Компьютер как формальный исполнитель алгоритмов (программ

Компьютер как формальный исполнитель  алгоритмов (программ). 

       Компьютер - это  многофункциональное электронное  автоматическое устройство для накопления, обработки и передачи информации. Приведем его структурную схему, где стрелками обозначены направления  информационных потоков. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 1 Структурная  схема компьютера

      Работа  компьютера имитирует (моделирует) информационную деятельность. Но компьютер - техническое устройство, поэтому для того, чтобы он выполнил определенные действия, им нужно управлять. Компьютер действует как автоматический формальный исполнитель алгоритмов обработки информации. Это главное свойство любого компьютера. Автоматизм в его работе означает, что некоторые свои действия он выполняет без вмешательства человека в соответствии со следующими общими принципами:

1. двоичное кодирование информации;
2. программное управление работой компьютера (идея Чарльза Бэббиджа)
3. хранимая программа (по предложению американского математика Джона фон Неймана (1930-1959) наряду с данными каждая команда программы работы компьютера, кодируемая определенной последовательностью из нулей и единиц, помещается как число в одной из ячеек оперативной памяти.)

      Как в действительности происходит реализация этих принципов и осуществляется формальная автоматическая работа компьютера? Современный компьютер- это единство аппаратных средств (hardware) и программного обеспечения (software). Компьютерная программа - это закодированная информация о действиях, которые предписываются выполнить компьютеру, алгоритм для исполнения компьютерам, записанный или на языке машинных двоичных кодов, или на специальном языке программирования. Чтобы на компьютере можно было решать задачи, нужна совокупность программ - программное обеспечение, классификацию которого отражает схема.

      Человек вводит с клавиатуры команды компьютерной программы, написанной им на языке программирования. Команды накапливаются в оперативной памяти, автоматически переводясь в машинные коды благодаря программе-переводчику - транслятору с языка программирования на языке машинных кодов. Устройство управление (УУ) процессора воспринимает, считывая из оперативной памяти, команду за командой, анализирует, а затем организует ее выполнение, используя соответствующие устройства компьютера. Эти устройства произведут действие: напечатают на бумаге, выведут на экран, воспримут с клавиатуры, занесут на магнитный диск и т.д. Для выполнения команд самим процессором в нем предусмотрено арифметика - логическое устройство (АЛУ). Выполнив одну команду из оперативной памяти, компьютер переходит к следующей команде и так, пока не встретит команду на окончание работы или команду, если она предназначается устройству, не подключенному к компьютеру, или отсутствует в его системе команд, или содержит синтаксическую ошибку. Если программа составлена правильно, то компьютер выполнит ее за конечное число шагов и выдаст человеку результат решения задачи. Выполнение команд компьютерам осуществляется с помощью электронных схем, реализующих логические функции формальной, булевой алгебры, например логические умножение, сложение, отрицание.

      Кроме того, программы составляются программистами по алгоритмам для решения определенных задач. Человек не объясняет исполнителю-компьютеру свои цели и смысл команд программы. Очевидно, что компьютер и не сможет понять смысла совершаемых им действий. Более того, компьютер не обладает способностью к анализу результатов, например, относительно их соответствия постановке задачи. Компьютер не может обойтись без программы и исходных данных, подготовить которые под силу только человеку. Таким образом, и с этой точки зрения решение задачи компьютером - также формальное исполнение алгоритма ее решения, закодированного и хранимого вместе с данными в оперативной памяти.

      Человек, принимая во внимание этот факт, должен понимать ограниченность возможностей компьютера как исполнителя и предусматривать тонкость в задании команд, поручаемых компьютеру для исполнения, так как вся ответственность за использование компьютеров лежит только на людях.

Понятие, классификация программного обеспечения

      Программное обеспечение-это совокупность программ, выполненных вычислительной системой.

      К программному обеспечению (ПО) относится  также вся область деятельности по проектированию и разработке (ПО):

• технология проектирования программ (нисходящее проектирование, структурное программирование и др.)
• методы тестирования программ.
• методы доказательства правильности программ.
• анализ качества работы программ и др.

      Программное обеспечение - неотъемлемая часть ЭВМ. Оно является логическим продолжением технических средств ЭВМ, расширяющие их возможности и сферу использования.

      Классификация программного обеспечения.

      Существует  три категории:

      1) Прикладные программы, непосредственно  обеспечивающие выполнение необходимых  пользователям работ.

      2) Системные программы:

• управление ресурсами ЭВМ.
• создание копий используемой информации.
• проверку работоспособности устройств компьютера.
• выдачу справочной информации о компьютере и др..

      3) Инструментальные программные системы,  облегчающие процесс создания  новых программ для компьютера.

Операционная система  компьютера (назначение, состав, загрузка)

      Системное программное обеспечение координирует работу различных компонентов компьютера и играет роль посредника между прикладными  программами и аппаратным обеспечением. Системное программное обеспечение, которое управляет работой компьютера, называется операционной системой - ОС (operating system – OS). К другому системному программному обеспечению относятся программы трансляции, преобразующие команды языков программирования в исполняемый машинный код, а также различные утилиты (utilities) – программы для обслуживания компьютера и периферийных устройств.

      Операционная система (ОС) — неотъемлемая часть программного обеспечения компьютера, управляющая всеми его аппаратными компонентами. Другими словами, ОС обеспечивает целостное функционирование всех компонентов компьютера, а также предоставляет пользователю доступ к аппаратным возможностям компьютера.

      Структуру ОС составляют следующие модули:

• базовый модуль (ядро ОС) — управляет работой программ и файловой системой, обеспечивает доступ к ней и обмен файлами между периферийными устройствами;
• командный процессор — расшифровывает и исполняет команды пользователя, поступающие прежде всего через клавиатуру;
• драйверы периферийных устройств — программно обеспечивают согласованность работы этих устройств с процессором (каждое периферийное устройство обрабатывает информацию по-разному и в различном темпе);
• дополнительные сервисные программы (утилиты) — делают удобным и многосторонним процесс общения пользователя с компьютером.

      Загрузка  ОС. Файлы, составляющие ОС, хранятся на диске, поэтому система называется дисковой операционной (ДОС). Известно, что для их выполнения программы  — и, следовательно, файлы ОС —  должны находиться в оперативной  памяти (ОЗУ). Однако, чтобы произвести запись ОС в ОЗУ, необходимо выполнить программу загрузки, которой сразу после включения компьютера в ОЗУ нет. Выход из этой ситуации состоит в последовательной, поэтапной загрузке ОС в оперативную память.

      Первый  этап загрузки ОС. В системном блоке компьютера находится постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, постоянная память, ROM — Read Only Memory — память с доступом только для чтения), в котором содержатся программы тестирования блоков компьютера и первого этапа загрузки ОС. Они начинают выполняться с первым импульсом тока при включении компьютера (это возможно, поскольку информация в ROM хранится в виде электронных схем, что допускает ее сохранение и после выключения компьютера, то есть она обладает свойством энергонезависимости). На этом этапе процессор обращается к диску и проверяет наличие на определенном месте (в начале диска) очень небольшой программы-загрузчика. Если эта программа обнаружена, то она считывается в ОЗУ и ей передается управление.

      Второй  этап загрузки ОС. Программа-загрузчик, в свою очередь, ищет на диске базовый модуль ОС, переписывает его память и передает ему управление.

      Третий  этап загрузки ОС. В состав базового модуля входит основной загрузчик, который  ищет остальные модули ОС и считывает  их в ОЗУ. После окончания загрузки ОС управление передается командному процессору и на экране появляется приглашение системы к вводу команд пользователя.

      Заметим, что в оперативной памяти во время  работы компьютера обязательно должны находиться базовый модуль ОС и командный процессор. Следовательно, нет необходимости загружать в оперативную память все файлы ОС одновременно. Драйверы устройств и утилиты могут подгружаться в ОЗУ по мере необходимости, что позволяет уменьшать обязательный объем оперативной памяти, отводимый под системное программное обеспечение.

      Существует  несколько наиболее распространенных ОС, каждая из которых ориентирована  на определенную разрядность процессора (количество битов информации, обрабатываемых им за один такт), тип процессора (вернее, компьютер определенной фирмы), а также емкость ОЗУ. По мере расширения возможностей компьютера (увеличение объемов оперативной и внешней памяти, увеличение ресурсов процессора, наличие периферийных устройств различных типов и т.д.) требуются все более мощные и современные программные средства для использования этих ресурсов пользователями. Такими качествами обладают, в частности, ОС фирмы Microsoft.  

1. Операционные системы  корпорации Microsoft

  1.1 MS DOS 

      20-летния  история операционных систем  началась с MS DOS (аббревиатура словосочетания Disk Operating System). Точнее — с первой версией этой ОС, выпущенной корпорацией Microsoft в 1981 г, предназначенной для поставки с компьютерами IBM PC (хотя сначала IBM отдала предпочтение другой ОС под названием CP/М). Кстати, немногие сегодня помнят, что MS-DOS отнюдь не была оригинальной разработкой самой Microsoft: компания Билла Гейтса лишь доработала «операционку» под названием QDOS, созданную компанией Seattle Computer Products. 16-разрядная однозадачная операционная система DOS обладала «интерфейсом командной строки», т. е. все команды пользователю приходилось набирать на клавиатуре вручную, в командной строке ОС.

      Никакой графики. Никакого сервиса... Однако DOS процветала на протяжении 10 лет. У Microsoft даже появились конкуренты в виде фирм Novell, Digital Research и... IBM. Каждая из этих компаний выпустила свою версию DOS, которые во многом превосходили продукт Microsoft. В частности, Novell DOS пользовалась заслуженной популярностью, как превосходная сетевая ОС, продукт IBM обладал лучшими сервисными возможностями.

      С появлением Windows 95, DOS практически сошла со сцены, хотя до сих пор установлена на наших компьютерах в качестве составляющей ядра Windows. Windows 95 могла гордиться абсолютно новым графическим интерфейсом — более элегантным, удобным и просто красивым по сравнению с «внешностью» Windows 3.1. Многое Microsoft заимствовала из операционных систем конкурентов — OS/2, MacOS, Motif и т. д.

     На  данный момент наиболее распространена операционная система Microsoft Windows XP, созданная на базе технологии NT. Windows XP объединяет в себе достоинства уже знакомых пользователям операционных систем предыдущих поколений: удобство, простоту в инсталляции и эксплуатации ОС семейства Windows 98 и Windows ME, а также надежность и многофункциональность Windows 2000. В настоящее время Windows XP для настольных ПК и рабочих станций выпускается в трех модификациях: Home Edition для домашних персональных компьютеров, Professional Edition — для офисных ПК и, наконец, Microsoft Windows XP 64bit Edition — это версия Windows XP Professional для персональных компьютеров, собранных на базе 64-битного процессора Intel Itanium с тактовой частотой более 1 ГГц. 

1.6 Windows NT

      Одновременно  с линией «домашних» ОС Microsoft разрабатывала и другие операционные системы, рассчитанные на корпоративных пользователей , на работу в локальных компьютерных сетях. Первоначальным кандидатом на занятие этой ниши была OS/2, но, как известно, в скором времени эта ОС «вышла из доверия» и была отдана на откуп IBM. Тогда-то на арене и появилась Windows NT (Windows New Technology)...

      32-разрядная  Windows NT, первая версия которой  появилась на рынке в 1993-м,  а последняя — в 1998 году, с  самого начала создавалась как  сверхстабильная, надежная система, рассчитанная прежде всего на работу, а не на разные игрушки-развлечения. И в этом смысле Windows 98/МЕ может ей только позавидовать: случаи ошибок, крахов и «зависаний» при работе в Windows NT встречаются крайне редко. Происходит это потому, что NT, как и OS/2, заботится о надежном разделении работающих под ее управлением программ, не давая им «драться» за ресурсы.В Windows 3.1/98/МЕ каждая из загруженных программ чувствовала себя в оперативной памяти полновластным хозяином, считая себя вправе претендовать на любой ее объем и любую область. Принцип «в тесноте да не в обиде» тут не срабатывал — нередко по-молодецки разгулявшиеся в памяти программы устраивали буйную потасовку, в результате которой

оперативная система  «зависала». NT же учинила у себя настоящую «диктатуру», разведя все задачи и процессы по отдельным «камерам». При этом, в качестве «пайка», каждому «узнику» выделялась своя доля адресного пространства оперативной памяти и системных ресурсов.