Презентация по информатике на тему Программное обеспечение компьютера (10 класс)

Программное обеспечение компьютера Для того чтобы компьютер мог полноценно функционировать, он должен не только быть оснащен различными центральными и периферийными устройствами, отвечающими последним требованиям времени. Для полноценной работы достаточно и более скромного компьютера. Но совершенно невозможно представить его себе без программ, которые, собственно, и делают его полноценным техническим устройством. Программным обеспечением ЭВМ (в частности, персонального компьютера) называют совокупность программных средств для ЭВМ и их систем любого класса и типа, обеспечивающих функционирование, диагностику и тестирование их аппаратных средств, а также разработку, отладку и выполнение любых задач пользователя, где в качестве пользователя может выступать как человек, так и любое внешнее устройство, подключенное к ЭВМ и нуждающееся в ее ресурсах, а также совокупность необходимых для эксплуатации этих программных средств документов. Аппаратное (hardware) и программное (software) обеспечение ЭВМ тесно связаны. Основная тенденция здесь такая: более сложные программные продукты требуют более совершенных аппаратных средств. Основными характеристиками программного обеспечения являются:алгоритмическая сложность;состав и глубина проработки реализованных функций обработки;полнота и системность функций обработки;объем файлов программ;требования к операционной системе и техническим средствам обработки со стороны программного средства; размер оперативной памяти для запуска программ;тип процессора;версии операционной системы, в которой функционирует ПО;использование локальной и / или глобальной сети и др. Все программное обеспечение ЭВМ можно условно разделить на следующие группы: системное (СПО):операционные системы (ОС);утилиты ОС;оболочки ОС;средства тестирования и диагностики ЭВМ;системы программирования; прикладное (ППО):пакеты прикладных программ общего назначения;проблемно-ориентированные пакеты прикладных программ;интегрированные пакеты прикладных программ;пакеты прикладных программ, расширяющие функции ОС;программное обеспечение пользователя; инструментальное (ИПО):компиляторы с языков программирования высокого уровня;интерпретаторы с языков программирования высокого уровня;библиотеки стандартных программ;средства редактирования, отладки и тестирования;прикладные утилиты. Системное программное обеспечение управляет всеми ресурсами ЭВМ (центральный процессор, память, внешние устройства, пользователь и др.) и осуществляет общую организацию процесса обработки информации и взаимодействие с пользователем. К системному ПО относятся:операционные системы;операционные оболочки;драйверы. Операционная система – это важнейшая часть системного программного обеспечения, которая организует процесс выполнения задач на ЭВМ, распределяя для этого ресурсы машины, управляя работой всех её устройств и взаимодействием с пользователем. Иными словами, это своеобразный администратор компьютера, распределяющий его ресурсы так, чтобы пользователь мог решать свои задачи максимально удобно.Ресурсами компьютера являются процессорное время, память всех видов, устройства ввода/ вывода, программы и данные. Роль операционной системы можно наглядно представить с помощью рисунка. В центре его изображен компьютер, т.е.все то оборудование, которое стоит на нашем столе и которое можно непосредственно «потрогать руками» (в информатике эта часть часто называется hardware). Внешней оболочкой является разнообразное программное обеспечение (software), позволяющее многочисленным пользователям решать свои прикладные задачи из всех областей человеческой деятельности. ОС организует их совместную работу и служит своеобразным программным расширением управляющего устройства компьютера. Программноеобеспечение компьютер ОС Так ли нужен еще один дополнительный слой? Очень нужен, учитывая тот факт, что невозможно заложить в центральный блок информацию обо всех устройствах, которые к нему могут быть подсоединены. И, кроме того, новое устройство может быть изобретено уже после изготовления компьютера! Отсюда очевидно, что загружаемая (а следовательно, изменяемая) программная часть, обеспечивающая работу компьютерной аппаратуры, совершенно необходима. С другой стороны, наличие операционной системы очень существенно облегчает разработку нового программного обеспечения. Все наиболее часто встречающиеся при работе компьютера задачи сконцентрированы в ОС. Поэтому программисту уже не требуется заботиться о размещении своей программы в объеме памяти каждого конкретного компьютера или описывать отдельные технические детали взаимодействия со всевозможными внешними устройствами разнообразных фирм-изготовителей – для этого достаточно просто обратиться к соответствующей функции операционной системы. Приведем простой пример. Если бы об этом не заботилась ОС, каждая программа должна была бы самостоятельно проверять наличие диска в дисководе при записи информации или факт подключения принтера перед печатью на бумагу. Но наличие операционной системы удобно и пользователю. Поскольку на современных компьютерах диалог с ним ведется именно средствами ОС, то интерфейс (т.е. способы взаимодействия с человеком) во всех программах получается примерно одинаковым. Так, освоив 2 – 3 программы в системе Windows, пользователь может довольно быстро научиться работать с еще одной, даже совершенно новой для него.Таким образом, операционная система решает целый комплекс важных задач управления компьютером. Сформулируем их по возможности более полно. ОС современного компьютера выполняет следующие функции:Организация согласованного выполнения всех процессов в компьютере. Планирование работ, распределение ресурсов.Организация обмена с внешними устройствами. Хранение информации обеспечение доступа к ней, предоставление справок.Запуск и контроль прохождения задач пользователя.Реакция на ошибки и аварийные ситуации. Контроль за нормальным функционированием оборудования.Обеспечение возможности доступа к стандартным системным средствам (программам, драйверам, информации о конфигурации и т.п.).Обеспечение общения с пользователем.Сохранение конфиденциальности информации в многопользовательских системах. Прикладное программное обеспечение составляют пакеты прикладных программ, предназначенных для решения определенного круга задач из различных проблемных областей. В прикладное программное обеспечение входят:редакторы (текстовые, графические и др.);информационно-поисковые системы – ИПС (программы, предназначенные для создания и хранения на магнитных носителях больших массивов справочной информации и поиска в них требуемых сведений), базы данных (информационный массив, с которым работает ИПС);системы обработки числовой информации:- электронные таблицы ;- математические пакеты;пакеты прикладных программ – ППП (программы, предназначенные для решения прикладных задач);педагогические программные средства – ППС (информационно-справочные, имитационно-моделирующие, игровые и обучающие). Инструментальное программное обеспечение предназначено для создания оригинальных программных средств в любой проблемной области, в том числе и производства системного программного обеспечения. К инструментальному ПО относятся:трансляторы – переводят программы с языков программирования в машинные коды;отладчики – позволяют отслеживать выполнение создаваемых программ для поиска и исправления ошибок;интегрированные среды разработки приложений – объединяют разные средства разработки программ: редактор, транслятор, отладчик;средства создания информационных систем – объединяют средства разработки программ и технологии работы с базами данных. Первые ОС были созданы в 1953 – 1954 г.г. в США. В 1955 г. была разработана уже достаточно развитая ОС для машины IBM-704. Цель создания ОС состояла в том, чтобы сократить или в идеале вовсе исключить время отладки программ вручную за пультом машины и по возможности минимизировать время, затрачиваемое оператором для подготовки задачи к решению. Здесь речь идет не о персональных компьютерах, а о больших вычислительных машинах, работа которых стоила весьма дорого и производительность программиста при отладке за пультом была на несколько порядков медленнее выполнения этой же операции после её отладки. Поэтому была создана серия обслуживающих управляющих и отладочных программ, которые поставляли программисту информацию в виде распечаток тех или иных данных, необходимых ему для анализа работы программы за письменным столом, а не за пультом машины. С дальнейшим развитием языков программирования появилась необходимость автоматизировать процессы вызова соответствующих трансляторов, загрузки оттранслированных программ в память и распределения памяти. Особое значение для развития ОС имела идея многопрограммной обработки информации. Наиболее законченное выражение эта идея получила при разработке ОС для машины ATLAS (Англия). Эту систему следует считать родоначальницей современных ОС, полностью автоматизирующих внешнюю и внутреннюю организацию вычислительного процесса на компьютере.Первые операционные системы (CP / M, MS-DOS, UNIX) вели диалог с пользователем на экране текстового дисплея. Это был в полном смысле слова диалог, в ходе которого человек и компьютер по очереди обменивались сообщениями: человек вводил очередную команду, а компьютер, проверив её, либо выполнял, либо отвергал по причине ошибки. Такие системы в литературе принято называть ОС с интерфейсом командной строки. Подобный способ общения не очень удобен для человека, поскольку требует постоянно держать в голове жесткий синтаксис всех допустимых команд и очень внимательно их вводить. Поэтому почти сразу же стали появляться сервисные системные программы, тем или иным способом облегчающие работу с ОС. Наиболее ярким примером таких программ-оболочек может служить широко известный Norton Commander, который был настолько распространен, что многие пользователи искренне считали его частью операционной системы. Развитие графических возможностей дисплеев привело к коренному изменению принципов взаимодействия человека и компьютера. Командная стока была безвозвратно вытеснена графическим интерфейсом, когда объекты манипуляций в ОС изображаются в виде небольших рисунков, а необходимые действия тем или иным образом выбираются из предлагаемого машиной списка – так называемого меню. При подобном методе диалога набор текста полностью отсутствует и вполне достаточно всего нескольких клавиш. Существенным дополнением к графическому способу ведения диалога явилось появление нового устройства ввода информации в компьютер – манипулятора «мышь», без которого сейчас просто невозможно представить современный компьютер. Примерами операционной системы с графическим интерфейсом служат довольно похожие ОС для компьютеров «Macintoch» и «IBM PC» - OS / 2 и Windows. Последняя система в нашей стране распространена необычайно широко. В настоящий момент принята следующая классификация ОС. Они делятся на однопользовательские и многопользовательские, однозадачные и многозадачные, с текстовым и графическим интерфейсом. Система MS-DOS является однопользовательской однозадачной ОС с текстовым (командным) интерфейсом. В такой ОС в каждый момент времени работает один пользователь, который запускает одну программу и общается с ОС путем набора команд. Windows 95 можно считать однопользовательской многозадачной ОС с многооконным графическим интерфейсом. Примером многопользовательской, многозадачной ОС служит ОС UNIX, под управлением которой работает большинство компьютеров, составляющих основу Интернета. Состав операционных систем. Он может быть довольно разным для различных систем. Так, для «классических» ОС с командной строкой довольно четко выделяются три основные части:машинно-зависимая часть для работы с конкретными видами оборудования;базовая часть (ядро), не зависящая от конкретных деталей устройств: она работает с абстрактными логическими устройствами и при необходимости вызывает функции из предыдущей части; отвечает за наиболее общие принципы устройства ОС;программа ведения диалога с пользователем (её часто называют командным процессором). Значительная часть операционной системы находится в памяти постоянно, что обеспечивает её эффективную работу. Программы для некоторых редко используемых операций типа форматирования дисков чаще всего оформляются в виде самостоятельных служебных программ и хранятся на внешних носителях. Такие программы обычно называют утилитами. Кроме того, в ОС, как правило, включают небольшой стандартный набор самого необходимого программного обеспечения, например, простейший текстовый редактор.Состав операционных систем с графическим интерфейсом типа Windows заметно шире, но в целом имеет похожее строение. Всегда ли существовала ОС и может ли компьютер работать без неё? Ответ на оба вопроса отрицательный. Операционная система существовала не всегда, а возникла на стыке второго и третьего поколений. Существенными причинами возникновения ОС являются появление сложных внешних устройств – в первую очередь магнитных дисков, и необходимость разделения ресурсов между задачами и пользователями. Что касается работы без ОС, то теоретически можно написать такую программу, которая будет сама загружаться и работать с внешними устройствами без всякого участия ОС. На практике это чересчур сложно и никогда не делается. Даже если компьютер целыми днями работает по единственной программе (кассовый аппарат в магазине или учет переводов в сберкассе), в нем все равно обычно используется операционная система. Файлы ОС хранятся во внешней памяти (долговременной) на жестком, гибком или лазерном диске.Диск (жесткий, гибкий или лазерный), на котором находятся файлы ОС и с которого производится ее загрузка, называется системным. Однако программы могут выполняться, только если они находятся в оперативной памяти, поэтому файлы ОС необходимо загрузить в оперативную память.Решение проблемы состоит в последовательной поэтапной загрузке операционной системы. После включения компьютера процессор начинает считывать и выполнять микропрограммы, которые хранятся в микросхеме BIOS(Basic Input/Output System) – базовая система ввода/вывода. Базовая система ввода/вывода BIOS находится в постоянной памяти (ПЗУ) компьютера. Эта часть встроена в компьютер. Ее назначение состоит в выполнении наиболее простых и универсальных действий ОС, связанных с осуществлением ввода и вывода.Базовая система ввода/вывода BIOS содержит тест функционирования компьютера, проверяющий работу памяти и устройств компьютера при его включении, а также программу вызова загрузчика. Прежде всего начинает выполняться программа тестирования POST (Power-ON Self Test), которая проверяет работоспособность основных устройств компьютера: процессора, видеоадаптера, оперативной памяти, последовательных и параллельного портов, дисководов, контроллеров жестких дисков и клавиатуры. В случае обнаружения неисправностей выдаются последовательности коротких и длинных звуковых сигналов, а после инициализации адаптера процесс тестирования отображается на экране.В некоторых случаях появление сообщения об ошибке связано с забывчивостью пользователя. Например, в случае появления сообщения Invalid Boot Diskette (невозможно загрузить ОС с дискеты) для продолжения загрузки необходимо просто извлечь несистемную дискету из дисковода. В случае, если системные диски в компьютере отсутствуют, на экране монитора появляется сообщение Non System Disk и компьютер «зависает», то есть загрузка ОС прекращается и компьютер остается неработоспособным. В процессе тестирования BIOS сравнивает полученные данные о конфигурации компьютера с информацией, хранящейся в CMOS – специальной микросхеме памяти, расположенной на системной плате. Если данные не совпадают, то появляется сообщение CMOS System Option Not Set. В этом случае необходимо с помощью утилиты BIOS Setup установить новые конфигурационные параметры. После того как POST-тестирование успешно завершается, BIOS приступает к поиску загрузчика Master Boot операционной системы.На этом этапе загрузки происходит поочередное обращение к имеющимся на компьютере дискам (гибким, жестким, CD-ROM) и поиск на определенном месте (в первом, так называемом загрузочном секторе диска) специальной программы Master Boot (программа-загрузчик ОС). Если программа-загрузчик найдена, она помещается в оперативную память и начинает процесс загрузки файлов ОС, то есть двух модулей операционной системы IO.SYS и MSDOS.SYS, что и завершает процесс загрузки.Дисковые файлы IO.SYS и MSDOS.SYS загружаются в оперативную память загрузчиком и остаются в ней постоянно до выключения компьютера.Первый файл IO.SYS представляет собой дополнение к базовой системе ввода/вывода. Второй файл MSDOS.SYS реализует основные высоко уровневые услуги DOS. После окончания загрузки операционной системы управление передается командному процессору.Командный процессор обрабатывает команды, вводимые пользователем. Командный процессор находится в дисковом файле COMMAND.COM на диске, с которого загружается ОС.