1.1.3. Место информационных и расчетных задач в составе программного обеспечения ЭВМ

Совокупность математических методов, алгоритмических языков и алгоритмов, характеризующих логические и мате­матические возможности ЭВМ, называется математическим обеспечением ЭВМ. Алгоритмы, входящие в математическое обеспечение, реализуются в ЭВМ или аппаратно, или про­граммно.

Комплекс программ, описаний и инструкций, обеспечи­вающих создание и отладку программ и решение задач на ЭВМ, называется программным обеспечением ЭВМ. По су­ществу, программное обеспечение — это записанное на вход­ном языке ЭВМ математическое обеспечение ЭВМ. Одно и то же математическое обеспечение может быть реализовано для различных типов ЭВМ различным программным обеспе­чением.

Поскольку математические методы и алгоритмы нераз­рывно связаны с программами, их реализующими, на прак­тике вместо терминов "математическое обеспечение" и "про­граммное обеспечение" часто используется термин "матема­тическое и программное обеспечение" (МПО).

При анализе состава МПО ЭВМ будем вести речь о про­граммном обеспечении (ПО), имея в виду, что аналогичный состав имеет и соответствующее математическое обеспечение.

Вариант типовой структуры программного обеспечения ЭВМ представлен на рис. 1.1.2 [53, 54].

Программное обеспечение ЭВМ состоит из двух частей: общего программного обеспечения (ОПО) и специального про­граммного обеспечения (СПО).

Рис. 1.1.2. Структура программного обеспечения ЭВМ (АИС)

Общее программное обеспечение представляет собой ком­плекс программ, предназначенных для обеспечения работы ЭВМ в различных режимах и снижения трудоемкости созда­ния и отладки программ пользователей.

Основные функции ОПО сводятся к следующим:

♦ автоматическое управление вычислительным процес­сом в различных режимах работы ЭВМ при минималь­ном вмешательстве оператора, программиста, конеч­ного пользователя в этот процесс;

♦ обеспечение возможности подготовки программ к ре­шению на ЭВМ с помощью средств автоматизации про­граммирования;

♦ рациональное распределение ресурсов ЭВМ при одно­временном решении нескольких задач, что значитель­но повышает эффективность использования ЭВМ;

♦ разграничение доступа различных пользователей к дан­ным, хранимым и обрабатываемым в ЭВМ и обеспече­ние защиты данных;

♦ контроль, диагностика и локализация неисправностей ЭВМ и т. д.

По назначению и функциональным особенностям ОПО делится на две взаимосвязанные части: общее системное программное обеспечение (ОСПО) и общее прикладное про­граммное обеспечение (ОППО).

В состав ОСПО входят операционная система (ОС), сис­темы программирования (СП) и программы контроля и диаг­ностики состояния ЭВМ,

Операционной системой называется комплекс программ, осуществляющих управление вычислительным процессом, обеспечивающих связь пользователя с ЭВМ на этапах запус­ка задач и реализующих наиболее общие алгоритмы обра­ботки информации на данной ЭВМ.

Под режимом работы понимается способ организации выполнения в ЭВМ задания или нескольких заданий одновре­менно. Основными режимами работы являются: монопольный, многопрограммный (мультипрограммный) и режим разделе­ния времени.

В монопольном режиме все устройства ЭВМ заняты вы­полнением только одного задания, являющегося основной единицей работы ЭВМ. Задание может включать несколько пунктов, выполняемых ОС последовательно. Например, за­дание может включать:

♦ трансляцию программы;

♦ компоновку оттранслированной программы;

♦ запуск программы на счет.

При монопольном режиме все ресурсы ЭВМ использу­ются по мере надобности для отработки очередного пункта задания. С точки зрения загрузки ЭВМ этот режим наименее эффективен, так как в процессе обработки одного задания различные устройства ЭВМ работают с неодинаковой нагруз­кой или вообще простаивают значительную часть времени. Однако этот режим наиболее удобен для пользователя, так как время решения задачи при этом минимально. В настоя­щее время монопольный режим наиболее широко использу­ется в микроЭВМ (прежде всего персональных ЭВМ).

Для увеличения производительности и эффективности использования ЭВМ за счет организации параллельной рабо­ты основных устройств ЭВМ применяется мультипрограмм­ный режим работы.

В этом режиме ОС принимает к исполнению сразу не­сколько заданий. При достаточно большом количестве одно­временно находящихся в памяти ЭВМ заданий этот режим обеспечивает практически полную загрузку всех устройств ЭВМ.

Мультипрограммный режим является основным в работе ЭВМ серий ЕС и СМ (такие ЭВМ по-прежнему используются весьма широко). Кроме того, он находит частичное примене­ние и в персональных ЭВМ высокой производительности, что позволяет пользователю одновременно ввести в ЭВМ несколь­ко заданий. Применение мультипрограммного режима на "боль­ших" ЭВМ позволило обеспечить пакетную обработку задач, при которой пользователи передавали задание оператору, опе­ратор формировал пакеты этих заданий, пропускал их через ЭВМ и затем возвращал пользователям результаты решения сразу по всем заданиям, составляющим очередной пакет.

Пакетная обработка заданий позволяет существенно по­высить эффективность работы ЭВМ, но крайне неудобна для пользователя, поскольку он связан с ЭВМ не непосредствен­но, а через оператора. Наличие этого промежуточного звена приводит к существенному увеличению суммарного времени решения задачи на ЭВМ.

Для приближения пользователя к ЭВМ и устранения опе­ратора как промежуточного звена между пользователем и ЭВМ были созданы ОС, реализующие особый вид мультипрограмм­ного режима — режима разделения времени. Основным сред­ством связи пользователей с ЭВМ стали дисплеи. Реализация режима разделения времени приводит к тому, что пользова­тели получают связь с ЭВМ поочередно на небольшой проме­жуток времени. Если этот промежуток времени невелик и не­велико количество одновременно работающих пользователей, то каждый работающий пользователь не будет ощущать пре­рывистой связи с ЭВМ. Таким образом, создается впечатле­ние, что пользователь работает один на некоторой вообража­емой ЭВМ.

Недостатком режима разделения времени является умень­шение скорости вычислений пропорционально числу одно­временно работающих пользователей. Однако, несмотря на этот недостаток, режим разделения времени является основ­ным режимом работы всех современных ЭВМ, обслуживаю­щих несколько пользователей.

Основными элементами ОС являются процессор языка управления, супервизор и файловая система.

Процессор языка управления представляет собой програм­му, предназначенную для распознавания и преобразования команд пользователя и оператора ЭВМ в машинное представ­ление с целью их последующей обработки.

Основными функциями супервизора являются следующие: контроль загруженности различных устройств ЭВМ задания­ми, распределение оперативной памяти между заданиями, защита одновременно решаемых заданий (задач) друг относи­тельно друга, запуск операций ввода-вывода и т. д. По своему месту в программном обеспечении ЭВМ супервизор занимает положение посредника между аппаратным обеспечением ЭВМ и всем другим программным обеспечением машины.

Файловая система образуется программами, которые поддерживают ведение всей совокупности файлов (наборов данных) в ЭВМ. Основными функциями этой системы явля­ются: поиск требуемых файлов, модификация информации в файлах, перемещение файлов, копирование файлов, удале­ние файлов.

Системы программирования предназначены для обеспе­чения создания и отладки программ пользователей, написан­ных на каком-либо языке программирования (ПАСКАЛЬ, С, С++, ФОРТРАН и т. д.). В настоящее время для этих целей широко используются так называемые среды программиро­вания (разработки программ) — например, продукты фирмы Borland DELPHI или Builder С++, позволяющие быстро со­здавать качественные приложения.

Программы контроля и диагностики состояния ЭВМ предназначены для осуществления непрерывного контроля работы основных устройств ЭВМ, а также поиска неисправ­ных блоков и узлов ЭВМ в случае обнаружения отказов или устойчивых сбоев.

Общее прикладное программное обеспечение включает: пакеты прикладных программ, системы управления базами данных, интеграторы и другие (подобные) прикладные про­граммные системы. Особенностью объектов ОППО является то, что эти средства не требуют от пользователей при реше­нии ими конкретных практических задач на ЭВМ проведения операций, связанных с программированием.

Под пакетами прикладных программ (ППП) понимается совокупность готовых к решению программ, объединяемых в пакет по единому содержательному признаку с помощью до­полнительной управляющей программы. Данная программа автоматизирует и упрощает стандартную схему использова­ния готовых программ на ЭВМ. Основными функциями управ­ляющей программы являются следующие: поддержание диа­логовой (дружественной) формы получения информации от пользователя (обычно это режим меню), вызов соответству­ющих программ из пакета с целью решения ими содержа­тельных задач, поставленных пользователем, выдача пользо­вателю выходных данных по решенным задачам в удобной форме.

В настоящее время ППП наряду с системами управления базами данных являются самой распространенной формой прикладного программного продукта для массового пользо­вателя. Среди ППП выделяются пакеты трех типов: проблем­но-ориентированные, интегрированные и инструментальные.

ППП первого типа структурно являются наиболее про­стыми. Они состоят из программ, которые нацелены на реше­ние фиксированного числа задач из относительно узкой пред­метной области. При этом каждой частной задаче соответ­ствует вполне определенная программа ее решения. В функ­ции управляющей программы входит распознавание в запро­се пользователя имени и атрибутов той задачи, которую он выбирает для решения, и запуск соответствующей програм­мы на исполнение.

Интегрированные пакеты программ являются расшире­нием ППП первого типа путем их наращивания такими про­граммами, которые автоматизируют все (или большинство) сопутствующие операции, выполняемые лицом, пользующим­ся пакетом. К числу указанных программ чаще всего отно­сятся текстовый редактор, система управления базами дан­ных, графический редактор, реже — электронная таблица и другие. В отличие от самостоятельных версий этих программ данные версии названных программ носят упрощенный ха­рактер, достаточный лишь для решения задач из соответ­ствующей предметной области.

Инструментальные пакеты программ отличаются от рас­смотренных выше двух типов ППП отсутствием в них про­грамм, строго ориентированных на решение конкретных прак­тических задач. Данные пакеты состоят из программ, каждая из которых может рассматриваться как необходимый элемент решения задач из некоторой предметной области. Таким об­разом, при использовании данных ППП пользователь в своем запросе указывает структуру элементов, которая реализует прикладную задачу. Управляющая программа пакета на осно­ве заданной структуры элементов создает соответствующую рабочую программу решения требуемой прикладной задачи и затем передает ей управление. В последнее время появились так называемые интеллектуальные ППП, которые будут рассмотрены в четвертой главе настоящего учебника.

Объекты ОПО, как правило, поставляются промышлен­ностью совместно с ЭВМ. Оно носит универсальный харак­тер в том смысле, что позволяет создать любую программу, совместимую с аппаратными и вычислительными возможнос­тями конкретной ЭВМ, и провести на ней расчеты. ОПО по существу является инструментом создания СПО — комплек­са программ, предназначенных для решения конкретных уп­равленческих, исследовательских или производственных за­дач. Конкретное содержание СПО полностью определяет вид конкретной АИС ВН и, конечно, зависит от ее типа.

Специальное программное обеспечение, так же как и ОПО, как правило, состоит из двух частей: специального системно­го программного обеспечения (ССПО) и специального приклад­ного программного обеспечения (СППО). ССПО выполняет в АИС ВН функции, аналогичные функциям ОС в ОПО.

Необходимость ССПО в вычислительных комплексах во­енного назначения обусловливается двумя причинами: обес­печением требования поддержки особых (специальных) ре­жимов проведения вычислительных работ в этих комплек­сах; необходимостью управления функционированием специ­альных устройств.

Специальное прикладное программное обеспечение пред­ставляет собой комплекс программ, каждая из которых реа­лизует тот или иной алгоритм переработки информации. Дан­ные программы принято называть задачами и, хотя это на­звание нельзя признать удачным, оно в настоящее время является общепринятым. Задачи являются основными элемен­тами АИС, в том числе и экономического назначения, по­скольку они определяют ее возможности как средства авто­матизации деятельности должностных лиц при управлении персоналом.

В дальнейшем в учебнике будут более подробно рассмот­рены вопросы создания и использования СППО как основного элемента АИС.