Обеспечения ЭВМ

Назначение и классификация программного

Математическое обеспечение (МО) по своим задачам и функциям, выполняемым различными элементами программного обеспечения (ПО), можно разделить на две части: общее (внутреннее) и специальное (внешнее).

Общее МО − это совокупность алгоритмов, программ, описаний и инструкций для автоматизации технологических этапов разработки алгоритмов и программ, а также для организации и контроля вычислительного процесса.

Специальное МО − это совокупность алгоритмов и программ, описаний и инструкций для решения проблемных задач по отраслям и направлениям. Это внешнее МО. Эти программы используются систематически для обеспечения практической деятельности (производственной, научной, административной и пр.).

Программное обеспечение (ПО) − это совокупность программ регулярного применения, описаний и инструкций для технической эксплуатации ЭВМ и ее бесперебойного использования.

Отсутствие ПО приводит к недогрузке ЭВМ и к тому, что каждый вычислительный центр должен иметь свой штат высококвалифицированных системных разработчиков. Срок окупаемости ПО, несмотря на высокую стоимость разработки, сокращается с увеличением выпуска ЭВМ и низкой стоимости воспроизводства ПО. Разработка ПО − дорогостоящая и весьма трудоемкая операция. Основной целью разработки ПО является увеличение производительности вычислительных систем, ускорение отдачи капиталовложений и, в конечном итоге, максимальное отторжение пользователя от конкретного знания аппаратной части.

Назначение ПО − согласовать различные способы применения и работы вычислительной системы с целью увеличения ее производительности, роста эффективности труда программистов, повышения адаптируемости программ к изменяющимся ресурсам, возможности расширения самого ПО. ПО позволяет использовать ЭВМ как конкретную универсальную систему информации.

Совокупность элементов общего ПО по характеру использования и выполняемым функциям может быть разделена на три группы:

- испытательные программы для наладки, проверки и технической эксплуатации ЭВМ;

- системы программирования;

- операционные системы (ОС).

Все вычислительные системы, начиная с 3-го поколения, имеют стандартный набор команд, позволяющих работать с фиксированной и плавающей запятой, десятичной арифметикой, алфавитно-цифровой информацией, с логическими операциями.

Команды стандартного набора обслуживают запросы по обработке данных для различных областей применения. Разные модели могут снабжаться неполным набором команд из стандартного набора. Основные вычислительные возможности любой ЭВМ определяются стандартной системой команд. Если к этой системе добавить средства обработки десятичных данных, то получится экономическая система команд. При наличии средств работы с плавающей запятой получится научная система команд, а при добавлении средств защиты памяти к научной системе команд образуется универсальная система команд.

Любая ЭВМ проектируется для работы с супервизором, представляющим собой комплекс программ, координирующий и выполняющий все операции ввода-вывода. Супервизор также осуществляет планирование прохождения задач при одно- и многопрограммном режимах, обрабатывает исключительные ситуации.

С развитием рынка сбыта ЭВМ большую роль стала играть эксплуатационная надежность ЭВМ. Здесь можно выделить два аспекта:

- обнаружение факта отказа (отсюда − достоверность информации);

- локализация места неисправности для последующего восстановления работоспособности ЭВМ.

Испытательные программы − это совокупность алгоритмов и программ, предназначенных для проверки исправности ЭВМ, обнаружения и локализации отказов в работе, а также для устранения их влияния на работу управляющей системы.

Испытательные программы проверки работоспособности, наладки и технической эксплуатации ЭВМ принято разделять на контрольные задачи и тесты.

Контрольные задачи предназначены для комплексной проверки работоспособности ЭВМ особенно после любых практических работ.

Тесты выполняются обычно по отдельным устройствам или частям ЭВМ и предназначены для выявления их работоспособности. Тесты принято подразделять на контрольные и диагностические.

Правильность работы ЭВМ проверяется контрольными тестами, которые устанавливают наличие неисправности. Диагностические тесты локализуют отказавший элемент и, по возможности, исправляют неисправность.

Проверка ЭВМ осуществляется поблочно с помощью контрольных тестов, а диагностические используются только при наличии неисправностей. Эти компоненты ПО ЭВМ являются машинно-ориентированными компонентами и разрабатываются обычно параллельно с созданием самой ЭВМ.

Системы программирования в общем виде − это совокупность алгоритмов и программ, предназначенных для освобождения программиста-пользователя от необходимости изложения задачи на языке ЭВМ.

Сущность системы программирования заключается в том, что ЭВМ может воспринимать задачу только в виде перечня команд на машинном языке. Этот язык имеет значительные отличия от того математического языка, на котором сформулирована задача. Система программирования призвана освободить программиста от необходимости изложения задачи на машинном языке путем введения специального языка более высокого уровня и более близкого к естественному языку человека. Элементарная система программирования должна включать в свой состав, по меньшей мере, две компоненты:

1) специальный язык описания задач (входной язык системы программирования);

2) программу-транслятор с этого языка на машинный (программу, обеспечивающую перевод задач со специального языка на машинный).

Отсюда система программирования – это совокупность алгоритмов и программных средств, предназначенных для автоматизации наиболее трудоемких этапов разработки алгоритмов и программ.

В соответствии со структурой, уровнем формализации входного языка и целевым назначением принята следующая классификация систем программирования:

- машинные;

- процедурные;

- проблемные;

- вспомогательные.

Машинные системы программирования включают системы символического кодирования (ССК), автокоды и макрогенераторы. Входной язык связан с определенной ЭВМ или семейством ЭВМ. Система символического кодирования предназначена для автоматизации программирования с использованием входных языков уровня «один к одному». Это означает, что одной символической конструкции соответствует одна машинная команда или константа.

ССК является базой для создания более совершенных систем программирования, т. к.

- входной язык высшего уровня транслируется в символический, а машинная программа получается в результате работы транслятора с языка символического кодирования;

- если ЭВМ имеет специфические устройства, которые нельзя учесть в системе с языка высшего уровня, то целесообразно использовать переход от языка высшего уровня к символическому, чтобы эффективнее использовать конкретные особенности машины.

Основными элементами ССК являются

- входной язык;

- транслятор, обеспечивающий контроль и перевод исходной программы в машинную;

- библиотека стандартных подпрограмм на машинном языке;

- обслуживающие программы системы;

- пакет документации по системе.

Язык символического кодирования − это прежде всего машинно-ориентированный язык. Он требует от программиста знаний основных приемов программирования и позволяет писать весьма эффективные программы.

Дальнейшее развитие автоматизации программирования на уровне машинно-ориентированных систем привело к созданию автокодов. Входным языком автокодов является язык уровня «один к нескольким», т.е. одной автокодовой инструкции соответствует несколько машинных команд. Основу автокодового языка составляют команды, обозначающие функцию команды подстановкой или генерированием. Подстановочные и генерирующие системы содержат транслятор с символического языка, поэтому программист при составлении программ может одновременно употреблять как символические, так и машинные команды.

Макрогенераторы имеют язык, который конструируется по образу и подобию системы команд конкретной ЭВМ, и поэтому отсутствует универсальность, свойственная языкам высшего уровня. В силу этого, а также вследствие приспособленности к логической структуре определенной ЭВМ возможно построение более простых и компактных трансляторов с макроязыков. Программы, написанные на языке макрокодов, по своему качеству приближаются к программам, составленным вручную программистом средней квалификации.

Процедурные системы программирования в отличие от машинно-ориентированных систем используют в качестве входного языка алгоритмические языки, которые полностью освобождают программиста от записи программ, похожих на машинные.

Основными компонентами процедурных систем программирования являются входной алгоритмический язык и транслятор с него на уровень систем символического кодирования или на уровень непосредственно машинных команд. В соответствии с целевым назначением алгоритмических языков можно рассматривать системы программирования, ориентированные на описание и обработку информации научно-технических и инженерных задач (Алгол, Паскаль, Фортран и др.), экономических задач (Кобол, Алгек, Алгем и др.), символической информации (Лисп, Эпсилон и др.), моделирования (Симула, Симскрипт), и другие системы, базирующиеся на конкретных алгоритмических языках.

В общем случае транслятором называют специальную программу, которая обеспечит перевод программы пользователя, написанной на некотором языке программирования, в программу на машинном языке (или ассемблерном языке с последующим переводом на машинный язык).

Все трансляторы, входящие в состав программного обеспечения вычислительной системы, работают под управлением операционных систем и должны удовлетворять некоторым принятым соглашениям. Программа, написанная на любом входном языке, имеющемся в системе, транслируется в объектный модуль, который представляет собой программный модуль в промежуточном, общем для всех трансляторов системы, формате. Специфика исходного языка программирования после трансляции теряется. Объектный модуль не является программой, которая выполняется на машине, т. к. он может содержать символические адреса, не определенные во время трансляции, а также некоторую другую информацию.

Проблемные системы программирования исключают разработку алгоритмов решаемых задач программистом. Эти системы ориентированы на узкий класс однотипных задач. Так, например, одна из первых проблемных систем программирования − генератор отчетов − преследовала цели подготовки программ, составляющих отчет по совокупности входных документов. В задачу программиста при работе с генератором отчетов входит задание информации в формате и структуре требуемого отчета. При этом имеется в виду, что алгоритм получения ответа не описывается.

К проблемным системам программирования относятся системы, базирующиеся на табличных языках или таблицах принятия решений (ТПР). Процесс обработки информации в этих системах и сама обрабатываемая информация описываются с помощью ТПР. Соответствующим образом закодированные ТПР вводятся в память машины и транслируются в рабочую программу с ее последующим решением.

Язык таблиц принятия решений независим от машины, он исключает словесное описание задачи, составление блок-схемы и программы: его удобно использовать для общения различных специалистов, работающих над одной проблемой.

Вспомогательные системы программирования включают набор заранее подготовленных программ, выполняющих ряд вспомогательных функций при обработке данных. Компоненты вспомогательных систем программирования, такие как обслуживание памяти, системы отладки, моделирующие программы, используются в совокупности с различными компонентами машинных, процедурных и проблемных систем программирования для обслуживания работы ЭВМ.

Обслуживающая программа может называться системой программирования при соблюдении условия универсальности, т.е. способности настраиваться на обработку различных входных массивов информации. В работе любой обслуживающей программы можно выделить два этапа: на первом осуществляется прием управляющей информации и автоматическая настройка на обработку по заданным параметрам входных массивов; на втором реализуется выполнение заданной программы.

Системные обслуживающие программы выполняют функции, необходимые всем или большинству потребителей. К таким функциям относятся редактирование программ и помещение их в библиотеку системы, обслуживание системных библиотек, поддержание информации с одного носителя на другой и др.

Отладочные программы проверяют и выявляют ошибки в рабочих программах. Их использование не требует знаний о рабочей программе, составляемой автоматической настройкой по исходной информации.

Средства отладки разделяются на две категории: одни используются в процессе выполнения рабочих программ, а другие − в тех случаях, когда в программе в процессе выполнения произошла ошибка. Средства первой категории выводят на печать промежуточную информацию, документируют ход выполнения программы и выдают результаты решения задачи. Средства второй категории предназначены для локализации ошибки, «узнавания» типа ошибки и выполнения тех действий, которые связаны с ликвидацией последствий возникшей ошибки.

Отладочные средства позволяют корректировать программы, т.е. без повторной трансляции заменять, добавлять или удалять команды программы, строить во вспомогательной памяти файлы, которые требуются отлаживаемой программе как вводные.

Особенный раздел представляют собой все виды компьютерной графики, отдельно могут рассматриваться средства мультимедиа. Компьютерная графика в настоящий момент может представляться следующими видами

Операционная система − весьма сложная и непонятная вещь, которая иногда включается в состав системы программирования, а чаще всего существует сама по себе. Отношение разработчика и пользователей к ней тоже разное:

- учитесь ставить ОС на колени;

- чем больше мы у ОС выигрываем, тем больше мы сами проигрываем.

Главная цель создания ОС − повышение эффективности работы ЭВМ и экономичности производительности всей системы в целом.

Максимальное количество ОС разработано для ЭВМ общего назначения, поэтому некоторые специализированные и встроенные ЭВМ, сами реализующие функции управления, могут не поддерживаться операционными системами. Операционная система представляет собой комплекс программ, управляющих ресурсами ЭВМ, всем ходом работы ЭВМ, идентифицирующих программы и данные и осуществляющих связь между ЭВМ и человеком.

Сложность ОС соответствует сложности вычислительной системы. С появлением сложных ОС возникло понятие «операционная среда». Операционная среда − это ЭВМ плюс ОС.

Контрольные вопросы

1. Этапы развития математического обеспечения (МО) ЭВМ.

2. Особенности развития МО ЭВМ на этапе 80-х годов ХХ столетия.

3. Компьютеры с обогащенной структурой.

4. Тенденции развития МО к концу ХХ столетия.

5. Определение и состав МО ЭВМ.

6. Математическое и программное обеспечение – взаимосвязь и назначение.

7. Языки программирования как раздел МО.

8. Понятия общего и специального математического обеспечения.

9. Испытательные программы и их составляющие.

10. Системы программирования и их классификация.

11. Комплекс программ технического обслуживания.

12. Средства отладки и их классификация.

ГЛАВА 3. ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА

Дата добавления: 2014-12-29