопрограммным режимами работы ЭВМ.

4. Чем различаются интерпретаторы и компиляторы?

5. Для чего предназначен вектор прерывания, и какую структуру он имеет?

6. С помощью каких программных средств можно получить информацию о конфигурации находящейся перед вами ЭВМ?

7. Назовите общие черты и особенности CISK- и RISK-процессоров.

8. Какие микропроцессоры фирмы Intel Вы знаете, что их характеризует?

9. Как связано ОЗУ с микропроцессорным комплектом ЭВМ?

10. От чего зависит максимальная емкость ОП?

11. Какие особенности имеет матричная развертка?

12. Охарактеризуйте принцип действия аналогового монитора.

13. От чего зависит объем дискеты?

14. Что такое «фактор чередования секторов», в каких устройствах и для чего 15. Как обрабатываются в ЭВМ сигналы, поступающие от клавиатуры?

16. От чего зависит разрешающая способность принтера?

1. Какое из приведенных ниже высказываний наиболее точно и полно характеризует «многопрограммный» режим работы ЭВМ?

а) процессор одновременно выполняет несколько программ;

б) различные устройства ЭВМ в один и тот же момент времени выполняют разные задания;

в) в ОП ЭВМ одновременно находятся несколько различных программ и необходимая для их работы информация.

2. Какая разновидность трансляторов предусматривает полный перевод программы с алгоритмического языка на язык машины и лишь после этого – выполнение программы?

а) компилятор;

б) интерпретатор;

в) загрузчик.

3. Для чего необходима регенерация изображения на экране ЭЛТ?

а) для повышения быстродействия ЭВМ;

б) для ускорения работы монитора;

в) для стабилизации яркости изображения на экране.

4. Чем объясняется тот факт, что количество сигналов от клавиатуры превышает количество клавиш и их допустимых комбинаций?

а) при нажатии и отпускании клавиш вырабатываются разные сигналы;

б) сигналы от клавиатуры зависят от показаний таймера;

в) в ЭВМ используются несколько прерываний для работы с клавиатурой.

5. Какой принцип формирования изображения знака используется в струйном принтере?

а) литерный;

б) матричный;

в) комбинированный.

Тренировочные задания к разделу 1. Определите емкость дискеты, если известно, что она двусторонняя, имеет по 80 дорожек на каждой стороне, 18 секторов на дорожке, емкость сектора 512 байт.

2. Определите пропускную способность внешней кэш-памяти, имеющей время доступа 15 нсек (15*10-9сек.), работающей с 64-битными словами (8 байт) при частоте системной магистрали 66 Мгц.

3. Определите максимальную разрешающую способность монитора с диагональю экрана 17" и размере зерна 0,24 мм.

Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы ТЕМА 3.

3.1. Структура программного обеспечения компьютера В настоящее время отсутствует единая классификация состава программного обеспечения (ПО). Литературные источники по-разному трактуют структуры программных средств компьютеров различных классов. Наиболее сложное по структуре и составу ПО имеют большие универсальные ЭВМ широкого назначения, так как они призваны обеспечивать пользователей самыми разнообразными сервисными услугами независимо от характера их задач.

Программное обеспечение компьютеров разделяют на общее, или системное (general Software), и специальное, или прикладное (application or special Software) (рис. 18).

Рис. 18. Структура программного обеспечения Общее ПО (ОПО) объединяет программные компоненты, обеспечивающие многоцелевое применение компьютера и мало зависящие от специфики вычислительных работ пользователей. Сюда входят программы, организующие вычислительный процесс в различных режимах работы машин, программы контроля работоспособности, диагностики и локализации неисправностей, программы контроля заданий пользователей, их проверки, отладки и т.д.

Общее ПО обычно поставляется потребителям комплектно с компьютером. Часть этого ПО может быть реализована в составе самого компьютера. Например, в ПК часть программ операционных систем и часть контролирующих тестов записана в ПЗУ этих машин.

Специальное ПО (СПО) содержит пакеты прикладных программ пользователей (ППП), обеспечивающие специфическое применение компьютеров и вычислительных систем (ВС).

Прикладной программой называется программный продукт, предназначенный для решения конкретной задачи пользователя.

Определение Обычно прикладные программы объединяются в пакеты, что является необходимым атрибутом автоматизации труда каждого специалиста-прикладника. Комплексный характер автоматизации производственных процессов предопределяет многофункциональную обработку данных и объединение отдельных практических задач в ППП.

Специализация пакета определяется характером решаемых задач (пакеты для разработки экономических документов, рекламных роликов, планирования и др.) или необходимостью управления специальной техникой (управление сложными технологическими процессами, управление бортовыми системами кораблей, самолетов и т.п.). Такие специальные пакеты программ могут иcпользовать отдельные подразделения, службы, отделы учреждений, предприятий, фирм для разработки различных планов, проектов, документов, исследований. В некоторых случаях СПО может иметь очень сложную структуру, включающую библиотеки, каталоги, программы-диспетчеры и другие обслуживающие компоненты. Программы СПО разрабатываются с учетом интересов определенной группы пользователей, иногда даже по их заказам и при их непосредственном участии.

СПО ПК комплектуется в зависимости от места и роли автоматизированного рабочего места (АРМ) работника, использующего в своей деятельности компьютер. В ПО ПК обычно включают небольшое число пакетов программ (табличный процессор, текстовый редактор, система управления базами данных и др.), ориентированных на работу с документами. В последнее время наметилась тенденция к комплексированию и слиянию их в интегрированные программные продукты. Например, пакет MS Office фирмы Microsoft объединяет все перечисленные продукты.

Общее ПО включает в свой состав:

• операционную систему (ОС);

• средства автоматизации программирования (САП);

• комплекс программ технического обслуживания (КПТО);

• пакеты программ, дополняющие возможности ОС (ППос);

• систему документации (СД).

Операционная система служит для управления вычислительным процессом путем обеспечения его необходимыми ресурсами.

Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы Средства автоматизации программирования объединяют программные модули, обеспечивающие этапы подготовки задач к решению, перечень этих этапов был приведен в разделе 1. (табл. 1).

Модули КПТО предназначены для проверки работоспособности вычислительного комплекса. Любой компьютер содержит достаточно многочисленные проверочные и диагностические тест-программы, предназначенные для контроля работоспособности различных его устройств. Часть этих средств записана в ПЗУ, обеспечивая проверки перед началом вычислений. Многие пакеты, такие как Norton Utilities, PC Tool Deluxe и др., содержат наборы вспомогательных программ-утилит, что дает пользователям необходимый сервис при подготовке вычислений (архивация и сжатие программ, обслуживание дисков и т.д.).

Важной частью ПО является система документации, хотя она и не является программным продуктом. СД предназначается для изучения программных средств, она определяет порядок их использования, устанавливает требования и правила разработки новых программных компонент и особенности их включения в состав ОПО или СПО.

По мере развития ЭВМ и ВС программное обеспечение постоянно усложняется по своей структуре и составу программных модулей. В настоящее время затраты на разработку и приобретение программных продуктов в несколько раз превышают стоимость технических средств (Hardware). Наиболее динамичное развитие оно получило в 1980-85е годы (см. рис. 2), когда были выявлены закономерности управления вычислительными процессами в однопроцессорных (одномашинных) системах.

Программное обеспечение современных ЭВМ и ВС строится по иерархическому модульному принципу. Это обеспечивает возможность адаптации ЭВМ и ВС к конкретным условиям применения, открытость системы для расширения состава предоставляемых услуг, способность систем к совершенствованию, наращиванию мощности и т.д.

Программные модули ПО, относящиеся к различным подсистемам, представляют для пользователя своеобразную иерархию программных компонент, используемую им при решении своих задач (рис. 19).

Рис. 19. Иерархия программных средств ЭВМ Нижний уровень образуют программы ОС, которые играют роль посредника между техническими средствами системы и пользователем. Однако прямое использование команд ОС требует от пользователя определенных знаний и специальной компьютерной подготовки, сосредоточенности, точности и внимания. Этот вид работ отличается трудоемкостью и чреват появлением ошибок в работе оператора. Поэтому на практике пользователи, как правило, работают не напрямую с ОС, а через программные оболочки.

Программные оболочки – «инструментальные программные средства, предназначенные для автоматизации работы с файлами и каталогами» [40]. В отдельных случаях для специфических применений используют целые командные системы – пакеты программ, дополняющие возможности ОС (ППос).

Определение Ярким примером подобных систем могут служить пакеты Norton Commander, DOS Navigator и другие, завоевавшие заслуженную популярность у пользователей. В этом ряду следует рассматривать и графический интерфейс пользователя в Windows (Graphical User Interface, GUI), обеспечивающий взаимодействие пользователя и компьютера. С помощью этих систем трудоемкость работы с компьютером значительно сокращается.

Работа пользователя при этом заключается в выборе определенных рубрик меню. Механизм обращения к модулям ОС упрощается.

Развитие и усложнение средств обработки, ОС и командных систем привело к появлению операционных сред (operational environment, например, в Microsoft Windows), обеспечивающих графический интерфейс с широчайшим С помощью ОС или операционных сред пользователь может активизировать любую нужную ему программу. В настоящее время на любой вид деятельности разрабатываются и совершенствуются ППП, позволяющие пользователям, даже не имеющим хорошей компьютерной подготовки, эффективно решать специфические задачи обработки информации (подготовка справок, писем, разработка документов, графическое представление данных и т.д.).

Квалифицированные пользователи, разрабатывающие собственные программные продукты, используют компоненты систем автоматизации программирования (САП).

В иерархии программных средств отсутствуют программы КПТО. Эти компоненты непосредственного участия в вычислениях не принимают, они только обеспечивают их. Перед началом вычислений их задачей является проверка работоспособности аппаратуры и параметров сопряжения перечисленных уровней ПО.

3.2. Операционные системы Центральное место в структуре ПО занимает операционная система (ОС).

Операционная система – это система программ, предназначенная для обеспечения определенного уровня эффективности цифровой вычислительной системы за счет автоматизированного управления ее работой и предоставляемого пользователям набора услуг1.

Определение Программные компоненты ОС обеспечивают управление вычислениями и реализуют такие функции, как планирование и распределение ресурсов, управление вводомвыводом информации, управление данными. Объем ОС и число составляющих ее программ в значительной степени определяются типом используемых ЭВМ, сложностью режимов работы ЭВМ и ВС, составом технических средств и т.д.

Гост 15971-84.

Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы Применение ОС имеет следующие цели:

•увеличение пропускной способности ЭВМ, то есть увеличение общего объема работы, выполняемой ЭВМ в единицу времени;

• уменьшение времени реакции системы, то есть сокращение интервала времени между моментами поступления заданий в ЭВМ и получения результатов;

• контроль работоспособности технических и программных средств;

• помощь абонентам и операторам при использовании ими технических и программных средств, облегчения их работы;

• управление программами и данными в ходе вычислений;

• обеспечение адаптации ЭВМ, ее структурной гибкости, заключающейся в способности изменяться, пополняться новыми техническими и программными средствами.

Любая ОС имеет средства приспособления к классам решаемых пользователями задач и к конфигурации средств, включаемых в ВС. Назначение состава услуг, которыми могут пользоваться абоненты, осуществляется различными методами. В больших ЭВМ формирование конкретной конфигурации ОС осуществляется на нескольких уровнях.

Предварительно этот состав определяется при генерации ОС.

Генерация системы – это процесс выделения отдельных частей операционной системы и построения частных операционных систем, отвечающих требованиям системы обработки данных (стандарт ISO 2382/10-79).

Определение Из полного набора программных модулей ОС (дистрибутива) формируется специальный набор этих средств, в наибольшей степени отвечающий запросам пользователей. Коррекция же состава используемых услуг может быть выполнена непосредственно перед решением задач операторами вычислительного центра или самими пользователями. Оперативное обращение к средствам ОС возможно и из программ пользователей, путем включения в них специальных директив.

Применительно к ПК типа IBM PC, у которых пользователь является одновременно и оператором, этот процесс видоизменен. Для каждого ПК создается так называемый системный диск с соответствующим набором программ дисковой операционной системы (DOS, Disc Operating System).

Для наиболее распространенных моделей ПК конфигурация аппаратных средств задается установкой перемычек на системной плате (motherboard) и платах контроллеров периферийных устройств, а также записывается в область данных BIOS и в энергонезависимую память CMOS. Конфигурацией можно управлять и программно. При первом включении компьютера программой Bios Setup Program (программа начальных установок) обеспечивается запись основных параметров системы, которые сохраняются в CMOS-памяти компьютера. Окончательная настройка ДОС производится файлами autoexec.bat и config.sys, а также выполнением отдельных команд, набираемых в командной строке ДОС.

Для каждого типа компьютера возможно использование нескольких типов ОС. Все они имеют несколько версий. Для IBM PC распространение получили MS DOS фирмы Microsoft, OS/2Warp и IBM DOS фирмы IBM, DR DOS фирмы Digital Research, DOS фирмы Novell. Отличия ОС определяются составом и детализацией системных функций. Более распространенной была MS DOS, она использовалась в большинстве ПК. MS DOS все больше вытесняется последними версиями MS Windows. Система DR DOS имеет очень развитые средства защиты информации и разграничение доступа, что предопределяет ее использование в системах с закрытием обрабатываемой информации. OS/2 Warp позволяет более полно использовать возможности самых мощных микропроцессоров при организации вычислительного процесса. Novell DOS ориентирована на работу компьютера в сети.

Отличительной особенностью DOS является интерфейс командной строки, сохранившийся и сегодня в операционных система Unix и Linux. Этот интерфейс более удобен для профессионалов, чем для рядового пользователя. Знание состава команд DOS и особенностей их применения было и остается залогом эффективной работы, но требует специфической начальной подготовки пользователей, что в некоторой степени сдерживало расширение рынка ПК и их программного обеспечения. Новые виды операционных систем, облегчая работу пользователей, сохраняют режим командной строки для работы с DOS-утилитами и для восстановления работоспособности систем при сбоях и отказах.

Для уяснения процедур планирования вычислениями конкретизируем понятие вычислительного процесса.

Вычислительный процесс в системе представляется в виде последовательности, как правило, ветвящейся, простых процессов – одноразовых работ, выполняемых ресурсами ВС.

Ресурсы ВС – это средства, необходимые для вычислений. К ресурсам ВС в первую очередь относят машинное время компьютера (процессоров), объемы внешней и особенно оперативной памяти, любые внешние устройства, подключаемые к ВС, вплоть до каналов связи. Ресурсами являются и программные средства, как общего, так и специального ПО, и даже отдельные инфорОпределение мационные массивы, например, базы данных, библиотеки и т.д.

Функции управления ресурсами операционная система осуществляет путем построения специальных управляющих таблиц, отражающих наличие и состояние ресурсов. Связь процессов в цепочки осуществляется по событиям, где событие это изменение состояния ресурса, изменение его характеристик. Именно по событиям ОС включается в работу и адекватно реагирует на сложившуюся ситуацию.

Управление вычислительным процессом практически не может быть оптимизировано, если не считать «заложенной стратегии» в саму ОС, так как априори для этого просто отсутствуют необходимые данные.

Основу любой ОС составляет управляющая программа, основными функциями которой являются управление заданиями, управление задачами, то есть управление ходом выполнения отдельных программ, и управление данными.

Задание это требование пользователя выполнить некоторые объема вычислительных работ. Процедуры управления заданиями обеспечивают предварительное планирование работы ЭВМ и оперативную связь пользователя и оператора с машиной во время работы. Планирование работы включает ввод пакетов или одиночных заданий, формирование очередей заданий в соответствии с их приоритетами, активизацию (запуск) и завершение заданий.

Каждое задание реализуется как определенная последовательность отдельных программ – задач. Задачи образуют отдельные программы вместе с обрабатываемыми ими данными. Например, типовое задание пользователя включает этапы трансляции, редактирования и собственно выполнения сформированной машинной программы. На каждом из этих этапов выполняется некоторая программа (задача), обрабатывающая определенные данные. Комплекс программ управления задачами обеспечивает автоматическое выполнение последовательности программ каждого задания пользователя.

Управление задачами требует распределения и назначения ресурсов (управления временем работы процессора, распределения оперативной памяти для программ пользователей и программ ПО, синхронизации выполнения задач и организации связей между Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы ними, управления очередностью задач, внешними устройствами защиты задач от взаимных помех). Ведущей программой управления задачами является управляющая программа – диспетчер: супервизор, базовый модуль ДОС или др. Часто используемые модули образуют ядро ОС, которое постоянно находится в оперативной памяти и быстро реагирует на изменяющиеся условия функционирования. Примером такой программы может служить командный процессор command.com для ПК типа IBM PC. Остальные программы ОС вызываются из ВЗУ в оперативную память по мере их надобности в вычислительном процессе.

Набор программ управления данными обеспечивает процессы организации, идентификации, размещения в ОП и на ВЗУ, хранения, построения библиотек и выборки всех данных, которые могут обрабатываться в компьютере.

В ПК программы управления заданиями представлены достаточно слабо, так как они изначально создавались как однопользовательские и однозадачные ЭВМ. С появлением ОС типа Windows, ориентированных на многозадачные и многопользовательские режимы, появились и эти процедуры. Программы же управления задачами и данными представлены достаточно полно. Так, ядро MS DOS включает следующие системы: файловую, управления памятью, управления программами, связи с драйверами устройств для управления периферийной аппаратурой, обработки ошибок, службы времени, общения с оператором.

Структурно DOS состоит из следующих элементов, представленных на рис. 20.

Кроме программных компонент, указанных на рисунке, ОС включает еще вспомогательные файлы autoexec.bat и config.sys. Они предназначаются для настройки на конкретные режимы работы.

Рис. 20. Структура ДОС ПЭВМ загрузка ввода-вывода Программа начальной загрузки (Boot Record) находится в первом секторе на нулевой дорожке системного диска. Ее объем 512 байт. После включения компьютера и его проверки постоянный модуль BIOS формирует вызов данной программы и ее запуск. Назначением программы начальной загрузки является вызов модуля расширения IO.sys и базового модуля MS DOS.sys.

Базовая система ввода-вывода (BIOS) является надстройкой аппаратурной части компьютера и напрямую к DOS не относится. Влияние BIOS на характеристики DOS осуществляется через постоянный модуль BIOS и модуль расширения. В ближайшее время Intel планирует отказаться от BIOS. На смену ей придет расширяемый фирменный интерфейс (Extensible Firmware Interface, EFI). Достоинство EFI заключается в том, что он будет написан на языке С и представлять собой простейшую операционную систему, которая позволит даже выходить в сеть [news.zdnet.co.uk].

Постоянный модуль BIOS отвечает за тестирование компьютера после его включения, вызов программы начальной загрузки. Он обрабатывает прерывания вычислительного процесса нижнего уровня и обслуживает стандартную периферию: дисплей, клавиатуру, принтер, дисководы.

Модуль расширения BIOS (IO.sys) обеспечивает подключение к компьютеру периферийных дополнительных устройств, изменение некоторых параметров ДОС, замещение некоторых стандартных функций, загрузку командного процессора и его запуск.

Базовый модуль ДОС (MSDOS.sys или IBMDOS.com) отвечает за работу файловой системы, обслуживает прерывания верхнего уровня (32...63), обеспечивает информационное взаимодействие с внешними устройствами.

Командный процессор (command.com) предназначен для выполнения команд, загружаемых в командную строку ДОС. Все команды делят на внутренние и внешние.

Внутренние команды – это команды, прописанные внутри самого файла command.com.

Внешние команды – это требования запуска каких-либо программ, находящихся на дисках. Кроме этого командный процессор выполняет команды файла autoexec.bat, специального командного файла, если он находится на системном диске.

Файл autoexec.bat содержит список внутренних и внешних команд, выполнение которых позволяет развернуть в оперативной памяти компьютера некоторый набор вспомогательных программ или пакетов, для обеспечения последующей работы пользователя.

Файл config.sys отражает специфические особенности формирования конфигурации компьютера, то есть состава его технических и программных средств.

В связи с постоянным совершенствованием ПК и их ПО все больше используются интегрированные ОС типа MS Windows. В настоящее время доля ОС типа Windows составляет более 90% всех ПК.

Microsoft Windows – довольно сложная операционная система. Отличительной особенностью ее построения служит стремление фирмы Microsoft подойти с единых позиций к интеграции в вычислительных системах всевозможных аппаратных и программных средств, приложений, построению различных информационных систем, в первую очередь бизнес-систем, формированию на их основе систем управления фирмами, корпорациями и предприятиями, разработке соответствующих стандартов и т.п.

Плановая и продуманная система совершенствования ОС и ее распространения обеспечила популярность и лидерство на рынке ПК, принадлежащих платформе Wintel (Windows плюс Intel). Принцип ее построения состоит в следующем.

На основе базовых функций нижнего уровня (практически уровня DOS) формируются библиотеки универсальных функций, используемые практически во всех разработках. Развитие Windows осуществляется по трем направлениям на единых базовых концепциях, но с ориентацией на различные области применения:

– ОС класса «high-end» (Windows 2000 Server и Windows Server 2003), рассчитанная на сетевое применение, управление рабочими станциями, серверами и центрами обработки данных;

– ОС потребительского класса, представленная двумя подклассами: ОС для офисного использования (MS Windows 2000 Professional, Windows XP Professional, Windows XP 64-Bit Edition) и ОС для домашнего пользователя (MS Windows 98SE, Windows Millenium Edition, Windows XP Home Edition);

– Windows CE, рассчитанная на карманные и встроенные компьютеры. Она ориентирована на специфические применения малых компьютеров, их малую память и производительность.

Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы Все направления сконцентрированы на использовании единого интерфейса прикладного программирования (Application programming interface, API) и динамически подключаемых библиотек (Dynamic-link libraries, DLL). Среди множества DLL основными являются:

– Kernel32.dll – управление процессами, потоками, памятью (см. п. 3.5);

– User32.dll – поддержка API, каркасов приложений и передачи сообщений;

– CDI32.dll – графика и ввод-вывод информации.

Корпоративная версия операционных систем знаменует серьезность намерений фирмы Microsoft в борьбе за рынок серверных систем, традиционно принадлежащий производителям коммерческих версий ОС Unix, фирмам Novell и Sun. В основу разработки системы ставится надежность, защита данных, поддержка необходимого для корпоративных пользователей набора офисных приложений и улучшение процедур сетевого администрирования.

Операционная система Windows 2000 упрочила положение Microsoft на рынке корпоративных систем и является сейчас в этом секторе самой популярной ОС семейства Windows. В ее состав включены четыре версии:

– Windows Professional – для профессиональной работы на автономных ПК;

– Windows 2000 Server используется для создания и управления серверами рабочих – Windows Advanced Server, для создания сложных приложений и более надежных серверов (до 8 процессоров);

– Windows Data Center (центр обработки данных, вычислительный центр) (центр обработки данных, вычислительный центр) (центр обработки данных, вычислительный центр), для создания наиболее ответственных систем обработки данных (до Они представлены в порядке возрастания их возможностей. Последние три версии служат для комплектования серверов компьютерных сетей в зависимости от их класса. Кроме того, для малых предприятий (до 50 компьютеров) Microsoft предлагает Small Business Server 2000, представляющий собой комплект: Windows 2000 Server, Exchange 2000 Server, Internet Security and Acceleration (ISA) Server 2000, SQL Server2000, FrontPage 2000.

Следующая версия Windows XP, появившаяся в 2002 году как промежуточная, и Windows.net, ожидающаяся 2004 году, развивают это направление. Включение в их состав версий Data Center показывает направленность Microsoft на построение в компьютерных сетях коммерческих вычислительных центров. Например, Windows Server 2003 содержит компоненты:

– Windows Server 2003 Web Edition – для хостинга web-приложений;

– Windows Server 2003 Standard Edition – для серверов и рабочих групп:

– Windows Server 2003 Enterprise Edition – для приложений и более надежных серверов (до 8 процессоров);

– Windows Server 2003 Datacenter Edition – для наиболее ответственных систем обработки данных (до 32 процессоров).

Ориентация на Web-сервисы сетей позволяет на практике полностью осуществить идею «клиент-сервер». «Тонкий» клиент, имеющий практически лишь Web-браузер, может получать все требуемые услуги от «толстого» сервера и вычислительного центра, управляемого им.

Больших успехов и признательности пользователей-профессионалов добилась операционная система Linux. Она также, как и последние версии Windows, является многозадачной, многопроцессорной и многопользовательской средой. Отличительными ее особенностями служат свободное и бесплатное распространение, открытость программного кода, что позволяет постоянно ее совершенствовать; более высокая, чем у Windows, надежность и устойчивость, масштабируемость (см. п. 1), а также ориентация на Unix-платформу.

3.3. Системы автоматизации программирования К системам автоматизации программирования (САП) относят языки программирования, языковые трансляторы, редакторы, средства отладки и другие вспомогательные программы.

Языки программирования служат средством передачи информации, средством записи текстов исходных программ. Поэтому в состав программ ОПО они не входят. Учитывая важность языковых средств, рассмотрим их состав более подробно.

В настоящее время известно несколько сотен языков программирования, которые используют пользователи при разработке своих заданий. Появление новых типов ЭВМ, например ПК, и новых областей их применения способствует появлению следующих поколений языковых средств, в большей степени отвечающих требованиям потребителей.

Вместе с тем, число интенсивно применяемых языков программирования относительно невелико. Для каждого класса компьютеров всегда существует несколько таких языков, ориентированных на определенные виды обработки информации, на уровень подготовки пользователей в области программирования. При выборе языка программирования пользователь должен учитывать, что описание алгоритма решаемой задачи можно выполнить на любом алгоритмическом языке в силу его универсальности. Однако изобразительные средства языков очень сильно отличаются, и задача выбора заключается в том, чтобы выбранный язык наилучшим образом соответствовал требуемым процедурам обработки данных в задании пользователя. Различают три уровня пользователей, работающих с языковыми средствами: пользователи-прикладники, системные программисты и инженерно-технический персонал, обеспечивающий техническое обслуживание компьютеров. Каждая категория пользователей использует определенный набор языков.

Важнейшими характеристиками языка являются трудоемкость программирования и качество получаемого программного продукта. Качество программ определяется длиной программ (количеством машинных команд или емкостью памяти, необходимой для хранения программ), а также временем выполнения этих программ. Для языков различного уровня эти характеристики взаимосвязаны. Чем выше уровень языка (рис. 21), тем меньше трудоемкость программирования, но тем сложнее средства САП (трансляторы, средства отладки и др.), привлекаемые для получения машинных программ, тем ниже качество генерируемых программных продуктов.

Рис. 21. Классификация языков программирования Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы Машинные языки современных ЭВМ практически не используются даже программистами-профессионалами из-за чрезмерной трудоемкости процесса разработки программ. В редких случаях их используют инженерно-технические работники вычислительных центров для проверок работы устройств и блоков компьютера, для выяснения нестандартных, нештатных ситуаций, когда другими средствами не удается выявить причины их появления. Применение машинных языков требует знания специфики представления и преобразования информации в компьютере.

Особое место имеют машинно-ориентированные языки (язык Ассемблера, или просто Ассемблер, автокоды, языки символического кодирования и др.). Несмотря на высокую трудоемкость, ими часто пользуются профессиональные системные программисты, например, при разработке программ общего или специального ПО, особенно в тех случаях, когда эти программы должны быть максимально компактными и быстродействующими.

Пользователям с недостаточной программистской подготовкой эти языки практически недоступны.

Из процедурно-ориентированных языков широко известны Фортран, Алгол, Кобол, Basic, Pascal, Ада, Си и др. Спектр языков этой группы очень широк, и среди них существует определенная иерархия. Считается, что язык Basic предназначается для начинающих программистов, язык Pascal для студентов, это язык «правильного», классического программирования, язык СИ – для квалифицированных программистов и т.д. Существуют определенные соглашения в использовании языков программирования. Так, при создании программ для собственных работ пользователь может выбрать любой язык, даже Basic. При разработке ПО для одного заказчика корректно использовать язык Pascal, при разработке программных средств для многих потребителей целесообразно использование языков Си и Ассемблер.

С появлением ПК наиболее распространенными языками являются Basic и Pascal.

Первоначально они разрабатывались для целей обучения. Их применение обеспечивает быстрый и удобный перенос программ, написанных на этих языках, с одного ПК на другой. Наиболее простым языком является Basic. Трансляторы для него имеются практически на всех ПК. Язык отличает простота и наличие средств интерактивной работы, что обеспечило ему популярность среди непрофессиональных программистов. Однако для построения сложных программ он в силу ограниченных возможностей (структурирование программ и данных, идентификация переменных и т.д.) подходит плохо. Вместе с тем, следует отметить, что фирма Microsoft сделала этот достаточно простой язык основой для обмена приложениями (Visual Basic for Application). Эта платформа перенесена и в следующее поколение операционных систем – Windows.net.

Современный язык высокого уровня Pascal получил широкое распространение в силу ряда достоинств: простоты, ясности, сравнительно узкого набора возможных синтаксических конструкций наряду с семантическим их богатством. Общепризнано, что он является наилучшим средством для обмена программами между различными типами ПК. На основе разработки языка Pascal предложен ряд новых языков, например Модулав котором особое внимание уделяется построению программы как набора независимых модулей. На базе языка Pascal создан достаточно мощный язык Ада, который задумывался как универсальный и наиболее перспективный язык программирования. К нему было приковано внимание разработчиков всех новых типов ЭВМ. Однако широкого распространения он до сих пор не получил.

Для разработки коммерческих программ больше используется язык Си, который удачно сочетает в себе средства языка высокого уровня и языка Ассемблера, что позволяет разрабатывать компактные, быстродействующие, высокоэффективные программные продукты. Объектно-ориентированный С++ в настоящее время является основным средПрограммное обеспечение ством разработки критически важных приложений, требующих быстродействия и оптимизации работы с памятью.

Все описанные выше языки программирования используют так называемые пошаговые описания алгоритмов. Именно в этом и заключается источник большой трудоемкости подготовки задач к решению. Несомненно, что для машин будущих поколений будут предложены более эффективные средства программирования. Так, например, все больше внимания уделяется разработке проблемно-ориентированных языков программирования (Симула, GPSS и др.). В этих языках имеется возможность описывать специфические алгоритмы обработки информации более крупными конструкциями. Это делает программы пользователей более наглядными, так как каждая используемая конструкция соответствует вполне определенному объекту, исследуемому пользователем.

Другой интересной тенденцией является появление непроцедурных описательных языков. Их конструкции констатируют, какой результат желателен пользователю, не указывая, каким образом это сделать. Примером такого языка служит язык ПРОЛОГ (ПРОграммирование ЛОГики), который широко используется специалистами в области искусственного интеллекта. Конструкции языка несоответствуют математическим формулам, а определяют отношения между объектами и величинами. Язык состоит только из описаний и не имеет как таковых команд-инструкций.

Развитие сетевых технологий привело к созданию языка Java, рожденного в недрах фирмы Sun и разрабатываемого в коалиции более чем 400 организаций. Он представляет собой интерпретационный язык высокого уровня; отличается простотой, независимостью от аппаратуры и отсутствием связей со сложными операционными системами. Это делает совместимыми компьютеры различных платформ, позволяет управлять ими с общих позиций. Именно язык Java способствовал внедрению анимации в Web-ресурсы сетей. Поэтому многие фирмы приобрели лицензии на Java и обеспечивают его поддержку в своих разработках.

Повышение роли структурного программирования привело к появлению языков Delphi (Object Pascal) фирмы Borland и Visual Basic фирмы Microsoft. Эти языки позволяют очень быстро разрабатывать приложения, однако по уровню гибкости оба языка сильно уступают С++.

Необходимо отметить, что в компьютерах будущих поколений будут использоваться языки программирования, имеющие средства распараллеливания вычислительных работ для многомашинных и многопроцессорных вычислительных систем. Проблемы построения таких языков еще полностью не разрешены и находятся в стадии исследования.

В состав САП включаются также языковые трансляторы для всех языков, которые используют пользователи при разработке своих программ. В зависимости от специфики вычислительного центра и контингента пользователей их состав формируется эмпирически. Обычно же он включает трансляторы процедурно-ориентированных языков высокого уровня (Pascal, Basic, Си) и машинно-ориентированных языков (Ассемблер).

Различают трансляторы двух типов: интерпретаторы и компиляторы.

Трансляторы-интерпретаторы предназначаются для последовательного пооператорного преобразования каждого предложения исходного модуля программы в блок машинных команд с одновременным их выполнением. Машинная программа в полном объеме при этом не создается, решение задач пользователей происходит замедленными темпами. Этот вид трансляции рекомендуется использовать при отладке новых программных продуктов.

Трансляторы-компиляторы, напротив, предназначаются для формирования полного загрузочного модуля по исходным программам пользователя. Это позволяет отделить полученный программный продукт от среды его разработки и в последующем использовать его автономно.

Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы Из системных обслуживающих программ, широко используемых при подготовке вычислений, следует выделить редактор (редактор связей), загрузчик, библиотекарь, средства отладки и другие вспомогательные программы.

Программы пользователей после обработки их транслятором (трансляторами) представляются в виде набора программных блоков, имеющих промежуточный формат, общий для всех трансляторов. Специфика исходных языков программирования при этом теряется. Объединение программных блоков в единую программу выполняет редактор. В зависимости от того, в какой стадии подготовки к решению находятся программы абонентов, они могут размещаться в различных библиотеках. Управляет размещением программ, последующей идентификацией и выборкой библиотекарь. Вызов готовых к решению программ в оперативную память, активизацию их с учетом их места размещения выполняет загрузчик.

Средства отладки обеспечивают проверку заданий пользователей, поиск в них различного рода ошибок, вывод на печать запрашиваемой отладочной информации, распечатку содержимого зон оперативной памяти, выдачу различных управляющих блоков и таблиц и т.п.

Вспомогательные программы (утилиты) служат для перемещения информации с одного носителя на другой, разметки накопителей, редактирования информации в наборах данных, сбора информации об ошибках.

3.4. Пакеты программ Согласно рис. 18 в ПО имеются две группы пакетов программ: пакеты прикладных программ (ППП) и пакеты, дополняющие возможности ОС (ППос). С развитием программного обеспечения ЭВМ наметилась тенденция к слиянию их в единые интегрированные пакеты. Например, операционная среда Windows включает пакет MS Office, объединяющий программы для работы экономиста-делопроизводителя. Однако не всегда централизованные средства обработки удовлетворяют всем требованиям пользователей, поэтому многие ЭВМ, наряду с интегрированными пакетами, продолжают использовать и более эффективные специализированные ППП.

Пакет прикладных программ – это комплекс программ, предназначенных для решения определенного класса задач пользователей. Сначала к ППП относили только готовые программы, которые регулярно использовал пользователь. Однако каждая рабочая программа постоянно совершенствуется, дополняется, модифицируется. Поэтому все чаще к ППП относят наряду с Определение комплексом готовых программ и программную среду, оболочку, в которой создаются пользовательские программы.

Программы вместе со средой значительно облегчают процессы подготовки и решения задач и во многих случаях не требуют от пользователя знаний специфических языков и процедур программирования.

ППП имеют известную обособленность. Они разрабатываются обычно независимо от других компонентов программного обеспечения. Некоторые ППП могут иметь сложную библиотечную структуру, собственные средства генерации и документацию. С появлением ПК широкое распространение получили следующие прикладные системы, обеспечивающие различные виды работ пользователей:

• системы обработки текстов (текстовые редакторы);

• системы обработки электронных таблиц;

• системы управления базами данных;

• системы деловой графики;

• коммуникационные системы;

• прикладные системы более узкой ориентации (организации вычислений, поддержки планирования, финансовых расчетов, автоматизации проектирования и др.).

Этот список ППП во многом отражает интересы пользователей и специфику применения их ПК на каждом рабочем месте.

Все больше компьютеры используются для обработки информационных потоков.

Использование информации (радио, телевидение, связь, документы и т.п.) необходимо в деятельности каждого человека, любой фирмы, производства, отрасли и страны в целом.

Основным носителем информации является документ. Для работы с документами предназначаются первые три системы.

Практически каждый документ содержит текстовую часть. Для работы с текстом предусмотрены текстовые процессоры – WP (Word Processors). В настоящее время известны десятки и сотни WP, различающиеся направленностью, возможностями, сервисом, качеством формируемых документов. Независимо от назначения каждый редактор должен обеспечивать выполнение следующих процедур подготовки текста:

• набор текста;

• редактирование текста (форматирование, поиск и замена данных, работа с фрагментами текста, подготовка к печати и др.);

• печать документов;

• ведение архивов документов.

Самые простые редакторы встраиваются в многие пакеты, включая ППП и ППос.

Они имеют достаточно скромные характеристики. Примерами подобных WP являются встроенный редактор командной строки DOS, программы Блокнот, Word Pad и др.

Другие редакторы редакторы широкого назначения, обычно используются автономно. Они получили большую популярность и используются повсеместно при отработке документов различной сложности: от простейших справок до фундаментальных книг (Лексикон, Word и др.). Последние версии редакторов типа Word for Windows предоставляют пользователям возможности настольной издательской системы.

Наиболее сложными редакторами являются WP мощных издательских систем, предназначенные для оформления и полной подготовки к типографскому изданию книг, журналов, буклетов (Aldus PageMaker, Ventura Publisher). Они позволяют включать в текст фотографии, иллюстрации, графики, диаграммы; использовать различные шрифты; менять параметры текста; осуществлять перемещение фрагментов; изменять оформление документа; автоматизировать его верстку.

Системы обработки электронных таблиц или табличные процессоры, предназначены для работы с фактографическими документами. Этот вид документа представляет собой двумерную таблицу, как правило, заранее определенной формы, каждая клетка которой содержит значение некоторой характеристики объекта. Подобные документы являются наиболее распространенными в деятельности различных отделов, служб, предприятий и т.п. Примерами этих документов могут служить бухгалтерские ведомости, отчеты, планы, списки и прочее. Такие документы представлены в памяти ПК в виде электронных таблиц.

Отдельные клетки таблиц содержат числовую или текстовую информацию. Числовые данные обычно подлежат математической обработке по определенным математическим зависимостям или графическому представлению. Универсальный характер отражения данных и большие возможности их преобразований способствовали развитию и распространению этого вида программного обеспечения. В деятельности многих фирм широко используются такие пакеты, как Excel.

Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы Области применения табличных процессоров достаточно широки. Наиболее простые позволяют обрабатывать табличные данные по формулам, что очень важно при решении задач статистического анализа и при обработке экспериментальных данных. В более сложных процедурах моделирования и прогнозирования требуется решать задачи экстраполяции и интерполяции. Соответственно, здесь должны использоваться табличные процессоры с расширенными возможностями. Все табличные процессоры обеспечивают графическое представление данных. Для этого к ним подключают графические редакторы, обеспечивающие воспроизведение разнообразных графиков (диаграмм): круговых, столбиковых, линейных, трехмерных и т.д. Самые мощные ППП имеют встроенные языки макропрограммирования, что позволяет их использовать в системах автоматизации проектирования.

Еще одной группой ППП являются системы управления базами данных (СУБД). Они появились, когда ЭВМ стали использоваться в контуре управления технологическими процессами и людскими коллективами. Разработка различных автоматизированных систем управления предполагает создание в памяти ПК информационных моделей объектов управления – больших информационных массивов, получивших название «базы данных».

База данных (БД) это совокупность взаимосвязанных данных, хранящихся Определение Каждая БД состоит из записей. Запись образует подмножество данных, служащих для описания единичного объекта. Например, фамилия, имя, отчество, год рождения, адрес, место работы, номер телефона могут составлять одну запись и характеризовать одного человека. Информационный массив может содержать записи по отдельным цехам, службам, отделам всего предприятия. Назначением БД является удовлетворение информационных потребностей пользователей. СУБД автоматизирует работу пользователей с хранящимися данными. Количество информационных массивов в БД и их объем зависит от сложности создаваемой системы. Ядро БД составляет информация, наиболее часто используемая в процессах управления. Согласно принципу В. Парето (итальянский экономист XIX века), 20 % всей информации обеспечивают более 80 % всех задач управления. Эта часть в первую очередь и подлежит автоматизации.

Достаточно мощные СУБД позволяют значительно автоматизировать процессы управления и удовлетворять до 90-95 % потребностей управленческого аппарата. Одним из основных назначений СУБД является автоматизация документооборота. На основе хранящейся информации можно автоматически формировать любые стандартные документы. Дополнительно к этому СУБД позволяет обращаться к данным и с нестандартными запросами для получения каких-либо справок, обобщений. СУБД поддерживает диалоговый режим работы пользователей, в которых запросы данных и реакция системы побуждают к формированию более точных запросов и исследованию данных.

СУБД обеспечивает ввод, поиск, сортировку данных, составление отчетов. Они имеют возможность сопряжения с табличными процессорами для специфической обработки и графического представления данных. В настоящее время широко используются СУБД различных производителей. Все они в свою очередь состоят из языковых и программных средств. Различие между ними состоит в предлагаемом сервисе и удобствах работы.

Графические редакторы (ГР) позволяют создавать и редактировать на экране компьютера различные рисунки, диаграммы, картинки. Своеобразие их построения заключаПрограммное обеспечение ется в том, что на экране информация представляется в виде точек, линий, окружностей, прямоугольников, кривых. Элементы рисунков могут использовать различное сочетание цветов, шрифтов, форматов. Допускается работа с фрагментами рисунков. Некоторые ППП имеют собственные встроенные графические редакторы. Они ориентированы на специфические режимы работы (графики, диаграммы). Некоторые редакторы допускают автономную работу, что очень важно в системах деловой и научной графики. Например, графический редактор Paint for Windows позволяет создавать фрагменты изображений и включать их в другие программные продукты.

По мере накопления опыта разработки и применения ППП, пользователи стали переходить к эксплуатации интегрированных систем, объединяющих наиболее часто используемые прикладные системы и пакеты. Сочетание различных видов обработки в рамках единой операционной среды создает дополнительные удобства пользователям.

Упрощение общения достигается путем разработки «дружественного» ПО путем подсказок, инструкций, предоставления вариантов действий и т.д. Фирмы-разработчики таких пакетов стараются сохранить в них единые принципы представления информации, управления и работы.

Интегрированные пакеты программ можно рассматривать как дальнейшую надстройку ОС, так как в них аккумулируются средства, определяющие специфику работы конкретного пользователя. В этом они становятся похожи на ППос. Обычно ППос содержат средства более общего характера. ППос больших ЭВМ условно можно разделить на три группы.

• пакеты, обеспечивающие специфические режимы работы под управлением ОС (работа в многомашинных и многопроцессорных системах, работа в сети ЭВМ, реализация определенных режимов и т.д.). К этой же группе относятся и пакеты программ для управления специальными техническими средствами;

• ПП общего назначения для научно-технических расчетов, задач математического программирования и т.п.;

• ПП, ориентированные на применение ЭВМ в АСУ. Данные пакеты включают программы обработки документов, программы формирования и обслуживания информационно-поисковых систем и т.п.

3.5. Режимы работы ЭВМ Операционные системы предоставляют пользователям достаточно широкий спектр вычислительных услуг, упрощая процесс использования ЭВМ. Прежде всего это касается разнообразия режимов работы машин, обеспечиваемых ОС. Под режимом работы понимают принципы структурной и функциональной организации аппаратных и программных средств. В общем случае режимы использования ЭВМ делятся на однопрограммные и многопрограммные.

Однопрограммные режимы работы появились первыми. При их реализации все основные ресурсы ЭВМ (время работы процессора, оперативная память и др.) полностью отдаются в монопольное владение пользователя. Однопрограммный режим может иметь модификации: однопрограммный режим непосредственного доступа и однопрограммный режим косвенного доступа.

В режиме непосредственного доступа пользователь получает ЭВМ в полное распоряжение: он сам готовит ЭВМ к работе, загружает задания, инициирует их, наблюдает за ходом решения и выводом результатов. По окончании работ одного пользователя все ресурсы ЭВМ передаются в распоряжение другого (рис. 22а). Этот тип режима характеризуВычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы ется весьма низкой полезной загрузкой технических средств. К снижению производительности ЭВМ из-за простоев процессора приводят затраты времени на подготовку ЭВМ к работе (включение, проверка, загрузка ОС, ввод заданий и т.д.) и большое время реакции пользователя. По этим причинам режим практически не используется в универсальных ЭВМ. Напротив, в ПК этот режим используется как основной, поскольку в этих типах ЭВМ главным критерием эффективной работы считается обеспечение пользователю максимальных удобств.

Рис. 22. Однопрограммные режимы работы а) режим непосредственного доступа б) режим косвенного доступа В режиме косвенного доступа пользователь не имеет прямого контакта с ЭВМ. Этот режим был предшественником многопрограммных режимов в ЭВМ высокой и средней производительности, он имел целью обеспечить более полную загрузку процессора за счет сокращения непроизводительных его простоев. В настоящее время он практически не используется, так как время работы процессоров в современных ЭВМ не является главным ресурсом системы, но принципы построения этого режима позволяют лучше уяснить сущность многопрограммной обработки. Суть режима состоит в следующем.

Из подготовленных заданий пользователей составляется пакет заданий. Процессор обслуживает программы пользователей строго в порядке их следования в пакете. Процесс выполнения очередной программы не прерывается до полного ее завершения. Только после этого процессор как ресурс отдается в монопольное владение следующей программе. Как видно, доступ пользователя к ресурсам ЭВМ осуществляется косвенно средствами ОС, организующими автоматический переход от обслуживания одного задания пользователя к другому. Благодаря этому режим часто называют последовательной пакетной обработкой. При нем обеспечивается параллельная работа устройств ввода-вывода и процессора (рис. 22б). Это позволяет значительно повысить производительность ЭВМ за счет сокращения простоев.

Режим косвенного доступа имеет существенный недостаток. Он не позволяет полностью исключить случаи простоя процессора или непроизводительного его использования. Всякий раз, когда очередная программа, вызванная в процессор, предварительно не обеспечена данными, процессор вынужден простаивать. При этом резко снижается эффективность использования ЭВМ. Этот случай отражен на рис. 22б на примере выполнения задания B. Неэффективно работает ЭВМ и тогда, когда обрабатываемые программы захватывают процессор на длительное время. В этих случаях остальные программы пакета остаются без обслуживания. Особо опасны ситуации, в которых текущая программа не выходит на завершение (например, «испортилась» после сбоя во время решения или некорректно сформирована пользователем). В этом режиме у ЭВМ отсутствуют средства разрешения подобных конфликтов, и требуется вмешательство оператора.

Многопрограммный и многопользовательский режим работы компьютера позволяет одновременно обслуживать несколько программ как одного, так и нескольких пользователей. Реализация режима требует соблюдения следующих непременных условий:

• независимость подготовки заданий пользователями;

• разделение ресурсов ЭВМ в пространстве и времени;

• автоматическое управление вычислениями.

Независимость подготовки заданий пользователями обеспечивается развитыми средствами САП. Используя имеющиеся языки программирования, пользователи не должны учитывать ситуации, в которых может произойти одновременное их обращение к одним и тем же ресурсам ЭВМ. Они могут использовать даже одинаковые идентификаторы, обращаться к одним и тем же библиотекам программ и массивам данных, задействовать одни и те же устройства и т.д. Очереди к общим ресурсам должны обслуживаться средствами ОС, не создавая взаимных помех пользователям.

Разделение ресурсов ЭВМ между программами пользователей обеспечивается аппаратно-программными средствами системы. Программы управления заданиями ОС определяют виды требуемых ресурсов в заданиях пользователей и регламентируют их использование. Перспективное планирование при этом отсутствует, так как заранее определить динамику последующих вычислений практически невозможно. Отдельные виды ресурсов, например области оперативной и внешней памяти, допускают одновременное их использование программами пользователей. В этом случае пространство адресов памяти разбивается на непересекающиеся зоны или разделы. «Охрану границ» этих зон обеспечивают схемы защиты памяти – аппаратурные и программные средства ЭВМ.

Некоторые виды ресурсов допускают только последовательное их использование программами пользователей, например, в однопроцессорной ЭВМ время работы единственного процессора является неразделяемым ресурсом. Его использование предполагает упорядочение потока заявок и поочередное его использование программами. В современных ЭВМ упорядочение потока заявок обеспечивается на основе их приоритетов, где приоритет – некоторая изначальная характеристика заявки, определяющая ее место в очереди на обслуживание. Формирование очередей обеспечивают программные компоненты ОС. Обслуживание очередей заявок выполняется с использованием системы прерываний и приоритетов. Последняя выделяет из группы одновременно поступающих заявок одну, наиболее приоритетную.

Автоматическое управление вычислительным процессом в многопрограммном режиме выполняется центральной программой управления задачами. Сущность управления сводится к управлению ресурсами. При этом ОС составляет таблицы управления, выделяет ресурсы, запускает их в работу и корректирует таблицы.

Различные формы многопрограммных (мультипрограммных) режимов работы различаются в основном значимостью различного рода ресурсов и правилами перехода от обслуживания одной программы пользователя к другой. Эти правила отличаются условиями прерывания текущей программы и условиями выбора новой программы из очереди, которой передается управление.

Различают следующие виды многопрограммной работы: классическое мультипрограммирование, режим разделения времени, режим реального времени и целый ряд производных от них.

Режим классического мультипрограммирования или пакетной обработки применительно к однопроцессорным ЭВМ является основой для построения всех других видов мноВычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы гопрограммной работы. Режим имеет целью обеспечить минимальное время обработки пакета заданий и максимально загрузить процессор.

Пакет заданий упорядочивается в соответствии с приоритетами заданий, и обслуживание программ ведется в порядке очередности. Обычно процессор обслуживает наиболее приоритетную программу. Как только ее решение завершается, процессор переключается на следующую по приоритетности программу. В этом режим во многом похож на режим косвенного доступа. В режиме мультипрограммирования имеется существенное отличие. Если при обслуживании наиболее приоритетной программы создается ситуация, что вычисления не могут быть продолжены (например, требуется ввести дополнительные данные), то прерывание обслуживания сопровождается передачей управления следующей по приоритетности программе. Но как только условия, препятствующие продолжению наиболее приоритетной задачи, отпадут, процессор вновь возвращается к продолжению решения ранее прерванной программы. Этот случай иллюстрируется на рисунке 23 при выполнении задания B.

Рис. 23. Многопрограммный режим пакетной обработки Подобные прерывания и передачи управления могут многократно наслаиваться друг на друга. Это позволяет до минимума сократить непроизводительные простои процессора.

Из вышеизложенного следует, что в однопроцессорных ЭВМ многопрограммность является кажущейся, так как процессор предоставляется программам в непересекающиеся интервалы времени. Уменьшение времени обслуживания обеспечивается также за счет параллельной работы процессора и устройств ввода-вывода.

В качестве недостатка надо отметить, что в режиме мультипрограммирования улучшение качества обслуживания пользователей по сравнению с косвенным доступом не предусматривается. Отдельные программы могут надолго монополизировать процессор, блокируя тем самым программы других пользователей.

Режим разделения времени является более развитой формой многопрограммной работы ЭВМ. В этом режиме, обычно совмещенном с фоновым режимом классического мультипрограммирования, отдельные наиболее приоритетные программы пользователей выделяются в одну или несколько групп. Для каждой такой группы устанавливается круговое циклическое обслуживание, при котором каждая программа группы периодически получает для обслуживания достаточно короткий интервал времени-время кванта, кв (рис. 24).

Рис. 24. Режим разделения времени После завершения очередного цикла процесс выделения квантов повторяется. Это создает у пользователей впечатление кажущейся одновременности выполнения их программ. Если пользователю к тому же предоставляются средства прямого доступа для вывода результатов решения, то это впечатление еще более усиливается, так как результаты выдаются в ходе вычислений по программе, не ожидая завершения обслуживания всех программ группы или пакета в целом.

Условием прерывания текущей программы является либо истечение выделенного кванта времени, либо естественное завершение (окончание) решения, либо прерывания по вводу-выводу как при классическом мультипрограммировании. Для реализации режима разделения времени необходимо, чтобы ЭВМ имела в своем составе развитую систему измерения времени: интервальный таймер, таймер процессора, электронные часы и т.д. Это позволяет формировать группы программ с постоянным или переменным значением кванта времени кв. Разделение времени находит широкое применение при обслуживании компьютером сети абонентских пунктов.

Более сложной формой разделения времени является режим реального времени. Этот режим имеет специфические особенности:

• поток заявок от абонентов носит, как правило, случайный, непредсказуемый характер;

• потери поступающих на вход ЭВМ заявок и данных к ним не допускаются, поскольку их не всегда можно восстановить;

• время реакции ЭВМ на внешние воздействия, а также время выдачи результатов iй задачи должно удовлетворять жестким ограничениям вида где t p – время решения задачи;

tp – допустимое время решения.

Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы На рис. 25 показана зависимость стоимости решения задачи от времени t p. При нарушении неравенства (1) стоимость решения резко падает до нуля; в отдельных системах она может стать и отрицательной, что показано пунктирной линией. Режим реального времени объединяет практически все системы, в которых компьютер используется в контуре управления.

Рис. 25. Зависимость стоимости решения от времени в системах реального времени Специфические особенности режима реального времени требуют наиболее сложных операционных систем. Именно на базе этого режима строятся так называемые диалоговые системы, обеспечивающие многопользовательский режим: одновременную работу нескольких пользователей с ЭВМ. Диалоговые системы могут иметь различное содержание: системы, обслуживающие наборы данных; системы разработки документов, программ, схем, чертежей; системы выполнения программ в комплексе «человек-машина» и др. Диалоговый режим обслуживания предполагает использование дисплеев – устройств оперативного взаимодействия с ЭВМ. Они получили широкое распространение в различных информационных и автоматизированных системах управления.

Многозадачный и многопоточный режимы Windows. Начиная с Windows NT, все последующие версии поддерживают так называемые многозадачные и многопоточные режимы работы.

Многозадачный режим предполагает, что каждый из процессов (отдельных запущенных программ), активизированных в среде Windows, требует определенных ресурсов. В ранних версиях Windows многозадачность называлась кооперативной (Cooperative), или невытесняющей. Этот режим практически полностью соответствовал режиму косвенного доступа, то есть работа очередной программы монополизировала ресурсы системы и не прерывалась до ее окончания. При этом возникали случаи, когда отказ (зависание) одного из процессов парализовывал всю систему.

Версии Windows 2000 и старше поддерживают подлинную вытесняющую (Preemptive) многозадачность, что предполагает при необходимости перераспределение ресурсов (вытеснение), квантование времени при круговом циклическом обслуживании и управление выполнением задач с учетом их приоритетов. Взаимодействие активных задач возможно только через операционную среду с целью исключения взаимных помех.

Каждой активной задаче (DOS- или Windows-приложению) предоставляется так называемая виртуальная машина – собственная операционная система с возможностью ее конфигурирования и настройки. Отметим, что DOS-приложения способны обращаться к ресурсам ПК напрямую, и это может быть источником конфликтов в обеспечении защиты.

Базовые варианты Windows Server и Data Center поддерживают, кроме того, многопроцессорность и многопоточность, то есть позволяют распределять задачи между процессорами сервера (до 32 процессоров). Здесь предполагается симметричная многопроцессорная структура сервера, в которой все процессоры идентичны, равноправны и способны решать любые задачи. Например, в Windows 2000 можно реализовывать многопоточный режим обработки программ. Каждая независимая программа или ее отдельная параллельная ветвь – это отдельный поток или «нить». Аппаратная поддержка параллелизма позволяет сосредотачивать ресурсы компьютеров на выполнении наиболее приоритетных заданий и одновременно обслуживать сервером многочисленных пользователей.

1. Программное обеспечение компьютера предназначается для:

а) управления аппаратными средствами;

б) реализации посреднических функций между пользователем и аппаратурой;

в) выполнения вспомогательных функций.

2. Цель создания и внедрения пакета Microsoft Office – это:

а) управление программами приложений;

б) унификация среды разработки приложений;

в) интеграция разнотипных приложений для комплексной обработки данных.

3. Принцип модульности программного обеспечения:

а) уменьшает трудоемкость разработки новых программ;

б) упрощает разработку программных средств и обеспечивает способность систем к совершенствованию;

в) облегчает процесс освоения и применения новых программ.

4. Режим непосредственного доступа к ресурсам компьютера обеспечивает:

а) большую скорость вычислений;

б) монополизацию пользователем всех ресурсов компьютера;

в) удобства работы пользователя.

5. Основным критерием многопрограммной пакетной обработки является:

а) максимальная загрузка процессора;

б) удобства работы пользователя;

в) скорость решения заданий всего пакета.

6. Режим разделения времени обеспечивает:

а) сокращение времени решения задач пользователей;

б) разделение выполнения отдельных программ во времени;

в) обеспечение более высокого приоритета задачам пользователя.

Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы 7. Пакеты прикладных программ предназначаются для:

а) автоматизации специфических процессов обработки данных;

б) управления вычислительным процессом;

в) управления вспомогательными программами.

8. Файлы autoexec.bat и config.sys предназначаются для:

а) внесения в память компьютера необходимых установок;

б) настройки компьютера на конкретный режим работы;

в) управления периферийными устройствами компьютера.

9. Операционные системы предназначаются для управления:

а) операциями компьютера;

б) техническими и программными средствами компьютера;

в) вычислительным процессом путем учета и распределения ресурсов.

10. «Кажущаяся многопрограммность» возникает, когда:

а) в памяти компьютера находится несколько готовых программ, подлежащих обработке;

б) указаниями пользователя задается последовательность обработки нескольких программ;

в) процессор сканирует (переключается с одной программы на другую), создавая иллюзию параллельной обработки.

Тренировочные задания к разделу 1. Создать новый каталог, в нем создать текстовый файл, последнему создать копию и убедиться в тождественности оригинала и копии, используя:

a) команды DOS;

b) средства пакета Norton Commander, Far Manager или Windows Commander;

c) средства операционной среды Windows.

2. Подготовить дискету к работе, отформатировав ее на стандартный формат средствами:

a) DOS;

b) пакета Norton Commander, Far Manager или Windows Commander, с) OC Windows 3. Ознакомиться с особенностями конфигурации компьютера, используя:

а) команды DOS и утилиту sysinfo.com;

b) средства пакета Norton Commander, Far Manager или Windows Commander (системная информация);

c) средства операционной среды Windows.

4. Дан пакет из трех задач, требующих для своего решения соответственно 1,4 и 8 единиц машинного времени. Построить временные диаграммы и оценить варианты решения задач пакета:

a) в порядке возрастания времен решения задач;

b) в порядке убывания времен решения задач.

Для каждого варианта найти средние времена ожидания в очереди и получения решения. Объяснить различие результатов и предпочтительность выбора первого варианта.

Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы ТЕМА 4.

4.1. Основные сведения о компьютерных сетях (КС) Компьютерная сеть (или: телекоммуникационная вычислительная сеть – ТВС) представляет собой сеть обмена и распределенной обработки информации, образуемая множеством взаимосвязанных абонентских систем и средствами связи; средства передачи и обработки информации ориентированы в ней на коллективное использование общесетевых ресурсов – информационОпределение Абонентская система (АС)– совокупность абонента (объекта, генерирующего и потребляющего информацию) и рабочий станции (РС).

Рабочая станция (РС) – система оборудования конечного пользователя сети, включающая сетевой компьютер вместе с периферийными средствами вводавывода и программным обеспечением, средства связи с коммуникационной подсетью компьютерной сети, выполняющие прикладные процессы.

Коммуникационная подсеть (или: телекоммуникационная система – ТКС) – это совокупность физической среды передачи информации, аппаратных и программных средств, обеспечивающих взаимодействие АС.

Прикладной процесс – это различные процедуры ввода, хранения, обработки и выдачи информации, выполняемые в интересах пользователей и описываемые прикладными программами.

Компьютерные сети могут работать в различных режимах: обмена данными между АС, запроса и выдачи информации, сбора информации, пакетной обработки данных по запросам пользователей с удаленных терминалов, в диалоговых режимах. Таким образом, с появлением КС разрешены две очень важные проблемы: обеспечение в принципе неограниченного доступа к ЭВМ пользователей независимо от территориального расположения и возможность оперативного перемещения больших массивов информации на любые расстояния, позволяющая своевременно получать данные для принятия тех или иных решений.

Возможности той или иной КС определяются ее информационным, аппаратным и программным обеспечением.

Информационное обеспечение сети представляет собой единый информационный фонд, ориентированный на решаемые в сети задачи и содержащий базы данных общего применения, доступные для всех пользователей сети, базы данных индивидуального пользования, предназначенные для отдельных абонентов, базы знаний общего и индивидуального применения, автоОпределение матизированные базы данных – локальные и распределенные, общего и индивидуального назначения.

Аппаратное обеспечение составляют компьютеры различных типов, оборудование абонентских систем, средства территориальных систем связи (в том числе узлов связи), аппаратура связи и согласования работы сетей одного и того же уровня или различных уровней. Используемые в сетях компьютеры обычно универсального типа, обладающие возможностью выполнения практически неограниченного круга задач пользователей. Для повышения вычислительной мощности сети к ней могут подключаться вычислительные центры или центры обработки информации, к которым пользователи могут обращаться с запросами со своих абонентских систем или других рабочих мест. Такие центры снабжаются компьютерами в широком диапазоне по своим характеристикам: от персональных компьютеров до суперЭВМ.

Программное обеспечение (ПО) сетей отличается большим многообразием как по своему составу, так и по перечню решаемых задач. В общем виде функции ПО сети заключаются в следующем: планирование, организация и осуществление коллективного доступа пользователей к общесетевым ресурсам – телекоммуникационным, вычислительным, информационным, программным; автоматизация процессов программирования задач обработки информации; динамическое распределение и перераспределение общесетевых ресурсов с целью повышения оперативности и надежности удовлетворения запросов пользователей и т. д.

В составе ПО сетей выделяются такие группы:

• общесетевое ПО в качестве основных элементов включает распределенную операционную систему (РОС) сети и комплект программ технического обслуживания (КПТО) всей сети и ее отдельных звеньев и подсистем, включая ТКС;

• специальное ПО, куда входят прикладные программные средства: интегрированные и функциональные пакеты прикладных программ (ППП) общего назначения, прикладные программы сети (ППС), библиотеки стандартных программ, а также прикладные программы специального назначения, отражающие специфику предметной области пользователей при реализации своих задач;

• базовое программное обеспечение компьютеров абонентских систем, включающее операционные системы ПК, системы автоматизации программирования, контролирующие и диагностические тест-программы.

Важнейшие функции в сети выполняет распределенная операционная система: она управляет работой сети во всех ее режимах, обеспечивает оперативное и надежное удовлетворение запросов пользователей, динамическое распределение общесетевых ресурсов, координацию функционирования звеньев сети. РОС имеет иерархическую структуру, соответствующую станОпределение Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы дартной семиуровневой модели взаимодействия открытых систем (ВОС). Она представляет собой систему программных средств, реализующих процессы взаимодействия АС и объединенных общей архитектурой и коммуникационными протоколами. РОС обеспечивает взаимодействие асинхронных параллельных процессов в сети, сопровождаемое применением средств передаОпределение чи сообщений между одновременно реализуемыми процессами и средств В составе РОС сети имеется набор расположенных по функциональным уровням модели ВОС управляющих и обслуживающих программ, главные функции которых состоят в следующем:

• распределение общесетевых ресурсов с целью удовлетворения запросов пользователей, т. е. обеспечение доступа отдельных прикладных программ к этим ресурсам;

• обеспечение межпрограммных методов доступа, т. е. организация связи между отдельными прикладными программами комплекса пользовательских программ, реализуемыми в различных АС сети;

• синхронизация работы пользовательских программ при их одновременном обращении к одному и тому же общесетевому ресурсу;

• удаленный ввод заданий с любой АС сети и их выполнение в любой другой АС сети в оперативном или пакетном режиме;

• передача текстовых сообщений пользователям в порядке реализации функций службы электронной почты, телеконференций, электронных досок объявлений, дистанционного обучения;

• обмен файлами между АС сети, доступ к файлам, хранимым в удаленных компьютерах, и их обработка;

• защита информации и ресурсов сети от несанкционированного доступа, т. е. реализация функций служб безопасности сети;

• выдача справок, характеризующих состояние сети и использование ее ресурсов;

• планирование использования общесетевых ресурсов.

В рамках планирования использования общесетевых ресурсов осуществляется:

планирование сроков и очередности получения и выдачи информации пользователям, распределение решаемых задач по компьютерам сети, распределение информационных ресурсов для этих задач, присвоение приоритетов задачам и выходным сообщениям, формирование и рассасывание очередей запросов пользователей с учетом или без учета приоритетов этих запросов, изменение конфигурации сети и т. д. При этом используются современные методы планирования. Кроме того, различают статическое планирование, которое осуществляется заранее, до начала решения поступившей в сеть к данному времени группы задач, и динамическое планирование, выполняемое в процессе функционирования сети непосредственно перед началом решения группы задач, причем с поступлением каждой новой задачи составленный план корректируется с учетом складывающейся ситуации по свободным и занятым ресурсам сети, наличию очередей задач и т. д.

Основным показателем эффективности организации вычислительного процесса в сети, планирования общесетевых ресурсов является время решения комплекса задач.

Оперативное управление процессами удовлетворения запросов пользователей и обработки информации с помощью РОС сети позволяет организовать учет выполнения запросов и заданий, выдачу справок об их прохождении в сети, сбор данных о выполняемых в сети работах.