Учебный материал / Кафедра экономики и менеджмента / КИТ. Курс лекций. Л.Г.Шипулина

для доступа к программам, командам и операндам используются их адреса, в

качестве которых выступают номера ячеек памяти компьютера, предназначенных для

хранения объектов;

команды программы расположены в памяти друг за другом, что позволяет микропроцессору организовывать выборку цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти и выполнять команду за командой.

для перехода к выполнению не следующей по порядку команды, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды «стоп». Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.

Обычно программы хранятся во внешней памяти ПЭВМ и для выполнения передаются в оперативную память. Некоторые программы постоянно размещаются в памяти (ядро операционной системы, архиватор Zip Magic, монитор антивирусной программы Касперский АнтиВирус и др.) и называются резидентными, а другие – загружаются только на время выполнения, а затем удаляются из памяти, и называются транзитными.

Часть машинных программ, обеспечивающих автоматическое управление вычислениями и используемых наиболее часто, может размещаться в постоянном запоминающем устройстве – реализовываться аппаратно. Программы, записанные в ПЗУ, составляют базовую систему ввода/вывода (BIOS), которая является промежуточным звеном между программным обеспечением компьютера и его электронными компонентами. Ее компоненты обеспечивают выполнение всех операций ввода/вывода в соответствии со специфическими особенностями работы каждого из периферийных устройств данного компьютера (драйверы стандартных устройств), тестируют работу памяти и устройств компьютера при включении электропитания (тест), а также выполняют загрузку операционной системы.

Вопрос 2. Классификация программного обеспечения ПК

Программное обеспечение (англ. software) – это совокупность программ, обеспечивающих функционирование компьютеров и решение с их помощью задач предметных областей. Программное обеспечение (ПО) представляет собой неотъемлемую часть компьютерной системы, является логическим продолжением технических средств и определяет сферу применения компьютера.

ПО современных компьютеров включает множество разнообразных программ, которое можно условно разделить на три группы (рис. 3.1):

31

1.Системное программное обеспечение (системные программы);

2.Прикладное программное обеспечение (прикладные программы);

3.Инструментальное обеспечение (инструментальные системы).

32

Системное программное обеспечение (СПО) – это программы, управляющие работой компьютера и выполняющие различные вспомогательные функции, например, управление ресурсами компьютера, создание копий информации, проверка работоспособности устройств компьютера, выдача справочной информации о компьютере и др. Они предназначены для всех категорий пользователей, используются для эффективной работы компьютера и пользователя, а также эффективного выполнения прикладных программ.

Центральное место среди системных программ занимают операционные системы (англ. operating systems). Операционная система (ОС) – это комплекс программ, предназначенных для управления загрузкой, запуском и выполнением других пользовательских программ, а также для планирования и управления вычислительными ресурсами ЭВМ, т.е. управления работой ПЭВМ с момента включения до момента выключения питания. Она загружается автоматически при включении компьютера, ведет диалог с пользователем, осуществляет управление компьютером, его ресурсами (оперативной памятью, дисковым пространством и т.д.), запускает другие программы на выполнение и обеспечивает пользователю и программам удобный способ общения – интерфейс – с устройствами компьютера. Другими словами, операционная система обеспечивает функционирование и взаимосвязь всех компонентов компьютера, а также предоставляет пользователю доступ к его аппаратным возможностям.

ОС определяет производительность системы, степень защиты данных, выбор программ, с которыми можно работать на компьютере, требования к аппаратным средствам. Примерами ОС являются MS DOS, OS/2, Unix, Windows 9х, Windows XP.

Сервисные системы расширяют возможности ОС по обслуживанию системы, обеспечивают удобство работы пользователя. К этой категории относят системы технического обслуживания, программные оболочки и среды ОС, а также служебные программы.

Системы технического обслуживания – это совокупность программно-аппаратных средств ПК, которые выполняют контроль, тестирование и диагностику и используются для проверки функционирования устройств компьютера и обнаружения неисправностей в процессе работы компьютера. Они являются инструментом специалистов по эксплуатации и ремонту технических средств компьютера.

Для организации более удобного и наглядного интерфейса пользователя с компьютером используются программные оболочки операционных систем – программы, которые позволяют пользователю отличными от предоставляемых ОС средствами (более понятными и эффективными) осуществлять действия по управлению ресурсами компьютера. К числу наиболее популярных оболочек относятся пакеты Norton Commander (Symantec), FAR (File and Archive manageR) (Е.Рошаль).

Служебные программы (утилиты, лат. utilitas – польза) – это вспомогательные программы, предоставляющие пользователю ряд дополнительных услуг по реализации часто выполняемых работ или же повышающие удобство и комфортность работы. К ним относятся:

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

33

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

программы оптимизации и контроля качества дискового пространства;

программы восстановления информации, форматирования, защиты данных;

программы для записи компакт-дисков;

драйверы3[1] – программы, расширяющие возможности операционной системы по управлению устройствами ввода/вывода, оперативной памятью и т.д. При подключении к компьютеру новых устройств необходимо установить соответствующие драйверы;

коммуникационные программы, организующие обмен информацией между компьютерами и др.

Некоторые утилиты входят в состав операционной системы, а некоторые поставляются на рынок как самостоятельные программные продукты, например, многофункциональный пакет сервисных утилит Norton Utilities (Symantec).

Прикладное программное обеспечение (ППО) предназначено для решения задач пользователя. В его состав входят прикладные программы пользователей и пакеты прикладных программ (ППП) различного назначения.

Прикладная программа пользователя – это любая программа, способствующая решению какой-либо задачи в пределах данной проблемной области. Прикладные программы могут использоваться либо автономно, либо в составе программных комплексов или пакетов.

Пакеты прикладных программ (ППП) – это специальным образом организованные программные комплексы, рассчитанные на общее применение в определенной проблемной области и дополненные соответствующей технической документацией. Различают следующие типы ППП:

ППП общего назначения – универсальные программные продукты, предназначенные для автоматизации широкого класса задач пользователя. К ним относятся:

Текстовые редакторы (например, MS Word, Word Perfect, Лексикон);

Табличные процессоры (например, MS Excel, Lotus 1-2-3, Quattro Pro);

Системы динамических презентаций (например, MS Power Point, Freelance Graphics, Harvard Graphics);

3[1] Драйверы – специальные программы, которые управляют работой периферийных устройств. Обычно драйверы для различных ОС поставляются вместе с новыми устройствами.

34

Системы управления базами данных (например, MS Access, Oracle, MS SQL Server, Informix);

Графические редакторы (например, Сorel Draw, Adobe Photoshop);

Издательские системы (например, Page Maker, Venture Publisher);

Системы автоматизации проектирования (например, BPWin, ERWin);

Электронные словари и системы перевода (например, Prompt, Сократ, Лингво,

Контекст);

Системы распознавания текста (например, Fine Reader, Cunei Form).

Системы общего назначения часто интегрируются в многокомпонентные пакеты для автоматизации офисной деятельности – офисные пакеты – Microsoft Office, StarOffice и др.

методо-ориентированные ППП, в основе которых лежит реализация математических методов решения задач. К ним относятся, например, системы математической обработки данных (Mathematica, MathCad, Maple), системы статистической обработки данных (Statistica, Stat).;

проблемно-ориентированные ППП предназначены для решения определенной задачи в конкретной предметной области. Например, информационно-правовые системы ЮрЭксперт, ЮрИнформ; пакеты бухгалтерского учета и контроля 1С: Бухгалтерия, Галактика, Анжелика; в области маркетинга –Касатка, Marketing Expert; банковская система СТБанк;

интегрированные ППП представляют собой набор нескольких программных продуктов, объединенных в единый инструмент. Наиболее развитые из них включают в себя текстовый редактор, персональный менеджер (органайзер), электронную таблицу, систему управления базами данных, средства поддержки электронной почты, программу создания презентационной графики. Результаты, полученные отдельными подпрограммами, могут быть объединены в окончательный документ, содержащий табличный, графический и текстовый материал. К ним относят, например, MS Works. Интегрированные пакеты, как правило, содержат некоторое ядро, обеспечивающее возможность тесного взаимодействия между составляющими.

Обычно пакеты прикладных программ имеют средства настройки, что позволяет при эксплуатации адаптировать их к специфике предметной области.

К инструментальному программному обеспечению относят: системы программирования

– для разработки новых программ, например, Паскаль, Бейсик. Обычно они включают: редактор текстов, обеспечивающий создание и редактирование программ на исходном языке программирования (исходных программ), транслятор, а также библиотеки подпрограмм; инструментальные среды для разработки приложений, например, C++, Delphi, Visual Basic, Java, которые включают средства визуального программирования;

35

системы моделирования, например, система имитационного моделирования MatLab, системы моделирования бизнес-процессов BpWin и баз данных ErWin и другие.

Транслятор (англ. translator – переводчик) – это программа-переводчик, которая преобразует программу с языка высокого уровня в программу, состоящую из машинных команд. Трансляторы реализуются в виде компиляторов или интерпретаторов, которые существенно различаются по принципам работы.

Компилятор (англ. compiler – составитель, собиратель) читает всю программу целиком, делает ее перевод и создает законченный вариант программы на машинном языке, который затем и выполняется. После компилирования получается исполняемая программа, при выполнении которой не нужна ни исходная программа, ни компилятор.

Интерпретатор (англ. interpreter – истолкователь, устный переводчик) переводит и выполняет программу строка за строкой. Программа, обрабатываемая интерпретатором, должна заново переводиться на машинный язык при каждом очередном ее запуске.

Откомпилированные программы работают быстрее, но интерпретируемые проще исправлять и изменять.

Вопрос 3. Операционные системы

Операционная система является связующим звеном, с одной стороны, между аппаратурой компьютера и выполняемыми программами, с другой стороны, между аппаратурой компьютера и пользователем.

Операционную систему можно назвать программным продолжением устройства управления компьютера. Образуя прослойку между пользователем и аппаратурой, она скрывает от него сложные и ненужные подробности функционирования компьютера и освобождает от трудоемкой работы по организации вычислительного процесса.

В функции операционной системы входит:

поддержка диалога с пользователем;

ввод-вывод и управление данными;

планирование и организация процесса обработки программ;

распределение ресурсов (оперативной и кэш памяти, процессора, внешних устройств);

запуск программ на выполнение;

36

выполнение вспомогательных операций обслуживания;

передача информации между различными внутренними устройствами;

поддержка работы периферийных устройств (дисплея, клавиатуры, накопителей на гибких и жестких дисках, принтера и др.).

В соответствии с выполняемыми функциями в структуре ОС можно выделить следующие основные компоненты:

модули, обеспечивающие пользовательский интерфейс;

модуль, управляющий файловой системой;

модуль, расшифровывающий и выполняющий команды (командный процессор);

драйверы периферийных устройств.

Операционная система хранится во внешней памяти компьютера. При включении компьютера часть ее (ядро) считывается с винчестера и размещается в ОЗУ. Этот процесс называется загрузкой операционной системы. При работе ядро постоянно находится в ОЗУ (резидентная часть ОС), а остальные модули операционной системы для выполнения своих функций подзагружаются по мере необходимости, а затем на их место загружаются следующие модули (транзитная часть ОС).

3.3.1. Виды операционных систем

Операционные системы можно классифицировать по различным признакам: числу решаемых задач, одновременно работающих пользователей, количеству поддерживаемых процессоров, по поддержке сетевой работы, базовому общению пользователя с системой, типу аппаратной платформы, числу разрядов адресной шины и др.

П о ч и с л у п а р а л л е л ь н о р е ш а е м ы х н а к о м п ь ю т е р е з а д а ч ОС разделяют на:

однозадачные (например, MS DOS);

многозадачные (например, OS/2, UNIX, Windows 95 и выше).

В настоящее время на смену однозадачным ОС пришли многозадачные, которые обеспечивают одновременное решение нескольких задач и управляют распределением совместно используемых ими ресурсов (процессор, оперативная память, файлы и внешние устройства).

П о ч и с л у о д н о в р е м е н н о р а б о т а ю щ и х п о л ь з о в а т е л е й :

однопользовательские (например, MS DOS, Windows 3.х);

37

многопользовательские (например, Unix, Linux, Windows 2000).

Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других.

Каждая операционная система имеет свои средства для выполнения пользователем тех или иных действий (запуск прикладной программы, копирование файла, форматирование внешнего устройства и т.д.). Поэтому в качестве признака классификации можно назвать пользовательский интерфейс с ОС. Различают ОС, обеспечивающие взаимодействие с пользователем посредством:

командного интерфейса (например, MS DOS);

графического интерфейса (например,Windows).

На характеристики операционных систем, как правило, влияет специфика аппаратных средств, на которые она ориентирована. По типу аппаратуры различают операционные системы для персональных компьютеров различных платформ (IBM-совместимых, Apple Macintosh), мини-компьютеров, мэйнфреймов, кластеров и сетей ЭВМ. Среди этих типов компьютеров могут встречаться как однопроцессорные варианты, так и многопроцессорные.

По числу разрядов адресной шины компьютеров, на которые ориентирована ОС, операционные системы разделяют на 16-ти (MS DOS), 32-х (Windows 2000) и 64-разрядные

(Windows 2003).

На рынке операционных систем представлены разработки различных фирм, которые различаются ориентацией на аппаратные средства, решение определенного круга задач, потребности потребителя и пр. Можно выделить операционные системы, обладающие определенными общими чертами: один производитель, единый подход к организации и функционированию и пр., что позволяет классифицировать их по семействам и линейкам. Например, можно выделить такие семейства как Windows (Microsoft), Unix (различные разработчики), Solaris (Sun Microsystems) и другие. В семействе Windows принято различать линейку Windows 9.х (Windows 95, 98, Мillenium) и Windows NT (Windows 2000, XP, 2003).

3.3.2. Файловая система. Организация данных на магнитных носителях

Ядром операционной системы является модуль, который обеспечивает управление файлами –

файловая система.

Основная задача файловой системы – обеспечение взаимодействия программ и физических устройств ввода/вывода (накопителей на жестких дисках, магнитных лентах и т.д.). Она также определяет структуру хранения файлов и каталогов на диске, правила задания имен файлов, допустимые атрибуты файлов, права доступа и др. Обычно файловую систему воспринимают и как средство управления файлами и как общее хранилище файлов.

Функциональные возможности файловой системы можно условно разделить на группы:

38

1)функции для работы с файлами: создание, удаление, переименование, изменение атрибутов (свойств файлов), определение структуры файлов;

2)функции для работы с данными: чтение, запись, поиск данных, хранящихся в файлах и т.п.;

3)оптимизация операций ввода/вывода.

Файл – это поименованная последовательность любых данных, стандартная структура которой обеспечивает ее размещение в памяти машины, представляющая собой наименьшую единицу хранения информации. Файл может содержать программу, числовые данные, текст, закодированное изображение и др. В каком-то смысле файл является синонимом понятия

документа.

Основным атрибутом файла является его имя. Имя файла – это символьная строка, правила построения которой зависят от конкретной файловой системы. Например, в файловой системе FAT, используемой в MS DOS, длина имени файла не может превышать 11 символов4[1], три из которых предназначены для расширения5[2]. Расширение отделяется от имени точкой. Расширение имени файла является необязательным атрибутом и, как правило, информирует о типе данных, хранимых в файле, поэтому его иногда называют типом файла. Например, bat, com, exe – исполняемые файлы, для их выполнения можно указать только имя. Именно эти файлы могут быть «стартовыми» файлами компьютерных игр, текстовых редакторов и т.п.; txt – текстовые файлы.

Помимо имени атрибутами файла являются: текущий размер и максимальный размер файла; длина записи; время создания, последнего доступа и последнего изменения; владелец файла; создатель файла; пароль для доступа, признак «только чтение» и др.

Файловая система, с одной стороны, – это часть ОС, предназначенная для организации работы с хранящимися на диске данными и обеспечения совместного использования файлов несколькими пользователями и процессами, с другой стороны, – сами файлы, хранящиеся на устройствах ввода/вывода. Драйвер файловой системы обеспечивает доступ к информации, записанной на магнитный диск, по имени файла и распределяет пространство на магнитном диске между файлами.

Выделяют различные типы файловых систем, например, FAT, NTFS, CDFS.

1) Файловая система FAT (File Allocation Table) разрабатывалась для гибких дисков, и представляет собой таблицу размещения файлов MS DOS и Windows 9x. Существует несколько ее разновидностей FAT12, FAT16, FAT32. Система имеет низкую отказоустойчивость, и при отключении питания велика вероятность потери данных. Ее преимуществом является поддержка большинством ОС.

4[1] Здесь символы – это буквы латинского алфавита, цифры, специальные символы: _, $, #,

@, |, %, (, ), {, }, ", ~, ^.

5[2] Такую систему иногда обозначают 8+3.

39

2)NTFS (New Technology File System), разработанная Microsoft специально для Windows NT,

поддерживает длинные имена файлов (до 255 символов); гарантирует сохранность данных в случае копирования даже при программно-аппаратном сбое или отключении электропитания; превосходит FAT по скорости работы и по эффективности использования ресурсов; обеспечивает построение компьютерных систем от рабочей станции до сервера класса мэйнфреймов; предоставляет средства для разграничения доступа и защиты информации. NTFS в именах использует набор символов Unicode6[3], автоматически для каждого файла генерирует поддерживаемое MS DOS имя (восемь плюс три символа), что дает возможность работать операционным системам MS DOS и OS/2 с файлами NTFS через сеть. Это особенно важно для файловых серверов сети, к которой подключены персональные компьютеры с этими операционными системами.

3)CDFS (Compact Disk File System) – специальную файловую систему для CD-ROM.

Физическая организация данных на носителе зависит от файловой системы. В качестве примера рассмотрим файловую систему FAT. Она предусматривает выделение в процессе форматирования диска специальных областей: системной и данных. Основными компонентами системной области являются: загрузочная запись; таблицы размещения файлов (FAT) (обычно их две – основная и копия) и корневой каталог. Область данных содержит файлы и подкаталоги.

Вся область данных диска делится на кластеры (англ. cluster), которые представляют собой неделимые блоки данных одного размера на диске. Все кластеры пронумерованы. В самом начале диска размещается таблица FAT, содержащая столько записей, сколько кластеров доступно на диске. В ней отмечены используемые кластеры, неиспользуемые, содержащие нулевую информацию, а также поврежденные кластеры, которые помечаются определенным значением, после чего они уже никогда не употребляются.

Таблица FAT содержит сведения о номерах кластеров, в которых размещается файл. Наличие у каждого кластера индивидуального номера позволяет найти область расположения файла, причем необязательно, чтобы его кластеры располагались рядом. Если разные фрагменты файла располагаются в несмежных кластерах, то говорят о фрагментации файла. Каждый кластер файла содержит номер следующего в цепочке его кластеров. Таким образом, достаточно знать номер первого кластера в цепочке, который хранится в оглавлении диска, чтобы по таблице FAT определить номера всех кластеров, содержащих данный файл. Занимаемый файлом объем (<количество кластеров файла> * <размер кластера>) кратен количеству кластеров.

Каждый диск на компьютере имеет уникальное имя. Диски именуются буквами латинского алфавита. Обычно накопителям на гибких магнитных дисках (НГМД) присваиваются имена А: и В:, а винчестеру (НЖМД) – С:. Жесткий диск представляет собой физическое устройство. Для организации эффективной работы с дисковым пространством жесткого

6[3] Unicode– международный стандарт представления многоязычного текста, который требует, чтобы каждый символ кодировался двумя байтами, чего достаточно для размещения почти всех символов, используемых в большинстве известных видов письменности. Для обозначения символов Unicode принято использовать шестнадцатеричные номера от 0000 до FFFF.

40