1. Понятие и уровни программного обеспечения

«Чтобы он [компьютер] начал действовать, требуется еще довольно большая работа по написанию программы (вообще говоря, серии программ), которая только и способна вдохнуть в машину жизнь.»

Из предисловия к книге: Язык компьютера. Пер. с англ. Под ред. В.М. Курочкина. – М.: Мир, 1989



В основу работы любого компьютера положен программный принцип управления, состоящий в том, что компьютер выполняет действия по заранее заданной программе.

Программа - это запись алгоритма решения задачи в виде последовательности команд или операторов на языке, который понимает компьютер.

Конечная цель любой компьютерной программы – управление аппаратными средствами. Даже если на первый взгляд программа не взаимодействует с оборудованием, не требует никакого ввода данных с устройств ввода и не осуществляет вывод данных на устройства вывода, все равно ее работа основана на управлении аппаратными устройствами компьютера. Работа компьютерной системы осуществляется в непрерывном взаимодействии аппаратных и программных средств.

Программное обеспечение (ПО, Software) – это совокупность программ и соответствующей документации, позволяющая использовать вычислительную технику для решения различных задач.

В английском языке для программного обеспечения выбрано (а точнее, создано) очень удачное слово – software (буквально – «мягкое изделие»), которое подчеркивает равнозначность программного обеспечения и самой машины («железки» - hardware) и вместе с тем говорит о его гибкости, способности модифицироваться, приспосабливаться, развиваться. Именно эти черты программное обеспечение демонстрирует на протяжении всего периода своего существования.

Программное обеспечение выполняет следующие основные функции:

  • обеспечивает работоспособность ЭВМ, так как без соответствующего ПО компьютеры не могут осуществлять никакие операции;
  • расширяет ресурсы вычислительной системы и повышает эффективность их использования;
  • облегчает взаимодействие пользователя с ЭВМ и повышает производительность его труда, т. е. обеспечивает пользовательский интерфейс.

Состав программного обеспечения вычислительной системы называют программной конфигурацией. Между программами, как и между физическими узлами и блоками, существует взаимосвязь – многие программы работают, опираясь на другие программы более низкого уровня, то есть мы можем говорить о программном интерфейсе.

Программный интерфейс — функциональность, которую некоторый программный компонент предоставляет другим программным компонентам.

Возможность существования такого интерфейса тоже основана на существовании технических условий и протоколов взаимодействия. На практике он обеспечивается распределением программного обеспечения на несколько взаимодействующих между собой уровней.

Уровни программного обеспечения можно представить в виде пирамиды (рис. 1), каждый вышестоящий уровень которой опирается на программное обеспечение предшествующих уровней, а сам, в свою очередь, повышает функциональность всей системы.



Рис. 1. Уровни программного обеспечения


Базовый уровень. Самый низкий уровень программного обеспечения составляет базовое программное обеспечение.

Базовое ПО отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами.

Как правило, базовые программные средства непосредственно входят в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхемах, называемых постоянными запоминающими устройствами (ПЗУ). Программы и данные записываются («прошиваются») в микросхемы ПЗУ на этапе производства и не могут быть изменены в процессе эксплуатации. К этому уровню ПО относится базовая система ввода-вывода (BIOS).

BIOS (Basic Input-Output System, базовая система ввода-вывода) – реализованная в виде микропрограмм часть программного обеспечения, которая предназначается для обеспечения доступа к аппаратуре компьютера и подключенным к нему устройствам.

В том случае, когда изменение базовых программных средств во время эксплуатации является технически целесообразным, вместо микросхем ПЗУ применяют перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства (ППЗУ – Erasable and Programmable Read Only Memory, EPROM). В этом случае изменение содержания ПЗУ можно выполнять как непосредственно в составе вычислительной системы (такая технология называется флэш-технологией), так и вне ее, на специальных устройствах, называемых программаторами.


Системный уровень является переходным. Программы, работающие на этом уровне, составляют системное программное обеспечение.

Программы системного уровня обеспечивают взаимодействие прочих программ компьютерной системы с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обеспечением, то есть выполняют «посреднические» функции.

От программного обеспечения этого уровня во многом зависят эксплуатационные показатели всей вычислительной системы в целом. Так, например, при подключении к вычислительной системе нового оборудования на системном уровне должна быть установлена программа, обеспечивающая для других программ взаимосвязь с этим оборудованием. Конкретные программы, отвечающие за взаимодействие с этим оборудованием, называются драйверами устройств – они входят в состав ПО системного уровня.

Другой класс программ системного уровня отвечает за взаимодействие с пользователем. Именно благодаря им он получает возможность вводить данные в вычислительную систему, управлять ее работой и получать результат в удобной для себя форме. Эти программные средства называют средствами обеспечения пользовательского интерфейса.

Интерфейс пользователя - совокупность средств, при помощи которых пользователь взаимодействует с различными программами и устройствами.

Совокупность программного обеспечения системного уровня образует ядро операционной системы компьютера.

Наличие ядра операционной системы – непременное условие для возможности практической работы человека с вычислительной системой.

Операционная система ОС (англ. operating system, OS) — комплекс взаимосвязанных программ, предназначенных для управления ресурсами компьютера и организации взаимодействия с пользователем.


Служебный уровень. Программное обеспечение этого уровня взаимодействует как с программами базового уровня, так и с программами системного уровня. Основное назначение служебных программ (их называют утилитами) состоит в автоматизации работ по проверке, наладке и настройке компьютерной системы. Во многих случаях используются для расширения или улучшения функций системных программ. Некоторые служебные программы (программы обслуживания) изначально включают в состав операционной системы (например, Восстановление системы, Дефрагментация диска, Монитор ресурсов), но большинство служебных программ являются для операционной системы внешними и служат для расширения ее функций.

Большинство программ служебного уровня служат для расширения функций ОС.


Прикладной уровень. Программное обеспечение прикладного уровня представляет собой комплекс программ, предназначенных для выполнения конкретных задач пользователей. Огромный функциональный диапазон возможных приложений средств вычислительной техники обусловлен наличием прикладных программ для разных видов деятельности.

Поскольку между прикладным ПО и системным существует непосредственная взаимосвязь (первое опирается на второе), то можно утверждать, что универсальность вычислительной системы, доступность прикладного программного обеспечения и широта функциональных возможностей компьютера напрямую зависят от типа операционной системы, от того, какие системные средства содержит ядро ОС, как она обеспечивает взаимодействие триединого комплекса человек – программы – оборудование.

Вы прошли 0% лекции
0%
◄ Виртуальная экскурсия в Музей информатики СВГУ
История MS-DOS ►