8. Программное обеспечение компьютеров

Под программным обеспечением (Software) понимается совокупность программ, выполняемых вычислительной системой. Компьютер без программных средств - "груда железа". Сам по себе компьютер не обладает знаниями ни в одной области применения. Все эти знания сосредоточены в выполняемых на компьютерах программах.

Программное обеспечение – неотъемлемая часть компьютерной системы. Оно является логическим продолжением технических средств. Сфера применения компьютера определяется созданным для него ПО. Программное обеспечение современных компьютеров включает миллионы программ — от игровых до научных. В первом приближении все программы, работающие на компьютере, можно условно разделить на три категории:

1. прикладные программы, непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых пользователям работ;

2. системные программы, выполняющие различные вспомогательные функции:

3. инструментальные программные системы, облегчающие процесс создания новых программ для компьютера.

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. Появились нетрадиционные программы, классифицировать которые по устоявшимся критериям очень трудно, а то и просто невозможно.

На сегодняшний день можно сказать, что более или менее определённо сложились следующие группы программного обеспечения:

• операционные системы и оболочки;

• инструментальные системы;

• интегрированные пакеты программ;

• динамические электронные таблицы;

• системы машинной графики;

• системы управления базами данных (СУБД);

• прикладное программное обеспечение.

Разумеется, эту классификацию нельзя считать исчерпывающей, но она более или менее наглядно отражает направления совершенствования и развития программного обеспечения.

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.

Среди десятков тысяч системных программ особое место занимают операционные системы, которые обеспечивают управление ресурсами компьютера с целью их эффективного использования. Операционная система (ОС) - это программа, которая управляет компьютером, поддерживает работу всех программ и их взаимодействие с аппаратурой. Без нее компьютер просто не будет работать. ОС скрывает от пользователя сложные и ненужные ему подробности выполнения программы. ОС выполняет роль связующего звена между аппаратурой компьютера (hardware), 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:

• тестирование оборудования;

• осуществление диалога с пользователем;

• ввод-вывод и управление данными;

• планирование и организация процесса обработки программ;

• распределение ресурсов;

• запуск программ на выполнение;

• всевозможные вспомогательные операции обслуживания;

• передача информации между различными внутренними устройствами;

• программная поддержка работы периферийных устройств

В различных моделях компьютеров используют операционные системы с разной архитектурой и возможностями. Для их работы требуются разные ресурсы. Они предоставляют разную степень сервиса для программирования и работы с готовыми программами.

Важнейшей функцией ОС является работа с файлами. В файлах на внешних носителях хранится все: программы, данные, сама ОС. Средствами ОС создается файловая система — определенная структура файлов на внешних носителях. Все действия с файлами производятся пользователем с помощью ОС.

Для общения ОС с пользователем используется специальный командный язык OC. На персональных компьютерах общение происходит в режиме диалога. ОС в определенной форме выводит на экран приглашение пользователю, пользователь в ответ вводит с клавиатуры команду, предписывающую совершить определенное действие (запустить программу, вывести содержимое каталога диска, уничтожить файл и пр.). ОС обеспечивает выполнение этой команды и снова возвращается к диалогу с пользователем.

При каждом запуске компьютера в его память с диска считываются файлы DOS. После загрузки DOS на экране появляется приглашение к вводу команд С:\>_

DOS всегда устанавливает в качестве текущего тот дисковод, символ которого указан в приглашении. Команды вводятся с клавиатуры и представляют собой последовательность символов. Окончание набора фиксируется нажатием клавиши Enter. Если Вы неверно набрали команду, DOS выдаст сообщение: Bad command or file name (неверная команда или имя файла). В ответ необходимо повторить ввод.

Рассмотрим основные команды DOS работы с файлами и каталогами. Команды набираются как прописными, так и строчными буквами. В качестве разделителя при написании командной строки используется символ пробела.

Команда MD (создает новый каталог). Например, MD SONY - создание подкаталога SONY в текущем каталоге.

Команда CD (изменяет текущий каталог). Например, CD A:\TOK - переход в подкаталог TOK корневого каталога диска A:

Команда CD.. - переход в родительский каталог.

Команда DIR (выводит содержимое каталога). Например, DIR - вывести содержимое текущего каталога;

DIR C:\ - вывести содержимое корневого каталога диска С:

Команда TYPE (выводит содержимое файла). Например, TYPE bai.bas - просмотр содержимого файла bai.bas из текущего каталога.

Команда REN (изменяет имя файла). Например, REN AAA.doc BBB.doc - переименование файла AAA.doc в текущем каталоге. Новое имя файла будет BBB.doc.

Команда COPY (делает копию файла). Например, COPY A:\OPAL.doc - копирование файла из корневого каталога диска A: в текущий каталог.

Команда DEL (удаляет файл). Например, DEL bai.bas - удалить файл bai.bas из текущего каталога.

Команда RD (удаляет каталог). Например, RD SONY - удаление подкаталога SONY в текущем каталоге.

Удалить можно только каталог, не содержащий файлов и каталогов. Нельзя удалить текущий каталог. Для его удаления необходимо перейти в вышележащий каталог, например, командой CD..

Если нужно сменить текущий дисковод, то следует ввести имя дисковода. Например, при С:\>A: новым текущим дисководом будет A: Если нужно вновь вернуться к дисководу С: то следует записать A:\>C:

При работе с MS-DOS последняя исполненная команда запоминается и может быть вызвана нажатием клавиши F3.

Важным классом системных программ являются программы вспомогательного назначения — утилиты (лат. utilitas — польза) и оболочки — программы, созданные для упрощения работы с ОС. Они преобразуют неудобный командный пользовательский интерфейс в дружественный графический интерфейс или интерфейс типа "меню". Они либо расширяют и дополняют соответствующие возможности операционной системы, либо решают самостоятельные важные задачи. Кратко опишем некоторые из них:

• программы контроля, тестирования и диагностики, которые используются для проверки правильности функционирования устройств компьютера и для обнаружения неисправностей в процессе эксплуатации; указывают причину и место неисправности;

• программы-драйверы, которые расширяют возможности операционной системы 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 заражения вирусами;

• программы оптимизации и контроля качества дискового пространства ;

• программы восстановления информации, форматирования, защиты данных ;

• коммуникационные программы, организующие обмен информацией между компьютерами;

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

• программы для записи CD-ROM и многие другие.

• диспетчеры файлов (файловые менеджеры). С их помощью выполняется большинство операций по обслуживанию файловой структуры: копирование, перемещение, переименование файлов, создание каталогов, уничтожение объектов, поиск файлов и навигация в файловой структуре.

• программы инсталляции (установки). Предназначены для контроля за добавлением в текущую программную конфигурацию нового программного обеспечения. Они следят за состоянием и изменением окружающей программной среды, отслеживают и протоколируют образование новых связей, утерянных во время уничтожения определенных программ.

• средства компьютерной безопасности. К ним относятся средства для защиты данных от несанкционированного доступа, их просмотра и изменения.

• средства просмотра и воспроизведения. Существуют универсальные средства для просмотра (в случае текста, рисунка) или воспроизведения (в случае звука или видео) данных.

Часть утилит входит в состав операционной системы, а другая часть функционирует независимо от нее, т.е. автономно.

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, реализует все свойства, необходимые для производительной работы пользователя, в том числе – многозадачный режим.

Никакому другому программному продукту не уделялось столько внимания, как Windows. И внимание это вполне правомерно. Средства, такие как объектно-ориентированный интерфейс и поддержка 32-разрядных многопотоковых прикладных программ, уже долгое время служат неотъемлемой частью других операционных систем. Но Windows на основе этих хорошо испытанных и известных средств строит исключительно богатую и эффективную интегрированную вычислительную среду. Windows намного превосходит своих предшественников, по-новому определяя, какой должна быть операционная система.

Объектно-ориентированный интерфейс — это интерфейс, максимально приближенный к реальности, с использованием объектно-ориентированного подхода. В данном случае это означает, что пользователь работает со значками, которые он видит на экране монитора, как с объектами реального мира. Он может брать объекты, переносить с места на место, выбрасывать в урну, изменять их, не задумываясь о возможных ограничениях, налагаемых операционной системой. Объектно-ориентированный интерфейс особенно легок в освоении людьми, не имеющими опыта работы на компьютере, особенно детьми. У них нет страха сделать что-то неправильно, а есть простое желание — взять в руку и посмотреть, что это такое.

Windows — 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 позволяет отправлять сообщения электронной почтой, факсимильной связью, поддерживает удаленный доступ.

Применяемый в Windows 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.

Интерфейс пользователя, сконцентрированный вокруг экранной кнопки Пуск, устанавливает новый стандарт простоты пользования персональным компьютером. Для начинающих пользователей запуск и выполнение множества прикладных программ не вызовет затруднений, а пользователи с высокими запросами всегда найдут новые способы извлечь то ценное, что предоставляет эта операционная система с такими широкими возможностями настройки.

В дополнение к основным архитектурным особенностям, на которые можно рассчитывать в современной операционной системе, Windows обладает новыми 32-разрядными средствами программами для работы со всеми основными сетями персональных компьютеров и непревзойденными возможностями их настройки. К числу других стандартных средств относится электронная почта, средства работы в локальной сети, средства подключения к Internet, средства удаленного коммутируемого и прямого кабельного подключения к персональным компьютерам, средства просмотра файлов, утилиты поиска и богатый инструментарий для управления системой и административного управления.

Встроенные средства Plug and Play (включил и работай), сложные средства распознавания установленной на компьютер аппаратуры и большой набор 32-разрядных динамически загружаемых драйверов устройств значительно облегчает настройку компьютерной системы, подключение периферийных устройств и подключение к локальным сетям.

В Windows ликвидированы несовершенства вчерашних PC и MS-DOS, такие как имена файлов, ограниченные 8 символами плюс 3 символа расширения. Windows позволяет задавать имена файлов длиной до 255 символов.

При разработке каждой операционной системы приходится принимать определенные решения и идти на компромиссы, но решения и компромиссы, принятые в Windows, делают эту операционную систему стандартом для значительной части компьютерного рынка.

Стоит отметить, что операционная система Windows является открытой для расширений — программ, дополняющих возможности штатной оболочки.

Система программирования — это система для разработки новых программ на конкретном языке программирования. Современные системы программирования обычно предоставляют пользователям мощные и удобные средства разработки программ. В них входят:

• компилятор или интерпретатор;

• интегрированная среда разработки;

• средства создания и редактирования текстов программ;

• обширные библиотеки стандартных программ и функций;

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

• "дружественная" к пользователю диалоговая среда;

• многооконный режим работы;

• мощные графические библиотеки; утилиты для работы с библиотеками;

• другие специфические особенности.

К инструментальным программным системам, с помощью которых создаются программы для компьютера, относятся системы программирования. Самыми популярными являются: Basic, Pascal, C. Во второй части курса будут рассмотрены эти программы.

Прикладная программа — это любая конкретная программа, способствующая решению какой-либо задачи в пределах данной проблемной области. Прикладные программы могут носить и общий характер, например, обеспечивать составление и печатание документов и т.п. В противоположность этому, служебные программы 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. Программное обеспечение этого уровня решает конкретные задачи (производственные, творческие, развлекательные, учебные и т.д.). Между прикладным и системным программным обеспечением существует тесная взаимосвязь. Универсальность вычислительной системы, доступность прикладных программ и широта функциональных возможностей компьютера непосредственно зависят от типа имеющейся операционной системы, системных средств, помещенных в ее ядро и взаимодействии комплекса человек-программа-оборудование. Классификация прикладного программного обеспечения.

1. Текстовые редакторы. Основные функции - это ввод и редактирование текстовых данных. Для операций ввода, вывода и хранения данных текстовые редакторы используют системное программное обеспечение. С этого класса прикладных программ начинают знакомство с программным обеспечением и на нем приобретают первые привычки работы с компьютером.

2. Текстовые процессоры. Разрешают форматировать, то есть оформлять текст. Основными средствами текстовых процессоров являются средства обеспечения взаимодействия текста, графики, таблиц и других объектов, составляющих готовый документ, а также средства автоматизации процессов редактирования и форматирования. Современный стиль работы с документами имеет два подхода: работа с бумажными документами и работа с электронными документами. Приемы и методы форматирования таких документов различаются между собой, но текстовые процессоры способны эффективно обрабатывать оба вида документов.

3. Графические редакторы. Широкий класс программ, предназначенных для создания и обработки графических изображений.

4. Системы управления базами данных (СУБД). Базой данных называют большие массивы данных, организованные в табличные структуры. Основные функции СУБД:

• создание пустой структуры базы данных;

• наличие средств ее заполнения или импорта данных из таблиц другой базы;

• возможность доступа к данных, наличие средств поиска и фильтраци.

В связи с распространением сетевых технологий, от современных СУБД требуется возможность работы с отдаленными и распределенными ресурсами, которые находятся на серверах Интернета.

5. Электронные таблицы. Предоставляют комплексные средства для хранения разных типов данных и их обработки. Основной акцент смещен на преобразование данных, предоставлен широкий спектр методов для работы с числовыми данными. Основная особенность электронных таблиц состоит в автоматическом изменении содержимого всех ячеек при изменении отношений, заданных математическими или логическими формулами.

Широкое применение находят в бухгалтерском учете, анализе финансовых и торговых рынков, средствах обработки результатов экспериментов, то есть в автоматизации регулярно повторяемых вычислений больших объемов числовых данных.

6. Системы автоматизированного проектирования (CAD-системы). Предназначены для автоматизации проектно-конструкторских работ. Применяются в машиностроении, приборостроении, архитектуре. Кроме графических работ, разрешают проводить простые расчеты и выбор готовых конструктивных элементов из существующей базы данных.

Особенность CAD-систем состоит в автоматическом обеспечении на всех этапах проектирования технических условий, норм и правил. САПР являются необходимым компонентом для гибких производственных систем (ГВС) и автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП).

7. Настольные издательские системы. Автоматизируют процесс верстки полиграфических изданий. Издательские системы отличаются расширенными средствами управления взаимодействия текста с параметрами страницы и графическими объектами, но имеют более слабые возможности по автоматизации ввода и редактирования текста. Их целесообразно применять к документам, которые предварительно обработаны в текстовых процессорах и графических редакторах.

8. Редакторы HTML (Web-редакторы). Особый класс редакторов, объединяющих в себе возможности текстовых и графических редакторов. Предназначены для создания и редактирования Web-страниц Интернета. Программы этого класса можно использовать при подготовке электронных документов и мультимедийних изданий.

9. Браузеры (средства просмотра Web-документов). Программные средства предназначены для просмотра электронных документов, созданных в формате HTML. Воспроизводят, кроме текста и графики, музыку, человеческий язык, радиопередачи, видеоконференции и разрешают работать с электронной почтой.

10. Системы автоматизированного перевода. Различают электронные словари и программы перевода языка.

• Электронные словари - это средства для перевода отдельных слов в документе. Используются профессиональными переводчиками, которые самостоятельно переводят текст.

• Программы автоматического перевода используют текст на одном языке и выдают текст на другом, то есть автоматизируют перевод. При автоматизированном переводе невозможно получить качественный исходный текст, поскольку все сводится к переводу отдельных лексических единиц. Но, для технического текста, этот барьер снижен.

11. Интегрированные системы делопроизводства. Средства для автоматизации рабочего места руководителя. В частности, это функции создания, редактирования и форматирования документов, централизация функций электронной почты, факсимильной и телефонной связи, диспетчеризация и мониторинг документооборота предприятия, координация работы подразделов, оптимизация административно-хозяйственной деятельности и поставка оперативной и справочной информации.

12. Бухгалтерские системы. Имеют функции текстовых, табличных редакторов и СУБД. Предназначены для автоматизации подготовки начальных бухгалтерских документов предприятия и их учета, регулярных отчетов по итогам производственной, хозяйственной и финансовой деятельности в форме, приемлемой для налоговых органов, внебюджетных фондов и органов статистического учета.

13. Финансовые аналитические системы. Используют в банковских и биржевых структурах. Разрешают контролировать и прогнозировать ситуацию на финансовых, торговых рынках и рынках сырья, выполнять анализ текущих событий, готовить отчеты.

14. Экспертные системы. Предназначены для анализа данных, содержащихся в базах знаний и выдачи результатов, при запросе пользователя. Такие системы используются, когда для принятия решения нужны широкие специальные знания. Используются в медицине, фармакологии, химии, юриспруденции. С использованием экспертных систем связана область науки, которая носит название инженерии знаний.

Инженеры знаний - это специалисты, являющиеся промежуточным звеном между разработчиками экспертных систем (программистами) и ведущими специалистами в конкретных областях науки и техники (экспертами).

15. Системы видеомонтажа. Предназначены для цифровой обработки видеоматериалов, монтажа, создания видеоэффектов, исправления дефектов, добавления звука, титров и субтитров. Отдельные категории представляют учебные, справочные и развлекательные системы и программы. Характерной особенностью являются повышенные требования к мультимедийной составляющей.