Лекция 6

Компьютер – это устройство, не способное мыслить самостоятельно. Для того, чтобы компьютер мог работать с информацией, его необходимо научить выполнять нужные действия. Научить, значит построить работу компьютера по инструкции. Такая инструкция должна содержать строгую последовательность команд на языке, понятном компьютеру. Она называется программой. Компьютер без программ бесполезное украшение, грудой пластика и металла. Только программы делают его нашим помощником.

Программа – это последовательность команд, которую выполняет компьютер в процессе обработки информации.

Программное обеспечение компьютера – совокупность всех, используемых в компьютере программ , а также вся область деятельности по их созданию и применению.

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

Сам по себе компьютер не обладает знаниями ни в одной области применения. Все эти знания сосредоточены в выполняемых на компьютере программах. ПО современных компьютеров включает в себя миллионы программ – от игровых до научных.

Все программы, работающие на компьютере, можно разделить на следующие три основные категории: системное, прикладное, инструментарий программирования.

Рисунок 12

Системное программное обеспечение является основным ПО, неотъемлемой частью компьютера, так как обеспечивает взаимодействие человека, всех устройств и программ компьютера.

Этот комплекс программ руководит работой всех элементов компьютерной системы, как на аппаратном, так и на программном уровне. Самой важной системной программой является операционная система, которая обычно хранится на жестком диске. При включении компьютера ее основная часть переписывается с жесткого диска во внутреннюю оперативную память и там находится на протяжении всего сеанса работы компьютера. Кроме операционной системы к системному программному обеспечению относятся различные комплексы программ, которые предназначены для выполнения особых функций, например различные утилиты, программы проверки диска, архиваторы, антивирусные программы и др.

Системное ПО включает в себя:

· операционные системы – ОС (MS-DOS, UNIX, Novell NetWare, MS Windows 95/98/NT/ME/2000/XP, Linux и др.) – главные программы ПК, которые обеспечивают распределение его вычислительных ресурсов между другими программами, а также предоставляют им доступ к компонентам и периферийным устройствам ПК;

· Операционные или системные оболочки (Norton Commander, Volkov Commander, DOS Navigator, Disk Commander, FAR, Windows Commander и др.) – вспомогательные программы, которые облегчают работу с файловой системой ОС, если пользователя по какой-либо причине не устраивают аналогичные стандартные возможности, встроенные в ОС;

· драйверы – вспомогательные программы, которые обеспечивают работоспособность внутренних компонентов ПК и периферийных устройств;

· справочно-информационные и тестирующие программы (Norton Utilities, First Aid, Nuts & Bolts, Nokia Monitor Test, Sandra 2000 и др.) – вспомогательные программы, которые анализируют состав компонентов и периферийных устройств ПК, а также проверяют их работоспособность;

· антивирусные пакеты (различные версии DrWeb, AVP, Norton AntiVirus, McAfee VirusScan и др.) – вспомогательные программы, которые выполняют "санитарные" и "лечебные" функции в отношении ПО компьютера;

· программы-оптимизаторы (Norton Utilities, WinBoost, RAM Idle, Tweak UI, Registry Cleaner и др.) – вспомогательные программы, которые нередко ускоряют работу компонентов ПК, а также поддерживают системный регистр и файловую систему ОС в наилучшем состоянии;

· программы-архиваторы (Arj, PkZip, Rar, WinZIP, WinRAR и др.) – вспомогательные программы, которые компрессируют информацию, хранящуюся на жестких магнитных дисках ПК, в целях уменьшения занимаемой памяти, а также для облегчения процедуры переноса этой информации на другие ПК с использованием сменных носителей.

Умение работать в системной среде очень важно, так как позволяет сесть за любой компьютер и начать работать с конкретной программой.

Прикладное программное обеспечение составляют все имеющиеся на компьютере прикладные программы, предназначенные для выполнения конкретных задач пользователя.

Наибольшей популярностью пользуются следующие группы прикладного программного обеспечения:

Текстовые процессоры - дли создания текстовых документов;

Табличные процессоры (электронные таблицы) - для вычислений и анализа информации, представленной в табличной форме;
базы данных - для организации и управления данными;

Графические пакеты - для представления информации в виде рисунков и графиков;

Коммуникационные программы - для обмена информацией между компьютерами;

Интегрированные пакеты, включающие несколько прикладных программ разного назначения;

Обучающие программы, электронные учебники, словари, энциклопедии, системы проектирования и дизайна.

Инструментальные программные средства - это программы, которые используются в ходе разработки, корректировки или развития других прикладных или системных программ.

По своему назначению они близки системам программирования. К инструментальным программам, например, относятся:

· редакторы;

· средства компоновки программ;

· отладочные программы, т.е. программы, помогающие находить и устранять ошибки в программе;

· вспомогательные программы, реализующие часто используемые системные действия;

· графические пакеты программ и т.п.

Инструментальные программные средства могут оказать помощь на всех стадиях разработки ПО.

Инструментарий программирования – это средства, предназначенные для создания системного и прикладного программного обеспечения. Его составляют разнообразные языки и среды программирования, такие, как Бейсик, Паскаль, С++, Delphy и др. Инструментальные программные системы – служат для облегчения процесса создания нового системного и прикладного ПО для компьютера. Включают в себя: интерпретаторы, компиляторы, линковщики, библиотеки подпрограмм, отладчики и т.п.

Соотношение различных классов программного обеспечения к аппаратной части можно представить следующей схемой:

Рисунок 13

В центре окружности – аппаратная часть компьютера. Чем ближе окружность с программами к аппаратуре, тем важнее роль программ в организации работы устройств и тем сложнее пользователю работать такой среде. Непосредственно обеспечивает работу устройств системная среда. Более дружественна пользователю прикладная среда, которая в меньшей степени влияет на работу аппаратной части, а в основном ориентирована на преобразование информации и выдачу результата.

Классификацию ПО можно систематизировать по другому параметру, а именно по длительности нахождения в оперативной памяти. Это резидентные программы и нерезидентные.

Резидентные программы – это программы, на протяжении всей работы компьютера находящиеся в его оперативной памяти. Их постоянное присутствие в ОЗУ связано с тем, что эти программы на протяжении всего периода включения компьютера следят за его состоянием. Это операционная система, антивирусные программы.

Нерезидентные программы – это программы, которые по окончании своей работы выгружаются полностью или частично из ОЗУ. Это, например, прикладные программы.

Современный компьютер — это единство аппаратных средств (hardware) и программного обеспечения (software). Ком-пьютерной программой называется закодированная информация о действиях, которые предписывается выполнить компьютеру, ал-горитм для исполнения компьютером, описанный или на языке машинных кодов, или на специальном языке программирова-ния. Чтобы на компьютере можно было решать задачи, необхо-димо программное обеспечение, структуру которого в соответст-вии с классификацией программ отражает следующая схема.

Рис. Структура программного обеспечения ПК

Программное обеспечение (ПО) — это совокупность про-грамм обработки данных и необходимых для их эксплуатации документов. Программное обеспечение является очень широким понятием, оно включает в себя системное программное обеспе-чение, которое отвечает за работоспособность компьютеров; прикладное программное обеспечение, предназначенное для ре-шения задач любой предметной области в виде пакетов при-кладных программ (ППП); и инструментарий технологии про-граммирования.

Системное программное обеспечение предназначено для функ-ционирования самого компьютера как единого целого. Это в первую очередь операционная система, а также сервисные про-граммы различного назначения — драйверы, утилиты и т. п. Сюда же относятся программы проведения диагностики и про-филактики аппаратуры компьютера. В системное программное обеспечение входит сетевой интерфейс, который обеспечивает доступ к данным на сервере.

Операционные системы — главная часть системного ПО. Это комплекс программ, управляющих всеми аппаратными компо-нентами компьютера, обеспечивая их целостное функциониро-вание, а также предоставляющих пользователю доступ к аппа-ратным возможностям компьютера. В состав ОС входит большое количество утилит — программ вспомогательного назначения. Подробнее операционные системы будут рассмотрены в п. «Опе-рационные системы».

Важным классом системных программ являются драйверы. Они расширяют возможности ОС, например позволяют ей рабо-тать с тем или иным внешним устройством, обучая ее новому протоколу обмена данными и т. д. Так, первые попавшие в нашу страну версии операционных систем DOS, Windows и OS/2 были английскими и не поддерживали ввод русских букв с клавиату-ры. Для устранения этого недостатка были созданы специальные драйверы клавиатуры.

Драйверы обычно входят в комплект поставки ОС. В процес-се установки операционной системы активизируются те драйве-ры, которые нужны для поддержки устройств и функций ОС, указанных пользователем.

Весьма популярный класс системных программ составляют программы-оболочки. Они обеспечивают более удобный и нагляд-ный способ общения с компьютером, чем штатные средства ОС.

Средства контроля и диагностики обеспечивают автоматиче-скую проверку функционирования отдельных узлов ЭВМ, поиск ошибок в их работе.

Система программирования позволяет разрабатывать програм-мы на языках программирования. Языками программирования на-зываются формальные языки связи человека с ЭВМ, предназна-ченные для описания данных (информации) и алгоритмов (про-грамм) их обработки на компьютере. Внутренний (машинный) язык любой ЭВМ — цифровой, слова в нем записываются в дво-ичных кодах, в виде последовательности нулей и единиц. Транс-ляторы и интерпретаторы — комплекс программ, обеспечиваю-щий автоматический перевод с алгоритмических языков в ма-шинные коды.

Прикладное программное обеспечение предназначено для не-посредственного решения пользовательских задач. Прикладные программы в основном представлены пакетами прикладных программ (ППП) — комплексом взаимосвязанных программ для решения задач определенного класса в конкретной предметной области.

Разработаны и используются сотни тысяч прикладных про-грамм для различных применений. Условно их делят на четыре группы:

Пакеты программ текстовой обработки;

Табличные процессоры;

Пакеты программ графики;

Системы управления базами данных.

Такая классификация не является исчерпывающей, так как в одну группу могут входить программы, выполняющие весьма различающиеся задачи. Например, к пакетам текстовой обработ-ки можно отнести как текстовые редакторы, так и издательские системы; к программам графики — графические редакторы и средства создания презентаций и т. д.

Рассмотрим подробнее наиболее часто применяемые пакеты.

Табличные процессоры выводят на экран промежуточную таб-лицу, в клетках которой могут находиться числа, пояснительные тексты и формулы для расчета по имеющимся данным. Все рас-пространенные табличные процессоры позволяют пересчитывать значения элементов таблицы по заданным формулам, строить различные графики, создавать собственные входные и выходные формы. Кроме того, имеется множество возможностей декора-тивного характера — включение звуковых эффектов, создание слайд-шоу и т. д.

Издательские системы предназначены для подготовки рек-ламных буклетов, оформления газет, журналов и т. д. Основная их функция — верстка, т. е. размещение текста по страницам до-кумента, вставка рисунков и т. д. Обычно тексты подготавливае-мых документов набираются в редакторе типа MS Word, а затем считываются издательской системой, где и выполняется их окончательное оформление.

Программы подготовки презентаций используются для оформления слайдов, в которые помещаются рисунки, надписи, диаграммы и т. д. Эти программы организуют показ презентаций с помощью компьютера (на мониторе большого размера или специальной демонстративной панели).

Графические редакторы позволяют создавать и редактировать рисунки. В простейших редакторах есть возможность рисования линий, кривых, раскройки областей экрана, создания надписей и т. д. В редакторах, ориентированных на обработку фотоизобра-жений, можно обрабатывать изображения большого размера и имеются средства для настройки яркости и контрастности изо-бражения или отдельных частей. Весьма популярны и редакторы объектной графики, работающие с изображением из различных объектов — букв, линий и т. д.

Программы для анимации позволяют создать двухмерное и трехмерное изображения движущейся модели объектов и, управ-ляя ими и комбинируя их, получать несложные анимационные фильмы.

Программы для создания компьютерного видео позволяют при наличии соответствующего оборудования производить на компь-ютере монтаж видеофильмов, наложение титров, видеоэффектов и т. д.

Бухгалтерские программы предназначены для ведения бухуче-та, подготовки финансовой отчетности, финансового анализа деятельности предприятий.

Персональные информационные менеджеры позволяют назна-чать разовые и повторяющиеся мероприятия, напоминать о де-лах, которые необходимо выполнять регулярно и т. д.

Программы планирования позволяют составлять планы работ, требующие координации многих людей и ресурсов.

Программы распознавания символов позволяют вводить с по-мощью сканера напечатанные тексты, делая ненужным утоми-тельный и трудоемкий ввод текстов с клавиатуры.

Программы-переводчики позволяют переводить тесты с рус-ского языка на английский, немецкий, французский и обратно.

Программы-словари — это электронные версии обычных сло-варей с некоторыми дополнительными возможностями.

Системы автоматизированного проектирования (САПР) по-зволяют осуществлять черчение и конструирование различных предметов и механизмов с помощью компьютера.

Отдельной частью прикладного программного обеспечения являются библиотеки стандартных программ. Их составляют час-то используемые программы вычисления функций, решения уравнений, распространенных операций обработки данных (сор-тировка, нахождение максимального и минимального значений в массивах данных и т. д.).

Уникальное программное обеспечение — комплекс программ, предназначенных для выполнения специализированных про-грамм пользователя, решающих уникальные пользовательские задачи. Кроме_того, к уникальным можно отнести задачи созда-ния и обработки базы данных для конкретного предприятия.

Пакет прикладных программ Microsoft Office

Прикладные программы часто объединяются в пакеты по роду деятельности пользователя. Наиболее популярным пакетом, предназначенным для решения задач автоматизации офиса, яв-ляется Microsoft Office. Он представляет собой семейство при-кладных программных продуктов, которое объединяет различ-ные приложения в универсальную среду для работы с информа-цией. Наибольшее распространение в нашей стране получили следующие, входящие его состав программы.

Microsoft Word — мощный текстовый процессор, который позволяет быстро и просто создавать профессионально оформ-ленные документы, содержащие рисунки, схемы, формулы, таб-лицы, диаграммы, а также обладает встроенной поддержкой тех-нологий Internet.

Microsoft Excel — универсальная программа для работы с электронными таблицами. Она располагает разнообразными средствами для форматирования, отображения, преобразования и анализа данных, проведения математических, финансовых, статистических и других вычислений, обмена данными и инфор-мацией, в том числе и через Internet.

Microsoft PowerPoint — редактор, предназначенный для соз-дания всяческих презентаций, представляющих собой совокуп-ность структурированных слайдов, в которых используются раз-личные иллюстративные, анимационные и звуковые эффекты.

Microsoft Outlook является системой работы с сообщениями и совместной работы, которая облегчает организацию информа-ции на рабочем столе и обеспечение совместного доступа к ней, а также связь с другими пользователями. Она позволяет назна-чать место встречи, хранить информацию о контактах, адреса, телефоны, получать и отправлять сообщения по электронной почте или по факсу и т. д.

Microsoft Access — удобное средство для создания и эксплуа-тации достаточно мощных баз данных. Данная система управле-ния базами данных умеет сводить воедино информацию из са-мых разных источников и помогает быстро найти необходимые данные и представить их в удобном для анализа виде с помощью отчетов, графиков и таблиц.

В составе Microsoft Office имеется также несколько неболь-ших программ достаточно узкой специализации. К ним отно-сятся:

Photo Editor — редактор рисунков;

Microsoft Graph — программа для построения простых диа-грамм;

Microsoft WordArt — программа для преобразования слов и фраз в графические изображения; эти изображения можно ис-пользовать, например, для создания эмблем и шапок на фир-менных бланках организации;

Microsoft ClipArt — программа для вставки в документ зара-I нее заготовленной и красочно оформленной графики;

Microsoft Organization Chart поможет уточнять, кто есть кто (и кто за кого отвечает) в любой компании;

Equation Editor — программа для вставки самых сложных ма-тематических уравнений.

Microsoft Office очень удобен — он не создает проблем при изучении новых приложений и работе с ними. Получить инфор-мацию о том, как лучше выполнить то или иное действие, или найти нужный инструмент в различных приложениях можно пу-| тем получения справки из меню или у помощника.

К достоинствам Microsoft Office также относится интегриро-ванность программ Excel, Word, Access друг с другом и с други-ми программами и поддержка новейших Web-технологий. Дан-ные, созданные в разных приложениях, входящих в этот пакет, легко импортируются и экспортируются из одного приложения в другое.

В приложениях Microsoft Office можно создавать Web-стра-ницы, не изучая формат HTML, сохранять документы в формате HTML, просматривать готовые HTML-документы, а также соз-давать гипертекстовые ссылки. Такая ссылка может быть поме-щена внутрь документа и будет указывать либо на Web страницу, либо на другой документ, где бы этот документ ни находился.

Наиболее популярными у большинства пользователей явля-ются приложения Microsoft Word, Microsoft Excel, Microsoft Access, поэтому в нашем учебнике более подробно будут рас-смотрены основные приемы работы именно в этих программах. Различные версии Microsoft Office могут иметь некоторые отли-чительные особенности, поэтому в тех случаях, когда конкрет-ные приемы операций зависят от используемой версии програм-мы, мы будем опираться на версию Microsoft Office 2000, хотя в основном речь будет идти о таких обобщенных понятиях и мето-дах, для которых различия между конкретными версиями про-грамм второстепенны.

Операционные системы

Операционная система — это комплекс программных средств, обеспечивающих в компьютере или вычислительной системе выполнение других программ, распределение ресурсов, планирование, ввод-вывод и управление данными.

Главной функцией операционной системы является управле-ние прикладными процессами, памятью и внешними устройст-вами, интерфейсом пользователя, безопасностью данных и про-чим.

Для решение каждой из перечисленных задач управления операционная система имеет специальные блоки:

- монитор, который управляет выполнением задач;

- загрузчик, предоставляющий прикладному процессу необ-ходимые программы;

- супервизор, управляющий процессом, памятью и работой оборудования;

- планировщик, определяющий порядок выполнения задач и распределение ресурсов;

- утилита, которая выполняет сервисные операции.

Операционная система занимает большой объем, поэтому в оперативной памяти находятся только те ее части, с которыми в данный момент работает процессор (они называются резидент-ными). Остальные программы располагаются во внешней памя-ти и переписываются в оперативную по мере необходимости.

Операционные системы делятся на одно- и многозадачные. Современная операционная система — сложный комплекс про-граммных средств, предоставляющих пользователю не только стандартизированный ввод-вывод и управление программами, но и упрощающий работу с компьютером. Программный интер-фейс операционных систем позволяет уменьшить размер кон-кретной программы, упростить ее работу со всеми компонента-ми вычислительной системы.

Операционные системы, развиваясь вместе с ЭВМ, прошли длинный путь от простейших программ в машинных кодах дли-ной в несколько килобайт до монстров, написанных на языках высокого уровня, размер которых исчисляется десятками мега-байт. Такой значительный рост размера операционных систем обусловлен, главным образом, стремлением разработчиков «ук-расить» операционную систему, расширить ее возможности, до-бавить возможности, изначально несвойственные операционным системам, а также сделать интерфейс пользователя интуитивным. Все эти попытки дали свои результаты, и положительные, и от-рицательные (усложнение настройки и программного интерфей-са при упрощении пользовательского).

На сегодняшний день на рынке программного обеспечения для IBM PC-совместимых компьютеров сосуществуют несколько семейств операционных систем.

ОС UNIX — одна из старейших и наиболее простых опера-ционных систем, обладающая тем не менее большим набором инструментальных средств. Позволяет работать с каждой при-кладной программой в отдельном окне (полиэкранная техноло-гия). С точки зрения пользователя, наиболее важными качества-ми системы являются переносимость прикладных программ с одного компьютера на другой и богатый сетевой сервис, позво-ляющий осуществлять распределенную обработку данных. UC UNIX широко используется в суперкомпьютерах, рабочих станциях сети и профессиональных ПК. Сейчас на рынке программного обеспечения представлено много различных вари-антов этой мобильной операционной системы: XENIX, UNIXWARE, SUN-OS, LINUX, BSD.

Операционная система OS/2, будучи полноправной многоза-дачной операционной системой, со своим оригинальным графи-ческим пользовательским и программным интерфейсами, сохра-няет совместимость с однозадачными ОС MS-DOS и PC-DOS. Она предоставляет широкие возможности обработки не только текстов, но и изображений. В основном предназначена для рабо-ты на серверах. Система обладает высокой надежностью, но ра-ботать с ней могут только квалифицированные пользователи.

ОС Microsoft Windows предназначена для работы в однополь-зовательском режиме (то есть является системой для ПК), но имеет и широкие сетевые возможности. Это многозадачная опе-рационная система. Характеризуется удобным графическим ин-терфейсом, использует полиэкранную технологию. Позволяет осуществлять обмен данными между различными приложения-ми. Развитием ОС Microsoft Windows стала Windows NT, ориен-тированная на работу в разнородных сетях.

Примером широко распространенной однозадачной опера-ционной системы является MS-DOS, предложенная корпораци-ей Microsoft.

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭВМ

Совокупность программ, работающих на данной машине, составляют ее программное обеспечение . Очевидно, что семействам программно совместимых ЭВМ доступно одно и то же программное обеспечение. В настоящее время создано колоссальное количество программных продуктов для всех типов компьютеров.

Их можно разделить на два класса:

1. Программы, обеспечивающие работу компьютера и доступ к нему

пользователя - системное программное обеспечение.

2. Программы, обеспечивающие решение практических задач из разных

областей науки, экономики, производства и т. п.

СИСТЕМНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ.

ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА.

Системное программное обеспечение - это набор программ, обеспечивающих нормальную работу и удобное использование ЭВМ. Основной и необходимой частью системного программного обеспечения является операционная система (ОС). Она управляет работой внешних устройств, ведет учет и распределение ресурсов машины: процессорного времени, оперативной и внешней памяти, внешних устройств, обеспечивает интерфейс (связь) с

пользователем.

Операционная система есть на любой работающей машине, причем для каждого типа машин существует собственная ОС, а зачастую и несколько ОС. Операционные системы могут классифицироваться по ряду признаков.

1. Количество одновременно решаемых задач.

Если в текущий момент на машине обрабатывается одна задача и все ресурсы ЭВМ выделяются ей, то такой режим называется однопрограммным режимом работы. Этот режим существенно упрощает работу ОС и используется для мини - и микро-ЭВМ, является основой для ПЭВМ.

Мультипрограммный режим работы - это такой режим, при котором в текущий момент в оперативной памяти находится несколько программ, которые делят все ресурсы машины. При этом ОС решает сложные задачи по учету и распределению ресурсов, защите программ и данных друг от друга. Обычно задачи поочередно, в соответствии с их приоритетами получают

определенный квант времени процессора. Такой режим работы естественно резко увеличивает накладные расходы (например, для машин IBM-360/370 и OS 360/370 до 80% процессорного времени использовалось самой ОС и только 20-25% под сами задачи), но является оправданным и эффективным для больших машин со значительными ресурсами.

2. Способ взаимодействия с пользователем.

1) пакетный режим

Задачи и данные в этом режиме готовятся заранее, оформляются в виде блока (пакета), а затем передаются для выполнения, в результате которого пользователь получает готовые результаты. При этом пользователь не может вмешиваться в процесс решения задачи.

Такой режим используется обычно для больших ЭВМ с мультипрограммной ОС.

В этом режиме пользователь выполняет задание по шагам, может проанализировать результаты очередного шага и определить ход дальнейших действий. Такой режим предпочтителен для однопрограммного монопольного режима, но часто используется для мультипрограммного. В этом случае он называется режимом разделения времени.

3. Время ответа на запрос.

Если ЭВМ используется для управления реальным процессом (технологическим, производственным и др.), то самым важным является время ответа на запрос. Для таких применений ЭВМ разрабатывают специальные ОС, которые называются системами реального времени.

Другие ОС тоже небезразличны ко времени ответа на запрос,

но оно не имеет такого значения.

Операционная система определяет (практически полностью) среду работы пользователя, вернее его задач. Поэтому программы, разработанные в одной ОС обычно требуют переделок при переносе их в другую ОС.

В настоящее время для персональных ЭВМ совместимых с IBM PC самой распространенной является MS-DOS разных версий (однопрограммная, диалоговая) и все чаще стала использоваться система WINDOWS.

Но самой распространенной ОС для разных типов машин является система UNIX (мультипрограммная, диалоговая), которая претендует также на роль единой ОС, обеспечивающей одну среду пользователя для разных машин.

Операционная система MS-DOS для IBM PS совместимых компьютеров будет рассмотрена дальше.

ЯЗЫКИ И СИСТЕМЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

Операционная система обеспечивает лишь выполнение программ. Их написание, отладка должны выполняться другими программными средствами. Поскольку машина может исполнять программы только на машинном языке, а человеку описывать алгоритмы на таком уровне затруднительно, то уже в начале использования компьютеров были разработаны языки

программирования - специализированные формальные средства описания алгоритма задачи и специальные программы, которые обеспечивают перевод с языка программирования на машинный язык, так называемые трансляторы. К числу первых языков программирования относятся такие языки как Фортан и Алгол.

В настоящее время насчитывается несколько тысяч языков программирования, но наиболее распространены из них около десятка. Среди них различают универсальные, предназначенные для написания любых алгоритмов, и специализированные, ориентированные на описание определенного круга задач.

Кроме того, языки классифицируются по уровням. Если нижним уровнем считать машинный язык, а верхним - естественный, то можно различать языки низкого и высокого уровня.

К языкам низкого уровня относятся автокоды, мнемокоды и ассемблеры. Это машинно-ориентированные языки, по конструкции операторов близкие к машинному, но позволяющие использовать мнемокоды команд и символическую адресацию. Для всех машин во всех операционных системах существуют ассемблеры, иногда несколько. Программы, написанные на них, очень эффективны. В частности программы ОС обычно написаны на ассемблере.

Языки высокого уровня позволяют описывать задачу на некотором подмножестве естественного языка, обычно английского. К их числу относятся Паскаль, Си, Фортран, Клиппер, Лисп, Пролог, Бейсик и многие другие.

Паскаль, Фортран, Си - это универсальные алгоритмические языки. Лисп и Пролог - специализированные языки для задач логического вывода, обработки сложных структур данных и логических умозаключений. Они используются для разработки экспертных систем, доказательств теорем и т. д.

Для всех этих языков существуют трансляторы, а иногда и несколько для разных типов машин. Трансляторы могут работать в двух режимах:

Компиляция; при этом весь текст законченной программы, написанной на соответствующем языке программирования, переводится в программу на машинном коде (объектном коде).После дополнительной обработки такая программа уже может работать независимо от языка, на котором она написана.

Интерпретация; при этом происходит пооператорный

перевод и исполнение программы. Такой режим очень удобен для

отладки простых программ. Но для больших программ практически

непригоден, т. к. требует для исполнения программы наличия в

памяти интерпретатора.

В настоящее время для написания, трансляции и отладки программ используются различные TURBO-системы (TURBO-C, TURBO-PASCAL и др.), в которые включены, помимо транслятора, простые редакторы текстов для подготовки программ, средства отладки, сборки готовым программ из объектных модулей.

ПРИКЛАДНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Прикладное программное обеспечение (ППО) ЭВМ - это совокупность программ, обеспечивающих решение практических задач из разных областей знания. ППО составляет большую часть общего ПО. Трудно, да и практически невозможно, перечислить все программные средства, входящие в ППО, но можно попытаться определить основные классы или типы ППО. При этом следует помнить, что это деление достаточно условно. Если взять за основу уровень сложности программного продукта, то можно выделить следующие классы:

1. простые, зачастую отдельные программы, написанные программистом

для решения его собственных задач и используемые в основном им же.

2. программа или система для решения некой сложной комплексной

задачи, обеспечивающей автоматизацию некоторого процесса, формы

деятельности и т. д. Но подобная система может использоваться только в

сопровождении разработчика и рассчитана на применение в конкретных

условиях.

3. Системы, пакеты программ, комплексы, автоматизирующие некоторый

процесс, сторону деятельности предприятия организации и т. д.

возможность настройки на конкретное применение в заданных

условиях (например, на размерность задачи, объем обрабатываемой

информации, конфигурация машины и др.).

Такая система уже является коммерческим продуктом. В настоящее время существуют специальные правовые нормы по распространению и использованию таких пакетов.

На сегодняшний день такие программные средства составляют

большую часть всего ПО.

Среди них различают:

1) методо-ориентированные пакеты программ (в основном

научного характера)

2) проблемно-ориентированные системы, обеспечивающие

автоматизацию некоторой области деятельности предприятия

Если за основу взять уровень разумности или "интеллектуальности" системы, то можно различить:

1. "Жесткие" или "примитивные" системы, выполняющие четко очерченную

и сформулированную задачу по определенному алгоритму. Такими

является основная часть работающих сейчас программ.

2. Программы, которые сами определяют и уточняют алгоритм решения

задачи, в зависимости от условий и накопленного опыта. Большая часть

работающих экспертных систем относится к к этому типу.

3. Системы, которые берут на себя постановку задачи из трудно

формализуемых областей, определяющие алгоритм ее решения и

исполняющие его. Это так называемые системы с элементами

искусственного интеллекта. В настоящее время примером такого

рода систем могут служить некоторые экспертные системы.

Общая схема ЭВМ с поставленным на ней программным обеспечением может быть представлена в следующем виде:

¦Системы с эл-тами искусственного интеллекта ¦

¦ ¦Текстовые ред., САПР, прикл. пакеты¦ ¦

¦ ¦ ¦Языки программирования¦ ¦ ¦

¦ ¦ ¦ Си, Паскаль, СУБД и др.¦ ¦ ¦

¦ ¦ ¦ - ¦ ¦ ¦

¦ ¦ ¦ ¦ О С ¦ ¦ ¦ ¦

¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ЭВМ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦ ¦ ¦ ¦ L ¦ ¦ ¦ ¦

¦ ¦ ¦ L- ¦ ¦ ¦

ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА MS DOS

Для ПЭВМ, программно совместимых с IBM PC, существует несколько ОС, таких как MS DOS, UNIX, WINDOWS и др. Наиболее распространенной среди них является MS DOS, т. к. она наиболее проста и требует мало ресурсов. Ее разумно использовать для машин класса ХТ, 286, 386. WINDOWS и UNIX требуют значительного количества ресурсов, но при этом обеспечивают некоторые дополнительные возможности: мультизадачность и развитый интерфейс.

С самого начала изучения информатики мы обращали внимание на то, что ЭВМ может работать только по программе. Вообще все, на что способна ЭВМ - это выполнять какую–то программу. Поэтому особое место в курсе информатики занимает изучение программного обеспечение ЭВМ.

Программное обеспечение (ПО) и его классификация.

Все существующие программы можно разделить на три вида. Для наглядности такого деления изобразим классификацию ПО в виде схемы

Системное ПО служит для обеспечения работоспособности ЭВМ, общего управления ресурсами и т.д. К системному ПО относятся:

Ø Операционные системы (ОС) - совокупность программ, предназначенных для управления ресурсами ЭВМ, организации диалога пользователя с ЭВМ, исполнения программ пользователя.

Ø Средства контроля и диагностики - тестовые программы, служат для контроля работоспособности аппаратной части ЭВМ. Эти программы выявляют неисправности и место их возникновения.

Ø Сервисные программы (утилиты) расширяют возможности ОС (программы оболочки, архиваторы, антивирусные программы, программы восстановления стертых файлов и т.д.).

Инструментальное ПО - совокупность программ для разработки других программ. Они являются основой работы программистов. К ним относятся:

Ø Системы программирования - набор программных средств, которые обеспечивают потребности при разработке программ (редакторы текстов программ, интегрированные среды). Примером такой программы может служить Turbo Pascal.

Ø Трансляторы - программы перевода программ в машинный язык. Программа–транслятор входит в состав интегрированной среды Turbo Pascal. Существует много других (отдельных) программ–трансляторов.

Прикладное ПО - программы для решения конкретных задач пользователя. Эти программы обращены к человеку, который не составляет программ, а лишь использует их для решения своих задач. При общении с прикладной программой пользователю приходится выполнять некоторые простые операции - вводить числа и тексты, выводить графики, просматривать данные. Прикладные программы ориентированы на создание максимального комфорта для пользователя. Он может знать о компьютере минимальный набор сведений. Таки образом, эти программы доступны широкому внедрению среди людей, не знакомых с компьютером.

Классификация прикладного ПО очень обширна. Существуют проблемно- и методо- ориентированные пакеты программ. Но большую его часть занимают программы общего назначения:

Ø текстовые процессоры,

Ø табличные процессоры,

Ø базы данных и системы управления базами данных (СУБД),

Ø программы обработки графических изображений и т.д.

Ø музыкальные редакторы, …

Понятие операционной системы.

ОС - совокупность программ, предназначенных для управления ресурсами ЭВМ, исполнения программ пользователя и организации диалога пользователя и ЭВМ. ОС управляет работой других программ и выделяет им ресурсы ЭВМ - память, время и т.д. Она обеспечивает работу машины как единого целого, связь между устройствами. В то же время ОС выступает посредником между человеком и ЭВМ и скрывает от пользователя много трудных элементарных операций, создает удобный интерфейс. То есть, как бы обволакивает аппаратуру компьютера, чтобы пользователю не приходилось общаться с этой аппаратурой.

Классификация операционных систем:

• по количеству одновременно обрабатываемой информации - 16- и 32-разрядные;
• по количеству одновременно работающих пользователей - однопользовательские и многопользовательские;
• по количеству одновременно выполняемых программ - однозадачные и многозадачные.

Понятие многозадачности.

В зависимости от работающей ОС на ЭВМ можно одновременно выполнять одну или сразу несколько программ. Например, набирая текст, пользователь может одновременно запустить печать документа на принтере, ожидать соединения по сети и т.д.

В однозадачной ОС в каждый момент времени может выполняться только одна программа, не считая резидентных программ, которые постоянно присутствуют в памяти и включаются в работу по мере необходимости.

В многозадачной одновременно активными могут быть более одной программы. Многозадачность бывает кооперативной и вытесняющей. При вытесняющей многозадачности система отводит каждой задаче строго определенной время - режим разделения времени.

При кооперативной все программы получают столько времени, сколько они попросят у ОС и делят его между собой, обмениваясь сообщениями.

История развития ОС

Рассмотрим два основных направления развития ОС, которые связаны соответственно с фирмами разработчиками Microsoft (MS) и IBM.

В 1981 году фирма MS выпустила первую ОС MS DOS 1.0 (дисковая операционная система) Работа с ОС осуществлялась с помощью командной строки в символьном режиме. ОС обслуживала 64 Кб памяти, могла использовать дискеты 5,25’’ емкостью 160 Кб.

В том же году фирма IBM разработала свою ОС PC DOS - полный аналог MS DOS.

В 1983 году вышла в свет MS DOS 2.0. Она работала с дискетами 360 Кб и жесткими дисками 10 Мб. Появилась древовидная система каталогов диска, а также возможность загружать драйверы.

Перечисленные ОС обладали рядом принципиальных недостатков: примитивный пользовательский интерфейс (в виде командной строки и символьного режима), однозадачность, ограниченность объема адресуемой памяти. От версии к версии эти ОС усовершенствовались, но принципиальные недостатки оставались.

С 1984 года началась работа над графической ОС, которая обладала бы возможностью полного использования памяти, была многозадачной. К 1985 году фирма MS разработала графическую оболочку Windows 2.0 к MS DOS. Появился графический интерфейс, но ограничение прямой адресации всего 640 Кб памяти оставалось. Вся остальная память считалась расширенной, и работа с ней осуществлялась с помощью драйверов расширенной памяти.

В 1987 году фирма IBM разработала ОС OS/2 1.0, которая могла адресовать до 16 Мб памяти, обладала многозадачностью до 12 программ.

В 1990 году фирма MS выпустила оболочку Windows 3.x. Для неё характерно использование всего адресного пространства и виртуальной памяти, кооперативная многозадачность. Однако, это была не ОС, а только графическая программная оболочка для MS-DOS.

К 1992 году фирмой IBM была разработана OS/2 2.0 - 32- разрядная, многозадачная, однопользовательская ОС. Поддерживались многопоточные программы, совместимость с продуктами фирмы MS. Но она более требовательна к ресурсам - 386 процессор, 8Мб памяти, 50Мб свободного места на диске. Но в дальнейшем разработчики этой линии ОС отказались от поддержки программного обеспечения фирмы MS.

В 1993 году появилась Windows NT - 32-разрядная, многопользовательская, многозадачная ОС с сетевыми возможностями и графическим интерфейсом.

В 1995 году увидела свет 32-разрядная, однопользовательская ОС Windows 95. Она обладает вытесняющей многозадачностью для 32-разрядных приложений и кооперативной - для 16 разрядных.

Требуемые ресурсы: 386 процессор и 4 Мб памяти, 40 Мб свободного места на диске.

В 1998 году появилась Windows 98, а в 2000 году - WindowsMillenniumEdition - ОС по характеристикам аналогичные предыдущей версии 1995 года, но внутренне более совершенные.

В 2000 году выпущены две версии Windows 2000: Professional и Server, которые являются 32-разрядными многозадачными, а Server ещё и многопользовательской ОС. Эти две ОС основаны на технологии NT и являются прямыми потомками WindowsNT.

Отдельно от перечисленных ОС развивалась еще одна линия ОС - UNIХ, созданная фирмой BellLaboratories. Она разрабатывалась по эгидой переносимости программ между компьютерами с разной архитектурой. В итоге появились много UNIXоподобных ОС - многопользовательские, многозадачные, 32-разрядные.

Файлы и каталоги.

В компьютере обычно имеется несколько накопителей на магнитных дисках. Все они имеют свои имена в виде латинских букв. Буквы А и В - имена дисководов. Начиная с С именуются жесткие диски, а затем CD–ROM.

Вся информация на дисках хранится в виде файлов. Файл - совокупность логически связанных данных. Это может быть текст книги, программа, коды графического изображения и т.д. Каждый файл имеет имя, которое состоит из двух частей: собственно имени и расширения. Правила построения имени зависят от используемой ОС.

Для ОС MS-DOS длина файла мажет быть от 1 до 8 латинских символов и цифр. Кроме того, в имя можно включать некоторые спецсимволы (!%$# и т.д.) Расширение начинается с точки, за которой следуют от 0 до 3 символов, то есть расширение может отсутствовать.

Для Windows имя может состоять из 1 - 255 любых символов. Расширением считается часть имени после последней точки. Регистр букв не различается.

Расширение как правило определяет содержание файла. Со временем сложились стандартные расширения файлов:

txt, doc - текстовые документы,

exe, com - исполняемые файлы,

bat - командный файл,

bmp, jpg - файлы графических изображений и т.д.

Для удобного расположения многих файлов их удобно рассортировать по папкам (каталогам). Имя каталога строится по тем же принципам, что и имя файла, но расширение используется редко. Папки могут содержать внутренние папки до сколь угодно большой вложенности. Нарисовать на доске рисунок и подчеркнуть древовидную систему папок.

Самый верхний каталог называется корневым. На каждом диске имеется один корневой каталог. В нем регистрируются файлы и каталоги первого уровня. В каталогах 1-го уровня регистрируются каталоги 2-го уровня и т.д. Для того чтобы указать расположение файла на диске, необходимо написать путь к файлу через дерево каталогов.

Подготовка носителей к работе.

Все пространство любого диска разбито на концентрические дорожки, которые делятся на секторы. Для создания дорожек и секторов используется программа диск нужно отформатировать специальной программой. При этом на диск записываются электронные метки дорожек и секторов, и выделяется служебное место на диске. Программа также проверяет его работоспособность и помечает плохое блоки.

Процесс форматирования делится на 2 этапа: низкого (физическое) и высокого (логическое) уровня. При физическом форматировании на диск наносятся электронные метки для указания мест дорожек и секторов. Логическое форматирование разбивает все пространство диска на кластеры и обеспечивает выделение служебных мест на диске.

Кластер - группа смежных секторов, имеющая уникальный номер. Кластеры размещаются так, чтобы минимизировать

Программой называется последовательность машинных команд, позволяющая получить требуемый результат при заданных начальных (исходных) данных. Совокупность программ различного назначения носит название программного обеспечения (ПО). Возможности компьютеров в большей мере определяются наличие развитого программного обеспечения.
Программное обеспечение принято подразделять на четыре класса: прикладное, системное, вспомогательное и инструментальное.
Системное программное обеспечение, к которому относились операционные системы, драйверы устройств, операционные надстройки и оболочки, предназначено для управления аппаратными ресурсами компьютера.
Операционная система (ОС) — это главный программный комплекс, осуществляющий управление вычислительного процесса. ОС объединяет множество элементарных операций при работе с внешними устройствами и памятью в подпрограммы, которые затем используются другими программами. Командный процессор операционной системы взаимодействует с пользователем и обрабатывает команды, набранные пользователем. На железнодорожном транспорте применялись широко известные в свое время такие ОС как MS DOS и CP/M.
Для управления работой аппаратных устройств — клавиатуры, дисплея, принтера, расширенной памяти используются программы — драйверы. Принцип работы драйверов заключается в том, чтобы каждую команду — например, записи на диск представить в виде набора элементарных операций — включение двигателя, перемещения магнитной головки и т.п. В операционной системе MS-DOS, начиная с версии 2.0 принята концепция устанавливаемых драйверов, т.е драйверов, хранящихся на диске в виде файлов.
Операционные надстройки и операционные оболочки разработаны с учетом включения в операционные системы удобного пользовательского интерфейса, который предусматривает реализацию движения курсора по меню, нажатие на определенные клавиши для выполнения требуемых функций.

Операционные надстройки предназначены для удобной работы пользователя с каталогами и файлами. Они позволяют изображать содержание каталогов на дисках, копировать, переименовать файлы и каталоги, просматривать файлы различных форматов (текстовые, архивированные, базы данных, электронные таблицы), изменять атрибуты файлов, осуществлять поиск файлов на диске. Примером такой программы является Norton Commander.
Операционные оболочки , как следует из их названия, представляют собой комплекс различных программных средств. В их число входят драйверы различных устройств, коммутационные программы (для связи нескольких компьютеров между собой), программы фоновой печати (печать происходит параллельно с выполнением других программ), программы общего назначения: текстовый и графический редактор, календарь, калькулятор.
Оболочки значительно расширяют возможности операционной системы.
Утилиты — это системные программы вспомогательного назначения. Их основное назначение — создание дополнительных возможностей для пользователей. Это программы оптимизации и динамического сжатия диска, фоновой печати, антивирусные программы, архиваторы и многое другое. Распространение получили также комплексы программ утилитов, к их числу относятся Norton Utilities и PC Tools Deluxe.
Некоторые системные программы постоянно находились в памяти компьютера. Такие программы носят название резидентных в памяти программ. Существовали два типа резидентных программ: резидентные утилиты и всплывающие программы.
Резидентными утилитами (программами TSR) называются программы, которые загружаются в память и доступны даже в те моменты, когда работает другая прикладная программа.
Всплывающими программами (pop-up) называются в памяти программы, которые хоть и загружаются в память, но не выполняются до тех пор, пока пользователь не нажмет определенную комбинацию клавиш или не произойдет некоторое событие (например, получение сообщения по сети). Следует обратить внимание, что всплывающие программы снижают быстродействие компьютера. К всплывающим программам относились программы-фильтры, “перехватывающие” те обращения к операционной системе, которые теоретически могут использовать компьютерные вирусы: запись в выполняемые и системные файлы, запись на диск по абсолютному адресу, форматирование диска. Действие программ-фильтров было основано на программном перехвате действий, которые казались подозрительными: чаще всего это были перехват команд на запись данных в файл.
Диагностические программы предназначены для тестирования электронных устройств компьютеров, гибких и жестких магнитных дисков. Наиболее распространены программы тестирования магнитных дисков. Такие программы проверяют таблицу размещения файлов, структуру каталогов, наличие ошибок на диске. Ход проверки отображается на экране; при обнаружении ошибок пользователю предлагался один или несколько способов исправления. Из программ диагностики наиболее часто можно было увидеть программу NDD из комплекса Norton Utilities.
Коммуникационные программы предназначены для связи компьютеров и обмена файлами между ними.
Программы-архиваторы — один из видов наиболее распространенных программ-утилит, позволяющих сохранять файлы в сжатом виде. Для определения списка упакованных файлов архивный файл содержит оглавление, где указаны название заархивированных файлов и их атрибутов, исходный размер файла и после сжатия, процент сжатия или отношение сжатого файла к исходному, код циклического контроля.

Все архиваторы обладали схожим перечнем возможностей. Они архивировали (упаковывали) файлы, исключали часть файлов из числа архивирующих, создавали саморазархивирующие архивы, сохраняли файлы в архиве под паролем. Пожалуй самым распространенным на железных дорогах архиватором являлся архиватор ARJ, который используется и до настоящего времени.
Для защиты программного обеспечения от компьютерных вирусов используют специализированные антивирусные программы. Пожалуй самыми распространенными на железных дорогах антивирусными программами являлись Dr.Web и Касперский.
Значительную часть программного обеспечения, применяемого на железнодорожном транспорте составляют прикладные программы. Наиболее часто персональный компьютер использовался в качестве мощной печатающей машинки.
Типичный набор возможностей текстового редактора, которые использовали специалисты железнодорожного транспорта включал в себя команды: считывания и записи текстового файла на диск, перемещения курсора по тексту, стирания, вставки и замены символов, поиска символов в тексте и их замены, форматирования документа, установки межстрочных интервалов, нумерации страниц.

Очень существенным достоинством для текстового редактора было его оснащение программами для проверки правильности написания слов — спеллерами. Спеллер содержал словарь, по которому осуществлялась проверка. Если обнаруживалось неизвестное слово, то пользователю выдавалось предупреждение — звуковой сигнал (в редакторе Лексикон), или специальное окно (в редакторе Word). Следует отметить, что последний редактор завоевывал популярность благодаря наличию функции Автокоррекция, позволяющую автоматически в процессе набора текста исправлять наиболее часто повторяющиеся ошибки пользователя. Наличие спеллера позволяло уменьшить количество орфографических ошибок, что очень важно при написании указаний, отчетов и телеграмм.

Табличные процессоры , называемые часто электронными таблицами (spreadsheets), использовались для математической обработки больших массивов данных. Наличие в них огромного числа (до нескольких десятков) математических, статистических финансовых функций, средств для отображения данных в виде различных диаграмм и графиков, делало их незаменимыми при формировании отчетов по итогам работы, прогнозов на будущие периоды и многого другого.
Системы управления реляционными базами данных (СУБД) использовались для хранения и обработки больших объемов числовой, текстовой и графической информации.
Первоначально, ориентируясь на то, что СУБД позволял осуществлять многочисленные операции (просмотр и редактирование записей, поиск по заданному критерию (условию), выполнение математических, логических и других функций), начали разрабатываться программы, в которых пользователь мог самостоятельно формировать текст запроса. Но возникающие при этом у рядовых специалистов трудности с освоением этого специфического языка программирования, а также проблема защиты данных от несанкционированного изменения привели к отказу от этой идеи.

Скорее всего единственный вид программ, который не нашел применение в управлении перевозочным процессом — это графические редакторы. Их возможности от самых простейших(прорисовка линий, окружностей и других графических примитивов) до мощнейших (работа по принципу Natural-Media, создание ландшафтов природы, эффектов отражения света, тени, генерация облаков, гор, волн на воде и т.п.) оказались невостребованными.
В то же время силами научно-исследовательских институтов, вычислительных центров железных дорог, коммерческих фирм разработано большое количество программ по ведению статистической отчетности, расчетам плана формирования грузовых поездов, определению тарифов и другим вопросам. Написание таких специализированных программ осуществлялось с помощью всех существовавших в момент разработки языков программирования. Поэтому можно найти программы написанные на Ассемблере, Си (C), Бейсик (Basic), Паскаль(Paskal), Фортран (fortran) и других языках. Однако даже на сегодняшний день многие эксплуатационные задачи на железнодорожном транспорте программно до сих пор не реализованы.

Система управления контейнерным парком