F530EFB30609B81FDFDE985C2ED2DB0F

Глава 5. Программные средства ЭВМ

5.2. Системное программное обеспечение

Системное программное обеспечение – комплекс программ, предназначенных для обслуживания общесистемных функций, обеспечения работы ЭВМ и их сетей.

Системное программное обеспечение состоит из базового и сервисного программное обеспечение.

В состав базового программного обеспечения входят: ∙базовая система ввода-вывода (BIOS), ∙операционная система, ∙операционные оболочки.

Базовая система ввода-вывода, или BIOS (BIOS, от англ. Basic Input/Output System – базовая система ввода-вывода) – комплекс программ, предназначенных для автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера, загрузки операционной системы в оперативную память и обеспечивающих взаимодействие операционной системы и других программ с

различными устройствами компьютера.

Программные модули BIOS находится в микросхемах ПЗУ.

Операционная система – это комплекс взаимосвязанных системных программ, организующий взаимодействие между аппаратурой ЭВМ, выполняемыми

программами и пользователем.

Операционная система хранится на внешней памяти компьютера – на диске. При включении компьютера она считывается с дисковой памяти и размещается в ОЗУ. Этот процесс называется загрузкой операционной системы.

Функции операционной системы: ∙диалог с пользователем; ∙ввод-вывод и управление данными;

∙распределение ресурсов (оперативной памяти, микропроцессора, внешних устройств);

∙запуск программ на исполнение; ∙передача информации между внутренними устройствами;

∙программная поддержка работы периферийных устройств и др. Операционные системы можно разделить на ряд категорий: ∙одно- и многозадачные (в зависимости от количества одновре-

менно обрабатываемых задач (процессов)); ∙одно- и многопользовательские (в зависимости от числа пользо-

вателей, одновременно работающих с операционной системой);

51

Раздел 2. Структура ЭВМ

∙неграфические (имеющие интерфейс командной строки) и графические (все элементы представлены в виде объектов, имеющих графическое представление).

Наиболее распространенные типы операционных систем: MS DOS, MS Windows, Unix, Linux.

Операционная система MS DOS (от англ. Disk Operating System – дисковая операционная система) — однозадачная, однопользовательская операционная система с интерфейсом командной строки. MS DOS создана в 1981 г. и являлась самой распространенной операционной системой на 16-разрядных компьютерах.

С 1996 г. MS DOS была заменена MS Windows. MS Windows является многозадачной, многопользовательской операционной системой с графическим интерфейсом и расширенными сетевыми возможностями. Существуют 32- и 64-разрядные модификации этой операционной системы.

Ранние версии MS Windows обладали совместимостью с MS DOS и даже работали поверх нее. Начиная с Windows-9x Windows — самостоятельная операционная система.

В настоящее время на персональных компьютерах чаще всего работают Windows 2000, Windows XP, Windows Vista, Windows Seven.

Unix — многозадачная, многопользовательская операционная система. Была разработана в 1969 г. Код системы написан на языке высокого уровня С, поэтому она является простой для понимания, изменения и переноса на другие платформы. В настоящее время Unix используется в основном на серверах, а также как встроенная система для различного оборудования.

Linux — Unix-подобная многозадачная, многопользовательская сетевая операционная система с графическим интерфейсом. Ее ядро было создано в 1991 г. финским студентом Линусом Торвальдсом, затем дополнялось многими программистами. Linux имеет открытый код и распространяется свободно.

Операционная оболочка — специальная программа, предназначенная для облегчения общения пользователя с командами операционной системы.

Операционные оболочки имеют текстовый и графический варианты интерфейса. Наиболее популярны Norton Commander, Far, Windows Commander и др.

В настоящее время, когда операционные системы облагают графическим интерфейсом и имеют встроенные удобные средства для

52

Глава 5. Программные средства ЭВМ

выполнения системных операций, в использовании операционных оболочек нет особой необходимости.

Сервисное программное обеспечение, или утилиты (от лат. utilitas — польза)

– программы, служащие для выполнения вспомогательных операций обработки данных или обслуживания компьютеров.

Часть утилит входит в состав операционной системы, другая функционирует автономно.

Утилиты можно классифицировать по функциональному признаку следующим образом:

∙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 (например,

CPU Hi-t Professional Edition, HD_Speed, MemTest, PCMarc);

∙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 (например, WinRar, WinZip, 7-Zip);

∙антивирусные программы, предназначенные для предотвращения заражения компьютерными вирусами и ликвидации последствий заражения вирусами (например, Dr. Web, Антивирус Касперского, Avast!, NOD32, Norton Antivirus);

∙программы оптимизации и контроля качества дискового пространства;

∙программы восстановления данных; ∙коммуникационные программы, организующие обмен инфор-

мацией между компьютерами;

∙программы обслуживания сети (например, Internet Explorer, Mozilla Firefox, Opera);

∙программы для записи оптических дисков (например, Nero Burning Rom, DAEMON Tools, Alcohol 120%) и другие.

53

Раздел 2. Структура ЭВМ

5.3. Инструментарий технологии программирования

Инструментарий технологии программирования — совокупность программ и программных комплексов, обеспечивающих технологию разработки, отладки и

внедрения создаваемых программ.

Пользователями технологии программирования являются системные и прикладные программисты.

Выделяют следующие группы инструментальных средств технологии программирования:

∙средства для создания приложений (программ);

∙средства для создания информационных систем (CASE-техно- логии).

К средствам для создания приложений относятся:

∙языки программирования (формальная знаковая система, предназначенная для описания алгоритмов решения задач на ЭВМ, например, Basic, Pascal, С, C++, Java);

∙системы программирования (включают в себя текстовый редактор, транслятор, отладочные программы, справочные системы и другое);

∙инструментальная среда пользователя (это специальные программные средства, встроенные в пакеты прикладных программ и включающие библиотеки функций, процедур, объектов и методов обработки, макрокоманды, программные модули-вставки, конструкторы экранных форм и отчетов, языки запросов высокого уровня).

CASE-технологии (от англ. Computer-Aided System Ingineering) включают в себя:

∙средства анализа, предназначенные для анализа моделей предметной области,

∙средства анализа и проектирования, ∙инструменты проектирования баз данных, ∙средства разработки приложений.

5.4. Прикладное программное обеспечение

Прикладное программное обеспечение – программы, предназначенные для решения задач той или иной конкретной предметной области.

К прикладному программному обеспечению относятся текстовые, табличные, графические редакторы, системы управления базами

54

Глава 5. Программные средства ЭВМ

данных, базы знаний, экспертные системы, аудио- и видеоредакторы, мультимедиа-проигрыватели, компьютерные игры, программы обслуживания компьютерных сетей, а также различные специализированные программы, предназначенные для решения достаточно узкого класса задач специалистами, и др.

Текстовый редактор — программа, используемая для ввода и редактирования текстовых данных. Мощные редакторы с возможностями форматирования текстов называются текстовыми процессорами. Наиболее известный текстовый процессор – Microsoft Word.

Табличный редактор — программа, хранящая и обрабатывающая данные в таблице. Наиболее известный табличный процессор –

Microsoft Excel.

Графический редактор – программа, предназначенная для автоматизации процессов построения графических изображений. Широко известны Paint, Adobe Photoshop, Corel Draw.

Система управления базами данных (СУБД) – это программное обеспечение, предназначенное для работы с базами данных. База данных – это поименованная совокупность структурированных данных, относящихся к определенной предметной области. Известны СУБД

Microsoft Access, Microsoft Visual FoxPro, Paradox, Microsoft SQL Server, MySQL и др.

База знаний – это база данных, описывающая знания экспертов. В зависимости от уровня сложности систем, в которых применя-

ются базы знаний, различают базы знаний всемирного масштаба (например, Интернет), национальные (например, портал «Молодая семья»), отраслевые (например, сайт «Ветеринарка.ru») и др.

Кроме того, существует класс программ, предназначенных для объединения разнородных данных (числа, текст, графика, видео, звук) в единой цифровой информационной среде – средства для создания мультимедийных продуктов.

К прикладному программного обеспечению относятся также следующие группы программ специального назначения:

∙системы автоматизации проектных работ (САПР) (например,

AutoCAD, Компас);

∙информационно-справочные правовые программы (Гарант, Консультант-Плюс);

∙геоинформационные системы (например, MapInfo, ArcGIS, GeoMedia);

∙программы для проведения научно-технических расчетов (MathCad, MatLab, Mathematica);

55

Раздел 2. Структура ЭВМ

∙программы для статистической обработки данных (например,

Statistica, SPSS);

∙программы для ведения бухгалтерского учета (1C:Бухгалтерия, Парус);

∙программы для обслуживания ветеринарных клиник (Андиаг, Ветменеджер);

∙программы для микробиологов (например, WHONET – программа для мониторинга антибиотикорезистентности) и др.

С целью оптимизации работы программы объединяют в интегрированные пакеты.

Интегрированные пакеты – набор нескольких программ, объединенных в единый удобный инструмент.

Результаты, полученные отдельными программами, могут быть объединены в единый окончательный документ, содержащий текстовый, табличный, графический материал.

Наиболее распространенный интегрированный пакет – Microsoft Office. В него входят: текстовый редактор Word, табличный процессор Excel, СУБД Access, программа создания презентаций – PowerPoint, средство поддержки электронной почты – Outlook – и некоторые другие.

Перечисленное программное обеспечение предназначено для хорошо формализованных задач, процесс решения которых не требует вмешательства человека. Подобные программы работают с большим объемом входных и выходных данных, значительная часть которых хранится на дисковых накопителях. Несмотря на значительное распространение, эти программы неприменимы для решения целого ряда задач.

В различных областях человеческой деятельности все больший вес приобретают интеллектуальные системы и технологии.

Интеллектуальные технологии – технологии, направленные на обработку знаний в условиях неопределенности

5.5. Структура данных на диске. Файлы и файловая система

Файл (от англ. file – папка) — поименованная порция информации, хранящаяся на внешнем носителе, пересылаемая и обрабатываемая как единое целое.

56

Глава 5. Программные средства ЭВМ

Содержанием файла является закодированный результат прикладной программы. Файл может содержать программу, числовые данные, текст, изображение и др.

Каждый файл имеет имя и тип (на него указывает расширение). Имя файлу присваивает пользователь при его создании, а расширение присваивается автоматически программой, в которой он был создан.

Стандартное имя, которое «понимает» любая операционная система в любой стране, отвечает стандарту 8.3. Стандарт 8.3 заключается в следующем:

∙имя файла имеет длину от одного до восьми символов, имя файла составляется так, чтобы передавать его содержание (например, lekcija);

∙символы имени файла являются либо латинскими буквами, либо цифрами, либо некоторыми специальными символами (пробел исключается);

∙имя файла может иметь расширение длиной от одного до трех символов, расширение отделяется от основного имени файла точкой.

Таким образом, максимальная длина имени файла, отвечающего стандарту 8.3, равна двенадцати символам: восемь символов – основное имя, один – точка, три символа – расширение файла.

В операционной системе MS Windows в имени файла разрешены заглавные и строчные буквы, цифры, некоторые знаки препинания, пробел. Запрещены символы «>», «<», «|», «?», «*», «/», «\», «:», «"».

Примеры расширений файлов:

exe, com, dll, sys, vxd – исполняемые файлы (программы); txt, doc, rtf, sxw – текстовые файлы;

djvu, pdf – электронные книги;

csv, ods, xls – файлы электронных таблиц; bmp, cdr, gif, jpg, png, psd – графические файлы; avi, mov, mpeg – видеофайлы;

wav, mid, mp3 – звуковые файлы; arj, zip, pak, rar – архивные файлы

bas, pas, php – исходные коды программ на языках программирования.

Для структурирования файлов на диске все его пространство разбито на кольцевые дорожки (треки), которые в свою очередь разделяются на секторы (рис. 11).

57

Раздел 2. Структура ЭВМ

Сектор – это минимальная единица хранения данных на диске, его размер составляет 512 байт (например, у жестких и гибких дисков) либо 2048 байт (например, у оптических дисков).

Рис. 11. Физическая структура магнитного диска

Все сектора на диске нумеруются: каждый из n секторов получает номер от 0 до n–1. Благодаря этому любая информация, записанная на диск, получает точный адрес — номера соответствующих секторов. Первый сектор диска обычно является загрузочным. Как правило, сектор – это наименьшее место на диске, которое может быть выделено для хранения файла.

Кроме сектора существует такая единица хранения данных на диске, как кластер.

Кластер (англ. cluster – группа) – в некоторых типах файловых систем (FAT и NTFS) логическая единица хранения данных в таблице размещения файлов,

объединяющая группу секторов.

Физические диски (например, магнитные или оптические диски), использующиеся как физическая основа для хранения данных, в операционных системах принято логически делить на разделы или логические диски.

Логическая структура дисков имеет следующие разделы: ∙загрузочный сектор (как правило, первый сектор диска); ∙FAT-таблица – таблица размещения файлов (в ней записаны ад-

реса файлов); ∙каталоги; ∙файлы.

Форматирование диска – создание физической (разбивка на дорожки и сектора) и логической структуры диска.

58

Глава 5. Программные средства ЭВМ

При форматировании диска также проверяется работоспособность диска, отсутствие ошибок. Дефектные сектора помечаются и не используются.

Если на диске много фрагментированных файлов, скорость чтения носителя уменьшается, поскольку поиск кластеров, в которых хранятся файлы, требует времени. С целью оптимизации логической структуры диска производят его дефрагментацию.

Дефрагментация диска — процесс обновления и оптимизации логической структуры раздела диска с целью обеспечить хранение файлов в непрерывной последовательности кластеров, т.е. перераспределение файлов на диске, при

котором они располагаются в непрерывных областях.

Порядок хранения файлов на диске определяется используемой файловой системой.

Файловая система – это система хранения, организация и наименования данных на носителях информации.

Основные функции любой файловой системы заключаются в следующем:

∙программный интерфейс работы с файлами для приложений; ∙отображение логической модели файловой системы на физиче-

скую организацию хранилища данных; ∙устойчивость файловой системы к сбоям питания, ошибкам

аппаратных и программных средств; ∙содержание атрибутов файлов.

Некоторые файловые системы обеспечивают разграничение доступа к файлам.

Известны, например, такие файловые системы, как NTFS (для

Windows 2000, Windows XP, Windows Server 2003, Windows Vista), FAT12

(для поддержки дискет), FAT16 (совместима с MS-DOS), FAT32 (используется в Windows, начиная с Windows 95), CDFS — файловая система компакт-дисков, UDF — универсальный формат дисков.

Большинство современных файловых систем используют в качестве основного организационного принципа каталоги.

Каталог, или папка, директорий — это список ссылок на файлы или другие каталоги.

59

Раздел 2. Структура ЭВМ

Файловая система – многоуровневая структура, в которой каждый каталог одного уровня может иметь вложенные каталоги следующего уровня. Каталог самого верхнего уровня называется корневым. Каталоги, входящие в корневой – подкаталоги I уровня, следующие – подкаталоги II уровня.

Каждый накопитель имеет свой корневой каталог. Корневой каталог именуются по названию диска с добавлением символа бэкслеша

(\) (например, C:\ или D:\).

Вся иерархия называется деревом каталогов (рис. 12).

Рис. 12. Пример дерева каталогов

Место расположения файла на диске описывается путем к нему. Путь к файлу или полное имя файла определяется последовательностью символов, начинающейся с имени корневого каталога и последующих подкаталогов, отделяемых друг от друга бэкслэшем.

Например: D:\informatika\fvm\lekcii\lekcija_8.doc.

Вопросы для самопроверки

1.Что такое программный продукт?

2.Как можно классифицировать программные продукты?

3.Какие группы программ относят к системному программному обеспечению?

4.Что такое базовая система ввода-вывода (BIOS)?

5.В чем состоит назначение операционной системы?

6.В чем заключаются основные отличия операционной системы Windows от DOS?

7.Для чего используются операционные оболочки?

8.Какой вид интерфейса удобнее для пользователя — командный или графический?

9.Что такое прикладное программное обеспечение?

60