Помоги проекту - поделись книгой:
4. Исправление ошибок. Пользователь обнаруживает в программе «ошибки», и их нужно исправлять. Например, в случае когда страховые вычеты из зарплаты прекращаются в тот же день, когда начинаются выплаты за лечение в больнице, обе эти суммы оказываются напечатанными в обеих графах корешка платежной ведомости.
Усилия при продолжающейся разработке затрачиваются на:
1. Исправление программ, чтобы неправильно реализованные функции работали теперь правильно.
2. Модификацию или создание нового программного обеспечения для добавления функций, необходимость которых была заранее известна, но которые были отложены при разработке.
3. Модификацию или создание нового программного обеспечения для добавления функций, соответствующих новым требованиям, не отраженным в исходной документации.
Различие между пунктами 2 и 3 едва уловимо, но весьма важно. В пункте 2 говорится о том, что группа сопровождения должна всего лишь соблюдать первоначально документированные требования. В пункте 3 от группы сопровождения требуется фактическое определение новых требований. Это существенно отличается от простого следования требованиям. Для выполнения этой функции продолжающейся разработки требуются и другие люди, и другая их квалификация, и другая организация их труда, чем для выполнения других функций.
Все программное обеспечение может быть разделено на три всеохватывающих типа:
1. Прикладное обеспечение.
2. Системное обеспечение.
3. Инструментальное обеспечение.
Первые два типа обеспечения работают в период использования, а третье, инструментальное, используется в фазе разработки. В фазе разработки может также использоваться и системное обеспечение.
1. Прикладное программное обеспечение. Программы, фактически выполняющие поставленную перед ними задачу, на пример печать платежных ведомостей, инвентаризацию, коммутацию сообщений, резервирование билетов, прокладку маршрутов.
2. Системное программное обеспечение. Программы, которые выполняются в фазе использования наряду с прикладными программами. Системное обеспечение управляет ресурсами вычислительной машины, т. е. дисками, оперативной памятью, лентами, центральным процессором. Программное обеспечение, известное под названием операционной системы, также попадает в эту категорию, сюда же попадают и системы управления базами данных (СУБД). И то и другое будет несколько позднее рассмотрено нами в этом же разделе.
3. Инструментальное программное обеспечение. Программы, которые помогают программистам и администрации создавать программное обеспечение фазы использования. Наиболее известными представителями программ этой категории являются ассемблеры и трансляторы.
Чтобы вычислительная машина выполнила вашу работу, вам необходимо создать
Чтобы вычислительная машина эффективно справлялась со многими приложениями и была хорошо приспособлена к окружению, необходимо создать
Чтобы легче было разрабатывать программное обеспечение, необходимо использовать
Прикладные программы являются наиболее видимой частью программного обеспечения. Платежные ведомости, инвентарные списки, проектирование мостов, управление ракетами, расчет напряжений, вычисление траекторий, предсказание погоды, бухгалтерский учет — все это лишь несколько примеров из тысяч прикладных программ.
Этот тип обеспечения характерен тем, что: 1) его легче всего разрабатывать и 2) в этой области работает подавляющее большинство разработчиков программного обеспечения.
Большая часть прикладных программ создается служащими тех организаций, которые и будут его затем использовать. Некоторая часть прикладного обеспечения создается специальными организациями либо по контракту с конкретным пользователем, либо как продукция, предназначенная для свободной продажи пользователям.
Прикладные программы обычно составляются людьми, хорошо разбирающимися в процессах, которые они автоматизируют. Программу расчета зарплаты, например, часто составляют сотрудники бухгалтерии. По мере того как все сильнее ощущается недостаток программистов, все большее использование в различных организациях приобретают «стандартные» прикладные пакеты. Стандартный пакет — это программа, написанная таким образом, что она может применяться более чем одним пользователем. Конечно, некоторые ограничения на возможности применения пакетов существуют, но в основном эти ограничения вполне приемлемы. Эта область программирования — пакеты или программная продукция — является наиболее быстро развивающейся отраслью индустрии программирования.
Отрасли в которых применяются прикладные программы
Может случиться так, что создание прикладного обеспечения станет своего рода индустрией. На рис. 4.15 показан диапазон распространения программного обеспечения. Все, кто будет пользоваться какой-либо аппаратурой, будут использовать и системное обеспечение. А наряду с аппаратурой и системными программами будут использоваться некоторые части прикладных пакетов программ, разработанных либо непосредственно пользователем, либо группой сопровождения или закупленных в качестве стандартного обеспечения.
Системное программное обеспечение используется для управления вычислительной машиной во время выполнения или разработки других программ. Использование вычислительной машины для управления ею самой и ее окружением — это логическая работа, а не работа с числами или символами. Этот тип использования вносит дополнительную сложность в программное обеспечение. Далее в этой главе мы еще обратимся к этому вопросу.
Разрабатывать системные программы труднее других, к тому же их особенно трудно представить себе во всех деталях и понять принципы их действия. Системные программы значительно сложнее прикладных и сложнее инструментальных программ.
Системное программное обеспечение служит для следующих целей.
1. Динамическое распределение устройств вычислительной машины. С каким устройством связано поступившее задание? Когда это устройство будет использовано? Каков порядок или приоритет работ? Подобные решения принимает и тем самым управляет работой машины на фазе использования большой и сложный на бор программ, называемый операционной системой.
2. Выполнение требований к окружению программ на фазе их использования. Если наша работающая система не имеет права «выключаться» более чем на 30 с, мы не можем поручить человеку привести систему в порядок — он просто не сможет так быстро отреагировать. Вычислительная машина, однако, сможет, поэтому мы пишем программы, которые будут следить за всеми устройствами системы и правильностью работы. Если они работают неверно, операционная система изменит конфигурацию аппаратуры (у нее в запасе есть дополнительные устройства) и работа будет продолжена, хотя некоторые из устройств и отключатся.
Операционная система.
Операционные системы применяются теперь почти повсюду. Размеры денежных вложений в создание и модификацию операционных систем просто ошеломляют. Фирма IBM вложила в свою операционную систему около 3 млрд. долларов, а конца расходам еще не видно.
Однако лишь немногие представляют себе всю необъятность функций, выполняемых этими системными программами, все великое множество программ, которое они предоставляют пользователям для их работы, а также то, насколько это облегчает пользователю работу с ЭВМ.
За годы, прошедшие после своего возникновения, операционные системы превратились из относительно простого в невероятно сложное программное обеспечение, которое в настоящее время необходимо и программистам, и обслуживающему персоналу, и операторам ЭВМ. Современная операционная система:
1. «Управляет» работой аппаратуры.
а. Операционная система реагирует на все отказы, регистрирует их, распределяет работу, управляет процедурами восстановления и возобновления работ. Она обрабатывает прерывания, идущие от других машин, часов, операторов и т. д. (до появления операционных систем всем этим занимались операторы ЭВМ).
б. Операционная система составляет расписание работ на машине, «решая», что можно начать выполнять некоторую работу, так как сейчас доступны все необходимые для нее магнитные ленты, диски, свободна оперативная память, печатающие устройства или какие-нибудь иные машинные ресурсы. Она ведет списки используемых устройств и поступающих заданий. Она составляет расписание! В этой роли она управляет работой трансляторов (компиляторов) и ввода/вывода. (Раньше эту работу выполнял обслуживающий персонал машинного зала.)
в. Она приписывает поступающим заданиям приоритеты. (Это делалось раньше обслуживающим персоналом.)
2. Помогает выполнять функции, необходимые для работы прикладных программ.
а. В ней есть программы сортировок, печати и загрузки, и программистам уже нет необходимости создавать собственные их версии. Ранее эти функции выполнялись программами, написанными прикладными программистами. Иногда эти функции считаются принадлежностью операционных систем, а иногда нет.
б. Она связывает между собой программы, тем самым множество различных частей программ может быть даже написанных разными программистами, будут работать как одно целое. (Ранее выполнялось программа ми прикладных программистов.)
3. Управляет хранением данных и их восстановлением, что совершенно необходимо для функционирования прикладных программ (так называемое Управление Данными)
а. Прикладной программист пишет команды запроса данных у операционной системы. Эти данные могут быть идентифицированы каким-либо специальным образом или вообще как-нибудь абстрактно, но в любом случае детали физического хранения не указываются. Операционная система вставляет в это места другие команды, которые приводят к запоминанию, отыскиванию, замене данных и т. д. (Ранее все это писалось прикладными программистами.) Этим достигается высокая сохранность данных и независимость программ от конкретных физических устройств. Пользователи и изготовители аппаратуры получают возможность, не внося никаких изменений в какие-либо прикладные программы, создавать новые, более совершенные, более дешевые устройства хранения файла. (Иногда эта область программного обеспечения рассматривается отдельно от операционных систем. Но она всегда является принадлежностью системного программирования.)
4. Управляет связью (посредством, например, телефонных линий) между программами, работающими на разных вычислительных машинах.
а. Обрабатывает сообщения, идущие от вычислительной машины и поступающие в нее извне, используя стандартные коммуникационные линии и сети. (Ранее писалось прикладными программистами.)
5. Управляет взаимодействием с пользователем (при помощи терминалов или телевизионных экранов).
а. Операционная система содержит программы, позволяющие пользователям работать с вычислительной машиной в диалоговом режиме с помощью стандартного дисплейного оборудования. (Ранее такие программы писали прикладные программисты.)
6. Защищает систему.
а. Она защищает свои собственные программы от «порчи» новыми, неотлаженными программами, впервые введенными в систему. (Ранее такой защиты не создавали.)
б. Операционная система выполняет восстановление функции, осуществляет дублирование, переключение, диагностическое и другое тестирование. (Ранее проделывалось вручную с помощью групп поддержки — т. е. крайне медленно.)
Операционные системы прошли длительный путь развития. В 1966 г. в журнале «IBM System Journal» была опубликована статья Мили под названием «Функциональная структура Операционной системы ОС/360»[6]. Мили отметил, что «идея операционных систем восходит по крайней мере к 1953 г., когда состоялась летняя школа по вычислительным машинам и пользовательским системам». Перед операционными системами «тогда, как и сейчас… ставили цель добиться безостановочного выполнения сразу нескольких задач и организовать библиотеку стандартных программ».
(Свое название операционные системы получили за то, что первоначально они помогали
Автор статьи утверждает, что основной задачей разработки ОС/360 было получение системы «одинаково пригодной как для пакетной обработки, так и для применений в реальном времени». (Эта вторая цель так и не была достигнута.) Были и вторичные цели:
— Повысить скорость решения задач
— Уменьшить время ответа
— Повысить производительность программиста
— Адаптируемость к новым условиям
— Расширяемость
Достижение всех этих целей, за исключением первой, помогает программистам. Что же касается производительности, то «ОС должна обеспечить качественно новый уровень гибкости путем предоставления программистам относительно большого набора входных языков». Ставилась также и цель по достижению независимости от внешних устройств; новая аппаратура подключается автоматически без дополнительных усилий со стороны прикладных программистов! Среди многих других функций, выполняемых ОС/360 для программистов, — связывание частей больших программ, сортировки, работы по вводу/выводу. Для управления хранением и доступом к данным в операционную систему введено восемь различных вариантов программ. Теперь программисту не нужно писать самому подобные программы, в его распоряжении имеется много способов, чтобы указывать, как это должна делать операционная система.
Системы управления базами данных (СУБД). Относительно систем управления базами данных существует большая путаница. Эти системы настолько мощны и выполняют столь широкий диапазон функций, что многие путают их подлинное назначение со «случайными» проявлениями.
Второй причиной создания СУБД является стремление к экономии пространства для файлов. Третья причина — это необходимость повысить достоверность информации в файлах, т. е. облегчить проверку отсутствия синхронизационных сбоев. Достоверность повышается благодаря уменьшению общего числа файлов. И наконец, с появлением СУБД облегчается доступ к данным. Многие ошибочно считают эту четвертую причину возникновения СУБД самой главной.
Шаг 1
Я ввожу стандарты на все инструменты и приборы. Они должны быть определенных марок и моделей. По мере расширения мастерской я обнаруживаю, что часть приборов для установки момента зажигания остается без дела, и вовсе не нужно иметь их столько же, сколько механиков.
Шаг 2
Я отвожу специальную кладовую для инструментов и приборов, в которой мы храним самые дорогие приборы, и выдаем, «выписываем», их по требованию отдельным механикам, которые возвращают их после выполнения работы. Это уменьшает число используемых приборов, а также облегчает задачу их ремонта и калибровки.
Шаг 3
Я обнаруживаю, что работ по регулировке зажигания становится очень много, и создаю специальный отдел регулировки зажигания. Все работы по системе зажигания проводятся только здесь, даже в тех случаях, когда регулировка зажигания является лишь частью необходимых работ.
С чем-то подобным мы сталкиваемся и в области программного обеспечения.
Сначала у каждого программиста имеются собственные файлы, так же как у каждого механика имеется свой регулировочный прибор для установки момента зажигания. Программист может полностью распоряжаться своими файлами. Он определяет их размер, формат и содержание.
При таком порядке возникли три проблемы. Во-первых, программисту было очень трудно получить данные из чужого файла. Во-вторых, при изменении данных, скажем при переходе от чисел с 12 знаками к числам с 14 знаками, приходилось изменять
Шаг 1
Мы утвердили стандарты на файлы — размеры, форматы, последовательности — и тем самым облегчили использование данных, подготавливаемых другими программистами.
Шаг 2
Мы создали централизованные файлы, для которых ввели правила использования, т. е. определили, какие операции можно выполнять и где эти файлы располагать. После этого мы поместили все данные в центральное хранилище и разрешили программистам пользоваться находящимися там данными только в том случае, если они следуют установленным нами правилам и правильно оформляют свои запросы. Их программы взаимодействовали с
Это сразу избавило нас от многих неприятностей.
1. Данные хранились в меньшем числе файлов; это экономило место.
2. Стало легче отслеживать текущее состояние элементов данных.
3. Стало возможно изменять размеры данных в файлах (числа с 12 знаками на числа с 14 знаками) без изменения всех индивидуальных прикладных программ.
Все это достигалось исключительно тем, что все работы по записи и считыванию данных были сосредоточены
Шаг 3
Так появилась система управления базой данных. Большая программа, выполнявшая все манипуляции с данными, стала еще больше. Программистам больше не нужно было знать детали структуры файлов. Им оставалось теперь только идентифицировать нужные им данные, а система управления базой данных, представляющая собой очень большой набор программ, выполняла все остальное.
СУБД обычно сопровождается другими программами, которые 1) обеспечивают работу с дисплеями и 2) позволяют формулировать запросы к содержимым файл на простом
В табл. 4.3 сведены воедино все преимущества, даваемые СУБД.
Использование системного программного обеспечения. Зададим себе два вопроса, которые нам помогут сосредоточить свое внимание на системном программном обеспечении. Зачем нам системное программное обеспечение? На
Главная причина возникновения системного программного обеспечения — стремление максимизировать загрузку вычислительной машины! Машина должна постоянно работать с возможно более полной нагрузкой. Чтобы этого добиться, мы и пишем программы, в помощь оператору, инженерам, программистам. Но вся эта помощь оказывается им только ради максимального использования машины, поскольку все эти программы увеличивают ее занятость. Вторая причина — облегчить возможность вносить изменения, а третья — повысить производительность труда программистов, избавив их от дублирования работ.
Таблица 4.3. Преимущества использования системы управления базой данных
| Описание проблемы | Метод, применяемый в системе управления базой данных | Выгода от использования СУБД |
|---|---|---|
| Дублирование данных, то есть рост размеров файлов | Один файл | Экономия места на диске |
| Расхождение данных, неодинаковость соответствующих друг другу файлов | Один файл | Данные становятся более достоверными |
| Любое изменение содержимого файлов, или их структуры, или прикладных программ сразу приводит к новым разработкам | Расслоение | Облегчается внесение исправлений; исключается необходимость модификации прикладных программ |
Проведенные в начале 1960-х гг. измерения фактического уровня использования большого числа различных вычислительных машин, к большому удивлению очень многих, показали, что мощность центрального процессора использовалась не более чем на 50 %. Операционные системы позволили значительно повысить этот показатель!
Ответом на второй вопрос может быть только одно слово — нет! Отнюдь не все машины работают с операционными системами. Могут работать все, но не все работают. Подавляющее большинство, возможно, более 90 %, но все же не все. Позже мы увидим, что для использования в системах реального времени стандартное системное обеспечение работает слишком медленно.
Теперь ясно, что системное программное обеспечение в настоящее время начинает делать то, что раньше приходилось делать прикладным программистам. При этом как системные, так и прикладные программы выполняются в фазе использования (см. табл. 4.4). Каким же образом мы сможем отличить одни программы от других?
Таблица 4.4. Функции системных программ
| Системная функция | Ранее выполнялась | |
|---|---|---|
| 1 | Переключение лент | Операторами |
| 2. | Распределение ресурсов, расстановка приоритетов по ресурсам | Операторами и начальником машинного зала |
| 3. | Восстановление после ошибки | Операторами; программистами |
| 4 | Работы по вводу/выводу | Прикладным программистом |
| 5. | Работы с данными и файлами | Прикладным программистом |
| 6 | Работа с линиями связи | Прикладным программистом |
| 7 | Работа с дисплеями | Прикладным программистом |
| 8. | Организация диалога | Прикладным программистом |
Поделиться книгой: