Программное обеспечение по эвм. Реферат: Программное обеспечение ЭВМ. Виды программного обеспечения ЭВМ

Программное обеспечение ЭВМ и его основные характеристики. Классификация ПО.

Бурное развитие новой информационной технологии и расширение сферы ее применения привели к интенсивному развитию программного обеспечения (ПО). Достаточно отметить, что в 1996 г. мировым сообществом на программное обеспечение затрачено свыше 110 млрд. долларов. Причем тенденции развития ПО показывают, что динамика затрат имеет устойчивую тенденцию к росту, примерно 20% в год.

Системное программное обеспечение обеспечивает функционирование и обслуживание компьютера, а также автоматизацию процесса создания новых программ. К системному программному обеспечению относятся: операционные системы и их пользовательский интерфейс; инструментальные программные средства; системы технического обслуживания.

Операционная система - обязательная часть специального программного обеспечения, обеспечивающая эффективное функционирование персонального компьютерра в различных режимах, организующая выполнение программ и взаимодействие пользователя и внешних устройств с ЭВМ.

Пользовательский интерфейс (сервисные программы) - это программные надстройки операционной системы (оболочки и среды), предназначенные для упрощения общения пользователя с операционной системой.

Программы, обеспечивающие интерфейс, сохраняют форму общения (диалог) пользователя с операционной системой, но изменяют язык общения (обычно язык команд преобразуется в язык меню). Сервисные системы условно можно разделить на интерфейсные системы, оболочки операционных систем и утилиты.

Интерфейсные системы - это мощные сервисные системы, чаще всего графического типа, совершенствующие не только пользовательский, но и программный интерфейс операционных систем, в частности, реализующие некоторые дополнительные процедуры разделения дополнительных ресурсов.

Оболочки операционных систем предоставляют пользователю качественно новый по сравнению с реализуемым операционной системой интерфейс и делают необязательным знание последнего.

Утилиты автоматизируют выполнение отдельных типовых, часто используемых процедур, реализация которых потребовала бы от пользователя разработки специальных программ. Многие утилиты имеют развитый диалоговый интерфейс с пользователем и приближаются по уровню общения к оболочкам.

Инструментальные программные средства (системы программирования) - обязательная часть программного обеспечения, с использованием которой создаются программы. Инструментальные программные средства включают в свой состав средства написания программ (текстовые редакторы); средства преобразования программ в вид, пригодный для выполнения на компьютере (ассемблеры, компиляторы, интерпретаторы, загрузчики и редакторы связей), средства контроля и отладки программ.

Текстовые редакторы позволяют удобно редактировать, формировать и объединять тексты программ, а некоторые - и контролировать синтаксис создаваемых программ.

Программа, написанная на алгоритмическом языке, должна быть преобразована в объектный модуль, записанный на машинном языке (в двоичных кодах). Подобное преобразование выполняется трансляторами (ассемблером - с языка Assembler и компиляторами - с языков высокого уровня). Для некоторых алгоритмических языков используются интерпретаторы, не создающие объектный модуль, а при каждом очередном выполнении программы переводящие каждую ее отдельную строку или оператор на машинный язык. Объектный модуль обрабатывается загрузчиком - редактором связей, преобразующие его в исполняемую машинную программу.

Средства отладки позволяют выполнять трассировку программ (пошаговое выполнение с выдачей информации о результатах исполнения), производить проверку синтаксиса программы и промежуточных результатов в точках останова, осуществлять модификацию значений переменных в этих точках.

Системы технического и сервисного обслуживания представляют собой программные средства контроля, диагностики и восстановления работоспособности компьютера, дисков и т. д.

Прикладное программное обеспечение обеспечивает грешение пользовательских задач. Ключевым понятием здесь является пакет прикладных программ.
Под программным обеспечением информационных систем понимается совокупность программных и документальных средств для создания и эксплуатации систем обработки данных средствами вычислительной техники. Системное ПО – это совокупность программ для обеспечения работы компьютера. Системное ПО подразделяется на базовое и сервисное. Системные программы предназначены для управления работой вычислительной системы, выполняют различные вспомогательные функции (копирования, выдачи справок, тестирования, форматирования и т. д).

Базовое ПО включает в себя:

  • операционные системы;
  • оболочки;
  • сетевые операционные системы.
Сервисное ПО включает в себя программы (утилиты):
  • диагностики;
  • антивирусные;
  • обслуживания носителей;
  • архивирования;
  • обслуживания сети.
Прикладное ПО – это комплекс программ для решения задач определённого класса конкретной предметной области. Прикладное ПО работает только при наличии системного ПО.

Прикладные программы называют приложениями. Они включает в себя:

  • текстовые процессоры;
  • табличные процессоры;
  • базы данных;
  • интегрированные пакеты;
  • системы иллюстративной и деловой графики (графические процессоры);
  • экспертные системы;
  • обучающие программы;
  • программы математических расчетов, моделирования и анализа;
  • игры;
  • коммуникационные программы.
Особую группу составляют системы программирования (инструментальные системы), которые являются частью системного ПО, но носят прикладной характер. Системы программирования – это совокупность программ для разработки, отладки и внедрения новых программных продуктов. Системы программирования обычно содержат:
  • трансляторы;
  • среду разработки программ;
  • библиотеки справочных программ (функций, процедур);
  • отладчики;
  • редакторы связей и др.

Сохранено

Программное обеспечение ЭВМ – это набор программ, процедур, правил и соответствующей документации системы по обработки информации.

В компьютерном жаргоне часто используется слово «софт» от английского software.

Программное обеспечение - неотъемлемая часть компьютерной системы. Оно является логическим продолжением технических средств. Сфера применения конкретного компьютера определяется созданным для него ПО.

По назначению ПО подразделяется на три класса : системное программное обеспечение, инструментальное и прикладное программное обеспечение (см. рис.).

Системное программное обеспечение организует процесс обработки информации в компьютере, служат для управления ресурсами компьютера - центральным процессором, памятью,

Оно включает в себя: Операционные системы и оболочки, утилиты, программы диагностики, драйвера.

Операционная система - это комплекс взаимосвязанных системных программ, назначение которого - организовать взаимодействие пользователя с компьютером и выполнение всех других программ.

Средства диагностики и контроля (программы -утилиты) обеспечивают автоматический поиск ошибок и проверку функционирования отдельных узлов ЭВМ.

составляют те программы, ради которых существует компьютер..



Прикладное программное обеспечение включает три больших группы : пакет прикладных программ (общего назначения), методо-ориентированные, проблемно-ориентированные.

Программы общего назначения обеспечивают автоматизацию решения достаточно широкого круга задач, связанных с обработкой информации.

Проблемно-ориентированное программное обеспечение предназначено для решения конкретных задач пользователя и вследствие того имеет ограниченную область применения. Методо-ориентированные программы применяются для решения специальных задач в различных областях деятельности человека.

Инструментальное программное обеспечение - это программы, которые используются в ходе разработки, корректировки или развития других прикладных или системных программ.

Инструментарий технологии программирования состоит из двух частей:

языки и системы;

CASE – технологии.

Языки и системы – это продукты, позволяющие создавать программные коды (программы на алгоритмических языках высокого уровня). К ним относятся:

трансляторы;

библиотеки стандартных программ;

средства редактирования, отладки и тестирования программ.

Язык программирования - формализованный язык для описания алго­ритма решения задачи на компьютере.

Средства для создания приложений - совокупность языков и систем программирования, а также различные программные комплексы для отлад­ки и поддержки создаваемых программ.

Языки программирования , если в качестве признака классификации взять синтаксис образования его конструкций, можно условно разделить на классы:

машинные языки (computer language) - языки программирования, воспринимаемые аппаратной частью компьютера (машинные коды);

машинно-ориентированные языки (computer-oriented language) - языки программиро­вания, которые отражают структуру конкретного типа компьютера (ассемблеры);

алгоритмические языки (algorithmic language) - не зависящие от архитектуры ком­пьютера языки программирования для отражения структуры алгоритма (Паскаль, Фортран, Бейсик и др.);

процедурно-ориентированные языки (procedure-oriented language) - языки програм­мирования, где имеется возможность описания программы как совокупности проце­дур (подпрограмм);

проблемно-ориентированные языки (universal programming language) - языки про­граммирования, предназначенные для решения задач определенного класса (Лисп, РПГ, Симула и др.);

Транслятор (translation – перевод, преобразование) - это специальная программа, которая производит преобразование записи алгоритма с языка программирования в последовательность машинных команд.

CASE – технологии – (Computer Aid Software Engineering) – в переводе с английского языка означает “конструирование программного продукта”. CASE технология - это совокупность методов проектирования и разработки сложных систем ПО

ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Операционная система - это комплекс взаимосвязанных программ, обеспечивающих интерфейс между приложениями и пользователями, с одной стороны, и аппаратурой компьютера - с другой, и реализующих рациональное управление ресурсами компьютера (в соответствии с некоторыми критериями).

ОС выполняет две основные функции:

предоставляет пользователю дружественный интерфейс;

обеспечивает эффективное использование аппаратно-программных ресурсов ЭВМ.

Наряду с указанными выше двумя основными функциями ОС выполняет и ряд других, в том числе сервисных, основными из которых являются:

обработка нештатных (аварийных) ситуаций, возникаю­щих при решении задач;

диагностика и сервисное обслуживание дисков - исправ­ление ошибок в адресации данных, расположенных на дисках, оптимизация расположения данных на диске;

конфигурирование аппаратных средств ЭВМ под нужды пользователя.

ОС персональных ЭВМ можно разделить на:

однозадачные и многозадачные (в зависимости от допус­тимого числа одновременно решаемых задач);

однопользовательские и многопользовательские (в зави­симости от допустимого

3. СЕМЕЙСТВА И ХРОНОЛОГИЯ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ

ОС Microsoft Windows

MS Windows- семейство операционных систем компании Microsoft (Майкрософт). Изначально Windows была всего лишь графической надстройкой для MS-DOS. Начиная с 1995 года Windows - самая популярная операционная система на рынке персональных компьютеров – стандарт де-факто. К 2005-му году Microsoft Windows была установлена более чем на 89% персональных компьютеров. А по состоянию на август 2014 года под управлением операционных систем семейства Windows по данным ресурса NetMarketShare работает более 91% персональных компьютеров.

Windows 1.0 (1985)

Windows 2.0 (1987)

Windows/386 (1987)

Windows 3.0 (1990)

Windows 3.1 (1992)

Для MS Windows существует очень удобный и освоенный большинством пользователей пакет прикладных программ Microsoft Office, включающий:

текстовый процессор MS Word,

табличный процессор MS Excel,

органайзер MS Outlook,

приложение для подготовки презентаций MS PowerPoint,

приложение для управления базами данных MS Access.

Операционная система GNU/Linux (произносится «гну ли́нукс») - свободная UNIX-подобная операционная система. Обычно, по историческим причинам и для краткости, эта система называется просто «Linux». Это самая мощная альтернатива MS Windows, популярная в качестве серверной и резко набирающая популярность в качестве настольной (desktop) операционной системы в последние годы, в связи с усилением контроля за соблюдением лицензионного использования ОС Windows со стороны Microsoft в версиях XP и Vista.

Самые распространённые в мире дистрибутивы:

американский Red Hat и его наследник Fedora Core;

немецкий SuSE;

французский Mandriva (бывший Mandrake);

не имеющий национальной принадлежности международный дистрибутив Debian GNU/Linux;

один из самых старых дистрибутивов Slackware;

сравнительно молодой и активно развивающийся дистрибутив Gentoo;

молодой, но перспективный дистрибутив Ubuntu Linux.

Аппаратное обеспечение (hardware) - совокупность технических средств, используемых в процессе функционирования ЭВМ и взаимодействующих друг с другом.

Программное обеспечение (software) - совокупность программ для ЭВМ и методических материалов по их применению.

Программное обеспечение (ПО) делится на системное (общее) и прикладное (специальное).

Системное ПО - совокупность программ, обеспечивающих управление устройствами ЭВМ и процесс выполнения прикладных программ. Основой системного ПО являются операционные системы (ОС).

Прикладное ПО - совокупность программ, обеспечивающих решение конкретных прикладных задач.

Для выполнения многих прикладных программ необходимо служебное (обеспечивающее, вспомогательное) ПО (интерпретаторы, СУБД, специальные утилиты). Служебное ПО занимает промежуточное место между системным и прикладным ПО.

Аппаратно-программное обеспечение (firmware) - совокупность программ и данных, сохраняемых в ПЗУ и критически важных для функционирования ЭВМ данного типа.

Обычно конкретная прикладная программа может выполняться только на определенном типе ЭВМ, с использованием определенного системного и служебного ПО. Поэтому часто говорят об аппаратных, программных и программно-аппаратных платформах .

Аппаратная платформа - совокупность технических средств, определяющих среду функционирования конкретных программ. Основой аппаратной платформы является совокупность системной (материнской) платы и типа используемого процессора . Выполняемая на ЭВМ программа состоит из команд конкретного процессора. Каждый тип процессора (Intel, PowerPC, Alpha, Sparc и т.д.) имеет свою систему команд, которые сильно различаются. Программа, закодированная в системе команд одного процессора, не может быть выполнена на ЭВМ, использующей процессор, имеющий другую систему машинных команд. В некоторых процессорах предусмотрена возможность эмуляции команд других процессоров.

Программная платформа - совокупность системных и/или служебных программ, создающих среду выполнения конкретных прикладных программ.

Обычно прикладные программы создаются применительно к использованию в среде конкретного системного ПО (операционной системы, ОС). Например, программы, предназначенные для исполнения в среде Windows, не могут исполняться в среде ОС OS/2 и наоборот. При этом программы, рассчитанные на применение в среде OS/2 или Windows, могут иметь общую аппаратную платформу, например, ЭВМ на процессорах Intel. В этом случае программной платформой является конкретная ОС.

В качестве программной платформы может выступать и служебное ПО. Например, программа созданная на языке программирования PL/SQL, используемом в СУБД Oracle, обычно может выполняться на любой аппаратной платформе, под управлением любой ОС, но только в среде СУБД Oracle для данной аппаратной платформы и данной ОС. Программа на языке Java может исполняться на любой аппаратной платформе, под управлением любой ОС, но только в том случае, если на данной ЭВМ установлена так называемая исполнительная машина Java , обеспечивающая выполнение программ на языке Java в среде данной ОС. В рассмотренных случаях говорят, что в качестве программной платформы выступает СУБД Oracle, либо исполнительная машина Java, соответственно.



Программно-аппаратная платформа - совокупность аппаратных средств, системного и служебного ПО, необходимых для функционирования конкретных прикладных программ.

Большинство существующих на данный момент программ реализовано для программно-аппаратной платформы WIntel (Windows, Intel), то есть требуют для своей эксплуатации ЭВМ на основе процессоров Intel (или совместимых с ними) и функционирующих под управлением той или иной разновидности ОС Windows.

Современная классификация ЭВМ

Общие принципы классификации

Существует несколько видов классификации ЭВМ. Наиболее значимыми являются классификации по:

· степени универсальности;

· способам использования;

· степени производительности;

· особенностям архитектуры.

Классификация по степени универсальности

По степени универсальности выделяют:

· ЭВМ общего назначения (универсальные);

· Специализированные (встроенные) ЭВМ.

ЭВМ общего назначения могут использоваться для решения любых задач обработки данных.

Специализированные (встроенные) ЭВМ - это ЭВМ, предназначенные для решения ограниченного круга задач. Обычно специализированные ЭВМ используются для управления сложными техническими устройствами. Каждая специализированная ЭВМ рассчитана на решение ограниченного круга задач и, как правило, не может использоваться вне того устройства, в которое встроена. Встраиваются в системы автоматического управления сложными устройствами или технологическими процессами на производстве, транспорте, связи, военном деле и т.д. Часто встраиваются в бытовые устройства.

Классификация по способам использования.

По способам использования выделяют:

· ЭВМ коллективного использования;

· ЭВМ индивидуального использования.

ЭВМ коллективного использования - это ЭВМ, предназначенныедля обслуживания одновременной работы нескольких пользователей. ЭВМ коллективного использования обычно имеют существенно более высокую производительность, чем ЭВМ индивидуального использования и обычно выступают в качестве серверов компьютерных сетей (сетевых серверов).

Компьютерная сеть - совокупность ЭВМ и/или диалоговых устройств ввода-вывода (терминалов), объединенных средствами коммуникаций для возможности совместного использования общих технических и информационных ресурсов.

Сетевой сервер - ЭВМ, управляющая работой компьютерной сети.

ЭВМ индивидуального использования - это ЭВМ, способные в каждый момент времени обеспечить эксплуатацию только со стороны единственного пользователя.

Классификация по степени производительности

· ЭВМ ординарной производительности.

· ЭВМ высокой производительности;

· ЭВМ сверхординарной производительности (супер-ЭВМ);

Деление по степени производительности является очень условным. ЭВМ, которые несколько лет назад относились к классу ЭВМ высокой производительности, на сегодняшний день являются ЭВМ ординарной производительности.

ЭВМ ординарной производительности - предназначены для решения рядовых задач индивидуальных пользователей или обслуживания малых компьютерных сетей. Массовые персональные компьютеры являются ЭВМ ординарной производительности.

ЭВМ высокой производительности - одно- или многопроцессорные ЭВМ, предназначенные для обслуживания компьютерных сетей среднего и большого размера или индивидуального применения при решении задач повышенной сложности.

ЭВМ сверхординарной производительности (супер-ЭВМ) - многопроцессорные ЭВМ, предназначенные для решения задач чрезвычайной сложности. Основными приложениями супер-ЭВМ являются обслуживание очень больших компьютерных сетей, моделирование ядерных реакций, исследование структуры ДНК, управление сложными военными и космическими объектами, криптография, метеорология.

Супер-ЭВМ имеют десятки, сотни и даже тысячи процессоров, ОЗУ до нескольких десятков Тбайт, емкость ВЗУ до нескольких Пбайт, обеспечивают возможность подключения большого числа внешних устройств, а их стоимость составляет от сотен тысяч до десятков миллионов долларов. Они практически всегда имеют уникальную архитектуру и проектируются по специальному заказу, часто применительно к использованию для решения определенного класса задач. Быстродействие супер-ЭВМ (также впрочем, как и ЭВМ других классов) измеряется в специальных единицах – кратных MIPS и MFLOPS.
MIPS (Million instrution per second) - единица измерения

быстродействия компьютеров (миллион арифметических

операций над числами с фиксированной точкой).

MFLOPS (Million flowting points operation per second) - единица

измерения быстродействия компьютеров (миллион

арифметических операций над числами с плавающей точкой в секунду).

Суперкомпьютеры

Рассмотрим в качестве примера характеристики одного из самых мощных компьютеров современности. 4 июня 2006 года в японском исследовательском институте RIKEN (Иокогама) был введён в действие разработанный здесь петафлопсный суперкомпьютер MDGrape-3. Это компьютер, специально предназначенный для анализа математических моделей сворачивания белков.

Его теоретическая производительностью 1000 триллионов операций в секунду. Дело в том, что производительность суперкомпьютеров измеряется с помощью рейтингового теста, который называется Linpack. Linpack предполагает решение систем линейных алгебраических уравнений с плотно заполненной матрицей высокого порядка. Однако для MDGrape-3 такой способ определения производительности не подходит - его производительность рассчитывается теоретически.

Суперкомпьютер собран на основе процессоров MDGrape-3, изготовленных фирмой Hitachi. Производительность каждого из них 230 Гфлопс. Всего компьютер содержит 201 вычислительный модуль, каждый из состоит из 24 процессоров MDGrape-3.

Для того, чтобы в полной мере задействовать указанные вычислительные мощности, решаемая задача должна быть проанализирована на предмет одновременного решения различных её частей и для каждой из этих частей должна быть подготовлена программа, которая исполняется соответствующим вычислительным модулем.

Эту подготовительную работу главного вычислительного ядра обеспечивают две группы серверов на основе процессоров Intel. Одна группа - кластер, содержащий 65 серверов, каждый из которых состоит из 256 двухъядерных процессоров Intel Xeon (Dempsey). Вторая группа - 37 серверов, каждый содержит 74 одноядерных процессора Xeon 3,2 ГГц. Все эти компьютеры объединены в единую систему компанией SGI Japan.

Ближайший к MDGrape-3 по производительности компьютер - , американский IBM BlueGene/L, расположенный в Ливерморской ядерной лаборатории. Он возглавляет Top500 - рейтинг суперкомпьютеров на основе прохождения теста Linpack. Производительность его примерно втрое ниже, чем у MDGrape-3 .

Определение списка Top500 - списка 500 самых мощных компьютеров планеты проводится два раза в год. Каждый раз список довольно существенно меняется, но можно отметить некоторые общие закономерности. Рассмотрим их.

Наибольшее число суперкомпьютеров насчитывается в Америке, далее идёт Азия и на третьем месте - Европа. Конкретно на конец 2006 в Америке насчитывалось 298 представителей списка Top500, в Азии 93 (из них 29 в Японии и 28 в Китае); в Европе 83 - суперкомпьютера.

Если оставить в стороне процессоры, разработанные специально для суперкомпьютеров и рассмотреть применение для этой цели обычных процессоров, то картина будет выглядеть следующим образом. На процессорах Intel собрана 301 система, на процессорах IBM Power - 84 системы, и 81 система на процессорах AMD (Opteron).

Если говорить о конкретных системах, достигающих максимальной производительности, то, как уже упоминалось, на первом месте американский суперкомпьютер BlueGenel с теоретической производительностью 360-терафлопс. Следом за ним – также американский суперкомпьютер теоретическая производительность которого немного превышает 100-терафлопс, все остальные машины не дотягивают до 100-терафлопс. Реальная производительность, как уже упоминалось выше, замеряется в тесте Linpack и может быть существенно ниже.

Эксперты в области суперкомпьютеров в качестве гипотетического идеала рассм атривают петафлопсная машину. Они уверенно высказывают предположение, что до начала 2010 года, компьютер, способный показать такую производительность в тесте Linpack создан не будет. Напомним, что производительность MDGrape рассчитана теоретически, архитектура этого компьютера не приспособлены для запуска теста Linpack.

Достаточно давно среди разработчиков суперкомпьютеров и экспертов в этой области ведётся дискуссия о необходимости замены слишком узкого и неадекватного теста Linpack более объективным, итспытаниями. Однако ситуация не меняется. Другие тесты разработаны, но расчёт рейтинга Top500 на их основе задерживается, поскольку это новшество сильно изменит привычную расстановку сил среди производителей суперкомпьютеров, что приведёт к существенному изменению ситуации в этой отрасли IT-индустрии.

Наконец, пара слов о значении суперкомпьютеров для решения экономических задач. Многие математические модели экономики сводятся к оптимизационным задачам, причём некоторые из них могут быть решены только простым перебором. Большое количество рассматриваемых вариантов не позволяло применить существующие компьютеры для решения таких задач - их производительности явно не хватало для получения результата в обозримое время. Ситуация существенно изменится, когда мощность персональных компьютеров приблизится к мощности суперкомпьютеров. Возможно, это звучит фантастически, но Intel приблизил сказку к реальности, представив перспективную разработку 80 - ядерного, терафлопсного микропроцессора. Не исключено, что скоро на столах работников экономических служб предприятий будут стоять компьютеры по производительности близкие к ныне существующим суперкомпьютерам и работникам экономических служб и IT- специалистам их обслуживающим надо быть к этому готовым.

С точки зрения производительности следует рассматривать не только отдельно взятые ЭВМ, но и их совместно функционирующие конгломераты. Часто несколько ЭВМ объединяются в кластеры. Кластер - совокупность ЭВМ, совместно используемых для обеспечения необходимой производительности при решении задач повышенной сложности.

Высокой производительности компьютерной системы можно достичь при совместном функционировании даже ЭВМ ординарной производительности. Сложная задача разделяется на небольшие части, каждая часть решается на ЭВМ ординарной производительности, потом результаты решения объединяются (компьютерная графика в кинофильмах - покадровая обработка, криптография). Но не все задачи можно разделить на такие части, некоторые задачи нужно решать в реальном масштабе времени. Поэтому конгломераты ЭВМ малой и средней производительности в обозримом будущем не смогут заменить супер-ЭВМ.

Классификация по особенностям архитектуры

· Мэйнфреймы

· Мини-ЭВМ

· Персональные ЭВМПерсональные ЭВМ (Микро-ЭВМ)

· Сетевые компьютеры

· Портативные (мобильные) устройства

Строго определения указанных классов дать нельзя.

Мэйнфрейм - ЭВМ, высокой или сверхординарной производительности, использующая один или несколько высокопроизводительных процессоров, обеспечивающая подключение большого числа внешних устройств и предназначенная для обслуживания большого числа пользователей при осуществлении ими сложной обработки больших объемов данных.

Основные их характеристики:

· ОЗУ от нескольких до нескольких сотен Гбайт;

· высокопроизводительные каналы ввода-вывода;

· емкость ВЗУ - до десятков Тбайт;

· допускают подключение сотен устройств ввода-вывода;

· имеют стоимость от десятков тысяч до нескольких миллионов долларов;

· практически всегда выступают в качестве ЭВМ коллективного использования.

Исторически это самый старый тип ЭВМ. Классические мэйнфреймы 60-70 гг.- это семейство IBM 360/370. Тогда они имели характеристики объема ОЗУ и ВЗУ ниже, чем современные ПК. Они были взяты за основу при проектировании советских ЕС ЭВМ. С 80х гг. мэйнфреймы активно вытесняются сетями, основанными на высокопроизводительных мини-ЭВМ.

Основное назначение мэнфреймов на текущий момент - обслуживание больших компьютерных сетей. В США установлено более 40 тыс. мэйнфреймов и в их базах данных хранится 70% информации крупных корпораций. В России используется порядка 5 тыс. мэйнфреймов (в основном, устаревших).

Основные производители мэйнфреймов IBM, Hitachi, Fujitsu и т.д. Наиболее распространенная современная линия мэйнфреймов ES/390 (Enterprise System) выпускается компанией IBM.

Мини-ЭВМ - ЭВМ, высокой или сверхординарной производительности, использующая один или несколько высокопроизводительных процессоров, предназначенная для управления крупными компьютерными сетями или решения задач высокой сложности при индивидуальном использовании.

Чаще всего используются как серверы средних и больших сетей, но нередко применяются как индивидуально используемые ЭВМ для решения задач повышенной сложности. В последнем случае их часто называют высокопроизводительными рабочими станциями.

Под высокопроизводительными рабочими станциями обычно понимаются индивидуально используемые мини-ЭВМ, использующие так называемые RISC-процессоры и ту или иную разновидность операционной системы Unix. В последнее время многие производители высокопроизводительных станций все чаще начинают использовать CISC-процессоры Intel и OC Windows NT/2000.

Высокопроизводительные рабочие станции обычно используются для решения сложных инженерных задач (автоматизированное проектирование), научных и экономических задач, требующих большого объема вычислений, в компьютерном дизайне, в кинематографии и т.д. Грань между высокопроизводительными рабочими станциями и персональными ЭВМ быстро стирается. Теперь многие из перечисленных задач можно решать и с помощью компьютеров, традиционно относимых к классу персональных ЭВМ.

Исторически, мини-ЭВМ возникли в начале 70х гг. как более дешевое решение, рассчитанное на средние фирмы в противовес дорогостоящим мэйнфреймам, которые были доступны только крупным богатым организациям. До последнего времени активно вытесняли мэйнфреймы, поскольку имели лучшее соотношение производительность/цена.

Основные их характеристики:

· один или несколько высокопроизводительных процессоров;

· обычно используют ту или иную разновидность ОС Unix;

· ОЗУ до десятков и сотен Гбайт;

· емкость ВЗУ до нескольких сотен Гбайт;

· обычно допускают подключение меньшего, чем мэйнфреймы числа внешних устройств;

· имеют стоимость от нескольких тысяч до нескольких миллионов долларов.

Основные производители : Sun, IBM, Silicon Graphics, Hewlett Packard и др.

Персональные ЭВМ (ПЭВМ, ПК, PC) - ЭВМ ординарной производительности, допускающие использование относительно небольшого числа устройств ввода-вывода.

Термин "персональный компьютер" используется для того, чтобы указать на то, что это ЭВМ, архитектура которой ориентирована, главным образом, на индивидуальное использование. Однако ПК часто используются и в качестве сетевых серверов для управления относительно небольшими сетями (ПК-серверы). Персональные ЭВМ разделяют на стационарные и портативные.

Стационарные ПК (настольные ПК, desktop PC) предназначены для использования в условиях подключения к стационарной электрической сети.

Портативные ПК (мобильные ПК) имеют небольшие размеры, малый вес и могут использоваться как при стационарном, так и при автономном электропитании.

Различают портфельные (ноутбуки, субноутбуки, notebooks, subnotebooks) и карманные (КПК, PDA, Pocket PC) портативные ПК. Карманные и часть портфельных ПК с точки зрения особенностей архитектуры относятся к особому классу мобильных устройств . Традиционные ноутбуки и субноутбуки также являются мобильными устройствами, но с точки зрения основных особенностей архитектуры идентичны настольным ПК.

Сейчас 92-93% рынка настольных и портативных портфельных ПК приходится на так называемые IBM-совместимые ПК. Их производят тысячи фирм-производителей во всем мире. Основные производители: Hewlett Packard, Dell, IBM. В них используются процессоры Intel или совместимые с ними. 5-6% рынка приходится на ПК фирмы Apple Computer. Эти ПК имеют иную аппаратную платформу, основаны на других процессорах. В основном они применяются в издательском деле и профессиональными художниками.

Своей популярностью IBM-совместимые ПК обязаны так называемой открытой архитектуре . Открытая архитектура - совокупность общепринятых стандартов организации взаимодействия различных устройств ЭВМ. Позволяет собирать ПК из готовых комплектующих, произведенных различными производителями.

Сетевые компьютеры - это ЭВМ, предназначенные только для использования в компьютерной сети. Они не имеют ВЗУ и загружают программы с сетевого сервера. Исполнение программ происходит на самом сетевом компьютере, но программы и обрабатываемые ими данные хранятся на сетевом сервере. Этим они принципиально отличаются от традиционных ПК, загружающих ОС и прикладные программы с собственных дисков.

Идея создания и применения сетевых компьютеров возникла относительно недавно. Ее выдвинули и поддерживали компании, не желающие мириться с фактической монополией Intel и Microsoft. Достоинство сетевых компьютеров в том, что их легче администрировать, поскольку все программы хранятся в единственном экземпляре на сетевом сервере. Недостаток в том, что вне сети они не могут функционировать. К сожалению, идея не получила должного распространения.

Мобильные устройства. Точного определения понятия "мобильные устройства" нет. В широком смысле к мобильным устройствам относятся все разновидности цифровых переносных устройств. В более узком понимании под мобильными устройствами называют переносные ПК. Как уже говорилось, ноутбуки и субноутбуки по своей архитектуре практически идентичны обычным настольным ПК. Как отдельную группу мобильных устройств следует рассматривать карманные компьютеры (КПК), которые имеют особую архитектуру, используют свои типы процессоров. Они разделяются на:

· Клавиатурные (Hand Held PC)

· Бесклавиатурные (Palm Top PC)

В отличие от настольных и портативных портфельных ПК, КПК не имеют электро-механических компонент. Основные используемые программы записаны в ПЗУ, а файлы с данными размещаются в основной памяти.

Основными программными платформами являются Pocket Windows и Palm OS . Реже используется ОС EPOC .

В последнее время наблюдается большой рост интереса к КПК. Становится популярной идея объединения в КПК нескольких устройств: собственно КПК, мобильного телефона, цифровой камеры, диктофона, приемника, MP3-плеера. Для них используется термины "смартфон" и "коммуникатор" обозначающий гибрид мобильного телефона и КПК.

Программные средства или программное обеспечение (ПО) является неотъемлемой частью ЭВМ. ПО – это логическое продолжение технических средств, которое расширяет возможности и сферы использования ЭВМ.

Для функционирования ЭВМ используется комплекс программного обеспечения, который делится на 3 большие категории:

– системное ПО;

– инструментальные системы (системы программирования);

– прикладное ПО.

Системное программное обеспечение предназначено для:

– создания операционной среды функционирования других программ;

– автоматизации процесса разработки новых программ;

– обеспечения надежной и эффективной работы вычислительной сети;

– проведения диагностики и профилактики аппаратуры;

– выполнения вспомогательных технологических процессов, например, копирования, архивирования и т.п

Операционная система - совокупность программных средств, обеспечивающая управление аппаратной частью компьютера и прикладными программами, а также их взаимодействие между собой и пользователем.

Операционная система является посредником между пользователем и другими программами, а также между пользователем и компьютером.

Основные задачи, решаемые операционной системой:

– организация диалога с пользователем;

– управление аппаратными средствами компьютера;

– организация файловой системы;

– запуск прикладных программ.

Инструментальные системы предназначены для создания программных продуктов и включают в себя все средства, необходимые для производства программ и формирования их в машинном коде, в том числе, включают языки программирования и трансляторы.

Программа – это совокупность команд, управляющих действиями компьютера, записанная в соответствии с синтаксисом языка программирования.

Язык программирования – искусственный язык, созданный для описания алгоритмов обработки данных.

Транслятор программа-переводчик с языка программирования на язык машинных кодов. Трансляторы делятся на интерпретаторы и компиляторы.



Интерпретатор – транслятор, который обеспечивает покомандный перевод в машинные коды и одновременное выполнение каждой команды.

Компилятор – транслятор, который переводит всю программу в машинные команды без ее выполнения. Компилированные программы работают быстрее интерпретированных в 20-50 раз.

Одной из основных составляющих инструментального ПО являются языки программирования, которые делятся на две большие группы:

1. Машинно-зависимые (автокод, ассемблер);

2. Машинно-независимые или языки высокого уровня:

– процедурно-ориентированные (Фортран, Паскаль, Бейсик и др.);

– проблемно-ориентированные (узкоспециализированные);

– объектно-ориентированные (Java, C ++);

– скрипт-языки (для работы с программами в сети Интернет).

Прикладное программное обеспечение предназначено для выполнения конкретных работ. Прикладные программы разрабатывается специалистами, как правило, для широкого круга пользователей. Простые прикладные программы создаются пользователями для собственных нужд.

Среди множества программ выделяются широко распространенные прикладные программы, которые классифицируются по видам деятельности:

– подготовка текстов – редакторы текстов;

– подготовка графики – графические редакторы;

– подготовка типографских документов – издательские системы;

– обработка табличных данных – табличные процессоры;

– обработка массивов информации – системы управления базами данных;

– конструирование –системы автоматизированного проектирования;

– бухучет и финансовая отчетность – бухгалтерские и банковские программы.

Тенденции развития ПО

С возникновением персональных компьютеров разработка программного обеспечения превратилась мощный бизнес, в развитии которого прослеживаются некоторые тенденции, в частности:

– программное обеспечение является товаром, который пользуется широким спросом на рынках;

– в программных разработках в результате конкуренции наблюдается переход к стандартным решениям, в том числе, к стандартным интерфейсам;

– с развитием аппаратной части увеличивается мощность программ, а также расширяются их функциональные возможности;

– наблюдается постепенный переход от лицензионных программных продуктов к свободному программному обеспечению (СПО).

Развитие СПО в нашей стране постепенно трансформируется в создание национальной программной платформы (НПП), которая направлена на решение важнейших национальных задач:

– переориентация финансовых потоков на отечественный рынок (импортозамещение);

– обеспечение национальной безопасности страны в части технологической независимости;

– ликвидация отставания в объеме и уровне использования информационных технологий в экономике, государственном управлении и общественной жизни;

– развитие отечественных центров разработки информационных технологий мирового класса;

– повышение конкурентоспособности отечественных программных продуктов на мировом рынке.

В апреле 2011 года комиссия по высоким технологиям и инновациям при правительстве РФ одобрила создание НПП. К созданию новых программных продуктов подключилось более 130 отечественных компаний, которые вошли в специальный комитет по разработке НПП.

Программное обеспечение ЭВМ (ПО) , его основные характеристики. Взаимосвязь ПО и аппаратных средств ЭВМ. Общая классификация ПО.

Возможности компьютера как технической основы системы обработки данных связаны с используемым программным обеспечением.

Программа (program, routine) – упорядоченная последовательность команд (инструкций) компьютеру для решения задачи. Конечная цель любой компьютерной программы – управление аппаратными средствами вычислительной системы (или аппаратным обеспечением ВС ).

Программное обеспечение – это совокупность программ обработки данных.

Несмотря на то, что программное и аппаратное обеспечение рассматриваются раздельно, нельзя забывать, что между ними существует диалектическая связь, и раздельное рассмотрение их является условным.

Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и взаимодействии. Состав программного обеспечения вычислительной системы называется программной конфигурацией . Между программами существует взаимосвязь, то есть работа множества программ базируется на программах низшего уровня.

Междупрограммный интерфейс - это распределение программного обеспечения на несколько связанных между собою уровней. Существует несколько уровней программного обеспечения. Эти уровни взаимодействуют между собой. Они представляют пирамидальную конструкцию. Каждый последующий уровень опирается на программное обеспечение предшествующих уровней, при этом каждый вышележащий уровень повышает функциональность всей системы. Так, например, вычислительная система с программным обеспечением базового уровня не способна выполнять большинство функций, но позволяет установить системное программное обеспечение. Различают четыре уровня программного обеспечения:

Более низкие, базовые уровни отвечают за выполнение простейших операций ввода-вывода, более высокие – за сложные действия, однако, функционирование более высоких уровней невозможно без низких уровней.

Базовый уровень - является низшим уровнем программного обеспечения и отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Базовоепрограммное обеспечение содержится в составе базовогоаппаратного обеспечения и сохраняется в специальных микросхемах постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), образуя базовую систему ввода-вывода (BIOS). Программы и данные записываются в ПЗУ на этапе производства (с помощью специальных автоматических устройств –программаторов ) и не могут быть изменены во время эксплуатации (изменениям могут быть подвергнуты только некоторые параметры функционирования отдельных модулей базового ПО).

В тех случаях, когда изменение базовых программных средств во время эксплуатации является технически целесообразным, вместо микросхем ПЗУ применяютперепрограммируемые постоянные запоминающие устройства (ППЗУ) . В этом случае содержание ППЗУ можно изменять.

BIOS – самый близкий к аппаратуре компонент.

Основная функция BIOS заключается в управлении стандартными внешними и внутренними устройствами:

    монитором

    клавиатурой

    дисководами

    принтером

    таймером

Вспомогательные функции реализуются при включении ПК на этапе так называемой «предварительной загрузки»:

    тестирование аппаратного обеспечения, в том числе оперативной памяти. В случае обнаружения неисправности выводится индикация

    инициализация векторов прерывания нижнего уровня (ранжирование устройств ПК по степени значимости, «важности»)

    поиск сначала на гибком, затем на жестком диске программы-загрузчика операционной системы (OS-loader) и загрузка ОС в оперативную память

Системный уровень - является переходным.Системное программное обеспечение (system software) – это, фактически, минимальный набор программных средств, обеспечивающих работу компьютера. Программы этого уровня обеспечивают взаимодействие других программ компьютера с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обеспечением, то есть выполняют "посреднические" функции. От программ этого уровня зависят эксплуатационные показатели всей вычислительной системы.

К системному программному обеспечению относятся:

    операционная система и её компоненты (оснастка ОС: файлы динамических библиотек, программы для управления оборудованием – так называемые драйверы, программы для обслуживания работы операционной системы (системные утилиты ), входящие в её состав и т. д.)

    операционные оболочки

    файловые менеджеры

Операционная система (operating system) набор программ, обеспечивающих работоспособность компьютерной системы, управление аппаратурой и прикладными программами, интерфейс с пользователем.

{{ Исторически, первой операционной системой для IBM-совместимых компьютеров была MS - DOS , которую предложила фирма Microsoft в конце 70_х годов. Сегодня она практически не используется в качестве настольной операционной системы для домашнего и офисного применения. Лишь очень небольшая ниша рынка ПО занята ей и её аналогами: MS-DOS или аналогичные операционные системы используются для управления каким-либо специализированным оборудованием в так называемых «промышленных ЭВМ» (industrial PC ).

В настоящее время на IBM-совместимых персональных компьютерах с x32/x64-архитектурой центральных процессоров устанавливаются различные версии операционной системы Windows (разработка фирмы Microsoft), UNIX (разработка Bell Laboratories и UNIX Group) и Linux (свободно распространяемая UNIX-подобная ОС, разрабатываемая сообществом программистов во главе с Линусом Торвальдсом). Также возможна установка специализированных операционных систем (операционных систем реального времени – ОСРВ , а также сетевых операционных систем ). Эти вопросы будут более подробно рассмотрены в наших следующих лекциях.

Для Macintosh-совместимых компьютеров (Mac - compatible computers ) , разрабатываемых фирмой Apple , используются различные версии операционной системы Mac OS X , которая представляет собой UNIX-подобную ОС с очень развитым графическим интерфейсом, максимально дружественным для пользователя (user friendly interface ). }}

При подсоединении к компьютеру нового оборудования, на системном уровне должна быть установлена программа, обеспечивающая для остальных программ взаимосвязь с устройством. Конкретные системные программы, предназначенные для взаимодействия с конкретными устройствами, называют драйверами .

Другой класс программ системного уровня отвечает за взаимодействие с пользователем. Благодаря ему, можно вводить данные в вычислительную систему, руководить ее работой и получать результат в удобной форме. Это средства обеспечения пользовательского интерфейса, от них зависит удобство и производительность работы с компьютером.

Совокупность программного обеспечения системного уровня образует ядро операционной системы компьютера. Ядро операционной системы выполняет такие функции как: управление памятью, процессами ввода-вывода, файловой системой, организация взаимодействия и диспетчеризация процессов, учет использования ресурсов, обработка команд и т.д.

Операционные-оболочки ифайловые менеджеры . Во времена господства на IBM-совместимых компьютерах операционной системы MS-DOS пользователю было очень трудно с ней взаимодействовать. Это было связано с тем, что диалог с операционной системой проводился из «командной строки» - то есть, в виде ввода в компьютер команд с клавиатуры. Пользователь должен был помнить формат (правила записи) каждой команды, что вызывало определенные затруднения, особенно у технически малограмотных людей. Пользовательский интерфейсMS-DOS, кроме интерфейса командной строки, представленный программойDOS-Shell, также оставлял желать лучшего. В связи с необходимостью облегчить пользователю взаимодействие с операционной системой появились операционные оболочки – специальные программы, предназначенные для облегчения общения пользователя с командами операционной системы. Самой популярной программой-оболочкой стала программа Norton Commander, разработанная программистом Питером Нортоном (в последствие, он стал основателем фирмы Symantec). Кроме того, широко применялись также и другие операционные оболочки:CommandProcessor(разработка фирмыPhisTechSoft); DOS-Navigator (разработка RITResearch Labs);PCToolsDeLuxe(разработкаHoldenSoftware).

С появлением операционных систем, имеющих графический интерфейс, потребность в таких программах-оболочках отпала, однако те удобства, которые были предоставлены пользователям при базовых приемах работы с файлами (копирование, перемещение, переименование) были настолько велики, что появились программы под названием файловые менеджеры . Наибольшее распространение получили программы Windows Commander (ныне –TotalCommander) иFARManager.

Служебный уровень - программы этого уровня взаимодействуют как с программами базового уровня, так и с программами системного уровня. Назначение служебных программ (утилит) состоит в автоматизации работ по проверке и настройке системы в целом, а также для улучшения функций системных программ. Некоторые служебные программы (программы обслуживания) сразу входят в состав операционной системы, дополняя ее ядро, но большинство являются внешними программами и расширяют функции операционной системы. То есть, в разработке служебных программ отслеживаются два направления: интеграция с операционной системой и автономное функционирование.

Статьи по теме: