Аверянов Современная информатика 2011
.pdfдая из которых решает узкую специализированную задачу и при помощи которых можно конструировать сложные комплексы.
7.Обладает высокой надежностью и защищенностью системы как от случайных ошибок, так и от несанкционированного доступа.
8.Имеется очень большое количество приложений, в том числе свободно распространяемых, начиная от простейших текстовых редакторов и заканчивая мощными системами управления базами данных.
UNIX, как и любая многопользовательская система, имеет ряд характерных особенностей, отличных от традиционных локальных ОС ПК, связанных с различными уровнями защиты системы.
7.3. Инструментальное программное обеспечение ПК
На ПК, совместимых с IBM PC, реализованы практически все широко распространенные языки программирования, а многие из них имеют несколько независимых реализаций. Следует отметить ряд специфических особенностей инструментального обеспечения ПК. Как уже отмечалось, реализация языков – интегрированная среда, в которой кроме традиционных программ трансляторов и компоновщиков имеются обширные средства поддержки процесса разработки ПО. Эти среды имеют современный графический пользовательский интерфейс, удобные диагностические средства и многое другое.
Фирмы-разработчики, как правило, вводят дополнительные возможности для расширения функций тех или иных языков, значительно выходящих за рамки стандартов ANSI. По этим принципам разрабатываемые языки ПК нельзя считать машинно-незави- симыми в традиционном смысле этого понятия. Даже одни и те же языки, реализованные различными фирмами в различных средах, не являются совместимыми на одной и той же стандартной платформе ПК.
Однако такая несовместимость не является столь актуальной, как это было прежде. Массовое распространение и простота инсталляции любой требуемой среды значительно снижает актуальность несовместимости.
Следует, тем не менее, отметить, что освоение современных инструментальных средств, а также особенностей различных версий
271
одной и той же среды составляет немалую «головную боль» для пользователей.
Как и прежде, на сегодняшний день наиболее распространенными являются два семейства языков, выпускаемых фирмами Microsoft и Borland.
Среди первых версий семейство языков фирмы Microsoft имело: макроассемблер MASM;
MS Fortran; MS С;
MS Pascal;
MS Basic.
Стартовое семейство языков программирования фирмы Borland имело:
макроассемблер TASM; Turbo С;
Turbo C++;
Turbo Basic;
Turbo Prolog;
Borland C++.
Из многочисленных менее популярных других языков программирования можно назвать:
Mulisp фирмы Soft.house; Modula 2 фирмы Logitech; Ada фирмы Artek; Smalltalk фирмы Digitalk; Ada фирмы Alsys; MProlog фирмы Logicware;
Java фирмы Sun Microsystems.
Наиболее популярны и интенсивно развиваются традиционные языки программирования Бейсик, Паскаль, Си, разрабатываемые как фирмой Microsoft, так и фирмой Borland, а также поддерживаемый, в основном, фирмой Microsoft FORTRAN, который попрежнему остается основным языком научного программирования благодаря большому количеству библиотек научных расчетов.
Динамика развития этих языков для ПК IBM и традиционные их функциональные возможности сближаются, а разговоры о модульности, структурированности и т.п. как о преимуществах некоторых из них (например, Паскаль) уже теряют смысл.
272
Все эти старые традиционные языки приобрели объектные черты, т.е. стали объектно-ориентированными. Первая объектноориентированная надстройка появилась у языка С. Затем как Microsoft, так и Borland взяли за основу Object Pascal от Apple (разра-
ботанный Никлаусом Виртом) и выпустили свои первые версии языков Quick Pascal и Turbo-Pascal. Значительное развитие получила инструментальная среда MS FORTRAN фирмы Microsoft, начальные версии которой имели скромные возможности. Microsoft FORTRAN Power Station наряду с полноценной реализацией объ- ектно-ориентированного стандарта Фортран-95 имеет широкий набор графических библиотек, удобную инструментальную среду и т.п. Характерным расширением этих языков для ПК IBM являлась их так называемая «визуальность», т.е. появление встроенных объектов для программирования пользовательских интерфейсов в графических средах.
Первой и очень удачной реализацией «визуальных» языков явился разработанный Microsoft язык Visual Basic. Для создания более сложных программных продуктов этой же фирмой был создан Visual С ++, однако более популярными оказались версии инструментальных сред, разработанные фирмой Borland.
Интегрированные среды на основе Delphi и C++ Builder, разработанные фирмой Borland, представляют новый уровень технологии разработки ПО. Общим для обеих этих сред является то, что средства объектно-ориентированного и визуального программирования дополнены средствами доступа к наиболее распространенным (как централизованным, так и распределенным) базам данных, включая продукт фирмы Borland-InterBase. Так, в состав Delphi, основу которого составляет Turbo-Pascal, входят следующие компоненты:
мощная библиотека визуального программирования; встроенный компилятор Object Pascal;
локальная версия Inter Base и многое другое.
Borland Database Engine (BDE) – машина базы данных Borland,
организующая доступ к локальным таблицам в форматах Paradox, dBase, InterBase, а также через модуль SQL-LINK (SQL-Structured Query Language – язык структурированных запросов) доступ к
SQL-серверам, таким, как Informix, Oracle, Sybase, MS-SQL и др. C++ Builder – аналогичная интегрированная инструментальная
среда для разработки более сложных приложений. Так же, как и в
273
Delphi, язык C++ дополнен средствами разработки графических интерфейсов и так же, как и в среде Delphi, с помощью BDE организована связь с наиболее распространенными локальными и распределенными базами данных.
Развитие сетевых информационных технологий привело в рамках инструментальных средств ПО ПК к дальнейшему совершенствованию средств сетевого программирования. Основным языком сетевого программирования является C++, сетевые вариации которого зачастую связаны с его упрощением и включением специфических функций.
Достаточно распространен разработанный на фирме SUN язык Java, в то же время Microsoft предлагает С# (Си-шарп) – простой объектно-ориентированный язык, напоминающий C++ и Java. Трансляторы Java и C# используют промежуточный код и считаются платформенно-независимыми.
Для создания гипертекстовой информации используется язык HTML и его дальнейшее развитие в виде языка XML. Совершенствование этого инструментария связано с созданием языков деск-
рипторного типа – VB Script (Visual Basic Script), JavaScript и т.п.
7.4. Пакеты прикладных программ
Разработка ППП является одним из основных направлений развития ПОПК. Именно благодаря этомувидуприкладного программного обеспечения ПК приобрели всеобщую популярность и стали необходимым инструментом, используемым в самых различных областях человеческой деятельности от бухгалтерии и отдела кадров до производственных и научных подразделений, спортивных мероприятий и развлекательных центров. При этом пользователь получил необходимый универсальный компьютер, не требующий знаний программирования и его разработки в большинстве массовых приложений. Это его выгодно отличало от ЭВМ предыдущих поколений и позволило многократно увеличить эффективность использования компьютерных технологий.
Широкий спектр ППП можно условно разделить на три иерархических уровня постепенираспространенияи частоте использования.
На нижнем уровне находятся пакеты универсального применения, не связанные с конкретными приложениями – областями применения.
274
Именно с этими пакетами связано массовое внедрение персональных компьютероввсамыеразнообразные сферыдеятельности человека.
На этом уровне, по-видимому, самыми популярными и наиболее часто используемыми являются ППП для подготовки текстов (технологии обработки текстовой информации). Диапазон применениятаких
ПППширок, а их разновидности определяютсясферой применения от сравнительно простых текстовых редакторов (text – editor), которыми оснащаются (и оснащались ранее до появления персональных компьютеров) любая ОС и различные инструментальные среды для общения с пользователем и подготовки текстов программ с помощью полноэкранных редакторов до редакционно-издательских систем. Однако в современном представлении основными ППП для подготовки текстов являются так называемые текстовые процессоры (word – processor), запоминающие промежуточное положения, применяемые для подготовки статей, отчетов и т.п. и получившие наиболее широкое распространение. В рамках программного обеспечения персональных компьютеров их было разработано довольно много. Текстовые процессоры иногда разделяют на редакторы общего назначения (MS Word, Word Perfect и др.), редакторы научных текстов (Chi Writer, Tex
и др.). По мере повышения производительности ПК функциональность иих эффективность повышаются.
Среди основных функций, которыми обладают все редакторы подобногокласса, следующие:
создавать – означает набирать на клавиатуре текст, который при этомотражается на мониторе;
хранить – означает работу с файлами – сохранение на системном диске в виде файла, считывание с диска (файла) и его просмотр с перемещением (вверх-вниз, влево-вправо), копирование на сменные носителии т.п.;
редактировать, т.е. среди традиционных функций всех текстовых процессов: строчное редактирование (вставка символов, их замена, удаление и т.п.), работа с группой строк (пометка фрагмента текста с размещением его в буфере и вставка в любое место текста или его удаление, «резка и склейка» строк и т.п.), быстрое перемещение курсора, контекстный поиск – по заданным фрагментам текста, орфографический исинтаксическийконтроль;
вывод на печать – обычно редакторы могут работать со многими шрифтами и алфавитами (при печатании документов возможен выбор
275
принтера, жирности шрифта, подчеркивание слов, форматирование таблиц и т.п.).
Более сложные функции, характерные для «продвинутых» редакторов, следующие:
расположениетекставколонки; включениеграфической информации; сборкаоглавления;
поддержкассылокна страницы ипримечание; деловаяи иллюстративная графика; математическиефункции; контроль опечаток, словарьит.п.
По-существу, компьютер превратился в супераналог пишущей машинки. Правда, следует отметить сложность освоения мощных редакторов и их низкую производительность, требующую определенного опыта и постоянного использования. Всвязи с этим при подготовке текстов программ обычно используются простые редакторы, встроенныевсоответствующиеинструментальныесреды.
Наиболее высокий уровень ППП по подготовке текстов представляют редакционно-издательские системы, их сравнительно немного и они представляют специализированные системы, выходящие за пределырассматриваемогоклассаППП.
Иногда к редакторам текста относят также Web-редакторы (упоминавшийся ранее HTML), применяемые для подготовки Webстраниц Internet, а также программы Браузеры, предназначенные для просмотра электронных документов, выполненных в формате HTML. Однако эти средства не являются ППП рассматриваемого класса и относятсякинструментальнымсредствамкомпьютеров.
Особую группу ППП ПК составляют графические редакторы, ориентированные на растровую и векторную графику, с помощью которых можно создавать новые изображения, полученные с помощью сканера, видеокамеры, цифровой фотоаппаратуры и других средств. Однакоони такжене относятся крассматриваемомуклассуППППК.
К универсальным ППП ПК следует отнести также электронные таблицы. Табличные процессы или электронные таблицы (ЭТ) являются (наряду с текстовыми процессорами) одними из наиболее популярных и массовых применений ПК. Они нашли применение в экономических, конторских, управленческих делах, а иногда и в научных исследованиях. По мнению ряда авторов, именно этот вид программ-
276
ного обеспечения ПК положил основу компьютерной революции, поскольку впервые пользователь, не владеющий искусством программированиясмог воспользоватьсявсеми преимуществамикомпьютера.
В основе ЭТ лежит двумерная матрица. Каждая ячейка матрицы имеет свой уникальный номер, состоящий из имени столбца и номера строки, на пересечении которых она располагается. Столбцы именуются буквами латинского алфавита (A, B, … Z, AA, AB, … AZ), строкинумеруютсячислами (1, 2, 3, …).
Первоначально таблица служила простым вместилищем информации, используемой программой, затем возникла идея помещать в таблице одновременно с данными также формулы, позволяющие автоматически выполнять расчеты при изменении введенных данных, постепенно набор формул расширялся, вводились правила форматирования и обработки данных, т.е. появились так называемые средоориентированные языки программирования.
Первая программа ЭТ появилась в 1979 г. под названием Visi Calc (от Visible Calculator – видимый калькулятор) разработки фирмы
Software Arts для компьютеров Apple II. В 1985 г. Microsoft выпустила пакет Excel для компьютера Macintosh, а в 1986 г. для компьютеров
IBM PC.
За прошедший период ЭТ успешно разрабатывались и совершенствовались рядом фирм и по своим принципам и возможностям отличались неоченьсильно.
Все они имеют графический, оконный (Windows) пользовательский интерфейс, развитые средства программирования, обширные экранныевозможности.
Кроме набора стандартных арифметических, логических функций, имеют встроенные экономические, статистические и др. функции (Excel – до 131 функции), имеют прекрасные средства графической обработки данных и очень удобные возможности вывода на печать. Язык макрокоманд облегчает управление таблицей. В таблицы обычно включаются некоторые функции управления, традиционные для СУБД – поиск и сортировка данных в таблицах в заданных пользователем пределах. Практически во всех таких пакетах включены средства традиционного программирования. Так, Excel использует стан-
дартный Visual Basic.
277
Предельный размер таблиц (количество столбцов и строк) у различных фирм различен. Так, Excel (Microsoft) имеет 256 столбцов и
16384 строк, Quattro (Borland) 8192 столбца и 256 строки.
ЭТ находятся в постоянном развитии, их возможности постоянно увеличиваются, следуяза ростом ресурсовсовременныхПК.
Кроме электронных таблиц к универсальным пакетам прикладных программ, безусловно, следует отнести системы управления базами данных (СУБД). Эти ППП занимают очень важное место, поскольку представляют основу всех систем автоматизированного управления
(АСУ).
Возросшие возможности ПК позволили реализовать эти пакеты, ориентированные прежде на большие компьютеры, что позволило массовомувнедрению АСУ.
Подробное описание этих пакетов будет рассмотрено вследующих главахданного учебногопособия.
Весьма логичный шаг в развитии рассмотренных выше универсальных ППП – их объединение в интегрированные пакеты, что облегчает их взаимодействие, в частности перемещение данных (импорт данных), а одинаковый формат данных и идентичный интерфейс уменьшает потери времени на их освоение. Лидером создания интегрированных пакетов является фирма Microsoft. Распространяемый интегрированный пакет этой фирмы Office включает текстовый редактор Word, электронную таблицу Excel, СУБД Access, средства создания презентацийPower Pointer иряддругихструктур.
Следующий уровень ППП ограничен рамками (хотя и достаточно широкими) определенной сферыприменения.
Так, кризис в проектировании, разразившийся в конце 60-х, начале 70-х годов прошлого столетия вызвал необходимость разработки
ППП для систем автоматизированного проектирования (САПР). В связи с этим различными фирмами были успешно разработаны и непрерывно совершенствуются некоторые пакеты для различных отраслей промышленности. Так, для потребностей машиностроения фир-
мой Avtodesk был разработан пакет AutoCAD (CAD – Computer Aided Design – разработка с помощью компьютера). В электронной промышленности созданы и активно используются такие пакеты, как
P-CAD, Or CAD, Micro Cap, Electronics Workbench и т.п.
278
Широкое распространение получили математические пакеты, которые с определенной степенью условности можно назвать как САПР дляматематиков.
Изначально эти пакеты функционально разделялись на пакеты символьной математики, наиболее популярные из которых Mathematica и Maple V и пакеты численной математики, среди которых вотечественной практике наиболее популярны MATHCAD и MATLAB. Однако по мере развития и те, и другие пакеты стали (различными способами) включать функции, не характерные на начальном этапе развития универсального пакета MATHCAD, предназначенного для массового пользователя самой различной квалификации [6]. Пакет имеет ряд последовательных версий, первая из которых разработана в середине 80-х годов; две из последних версий – MATHCAD 8 PRO и MATHCAD 2000 PRO (MATHCAD PRO – сокращение от слов MATHematics for Computer Aided Design PROfessional). Упрощенная вер-
сия MATHCAD 2000 Standard пригодна для большинства пользователей и учебных целей, а расширенная версия MATHCAD 2000 Premium – для профессиональных математиков и ученых. MATHCAD – интегрированный пакет, т.е. он может объединяться с другими математическими и графическими системами (пакетами) для решения сложных задач. Имеет удобный пользовательский интерфейс со многими окнами, кнопками, мышью, средствами управления курсором, вид которого можно изменять, и другими элементами. Решение описывается с помощью привычных математических знаков (сумм, интегралов, корнейи т.д.) иформул.
Встроенный в пакет мощный символьный процессор позволяет выполнять многие символьные операции: дифференцирование, интегрирование, суммирование, разложение в ряды, упрощение формул, решение алгебраических и дифференциальных уравнений, преобразования Фурье, Лапласа и др. Имеется много встроенных функций и готовых для вычисления математических методов по обработке данных, статистике, регрессионному анализу, решению нелинейных уравнений, оптимизации, преобразованию Фурье и др. Богатые возможности пакета MATHCAD позволяют с его помощью готовить отчеты, статьи, диссертации, проекты, книги и другие материалы по многим темам.
Не менее популярным является пакет прикладных программ MATLAB (сокращение от слов MATrix LABoratory), фактически
279
представляющий собой объединение нескольких пакетов в единую систему. Первоначальная версия системы разработана в начале 80-х годов, затем был создан ряд все более мощных версий (некоторые из последних версий – MATLAB 5.3, MATLAB 6.0, MATLAB 7.3). Первая версия была написана на языке Фортран, более поздние версии на С. Имеется специальная упрощенная, «студенческая», версия системы «The Student Edition of MATLAB»
с меньшими возможностями, но зато пригодная для недорогих компьютеров с ограниченными ресурсами.
Первоначально пакет MATLAB, как видно из названия, предназначался, в основном, для решения задач линейной алгебры и других задач, в которых все величины удобно представлять в виде матриц и векторов. Но в результате многих усовершенствований и переработок современный пакет MATLAB пригоден для решения широкого спектра задач в самых различных областях науки, техники, образования. Характерная особенность пакета – все величины рассматриваются как прямоугольные числовые массивы (скаляры, векторы, матрицы), возможно с комплексными элементами, для которых не требуется указывать размерность явно. Символьные вычисления также возможны в рамках этого пакета благодаря интерфейсу с популярным пакетом символьной математики Maple.
Система MATLAB активно используется в учебной и научноисследовательской работе многих высших учебных заведений, а ее изучение включено в учебные планы большого числа ведущих университетов мира. Система широко применяется также в научноисследовательских, конструкторских и проектных организациях, на крупных предприятиях и других хозяйственных объектах.
Кэтой же группе ППП можно, по-видимому, отнести проблемно-
ипредметно-ориентированные экспертные системы – одно из наиболее перспективных направлений в области искусственного интеллекта, а также ряд других ППП достаточно широкого применения.
И, наконец, последний уровень ППП составляют узкоспециализированные пакеты, не имеющие массового спроса, рассчитанные на решение частных, но часто весьма важных задач в различных областях науки и техники. К таким пакетам можно отнести ряд программных комплексов по проектированию различных электрофизических установок, установок ядерно-физического комплекса и др.
280