Профессионально ориентированного программного обеспечения. Использованная литература. Понятие программного обеспечения

| Программное обеспечение компьютера. О системном ПО и системах программирования

Урок 8
Понятие программного обеспечения и его типы. Назначение операционной системы и ее основные функции

§9. Программное обеспечение компьютера
§10. 0 системном ПО и системах программирования

Программное обеспечение компьютера

Основные темы параграфа:

Что такое программное обеспечение;
- типы программного обеспечения;

Изучаемые вопросы:

- Состав прикладного программного обеспечения.


- Сервисные программы.

Что такое программное обеспечение

Возможности современного ПК столь велики, что все большее число людей находят ему применение в своей работе, учебе, быту. Важнейшим качеством современного компьютера является его «дружественность» по отношению к пользователю. Общение человека с компьютером стало простым, наглядным, понятным. Компьютер сам подсказывает пользователю, что нужно делать в той или иной ситуации, помогает выходить из затруднительных положений. Это возможно благодаря программному обеспечению компьютера.

Снова воспользуемся аналогией между компьютером и человеком. Новорожденный человек ничего не знает и не умеет. Знания и умения он приобретает в процессе развития, обучения, накапливая информацию в своей памяти. Компьютер, который собрали на заводе из микросхем, проводов, плат и прочего, подобен новорожденному человеку. Можно сказать, что загрузка в память компьютера программного обеспечения аналогична процессу обучения ребенка.

Создается программное обеспечение программистами.

Вся совокупность программ, хранящихся на всех устройствах долговременной памяти компьютера, составляет его программное обеспечение (ПО).

Программное обеспечение компьютера постоянно пополняется, развивается, совершенствуется. Стоимость установленных программ на современном ПК зачастую превышает стоимость его технических устройств. Разработка современного ПО требует очень высокой квалификации от программистов.

Типы программного обеспечения

В программном обеспечении компьютера есть необходимая часть, без которой на нем просто ничего не сделать. Она называется системным программным обеспечением. Основным элементом системного ПО является операционная система (например, Windows, Linux). Покупатель приобретает компьютер, оснащенный системным ПО, которое не менее важно для работы компьютера, чем память или процессор. Кроме системного ПО в состав программного обеспечения компьютера входят еще прикладные программы и системы программирования.

Программное обеспечение компьютера делится на:

Системное ПО;
- прикладное ПО;
- системы программирования.

О системном ПО и системах программирования речь пойдет позже. А сейчас познакомимся с прикладным программным обеспечением.

Состав прикладного программного обеспечения *

* В сфере ПО все очень быстро меняется, поэтому невозможно дать точную и неизменную классификацию.
Некоторые современные программы трудно отнести к какому-то одному из описанных ниже типов .

Программы, с помощью которых пользователь может решать свои информационные задачи, не прибегая к программированию, называются прикладными программами.

В комплекте с операционной системой обычно поставляется набор прикладных программ общего назначения. В Windows это группа программ «Стандартные» (простые текстовые и графические редакторы, калькулятор и др.), программа электронной почты и интернет-браузер. К числу программ общего назначения можно отнести также офисные, мультимедийные и развлекательные программы. В Linux такие программы распределены по группам в соответствии с их назначением.

Офисные программы. Как правило, пользователь, приобретая компьютер, устанавливает на нем офисный пакет программ. К таким программам относятся:

Текстовые процессоры - для работы с текстовыми документами;
табличные процессоры, позволяющие организовывать очень распространенные на практике табличные расчеты;
программы для создания презентаций - демонстрационного видеоряда, используемого для публичных выступлений;
программы для управления несложными базами данных.

Мультимедийные программы. Это программы общего назначения, предназначенные для работы с изображением и звуком. К ним относятся графические редакторы, позволяющие рисовать, обрабатывать фотографии, делать фотомонтаж. Программы-проигрыватели звука и изображения позволяют вывести на экран картинку, прослушать музыкальную запись, посмотреть видеофильм. Обработкой звука на компьютере, как правило, занимаются профессионалы, используя для этого специальные программные пакеты.

Развлекательные программы. Многие пользователи начинают свое общение с компьютером с компьютерных игр.

Профессиональные программы. Это прикладные программы специального назначения - инструменты профессиональной деятельности. Например, бухгалтерские программы применяются для автоматизированного начисления заработной платы и других расчетов, которые производятся в бухгалтериях; системы автоматизированного проектирования используются конструкторами для разработки проектов различных технических устройств; программы, позволяющие решать сложные математические задачи, применяются учеными и инженерами; медицинские экспертные системы помогают врачу ставить диагноз больному и многое другое.

Образовательные программы. Это также программы специального назначения. К образовательным программам относятся электронные учебники, учебные тренажеры. Нередко для целей обучения используется игровая форма. Особенно популярно такое совмещение для детей младшего возраста.

Коротко о главном

Программное обеспечение компьютера делится на три части: системное ПО, прикладное ПО и системы программирования .

С помощью прикладных программ пользователь может непосредственно решать свои информационные задачи, не прибегая к программированию.

К прикладному ПО относятся: офисные, мультимедийные, развлекательные и образовательные, профессиональные и другие программы .

Вопросы и задания

1. Что такое программное обеспечение компьютера?

2. Какие задачи выполняет прикладное программное обеспечение?

3. Назовите основные виды прикладных программ общего назначения.

4. Что такое прикладные программы специального назначения?

О системном ПО и системах программирования

Основные темы параграфа:

Что такое операционная система;
- интерактивный режим;
- сервисные программы;
- системы программирования.

Изучаемые вопросы:

Понятие программного обеспечения.
- Типы программного обеспечения
- Состав прикладного программного обеспечения.
- Системное программное обеспечение и функции операционной системы.
- Понятие интерактивного режима работы.
- Сервисные программы.
- Система программирования – инструмент для работы программиста.

Что такое операционная система

Для чего нужны прикладные программы, понять несложно. А что же такое системное программное обеспечение?

Главной частью системного программного обеспечения является операционная система (ОС).

Операционная система - это набор программ, управляющих оперативной памятью, процессором, внешними устройствами и файлами, а также ведущих диалог с пользователем.

У операционной системы очень много работы, и она практически все время находится в рабочем состоянии. Например, для того чтобы выполнить прикладную программу, ее нужно разыскать во внешней памяти (на диске), поместить в оперативную память (найдя там свободное место), начать исполнение программы, контролировать работу всех устройств компьютера во время выполнения и в случае сбоев выводить диагностические сообщения. Все эти заботы берет на себя операционная система.

Вот названия некоторых распространенных ОС для персональных компьютеров: Windows, Linux, Mac OS .

Интерактивный режим

Операционная система общается с пользователем через определенную диалоговую среду (оболочку), отражаемую на экране : «Рабочий стол», файл-менеджер и пр. Желая выполнить какое-то действие, пользователь передает ОС соответствующую команду, воздействуя на элементы диалоговой среды. Например, это может быть команда запуска прикладной программы, команда выполнения операции с файлами (удалить файл, скопировать и пр.), команда сообщения текущего времени или даты, команда перезагрузки компьютера. После завершения выполнения данного этапа работы операционная система переходит в состояние ожидания следующей команды от пользователя.

Такой режим работы называется диалоговым режимом . Благодаря ОС пользователь никогда не чувствует себя брошенным на произвол судьбы. Все операционные системы на персональных компьютерах работают с пользователем в режиме диалога. Режим диалога часто называют интерактивным режимом .

Сервисные программы

К системному программному обеспечению кроме ОС следует отнести и множество программ обслуживающего, сервисного характера . Например, это программы обслуживания дисков (копирование, форматирование, «лечение» и пр.), сжатия файлов на дисках (архиваторы), борьбы с компьютерными вирусами и многое другое.

Компьютерным вирусом называют вредоносный программный код, способный нанести ущерб данным на компьютере или вывести его из строя. Основными разносчиками вирусов являются: нелицензионное программное обеспечение, файлы, скопированные из случайных источников, а также глобальная компьютерная сеть Интернет. Борьбой с компьютерными вирусами занимаются специалисты, создающие антивирусные программы.

В составе программного обеспечения компьютера обязательно должны присутствовать антивирусные программы. Однако такую программу недостаточно лишь однажды установить на компьютер. После этого нужно регулярно обновлять ее базу - добавлять настройки на новые типы вирусов. Наиболее оперативно такое обновление производится через Интернет серверами фирм-производите- лей антивирусных программ.

Системы программирования

Кроме системного и прикладного ПО существует еще третий вид программного обеспечения. Он называется системами программирования (СП).

Система программирования - это комплекс инструментальных средств, предназначенных для работы с программами на одном из языков программирования.

С системами программирования работают программисты. Они разрабатывают компьютерные программы. Всякая СП ориентирована на определенный язык программирования. Существует много разных языков, например Паскаль, Бейсик, ФОРТРАН, С («Си»), Ассемблер, ЛИСП и др. На этих языках программист пишет программы, а с помощью систем программирования заносит их в компьютер, отлаживает, тестирует, исполняет.

Программисты создают все виды программ: системные, прикладные и новые системы программирования .

Коротко о главном

Системное программное обеспечение - обязательная часть ПО. Его ядро составляет операционная система (ОС). ОС непосредственно связана с аппаратурой и управляет ее работой, организует работу с файлами, ведет диалог с пользователем.

К сервисным программам относятся программы обслуживания дисков, архиваторы, антивирусные программы и др.

Системы программирования - инструменты для работы программистов.

Вопросы и задания

1. Какие разновидности программного обеспечения имеются на современных компьютерах? Подготовьте сообщение.

2. Что такое операционная система (ОС)? Какие основные функции она выполняет?

3. Что такое диалоговый режим общения между ОС и пользователем?

4. Для чего предназначены системы программирования? Кто с ними работает?

Электронное приложение к уроку

Cкачать материалы урока

Введение

Сам по себе компьютер не обладает знаниями ни в одной области применения. Все эти знания сосредоточены в выполняемых на компьютерах программах. Программное обеспечение современных компьютеров включает множество программ - от игровых до научных. Программное обеспечение (ПО) - неотъемлемая часть компьютерной системы. Оно является логическим продолжением технических средств. Сфера применения конкретного компьютера определяется созданным для него ПО.

Под программным обеспечением понимается совокупность программных средств для создания и эксплуатации систем обработки данных с использованием средств вычислительной техники.

К программному обеспечению относится также вся область деятельности по проектированию и разработке ПО.

В нее включаются:

Технология проектирования программ;

Методы тестирования программ;

Методы доказательства правильности программ;

Анализ качества работы программ;

Документирование программ;

Разработка и использование программных средств, облегчающих процесс проектирования программного обеспечения, и многое другое.

К сервисному программному обеспечению относятся:

1. Драйверы (программы, с помощью которых операционная система получает доступ к аппаратному обеспечению некоторого устройства. Они предназначены для управления портами периферийных устройств, обычно загружаются в оперативную память при запуске компьютера).

Вот далеко не полный список применений: подключение мыши; клавиатуры; подключение графопостроителей (плоттеров), сканеров, принтеров, копировальной техники (ксероксов), дигитайзеров; связь двух компьютеров через порты последовательной передачи данных; подключение модемов для передачи данных по телефонным линиям; подключение к сети персональных компьютеров.

2. Утилиты (вспомогательные или служебные программы, которые представляют пользователю ряд дополнительных услуг).

Типичными представителями утилит являются:

Диспетчеры файлов или файловые менеджеры;

Архиваторы файлов, папок и дисков;

Средства коммуникаций (коммуникационные программы) предназначены для организации обмена информацией между компьютерами;

Средства обеспечения компьютерной безопасности (резервное копирование, антивирусные программы);

Программы динамического сжатия дисков. Они позволяют увеличить количество информации, хранимой на дисках путем ее динамического сжатия. Эти программы сжимают информацию при записи на диск, а при чтении восстанавливают в ее исходном виде.

Деинсталляторы приложений, установленных на компьютере. Они служат заменой стандартному диалогу Добавить/Удалить программу Windows. При этом работают приблизительно в 5-10 раз быстрее. Имеется функция поиска приложения по ключевому слову.

Часто утилиты объединяются в комплексы, наиболее популярны комплексы Norton Utilities, PC Tools Deluxe и Mace Utilities.

Необходимо отметить, что часть утилит входит в состав операционной системы, а другая часть функционирует автономно.

Тестовое программное обеспечение является средствами диагностики; средствами контроля, которые позволяют проверить конфигурацию компьютера и проверить работоспособность устройств компьютера, прежде всего жестких дисков . Назначение тестов - обнаружение ошибок в процессе работы компьютера или вычислительной системы в целом. Некоторые программы выполняют различные вспомогательные функции: например выдачу справочной информации о компьютере, проверку работоспособности устройств компьютера, очистку системного реестра, очистку диска от временных и ненужных файлов и редактирование папки "Автозагрузка" и т. д.

Инструментальные средства программирования предназначены для создания программ. К ним относятся языки и системы программирования, которые обеспечивают поддержку всех этапов работ по созданию программ: создание исходного кода программы на языке программирования, компиляцию /интерпретацию, отладку, документирование, поддержку и сопровождение программных продуктов.

Системы программирования обычно содержат трансляторы (компиляторы и интерпретаторы); библиотеки справочных программ (функций, процедур), редакторы связей, загрузчики и отладчики.

Функция связывания состоит в компоновке программы из многих объектных модулей. Поскольку каждый из объектных модулей в составе программы был получен в результате отдельного процесса трансляции, который работает только с одним конкретным модулем, обращения к процедурам и данным, расположенным в других модулях, в объектных модулях не содержат актуальных адресов. Выполнение функции связывания выполняет отдельная программа, называемая редактором связей или компоновщиком. Редактор связей выполняет только функцию связывания - сборки программы из многих объектных модулей и формирование адресов в обращениях к внешним точкам. На выходе редактора связей получается загрузочный модуль.

Для размещения объектной программы в оперативной памяти должно быть найдено и выделено свободное место в памяти. Для выполнения этой функции программа загрузчик обращается к операционной системе, которая выполняет его запрос на выделение памяти в рамках общего механизма управления памятью. Загрузчик - программа, которая подготавливает объектную программу к выполнению и инициирует ее выполнение.

Отладчик является отдельным приложением, предназначенным для поиска ошибок в программе. Отладчик позволяет выполнять пошаговую трассировку, отслеживать, устанавливать или изменять значения переменных в процессе выполнения программы, устанавливать и удалять контрольные точки или условия остановки и т. д. Ведь, по сути, в чём заключается работа отладчика? Чтобы помочь программисту локализовать ошибку с точностью до конкретной функции, конкретной операции, конкретной переменной. В этом нелёгком деле отладчику также может помочь операционная система.

Прикладное программное обеспечение объединяет широкий перечень программ, предназначенных для различных информационных систем. Однако эти программы не могут работать без работы операционной системы (ОС), которая создает среду для их выполнения.

Программное обеспечение (ПО, software) представляет собой набор специальных программ, позволяющих организовать обработку информации с использованием ПК.

Поскольку без ПО функционирование ПК невозможно в принципе, оно является неотъемлемой составной частью любого ПК и поставляется вместе с его аппаратной частью (hardware ).

Программа – полное и точное описание последовательности действий (инструкций) компьютера по обработке информации, написанное на языке, понятном компьютеру.

Программное обеспечение (ПО) – совокупность специальных программ, облегчающих процесс подготовки задач к выполнению на ЭВМ и организующих прохождение их через машину, а также процедур, описаний, инструкций и правил вместе со всей связанной с этими компонентами документацией, используемых при эксплуатации вычислительной системы.

Обрабатывают информацию, управляют работой компьютера программы , а не устройства.

Новинки программного обеспечения уже давно доминируют над новыми аппаратными разработками. Комплект ПО по стоимости превосходит (иногда в несколько раз) стоимость компьютера адекватного класса.

Для эффективного использования компьютера должно соблюдаться соответствие между уровнем развития вычислительной техники и программного обеспечения. С одной стороны, ПО определяет функциональные возможности компьютера. С другой, установка конкретного ПО может быть ограничена конструктивными особенностями компьютера.

Назначение ПО:

• обеспечение работоспособности компьютера;
• облегчение взаимодействия пользователя с компьютером;
• сокращение цикла от постановки задачи до получения результата;
• повышение эффективности использования ресурсов компьютера.

Программное обеспечение позволяет:

• усовершенствовать организацию работы вычислительной системы с целью максимального использования ее возможностей;
• повысить производительность и качество труда пользователя;
• адаптировать программы пользователя к ресурсам конкретной вычислительной системы;
• расширить ПО вычислительной системы.

Максимальное использование возможностей вычислительной системы достигается, во-первых , за счет выделения каждому пользователю или задаче минимально необходимых ресурсов для своевременного и качественного решения его задач, во-вторых , за счет подключения к ресурсам вычислительной системы большого числа пользователей (в том числе и удаленных), в-третьих , путем перераспределения ресурсов между различными пользователями и задачами в зависимости от состояния системы и запросов на обработку.

Повышение производительности и качества труда пользователей происходит за счет автоматизации процедур расчетного и оформительского характера, реализуемых с помощью разнообразных средств программирования (алгоритмических языком, пакетов прикладных программ) и удобных устройств ввода-вывода информации.

Адаптируемость программ пользователя к ресурсам конкретной вычислительной системы обеспечивается тем, что операционная система содержит средство обслуживания большого диапазона машинных конфигураций. Кроме того, операционная система позволяет создавать и легко настраивать существующие программы на различные устройства ввода-вывода.

Расширение существующего ПО предполагает наличие следующих возможностей:

• создание пользователем собственных программ и пакетов, реализующих как конкретные расчетные задачи, так и процессы управления отдельными устройствами и всей вычислительной системой в целом;
• дополнение существующего ПО программами, позволяющими расширять возможности операционной системы, работать с новыми типами внешних устройств, новыми вычислительными системами (компьютерами), в новых областях применения.

ПО ориентировано на использование вычислительных систем в различных сферах деятельности и должно обеспечивать своевременное и адекватное поставленным задачам решение. Это вызывает необходимость соблюдения ряда требований при разработке компонентов ПО , основными из которых являются:

• модульность;
• наращиваемость и развитие;
• надежность;
• предсказуемость;
• удобство и эргономичность;
• гибкость;
• эффективность;
• совместимость.

Основные принципы разработки современного программного обеспечения:

• параметрическая универсальность;
• функциональная избыточность;
• функциональная избирательность.

Программы на компьютер можно установить двумя способами:

• Инсталляцией с дистрибутива
• Простым копированием

Первый (низший) уровень иерархии занимает внутреннее программное обеспечение ПЭВМ, сохраняемое в ее постоянной памяти. С его помощью ПЭВМ выполняет основные функции, определяемые аппаратной структурой. Программы внутреннего ПО работают непосредственно с аппаратными модулями компьютера. Вследствие этого они функционально связаны с ними и при замене определенного аппаратного модуля требуется заменить и программу внутреннего ПО, предназначенную для работы с ним.

Программы, обслуживающие аппаратные модули, называются драйверными программами или драйверами . Они позволяют при замене или подключении нового аппаратного модуля не производить изменений в других программах ПЭВМ, а только сменить драйвер соответствующего аппаратного модуля.

Внутреннее ПО представляет собой программный интерфейс, обеспечивающий взаимосвязь работы компьютера со всеми остальными программами. Доступ к программам внутреннего ПО производится только через систему программных прерываний.

Внутреннее ПО выполняет следующие основные функции:

• управляет широким набором периферийных устройств;
• осуществляет быструю проверку работоспособности ПЭВМ при ее включении;
• устанавливает отдельные аппаратные модули в исходное состояние;
• загружает программы ОС.

Основными элементами внутреннего ПО служат драйверы ввода-вывода, программа самопроверки и программа первоначальной загрузки . Внутреннее ПО взаимодействует, с одной стороны, с функциональными модулями ПЭВМ, а с другой стороны, реализует программный интерфейс операционной системы.

Программа самопроверки предназначена для проверки функциональных модулей ПЭВМ, т.е. установки схем компьютера в начальное состояние путем загрузки программных регистров необходимой информацией. При проверке отдельных функциональных модулей ПЭВМ в них могут быть обнаружены неисправности. Программа самопроверки сообщает пользователю об обнаруженных неисправностях с помощью сообщений на экране и (или) звукового сигнала.

При обнаружении ошибки проверку компьютера можно продолжить с помощью диагностических программ, загружаемых с дискеты. Если ошибка не нарушает работоспособности ПЭВМ, то по желанию пользователя ею можно пренебречь. Если в состав ПЭВМ включается новый функциональный модуль, то к общей программе самопроверки добавляется программа самопроверки данного модуля.

При успешном завершении самопроверки ПЭВМ готова к работе. Управление через программное прерывание передается программе начальной загрузки. Эта программа предназначена для считывания в оперативную память остальных компонентов операционной системы. При успешном выполнении этой операции управление передается только что считанной программе.

Драйверы ввода-вывода используются для обслуживания периферийных устройств ПЭВМ. Эти программы работают непосредственно с соответствующими контроллерами, что позволяет пользователю не знать физической организации конкретного устройства и работать только с командами драйвера, реализующими его обслуживание.

Драйверы имеют следующие особенности:

• открытую структуру, что позволяет добавлять в систему новые драйверы;
• гибкость организации доступа к драйверам через программные прерывания, что позволяет не фиксировать их в строго определенных областях памяти, быстро и легко их заменять;
• настраиваемую структуру, ориентирующую драйверные программы на определенный класс периферийных устройств, параметры которых размещены в специальных таблицах. Драйверы настраиваются на конкретные периферийные устройства при помощи изменений значений в этих таблицах;
• резидентное размещение в оперативной памяти, позволяющее использовать драйвер в любой момент времени из любой программы.

К основным драйверным программам относятся: драйвер жесткого диска, драйвер видеоадаптера, драйвер клавиатуры, драйвер печатающего устройства, системные драйверы (установка таймера, проверка конфигурации компьютера, определение емкости ОЗУ), дополнительные драйверы (драйвер связи и др.).

Операционная система занимает второй (средний) уровень иерархии ПО. Она управляет ресурсами компьютерной системы, к которым относятся оперативная и внешняя память, устройства ввода-вывода и программы пользователя. ОС взаимодействует с компьютером через интерфейс внутреннего ПО. Это дает возможность ПЭВМ, имеющим аппаратные различия, работать с одной и той же операционной системой.

ОС представляет собой набор программ управления ПЭВМ.

Состав ПО определяется кругом задач, которые пользователь предполагает решать с помощью компьютера.

По назначению, т.е. в зависимости от класса решаемых задач, ПО обычно разделяют на две основные группы: Общее (базовое) и прикладное.

Классификация программного обеспечения по функциональному назначению

Схема общей классификации ПО

– совокупность программ, обеспечивающих работоспособность компьютера; комплекс программ, которые осуществляют организацию вычислительного процесса и управление ресурсами компьютера.

– совокупность программных средств, позволяющих разрабатывать программы.

– совокупность программ, предназначенных для решения задач из различных сфер человеческой деятельности.

Каковы основные тенденции в разработке ЭВМ 5–­го поколения?

Опишите принцип действия лазерных принтеров.

Что такое материнская плата? Какие компоненты ПК на ней находятся?

Какие программы входят в состав BIOS?

Какие функции в компьютере выполняет оперативное запоминающее устройство?

Какие основные параметры процессора? Что характеризует тактовая частота и в каких единицах она измеряется?

В чем смысл магистрально – модульного принципа построения архитектуры ПК?

Какие типы шин существуют в компьютере и для чего они предназначены?

Какая элементная база была основой создания ЭВМ третьего поколения?

Какие принципы построения ЭВМ разработал Джон фон Нейман?

В чем состоит вклад Ч. Бэббиджа в развитие средств вычислительной техники?

ГЛАВА 3

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: программа, системное программное обеспечение, прикладное программное обеспечение, файл, папка, операции с файлами, файловая система, ОС Windows XP, главное меню, стандартные программы, ярлык, Рабочий стол, окна, панель управления, программа Проводник, Корзина, форматирование, поисковая система, пакет Microsoft Office, компьютерное пиратство, лицензионное соглашение.

Эффективное использование новейших информационных технологий зависит от грамотного и правильного выбора не только компьютера соответствующей конфигурации, но и программ, обеспечивающих обработку компьютерной информации.

Выбор соответствующего программного обеспечения зависит от вида обрабатываемой информации, форм ее представления, производимых операций, форм вывода информации и т. д. Это предполагает знание состояния современного программного обеспечения (ПО).

Программа – это набор операторов, который в виде единого целого используется для управления работой компьютера. Любая программа находится в памяти компьютера и активизируется при извлечении ее из памяти в виде последовательности команд.

Под программным обеспечением понимается совокупность программных средств для создания и эксплуатации систем обработки данных средствами вычислительной техники. В зависимости от функций, выполняемых ПО, его можно разделить на виды (рис. 3.1).

Важное место в ПО занимает системное программное обеспечение (СПО). Термин System Software означает программы и комплексы программ, являющиеся общими для всех пользователей и применяемые как для автоматизации создания новых программ, так и для обеспечения реализации уже существующих.

Соответствующая операционная среда может быть организована в ОС в виде отдельной виртуальной машины. К классу системного программного обеспечения относят и эмуляторы, позволяющие смоделировать в ОС другую ОС. Ряд ОС могут реализовывать программы, созданные для других ОС.

Ядром любой СПО являются ОС, поэтому они более подробно будут рассмотрены далее.

Системы программирования в большинстве своем предназначены для создания новых программ. К этим системам обычно относят языки программирования, которые, как правило, предназначены для профессиональных программистов. Любая система программирования работает только в соответствующей ОС, под которую она и создана, однако она может позволить разрабатывать программы и под другие ОС. В последнее время появились мощные системы программирования на языках Java, Delphi, СИ++, Visual Basic.

Важными классами системных программ являются также программы вспомогательного назначения – утилиты (лат. utilitas – польза).

Утилитами называют специальные системные программы, с помощью которых можно обслуживать как саму ОС, так и программы, связанные с обслуживанием вычислительной системы. Они либо расширяют и дополняют соответствующие возможности ОС, либо решают самостоятельные задачи.

Различают следующие разновидности утилит:

— программы контроля ,тестирования и диагностики , которые используются для проверки правильности функционирования устройств компьютера и для обнаружения неисправностей в процессе эксплуатации и указания причин и места неисправности;

— программы – драйверы , которые расширяют возможности ОС по управлению устройствами ввода – вывода, оперативной памятью и т.д. С помощью драйверов возможно подключение к компьютеру новых устройств или нестандартное использование имеющихся;

— программы – упаковщики (архиваторы), которые позволяют записывать информацию на дисках более плотно, а также объединять копии нескольких файлов в один архивный файл;

— антивирусные программы , предназначенные для предотвращения заражения компьютерными вирусами и ликвидации последствий такого заражения;

— программы оптимизации и контроля качества дискового пространства ;

— программы восстановления информации, форматирования, защиты данных ;

— коммуникационные программы , организующие обмен информацией между компьютерами при их объединении в компьютерные сети;

— программы для управления памятью , обеспечивающие более гибкое использование оперативной памяти;

— программы для записи CD – ROM, CD – RW, DVD и многие другие.

Часть утилит входит в состав ОС, а другие функционируют автономно.

Системы управления файлами предназначены для удобного доступа к данным, сохраняемым в памяти компьютера в виде файлов.

Файл – это именованный набор данных, организованных в виде совокупности записей одинаковой структуры. Для управления этими данными и создаются системы управления файлами. Как правило, все современные ОС имеют системы управления файлами. Имеются ОС, обеспечивающие работу с несколькими файловыми системами. Некоторые простейшие ОС могут работать и без файловых систем.

По способам именования файлов различают «короткое» и «длинное» имя. До появле­ния ОС Windows 95 общепринятым способом именования файлов было Соглашение 8.3. Согласно этому соглашению, принятому в MS – DOS, имя файла состояло из двух частей: собственно имени и расширения. На имя файла отводится 8 символов, а на его расширение – 3 символа. Имя от расширения отделяется точкой. Как имя, так и расширение могут включать только алфавитно – цифровые символы латинского алфавита.

Основным недостатком «коротких» имен является их низкая содержательность. Далеко не всегда удается выразить несколькими символами характеристику файла, поэтому с появлением ОС Windows 95 было введено понятие «длинного» имени. Такое имя может содержать до 256 символов. Этого вполне достаточно для создания содержательных имен файлов. В имени разрешается использовать пробелы и несколько точек. Прописные и строчные буквы не различаются ОС, однако символы разных регистров отображаются ОС. Расширением имени счи­таются все символы, идущие после последней точки, например:

В современных ОС любое расшире­ние имени файла может нести информацию для ОС. В ОС Windows имеются средства для регистрации свойств типов файлов по расширению их имени. Поэтому во многих случаях выбор расшире­ния имени файла не является частным делом пользователя. Приложения этих систем предлагают выбрать только основную часть имени и указать тип файла, а соответствующее расширение имени записывается автоматически:

— .xls – электронная таблица MS Excel;

— .doc – текстовый файл редактора MS Word;

— .mdb – файл базы данных MS Access;

— .zip – упакованный файл;

— .bmp – графический файл и т.д.

Кроме имени и расширения имени файла, ОС хранит для каж­дого файла дату его создания (изменения), размер и несколько флаговых величин, назы­ваемых атрибутами файла.

Атрибуты – это дополнительные параметры, опреде­ляющие свойства файлов. ОС позволяет их контролировать и изменять. Значения атрибутов учитываются при проведении опе­раций с файлами.

Основных атрибутов четыре:

— Только для чтения (Read only);

— Скрытый (Hidden);

— Системный (System);

— Архивный (Archive).

Атрибут «Только для чтения » ограничивает возможности работы с файлом. Его уста­новка означает, что файл не предназначен для внесения изменений.

Атрибут «Скрытый » сигнализирует ОС о том, что данный файл не следует отображать на экране при проведении файловых операций. Это мера защиты против умышленного или неумышленного повреждения файла.

Атрибутом «Системный » помечаются файлы, обладающие важными функциями в работе самой ОС. Отличительная особенность этого атрибута в том, что средствами ОС его изменить нельзя. Как правило, большин­ство файлов, имеющих установленный атрибут «Системный», имеют также установленный атрибут «Скрытый».

Атрибут «Архивный » в прошлом использовался для работы программ резервного копи­рования. Предполагалось, что любая программа, изменяющая файл, должна авто­матически устанавливать этот атрибут. Современные программы резервного копирования используют другие средства для установления факта изменения файла, и данный атрибут во внимание не принимается. Его изменение вруч­ную средствами ОС не имеет большого практического значения.

Папка (каталог) – это специальное место на диске, в котором регистрируются все сведения о файлах (имя, размер, свойства, дата и время создания и т.д.).

До появления ОС Windows 95 при описании иерархической файловой структуры использовался термин «каталог». С появлением семейства ОС Windows был введен новый термин – «папка». Эти термины равнозначны: каждому каталогу файлов на диске соответствует одно­именная папка ОС системы.

Папки – важные элементы иерархической структуры, необходимые для обеспечения удобного доступа к файлам, если файлов на носителе слишком много. Файлы объединяются в папки по любому общему признаку, заданному их созда­телем (по типу, принадлежности, назначению, времени создания и др.). Папки нижних уровней вкладываются в папки более высоких уровней и явля­ются для них вложенными. Верхним уровнем вложенности иерархической струк­туры является корневая папка диска.

Правила присвоения имени папке ничем не отличаются от правил присвоения имени файлу, хотя негласно для папок не принято давать расширения имен.

В иерархических структурах данных адрес объекта задается маршрутом (путем доступа), ведущим от вершины структуры к объекту. При записи пути доступа к файлу, проходящего через систему вложенных каталогов, все промежуточные ката­логи разделяются между собой определенным символом. Во многих ОС в качестве такого символа используется «\» (обратная косая черта), например:

Система управления файлами создается для работы в конкретной ОС и с конкретной файловой системой. Необходимо четко разграничивать понятия «файловая система» и «система управления файлами». Это означает, что для работы с файлами, организованными в соответствии с определенной файловой системой, для каждой ОС должна быть разработана соответствующая система управления файлами.

Благодаря использованию системы управления файлами пользователям предоставляются следующие возможности: создание, удаление, переименование файлов, папок и присвоение им имен; копирование и перемещение файлов; навигация по файловой структуре с целью доступа к заданному файлу, папке; управление атрибутами файлов; защита файлов от несанкционированного доступа и др.

Для загрузки самой ОС и организации работы той или иной системы управления файлами были приняты специальные соглашения о структуре жесткого диска.Принцип организации файловой системы зависит от ОС. Жесткий диск представляется как набор поверхностей. У гибких дисков их всего две (верхняя и нижняя). Жесткие диски – это на самом деле «этажерки», состо­ящие из нескольких пластин, поэтому количество поверхностей у них больше. Каждая поверхность диска разделяется на кольцевые дорожки, а каж­дая дорожка – на секторы (рис. 3.2). Размеры секторов фиксированы и равны 512 байт.

Чтобы найти на диске тот или иной файл, надо знать его место расположения (адрес). Проще всего было бы записать адрес файла в виде номера поверх­ности, номера дорожки и номера сектора. Однако у каждой поверхности диска используется своя головка для чтения/записи. Эти головки перемещаются не порознь, а одновременно. Если, например, пятая головка подводится к тридцатой дорожке, то и все другие головки подво­дятся к своим тридцатым дорожкам. Поэтому вместо понятия дорожки используют понятие цилиндра.

Цилиндр – это совокупность всех дорожек, имеющих одинако­вые номера, то есть равноудаленные от оси вращения. Поэтому реально местопо­ложение файла на жестком диске определяется номером цилиндра, номером поверх­ности и номером сектора.

Сектор – это наименьшая единица хранения данных, но для адресации она используется далеко не во всех файловых системах из – за малого размера. Такие ОС, как MS – DOS, Windows, OS/2, используют для адресации более крупную единицу хранения, называемую клас­тером. Кластер – это группа соседних секторов. Размер кластера зависит от раз­мера жесткого диска. Чем больше диск, тем большим назначается размер кластера. Типовые значения размера одного кластера: 8, 16, 32 или 64 сектора.

Данные о том, в каком кластере диска начинается тот или иной файл, хранятся в системной области диска в специальных таблицах размещения файлов (FAT – таблицах). Поскольку нарушение FAT – таблицы приводит к невозможности воспользоваться данными, записанными на диске, к ней предъявляются особые требования по надежности. FAT – таблица создается в двух экземплярах, идентичность которых регулярно контролируется средствами ОС.

В таблице 3.1. перечислены типы файловых систем и версии ОС Windows, которые их используют.

Используемыми ОС Windows файловыми системами являются:

— FAT16 – наиболее старая файловая система, которую могут использовать практически все Из – за имеющихся ограничений она не может использовать диски больше, чем 4096 Мб. Система FAT16 считается устаревшей, хотя иногда успешно применяется и по сей день. Максимально возможный размер файла – 4 Гб.

— FAT32 – более новая файловая система, с которой могут работать все новые ОС, выпущенные после 1998 г. Размер дисков под FAT32 может достигать 127 Гб. Максимально возможный размер файла – 4 Гб.

— NTFS – старая, но тщательно разработанная файловая система, отличающаяся от FAT16 и FAT32 своей надежностью и способностью обеспечить защиту от несанкционированного доступа. Эту файловую систему «понимают» далеко не все ОС.

— CDFS – файловая система, используемая для дисков CD – ROM. На жестких дисках она не применяется. Используется всеми современными ОС.

Какими бы «умными» не были электронно-вычислительные машины или персональные компьютеры, но они останутся бесполезным «куском железа», если в них не загружено программное обеспечение. Именно оно заставляет их работать, выполняя определённые действия: производить расчёты, выводить на экран текст, картинки и видео, издавать звуки и проигрывать музыку, а также управлять другими устройствами. Все действия, которые выполняет компьютер, он выполняет по определённой программе, разработанной для него человеком, а совокупность таких программ для управления электронно-вычислительными средствами и называется программным обеспечением.

Понятие программного обеспечения

По сути дела, программа состоит из шагов, последовательно выполняя которые, ПК производит те, или иные действия, например, принимает от пользователя вводимые с клавиатуры символы и выводит их на экран, заставляет принтер печатать текст на бумажном листе и т. п. Каждый из таких шагов кодируется на специальном машинном языке и называется «командой», а совокупность таких команд - программным кодом .

Впервые, идею того, что любое, наперёд заданное состояние системы может быть достигнуто, последовательным выполнением элементарных команд, переводящим её из одного стабильного состояния в другое, предложил английский математик по имени Алан Тьюринг . В своём эссе «Computable numbers with an application to the Entscheidungsproblem (Decision problem)» он создал теоретическую модель, представлявшую собой абстрактную машину (автомат), способную выполнять элементарные действия и, переводившую её из одного фиксированного состояния в другое фиксированное состояние. В результате автоматом могли выполняться простейшие, рудиментарные операции. Такой автомат, впоследствии, получил в литературе название – «машина Тьюринга» . Главная идея заключалась в математическом доказательстве того, что любое, заданное наперёд состояние этого автомата можно достигнуть, выполняя конечный набор определённых команд, из всего фиксированного набора (программы). Благодаря этой теории, впоследствии, и родилась такая (если так можно выразиться) наука, как программирование.

Таким образом, программисты – люди, разрабатывающие программное обеспечение, по сути дела, управляют персональным компьютером при помощи написанных ими программных кодов, заставляя его считывать вводимые с клавиатуры знаки, проигрывать музыку, воспроизводить видеофильмы и т. п.

Виды программного обеспечения

Сегодня существует огромное количество самых разных программ, предназначенных для выполнения совершенно разных функций: арифметических или инженерных расчётов, рисования, программирования, проигрывания музыки или фильмов и т. п. Но в то же время, каждая из них не выполняется сама по себе на персональном компьютере , она запускается, как это принято говорить, под управлением той или иной операционной системы.

Возникает резонный вопрос : «Почему же нельзя запустить каждую из программ самостоятельно минуя эту самую операционную систему, если программа – это набор кодов, при помощи которых можно управлять компьютером?»

На самом деле - конечно можно, и такое тоже практикуется, например, в станках с ЧПУ (числовым программным управлением), в автоматах на производстве и т. п., но есть несколько моментов, из-за которых и были разработаны эти самые операционные системы для персональных компьютеров и даже больших ЭВМ.

Дело в том, что когда речь идёт о стандартном автомате – он выполняет набор простых последовательных операций, например, выдвинуть манипулятор, взять заготовку, повернуться, положить заготовку на нужное место. Далее операция повторяется. Все время автомат выполняет одни и те же действия по одной и той же, одной программе.

В случае же с ПК пользователь хочет не только, например, рисовать в загруженной программе, он хочет одновременно с этим слушать музыку, быть, как это принято сегодня говорить, «на связи» с близкими и друзьями, т. е. в один и тот же момент времени работать не с одной, а с несколькими программами одновременно.

Кроме этого, есть ещё один чисто практический момент. Разрабатывая программу для ПК, которая могла бы работать самостоятельно без операционной системы, пришлось бы все функции работы с оборудованием компьютера описывать в одной программе: чтение и запись на диск, ввод-вывод с клавиатуры, работу с монитором и т. д. В результате – огромные временные затраты, большой размер ПО, зависимость от аппаратной платформы, наличие большого количества ошибок и ещё целый ряд отрицательных моментов.

Операционная система берёт на себя большинство подобных «рутинных» операций, обеспечивая при этом «многозадачность». То есть пользователь может запустить и выполнять на своём персональном компьютере не одну, а сразу несколько программ одновременно.

Таким образом, все программное обеспечение можно условно разделить на три вида:

1. Системное ПО;
2. Прикладное ПО;
3. Инструментальное ПО.

Системное программное обеспечение

Это совокупность программ, которые обеспечивает управление аппаратной частью ПК : процессором , оперативной памятью , устройствами ввода-вывода, графическими системами, сетевыми устройствами и т. д. В частности, к такому ПО относятся:

• Операционные системы ;
• Драйверы - небольшие по размеру программы, обеспечивающие корректную работу с той или иной частью оборудования (графическими, сетевыми, звуковыми платами, контроллерами и т. п.);
• Дополнительные программы , расширяющие возможности операционной системы.

Основным отличием системного программного обеспечения от других его видов является то, что оно не нацелено на выполнение каких-либо практических или специфических задач. Оно лишь обеспечивает правильную работу других программ, являюсь своеобразной «прослойкой» между оборудованием компьютера с одной стороны и программным кодом пользователя с другой, обеспечивая их корректное взаимодействие.

Прикладное программное обеспечение

Этот класс ПО самый обширный. Именно к нему и относится большинство программ, которые мы используем в своей повседневной жизни. Браузеры, проигрыватели аудио и видеофайлов, графические и текстовые редакторы, антивирусные пакеты , бухгалтерские и другие программы, выполняющие различные расчёты и вычисления – все это, как и многие программы, разработанные для выполнения конкретных действий, функций и пользовательских задач носит название прикладного программного обеспечения.

Инструментальное ПО

Этот вид программного обеспечения является весьма специфическим ПО. С одной стороны, его также можно было бы отнести и к прикладному виду, но с другой стороны, в силу специфики своего применения и использования, оно выделено в отдельный вид (хотя точнее было бы назвать его подвидом прикладного).

Основной функцией для программ инструментального ПО является предоставление возможности по проектированию, созданию, отладке и сопровождению программного кода, т. е. по сути дела – это различные среды программирования: компиляторы с языков высокого уровня, отладчики, редакторы и пр.

Дело в том, что любой компьютер, любое вычислительное, цифровое устройство наших с вами слов «не понимает». Такие устройства работают со своим «машинным языком» - двоичным кодом . Но программирование напрямую в «машинный код» представляет собой определённые трудности для написания программ. Поэтому и было разработано специализированное программное обеспечение, которое переводит более простые для понимания слова программных «языков высокого уровня» в «машинный код». Такие программы получили название компиляторы и интерпретаторы .

Разница состоит в том, что компилятор позволяет получить готовый к выполнению файл, а интерпретатор, файл, который можно запустить на компьютере, только при помощи его самого. Кстати, написанный текст программы, содержащий команды на языке высокого уровня, получил название «исходный код» (на компьютерном сленге – «исходник»).

Справедливости ради необходимо заметить, что файлы программ содержат машинный код не в «двоичной», а как правило, в «шестнадцатеричной» системе исчисления. А специальная системная программа, встроенная в операционную систему – «командный процессор», «переведёт» «шестнадцатеричный» код в «двоичный». Сделано это для того, чтобы сократить размер программных файлов, так как «шестнадцатеричная» форма записи намного компактнее.

Распространение программного обеспечения

Распространение любого программного обеспечения сопровождают специальным документом, в котором чётко оговорены все права и обязанности сторон, передающих и использующих это ПО.

По способу использования и распространения все ПО условно делят на:

1. Бесплатно распространяемые программы . Как правило, их можно свободно копировать и распространять абсолютно бесплатно. Распространитель при этом, может взимать плату, но не за само программное обеспечение, а, например, за услуги записи на носитель, канал передачи данных и т. п.;
2. Свободно распространяемое ПО . Как и в случае с «бесплатным» денег за такие программы никто не взимает, но основным отличием от первого, является возможность вносить изменения в программный код и распространять новые версии полученного ПО вместе со своими изменениями. Таким образом, «свободное» ПО распространяется вместе с исходным кодом;
3. Открытое ПО . ПО условиям лицензии в обязательном порядке распространяется с открытым исходным кодом;
4. Закрытое ПО . Является частной собственностью своих авторов и распространяется строго на определённых условиях. Это может быть, как денежное вознаграждение, так и иные виды вознаграждений не противоречащие законодательству, которые разработчик может потребовать за его использование. Например, это может быть условно бесплатное распространение, при котором для возможности использования программы потребуется пройти регистрацию на сайте. Как правило, распространяется без исходных кодов.

Заключение

Программное обеспечение является одним из необходимых условий функционирования любой, вычислительной (или как сейчас говорят - цифровой) системы. И неважно, какое оно – встроенное ли в оборудование, загружаемое ли с внешнего носителя, в любом случае только при его правильной работе компьютерная система будет выполнять те действия, которые от неё требуются.

Знание и умение работать с ПО – обязательное условие для любого пользователя, в противном случае даже лёгкая проблема, которая решается за пять минут будет вводить в ступор и приводить не только к потере времени, но и денежных средств.