Лекция 7. Программное обеспечение компьютеров7.1. Что такое программное обеспечение? 7.2. Как классифицируется программное обеспечение? 7.3. Какие программы называют прикладными? 7.4. Какова роль и назначение системных программ? 7.5. Что такое операционная система? 7.6. Что такое файловая система ОС? 7.7. Что такое программы-оболочки? 7.8. Операционная система Windows/ 7.9. Что такое транслятор, компилятор, интерпретатор? 7.1. Что такое программное обеспечение? Под программным обеспечением (Software) понимается совокупность программ, К программному обеспечению (ПО) относится также вся область деятельности по проектированию и разработке ПО:
Программное обеспечение — неотъемлемая часть компьютерной системы. Оно является логическим продолжением технических средств. Сфера применения конкректного компьютера определяется созданным для него ПО. Сам по себе компьютер не обладает знаниями ни в одной области применения. Программное обеспечение современных компьютеров включает миллионы программ — от игровых до научных.
7.2. Как классифицируется программное обеспечение? В первом приближении все программы, работающие на компьютере, можно условно разделить на три категории (рис. 7.1): 1. прикладные программы, непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых пользователям работ; 2. системные программы, выполняющие различные вспомогательные функции, например: o управление ресурсами компьютера; o создание копий используемой информации; o проверка работоспособности устройств компьютера; o выдача справочной информации о компьютере и др.; 3. инструментальные программные системы, облегчающие процесс создания новых программ для компьютера.
Рис. 7.1. Категории программного обеспечения При построении классификации ПО нужно учитывать тот факт, что стремительное развитие вычислительной техники и расширение сферы приложения компьютеров резко ускорили процесс эволюции программного обеспечения. Если раньше можно было по пальцам перечислить основные категории ПО — операционные системы, трансляторы, пакеты прикладных программ, то сейчас ситуация коренным образом изменилась. Развитие ПО пошло как вглубь (появились новые подходы к построению операционных систем, языков программирования и т.д.), так и вширь (прикладные программы перестали быть прикладными и приобрели самостоятельную ценность). Соотношение между требующимися программными продуктами и имеющимися на рынке меняется очень быстро. Даже классические программные продукты, такие, как операционные системы, непрерывно развиваются и наделяются интеллектуальными функциями, многие из которых ранее относились только к интеллектуальным возможностям человека. На сегодняшний день можно сказать, что более или менее определённо сложились следующие группы программного обеспечения:
Структура программного обеспечения показана на рис. 6.2. Разумеется, эту классификацию нельзя считать исчерпывающей, но она более или менее наглядно отражает направления совершенствования и развития программного обеспечения.
7.3. Какие программы называют прикладными? Прикладная программа — это любая конкретная программа, способствующая решению какой-либо задачи в пределах данной проблемной области. Например, там, где на компьютер возложена задача контроля за финансовой деятельностью какой-либо фирмы, прикладной будет программа подготовки платежных ведомостей. Прикладные программы могут носить и общий характер, например, обеспечивать составление и печатание документов и т.п. В противоположность этому, операционная система или инструментальное ПО не вносят прямого вклада в удовлетворение конечных потребностей пользователя. Прикладные программы могут использоваться либо автономно, то есть решать поставленную задачу без помощи других программ, либо в составе программных комплексов или пакетов. 7.4. Какова роль и назначение системных программ? Системные программы выполняются вместе с прикладными и служат для управления ресурсами компьютера — центральным процессором, памятью, вводом-выводом. Это программы общего пользования, которые предназначены для всех пользователей компьютера. Системное программное обеспечение разрабатывается так, чтобы компьютер мог эффективно выполнять прикладные программы. Cреди десятков тысяч системных программ особое место занимают операционные системы, которые обеспечивают управление ресурсами компьютера с целью их эффективного использования. Важными классами системных программ являются также программы вспомогательного назначения — утилиты (лат. utilitas — польза). Они либо расширяют и дополняют соответствующие возможности операционной системы, либо решают самостоятельные важные задачи.Кратко опишем некоторые разновидности утилит:
Часть утилит входит в состав операционной системы, а другая часть функционирует независимо от нее, т.е. автономно. Компьютерный вирус — это специально написанная небольшая по размерам программа, которая может "приписывать" себя к другим программам для выполнения каких-либо вредных действий — портит файлы, "засоряет" оперативную память и т.д. В результате заражения происходят следующие явления, которые являются признаками заражения компьютера (они обусловлены деструктивными свойствами вирусов): - некоторые программы перестают работать или работают с ошибками; - размер некоторых исполнимых файлов и время их создания изменяются. В первую очередь это происходит с командным процессором, его размер увеличивается на величину размера вируса; - на экран выводятся посторонние символы и сообщения, появляются странные видео и звуковые эффекты; - работа компьютера замедляется и уменьшается размер свободной оперативной памяти; - некоторые файлы и диски оказываются испорченными (иногда необратимо, если вирус отформатирует диск); - компьютер перестаёт загружаться с жёсткого диска. Зараженными также оказываются дискеты с завирусованного компьютера, и компьютеры, связанные с ним по сети. Вирусы поражают прежде всего exe и com файлы программ и не поражают текстовые файлы DOS (txt файлы). Пути заражения компьютера вирусами: 1) Через зараженные дискеты; 2) Через компьютерную сеть. Других путей нет. Самозародиться вирусы не могут - это программа, специально написанная человеком для разрушения программного обеспечения компьютера и его системных областей. Типичный размер вируса составляет от десятков байт до десятков килобайт. Один из самых опасных из всех известных вирусов из Интернета - вирус "Чернобыль" или WinChin-95. Вирус активизируется 26 апреля, но модификации вируса могут принести вред и 26 числа каждого месяца. Кроме порчи информации на диске, он перепрограммирует BIOS (CMOS Setup) компьютера и компьютер перестаёт загружаться. Вирус ILOVEYOU филиппинского происхождения, распространялся по E-mail. Он вывел из строя 45 млн. компьютеров во всем мире, в том числе в Пентагоне, ЦРУ, ФБР в США, Форин-офисе Великобритании и в других крупнейших странах. Вскоре вирус мутировал, так как были созданы его разновидности, и нанес дополнительный ущерб. Основная вирусная атака произошла 4 мая 2000г. Вирус уничтожал графические jpg и звуковые mp3 файлы. Материальный ущерб составил около 10 миллиардов $ (USD). В России ущерб был сравнительно невелик около 1000 компьютеров. Методы борьбы с компьютерными вирусами: 1. Резервное копирование всех программ, файлов и системных областей дисков на дискеты, чтобы можно было восстановить данные в случае заражения вирусом. Создание системной и аварийной дискеты. 2. Ограничение доступа к машине путём введения пароля, администратора, закрытых дисков. 3. Включение антивирусного протектора от загрузочных вирусов в CMOS Setup машины. Защита дискет от записи. 4. Использование только лицензионного программного обеспечения, а не пиратских копий, в которых могут находиться вирусы. 5. Проверка всей поступающей извне информации на вирусы, как на дискетах, CD-ROM, так и по сети. 6. Применение антивирусных программ и обновление их версий. 7. Периодическая проверка компьютера на наличие вирусов при помощи антивирусных программ. Наиболее эффективны российские программы Dr. Web, ADinf, AVP, BootCHK и зарубежные Norton Antivirus, Dr. Solomon. Антивирусная база AVP для DOS и для Windows содержит информацию о более чем 25000 вирусов, а Dr.Web для Windows-95 на более 20000 вирусов.
7.5. Что такое операционная система? Операционная система — это комплекс взаимосвязанных системных программ, назначение которого — организовать взаимодействие пользователя с компьютером и выполнение всех других программ. Операционная система выполняет роль связующего звена между аппаратурой компьютера, с одной стороны, и выполняемыми программами, а также пользователем, с другой стороны. Операционная система обычно хранится во внешней памяти компьютера — на диске. При включении компьютера она считывается с дисковой памяти и размещается в ОЗУ. Этот процесс называется загрузкой операционной системы. В функции операционной системы входит:
Операционную систему можно назвать программным продолжением устройства управления компьютера. Операционная система скрывает от пользователя сложные ненужные подробности взаимодействия с аппаратурой, образуя прослойку между ними. В результате этого люди освобождаются от очень трудоёмкой работы по организации взаимодействия с аппаратурой компьютера. Операционная система для персонального компьютера, ориентированного на профессиональное применение, должна содержать следующие основные компоненты:
Каждая операционная система имеет свой командный язык, который позволяет пользователю выполнять те или иные действия:
Анализ и исполнение команд пользователя, включая загрузку готовых программ из файлов в оперативную память и их запуск, осуществляет командный процессор операционной системы. Для управления внешними устройствами компьютера используются специальные системные программы — драйверы. Драйверы стандартных устройств образуют в совокупности базовую систему ввода-вывода (BIOS), которая обычно заносится в постоянное ЗУ компьютера. 7.6. Что такое файловая система ОС? Файл (англ. file —папка) — это именованная совокупность любых данных, размещенная на внешнем запоминающем устройстве и хранимая, пересылаемая и обрабатываемая как единое целое. Файл может содержать программу, числовые данные, текст, закодированное изображение и др. Файлы физически реализуются как участки памяти на внешних носителях — магнитных дисках или CD-ROM. Каждый файл занимает некоторое количество блоков дисковой памяти. Обычная длина блока — 512 байт. Обслуживает файлы специальный модуль операционной системы, называемый драйвером файловой системы. Каждый файл имеет имя, зарегистрированное в каталоге — оглавлении файлов. Каталог (иногда называется директорией или папкой) доступен пользователю через командный язык операционной системы. Его можно просматривать, переименовывать зарегистрированные в нем файлы, переносить их содержимое на новое место и удалять. Каталог может иметь собственное имя и храниться в другом каталоге наряду с обычными файлами: так образуются иерархические файловые структуры. Пример такой структуры — на рис. 7.3.
Что происходит, когда пользователь подает операционной системе команду " открыть файл... ", в которой указано имя файла и имя каталога, в котором размещён этот файл? Для выполнения этой команды драйвер файловой системы обращается к своему справочнику, выясняет, какие блоки диска соответствуют указанному файлу, а затем передает запрос на считывание этих блоков драйверу диска. При выполнении команды " сохранить файл " драйвер файловой системы ищет на диске незанятые блоки, отмечает их, как распределённые для вновь созданного файла, и передаёт драйверу диска запрос на запись в эти блоки данных пользователя.
Драйвер файловой системы обеспечивает доступ к информации, записанной на магнитный диск, по имени файла и распределяет пространство на магнитном диске между файлами.
Для выполнения этих функций драйвер файловой системы хранит на диске не только информацию пользователя, но и свою собственную служебную информацию. В служебных областях диска хранится список всех файлов и каталогов, а также различные дополнительные справочные таблицы, служащие для повышения скорости работы драйвера файловой системы. К файловой системе имеет доступ также и любая прикладная программа, для чего во всех языках программирования имеются специальные процедуры. Понятие файла может быть обращено на любой источник или потребитель информации в машине, например, в качестве файла для программы могут выступать принтер, дисплей, клавиатура и др. Структура файловой системы и структура хранения данных на внешних магнитных носителях определяет удобство работы пользователя, скорость доступа к файлам и т.д. 7.7. Что такое программы-оболочки? Оболочки — это программы, созданные для упрощения работы со сложными программными системами, такими, например, как DOS. Они преобразуют неудобный командный пользовательский интерфейс в дружественный графический интерфейс или интерфейс типа "меню". Оболочки предоставляют пользователю удобный доступ к файлам и обширные сервисные услуги. Самая популярная у пользователей IBM-совместимого ПК оболочка — пакет программ Norton Commander. Он обеспечивает:
В начале 90-х годов во всем мире огромную популярность приобрела графическая оболочка MS-Windows 3.х, преимущество которой состоит в том, что она облегчает использование компьютера, и её графический интерфейс вместо набора сложных команд с клавиатуры позволяет выбирать их мышью из меню практически мгновенно. Операционная среда Windows, работающая совместно с операционной системой DOS, реализует все свойства, необходимые для производительной работы пользователя, в том числе — многозадачный режим. Оболочка Norton Navigator — это набор мощных программ для управления файлами, расширяющий возможности Windows. Позволяет экономить время практически на всех операциях: поиск файлов, копирование и перемещение файлов, открытие каталогов. 7.8. Операционная система Windows. В настоящее время большинство компьютеров в мире работают под управлением той или иной версии операционной среды Windows фирмы Microsoft. Охарактеризуем наиболее распространенные версии. Windows NT (NT — англ. N ew T echnology) — это операционная система, а не просто графическая оболочка. Она использует все возможности новейших моделей персональных компьютеров и работает без DOS. Windows NT — 32-разрядная ОС со встроенной сетевой поддержкой и развитыми многопользовательскими средствами. Она предоставляет пользователям истинную многозадачность, многопроцессорную поддержку, секретность, защиту данных и многое другое. Эта операционная система очень удобна для пользователей, работающих в рамках локальной сети, для коллективных пользователей, особенно для групп, работающих над большими проектами и обменивающихся данными. Windows95 представляет собой универсальную высокопроизводительную многозадачную и многопотоковую 32-разрядную ОС нового поколения с графическим интерфейсом и расширенными сетевыми возможностями. Windows 95 — интегрированная среда, обеспечивающая эффективный обмен информацией между отдельными программами и предоставляющая пользователю широкие возможности работы с мультимедиа, обработки текстовой, графической. звуковой и видеоинформации. Интегрированность подразумевает также совместное использование ресурсов компьютера всеми программами. Эта операционная система обеспечивает работу пользователя в сети, предоставляя встроенные средства поддержки для обмена файлами и меры по их защите, возможность совместного использования принтеров, факсов и других общих ресурсов. Windows 95 позволяет отправлять сообщения электронной почтой, факсимильной связью, поддерживает удаленный доступ. Применяемый в Windows 95 защищённый режим не позволяет прикладной программе в случае сбоя нарушить работоспособность системы, надежно предохраняет приложения от случайного вмешательства одного процесса в другой, обеспечивает определённую устойчивость к вирусам. Пользовательский интерфейс Windows 95 прост и удобен. В отличие от оболочки Windows 3 эта операционная система не нуждается в установке на компьютере операционной системы DOS. Она предназначена для установки на настольных ПК и компьютерах блокнотного типа с процессором 486 или Pentium. Рекомендуемый размер оперативной памяти 32—128 Мбайт. После включения компьютера и выполнения тестовых программ BIOS операционная система Windows 95 автоматически загружается с жесткого диска. После загрузки и инициализации системы на экране появляется рабочий стол, на котором размещены различные графические объекты. Пользовательский интерфейс спроектирован так, чтобы максимально облегчить усвоение этой операционной системы новичками и создать комфортные условия для пользователя. Windows 98 отличается от Windows 95 тем, что в ней операционная система объединена с браузером Internet Explorer посредством интерфейса, выполненного в виде Web -браузера и оснащенного кнопками "Назад" и "Вперед" для перехода на предыдущую и последующую Web -страницы. Кроме этого, в ней улучшена совместимость с новыми аппаратными средствами компьютера, она одинаково удобна как для использования на настольных, так и на портативных компьютерах. 7.9. Что такое транслятор, компилятор, интерпретатор? Транслятор (англ. translator — переводчик) — это программа-переводчик. Она преобразует программу, написанную на одном из языков высокого уровня, в программу, состоящую из машинных команд. Трансляторы реализуются в виде компиляторов или интерпретаторов. С точки зрения выполнения работы компилятор и интерпретатор существенно различаются. Компилятор (англ. compiler — составитель, собиратель) читает всю программу целиком, делает ее перевод и создает законченный вариант программы на машинном языке, который затем и выполняется. Интерпретатор (англ. interpreter — истолкователь, устный переводчик) переводит и выполняет программу строка за строкой. После того, как программа откомпилирована, ни сама исходная программа, ни компилятор более не нужны. В то же время программа, обрабатываемая интерпретатором, должна заново переводиться на машинный язык при каждом очередном запуске программы. Откомпилированные программы работают быстрее, но интерпретируемые проще исправлять и изменять.
Каждый конкретный язык ориентирован либо на компиляцию, либо на интерпретацию — в зависимости от того, для каких целей он создавался. Например, Паскаль обычно используется для решения довольно сложных задач, в которых важна скорость работы программ. Поэтому данный язык обычно реализуется с помощью компилятора. С другой стороны, Бейсик создавался как язык для начинающих программистов, для которых построчное выполнение программы имеет неоспоримые преимущества. Иногда для одного языка имеется и компилятор, и интерпретатор. В этом случае для разработки и тестирования программы можно воспользоваться интерпретатором, а затем откомпилировать отлаженную программу, чтобы повысить скорость ее выполнения. Язык Бейсик (BASIC — Beginners All-purpose Symbolic Instruction Code — универсальный символьный код для начинающих) был создан в 1965 г. Дж. Кемени и Т.Курцем как язык, облегчающий написание простых программ. Cейчас все чаще пишут Basic вместо BASIC, придавая другую трактовку названию: Basic — основной, базовый. Контрольные вопросы 1. Что такое программа? 2. Что включает в себя понятие "программное обеспечение"? 3. Назовите и характеризуйте основные категории программного обеспечения. 4. В чем отличие прикладных программ от системных и инструментальных? 5. Что входит в системное программное обеспечение? 6. В чем состоит назначение операционной системы? 7. Характеризуйте основные классы операционных систем. 8. Опишите процесс начальной загрузки операционной системы в оперативную память компьютера. 9. Что такое файл? 10. Как организована файловая система? 11. Какой модуль операционной системы осуществляет обслуживание файлов? 12. Приведите пример иерархической файловой структуры. 13. Что такое базовая система ввода-вывода (BIOS), и в каком разделе памяти она размещается? 14. Назовите основные разновидности программ-утилит и дайте им краткую характеристику. 15. Для чего предназначен пакет программ Norton Commander? 16. Какой вид интерфейса удобнее для пользователя — командный или графический? 17. Что такое компьютерные вирусы, в чем состоят их вредные действия? 18. Какие существуют средства борьбы с компьютерными вирусами? 19. В чем суть процесса сжатия информации? 20. Характеризуйте основные особенности операционных систем Windows-NT и Windows 95. 21. Какие языки и системы программирования вы знаете и в чем их особенности? 22. В чем отличие процесса интерпретации от процесса компиляции?
|
