Системное программное обеспечение. Лекция 4.1

1. Лекция 4.1. Системное программное обеспечение

4.1. Базовое программное обеспечение
4.2. Операционные системы
4.3. Виды операционных систем
4.4. Базовые понятия операционных
систем
4.5. Процессы и потоки
4.6. Управление памятью
1

2. Уровни программного обеспечения (ПО)

1. Базовое ПО в архитектуре компьютера занимает особое положение.
С одной стороны, его можно рассматривать как составную часть
аппаратных средств, с другой стороны, оно является одним из программных модулей операционной системы.
2. Операционная система (ОС) компьютеров. Задача таких программ
– управление работой всех устройств компьютерной системы и
организация взаимодействия отдельных процессов, протекающих в
компьютере во время выполнения программ. Сюда относятся и
программы, обеспечивающие отображение информации на дисплее в
удобном для пользователя виде, диалоговые программы для общения
на ограниченном естественном языке, а также системы трансляции,
переводящие на машинный язык программы, написанные на языках
программирования.
3. Служебные программы – это различные сервисные программы,
используемые при работе или техническом обслуживании компьютера:
диагностические программы, архиваторы, программы для борьбы с
вирусами и другие вспомогательные программы. К ним примыкают
программы, обеспечивающие работу компьютеров в сети. Они
реализуют сетевые протоколы обмена информацией между
машинами, работу с распределенными базами данных, телеобработку
информации.
2

3. Базовое ПО, или BIOS

Базовое ПО, или BIOS
BIOS - Basic Input/Output System – базовая система
ввода/вывода. Раньше в системе IBM PC основным
назначением BIOS была поддержка функций вводавывода за счет предоставления ОС интерфейса для
взаимодействия с аппаратурой.
Второй важной функцией BIOS является процедура
тестирования (POST – Power On Self Test)
Третьей важной функцией, которую BIOS выполняет
со времен IBM PC, является начальная загрузка
ОС.
С появлением материнских плат форм-фактора
(стандартизированный размер) ATX (Advanced
Technology extended – расширенная продвинутая
технология) – и функцию включения и
выключения источника питания
3

4. Содержание процедуры тестирования

проверка работоспособности системы
управления электропитанием;
инициализация системных ресурсов и
регистров микросхем;
тестирование оперативной памяти;
подключение клавиатуры;
тестирование портов;
инициализация контроллеров, определение и
подключение жестких дисков.
4

5. Структура аппаратно-программных средств компьютера

Прикладные программы
Интерпретаторы команд
Компиляторы
Редакторы
Операционная система
Система команд
Функциональные средства
Аппаратные средства
5

6. Операционная система

Под операционной системой обычно понимается
то программное обеспечение, которое запускается в
режиме ядра и защищается от вмешательства
пользователя с помощью аппаратных средств.
Операционная система предназначена для того,
чтобы скрыть от пользователя все эти сложности.
Этот уровень АПС избавляет его от необходимости
непосредственного общения с аппаратурой,
предоставляя вместо этого более удобную систему
команд.
Операционные системы выполняют две
основные функции – расширение возможностей
машины и управление ее ресурсами.
6

7. Виды операционных систем (ОС)

На самом верхнем уровне находятся ОС для мэйнфреймов.
(Примером операционной системы для мэйнфрейма
является OS/390.)
Уровнем ниже находятся серверные ОС. (UNIX и Windows
2000 являются типичными серверными ОС. Теперь для этой
цели стала использоваться и операционная система Linux.)
Следующую категорию составляют ОС для персональных
компьютеров (Основными ОС в этой категории являются
Windows 98, Windows 2000 и др., операционная система
компьютера Macintosh и Linux.)
Встроенные операционные системы используются в
карманных компьютерах и бытовой технике.(Примерами таких
операционных систем являются Palm OS и Windows СЕ
(Consumer Electronics– бытовая техника)).
Самые маленькие операционные системы работают на смарткартах, представляющих собой устройство размером с
кредитную карту и содержащих центральный процессор.
7

8. Базовые составляющие ОС

Процессы (Процессом называют программу в
момент ее выполнения)
Память (В каждом компьютере
есть оперативная память, используемая для
хранения исполняемых программ)
Файлы (Файловая система - еще одно базовое
понятие, поддерживаемое виртуально всеми ОС)
При создании места для хранения файлов ОС
использует понятие каталога как способ
объединения файлов в группы
Отдельные компоненты в ОС UNIX разделяются
косой чертой /, а в MS-DOS и Windows – обратной
косой чертой \
8

9. Понятие процесса

Процесс – абстрактное понятие,
описывающее работу программы.
Все современные компьютеры могут
выполнять одновременно несколько
операций.
В модели процесса все функционирующее на
компьютере ПО организовано в виде
набора последовательных процессов, или
просто процессов.
Процессом является выполняемая
программа вместе с текущими значениями
счетчика команд, регистров и переменных.
9

10. Понятие потока

В обычных ОС процесс определяется
соответствующим адресным пространством и
одиночным управляющим потоком.
Но часто встречаются ситуации, когда в
одном адресном пространстве
предпочтительно иметь несколько
квазипараллельных управляющих процессов.
Например, в рамках одного процесса
редактора MS Word запускаются несколько
потоков: редактор текста, форматирование
текста, проверка орфографии, фоновая
печать и др.
10

11. Структура памяти

Память в компьютере имеет иерархическую
структуру.
Небольшая ее часть представляет собой
очень быструю энергозависимую кэшпамять. (ОЗУ RAM, Random Access
Memory- память с произвольным
доступоми др.)
Часть операционной системы, отвечающая
за управление памятью,
называется модулем управления памятью
или менеджером памяти.
11

12. Классы системы управления памятью

К первому классу относятся системы,
перемещающие процессы между
оперативной памятью и диском во время их
выполнения, т.е. осуществляющие подкачку
процессов целиком (swapping) или
постранично (paging).
Ко второму – те, которые этого не делают.
Второй класс систем проще.
12

13. Самая простая схема управления памятью

Однозадачная система без подкачки на диск - заключается
в том, что в каждый момент времени работает только одна
программа, и память разделяется между программами и
операционной системой. Когда система организована таким
образом, в каждый конкретный момент времени может работать
только один процесс. Как только пользователь набирает
команду, ОС копирует запрашиваемую программу с диска в
память и выполняет ее, а после окончания процесса выводит на
экран символ приглашения и ждет новой команды. Получив
команду, она загружает новую программу в память, записывая
ее поверх предыдущей. Так работают компьютеры с
операционной системой MS-DOS.
Свопинг (swapping) или подкачка, состоит в том, что каждый
процесс полностью переносится в память, работает некоторое
время и затем целиком возвращается на диск.
13

14. Виртуальная память

Виртуальная память, позволяет
программам работать даже тогда, когда
они только частично находятся в памяти.
Основная идея виртуальной памяти
заключается в том, что общий размер
программы, данных и стека может
превысить доступное количество
оперативной памяти. ОС хранит части
программы, выполняющейся в настоящий
момент в оперативной памяти, остальные
– на диске.
14