Методичка. Учебное пособие В. М. Лопатин издание второе, стереотипное 1 17
 Скачать 4.33 Mb.
|
|
Программное обеспечение компьютера Программные средства,илипрограммное обеспечение,являются неотъемлемой частью компьютера, это логическое продолжение технического устройства, с помощью которого расширяются возможности и сферы использо- вания компьютера. Для функционирования компьютера используется комплекс программного обеспечения (ПО), который делится на 3 крупные категории: системное ПО, си- стемы программирования, прикладное ПО (рис. 24). Рис. 24. Структура программного обеспечения компьютера Каждая категория программного обеспечения предназначена для выполнения специализированного набора функций. 1. Системное программное обеспечениевключает комплекс программ, не- обходимый для создания операционной среды функционирования других про- грамм, обеспечения безопасной и надежной работы компьютера, проведения ди- агностики и профилактики аппаратуры и др. 2. Системыпрограммирования,илиинструментальные системы, объединяют все средства, необходимые для производства программ и формиро- вания их в машинном коде. 3. Прикладноепрограммное обеспечениевключает множество программ- ных продуктов, каждый из которыхпредназначен для выполнения конкретных работ кругом пользователей, объединенных по профессиональному признаку. Системное программное обеспечение Программные продукты, которые относятся к категории системного ПО, ори- ентированы на квалифицированных компьютерных пользователей. Системным ПО пользуются системные программисты или администраторы сети. Основное назначение системного ПО – обеспечение эффективной работы аппаратного комплекса. СистемноеПО – это комплекс программ, предназначенный для управления микропроцессором и устройствами, обеспечивающими его функционирование, 2 / 17 71 а также для организации взаимодействия между аппаратными и программными средствами компьютера. Системное ПО принято делить на базовое и сервисное. Базовое системное ПОвключает минимальный набор программных средств, обеспечивающих работу компьютера, в том числе: − операционные системы (основная и наиболее важная составляющая); − драйверы в составе операционной системы; − интерфейсные оболочки, обеспечивающие взаимодействие пользова- теля с операционной системой; − системы управления файлами. Сервисное системное ПО объединяет программы, которые расширяют воз- можности базового программного обеспечения. Программы сервисного ПО ча- сто называют утилитами, или служебными программами. Основное назначение служебных программ – организация более удобной среды для работы пользова- теля. Ниже приведены примеры некоторых сервисных программ. 1. Программы-упаковщики осуществляют архивирование и разархивиро- вание файлов с целью экономии памяти компьютера. 2. Программы создания резервных копий отвечают за копирование дан- ных с одного носителя на другой. 3. Коммуникационные программы обеспечивают обмен данными между сетевыми компьютерами. 4. Программы диагностики осуществляют проверку конфигурации, объема памяти, работоспособности дисков и т. п. 5. Программы оптимизации дисков производят оптимальное распределе- ние файлов на диске в целях рационального использования дискового простран- ства и ускорения доступа. Операционные системы Операционная система (ОС) устанавливается на внешнем носителе компью- тера, при включении загружается в оперативную память и выполняет огромный незаметный для пользователя объем работы. Если условно принять все про- граммное обеспечение компьютера за айсберг, то операционную систему можно сравнить с подводной частью айсберга. Операционная система – комплекс взаимосвязанных программ, предна- значенных для тестирования и управления ресурсами компьютера, а также для организации процесса взаимодействия пользователя с программным и аппарат- ным обеспечением (организации пользовательского интерфейса). Любая ОС опирается на базовую систему ввода-вывода (BIOS) и одно- временно служит опорой для прикладных программных продуктов. ОС взаимодействует с пользователем в диалоговом режиме. Диалоговый ре- жим основан на исполнении команд, которые подает пользователь. Операцион- ная система способна отреагировать на команду пользователя, прервать теку- щую работу и переключиться на другой режим работы. Динамичное переключе- ние между режимами обеспечивает гибкий порядок работы. 3 / 17 72 Основные операции, которые выполняет ОС: − организация и поддержка интерфейса пользователя; − загрузка программ в оперативную память и контроль за порядком их вы- полнения; − поиск данных на внутренних и внешних носителях; − реализация штатных и нештатных ситуаций, например контроль процесса окончания работ или восстановление данных в случае ошибочных действий пользователя; − выполнение функций, обеспеченных сервисными программами, в том числе копирование, архивирование и многое другое. Различают текстово-символьные и графические операционные системы. Текстово-символьные системы(неграфические)основаны на ручном вводе командной строки в текстовом режиме. Система построена таким образом, что после ввода командной строки и нажатия клавиши Enter начинается испол- нение команды. Этот вид интерфейса использован в семействе операционных си- стем MS-DOS. Графическиесистемы в дополнение к клавиатуре в качестве управляющего устройства имеют манипулятор мышь. Указатель мыши является активным элементом, с помощью которого осу- ществляется управление компьютером. Этот вид интерфейса реализован для се- мейства операционных систем типа Windows и используется во всех современ- ных системах. В структуре ОС можно выделить следующие основные компоненты. 1. Ядро– группа основных системных программ, которая управляет аппа- ратными средствами компьютера и ходом выполнения программ. В состав ядра входят основные программные средства: − модуль управления системой прерываний; − средства управления оперативной памяти; − средства кэширования дисков; − средства резервного копирования. 2. Системауправленияфайлами – программа, которая обеспечивает раз- мещение сохраняемых данных на запоминающих устройствах и организацию удобного доступа к созданным файлам. 3. Интерфейсная оболочка ОС – программа, которая организует удобное взаимодействие пользователя с компьютером. 4. Служебныепрограммы – программы, входящие в состав ОС, такие как программы-драйверы, управляющие внешними устройствами; при функциони- ровании компьютера эти программы постоянно находятся в оперативной памяти. Начало развитию операционных систем было положено в 80-х гг. прошлого века. В первых компьютерах операционная система отсутствовала, и управление осуществлялось на основе простейших языков программирования, которые со- держались в ПЗУ, позволяли загружать программы и управлять программой с клавиатуры. 4 / 17 73 В начале 1980-х гг. с появлением магнитных дисков была написана первая программа, в которой каждому названию файла присваивались определенные номера секторов. Так появиласьдисковая операционная система– DOS. Далее дисковой системе поручили решать более сложные задачи, например записы- вать, копировать и удалять файлы, исключать повторяющиеся названия и т. п. В связи с необходимостью структурирования возрастающего объема данных по- явились каталоги файлов, для которых потребовалось создать систему управле- ния файлами. Фирма Microsoft (США) с 1981 по 1995 г., постепенно усложняя, выпустила несколько версий дисковой операционной системы, начиная с MS-DOS 1.0 и за- вершая версией MS-DOS 6.22.Дальнейшее развитие дисковых операционных систем сдерживалось существенными недостатками этих систем: − системы были построены на текстово-символьном интерфейсе (набор ко- манд с клавиатуры); − на изучение последних версий ОС и решение компьютерных задач требо- валось много времени. Для устранения недостатков ОС была создана программа-оболочка – специ- альная надстройка операционной системы, которая предназначена для упроще- ния работы пользователя. Упрощение заключалось в выборе команд или файлов из имеющегося списка вместо набора символов с клавиатуры. Самая известная программа-оболочка – Norton Commander, которая наглядно показывает всю файловую структуру, позволяет не запоминать команды, а работать с ними через строку меню. Несмотря на появление более совершенных программ, Norton Commander до настоящего времени используется на многих компьютерах. На смену текстовой программе-оболочке типа Norton Commander пришла графическаяоболочка операционной системы. Фирмой Microsoftсначала была создана графическая оболочка в системе Windows 1.0, затем появились ее версии с номерами 2.0; 3.0; 3.1; 3.11. Оболочка Windows, которую назвали средой, рабо- тала под управлением системы MS-DOS и не являлась самостоятельной опера- ционной системой. Среда Windows изначально отличалась следующими признаками: − графический интерфейс; − многозадачность; − единый программный интерфейс; − единый интерфейс пользователя; − единый аппаратно-программный интерфейс. Распространение графических принципов построения программ на всю опе- рационную систему в целом привело к созданиюграфической операционной си- стемы. Лидером в разработке графических систем признана фирма Microsoft, ко- торая с начала 1990-х гг. создала целый ряд ОС, среди которых можно выделить наиболее известные версии (табл. 27). 5 / 17 74 Таблица 27 Версии операционной системы Windows Наименование Основное назначение Windows NT первая графическая система начала 1990-х гг., которая дала начало большому семейству операционных систем Windows 95 широко распространенная версия 1990-х гг., отличается ря- дом удачных решений Windows 98 доработанная и усовершенствованная 95-я версия Windows 2000 система с широкой областью применения в серверном и кли- ентском исполнении, для корпоративного клиента Windows ХР наиболее распространенная версия для настольных компью- теров с 2002 г. Windows 7 популярная среди пользователей система, выпущенная на рынок в 2009 г. Windows 8 внедряется с 2012 г., включает возможности работы с сен- сорными экранами, имеет плиточный интерфейс Windows 10 внедряется с 2015 г. в качестве единой системы для персо- нальных компьютеров, планшетов и смартфонов Все версии операционных систем фирмы Microsoft относятся к категории ли- цензионных и продаются на рынке программных продуктов по коммерческим ценам. Операционные системы Windows и Linux Среди графических операционных систем самыми распространенными для офисных и домашних компьютеров являются операционные системы Windows фирмы Microsoft. К достоинствам ОС Windows относятся, в частности: − распространенность и доступность; − широкие функциональные возможности; − наличие большого количества приложений и дополнений. Наряду с достоинствами ОС Windows имеет ряд недостатков, к числу кото- рых относятся: − высокая коммерческая цена; − закрытый исходный код программы; − низкий уровень защиты от вирусов; − возможность зависания программ и замедления в работе; − высокие требования к аппаратной части компьютера. Альтернативой ОС Windows выступает распространяемая бесплатно опера- ционная системаLinux. Автором исходного варианта ОС Linux является Линус Торвальдс (Финляндия), который опубликовал основные принципы построения своей системы в сети Интернет. После публикации к развитию системы подклю- 6 / 17 75 чилось большое число заинтересованных разработчиков и пользователей. Кол- лективные усилия независимых разработчиков превратили ОС Linux в современ- ную, устойчивую и быстроразвивающуюся систему, которая имеет статус сво- бодного ПО и распространяется бесплатно. ОС Linux отличается рядом преиму- ществ: − обладает многими возможностями, которые присущи современным пол- нофункциональным операционным системам; − предоставляет пользователю исходные тексты программ; − имеет высокое быстродействие и надежность; − практически не поддается вирусному заражению; − имеет хорошую учебную документацию. Основным недостатком ОС Linux является некоторое отставание от полно- ценных операционных систем в части функциональных возможностей. Несмотря на имеющиеся недостатки, число пользователей ОС Linux быстро увеличива- ется. В нашей стране решение об использовании свободного программного обес- печения принято на уровне правительства. В декабре 2010 г. подписано Распоря- жение Правительства РФ о переходе государственных бюджетных организаций, а также органов федеральной исполнительной власти на свободное программное обеспечение. Переход заключается в постепенной замене имеющегося про- граммного обеспечения с закрытым исходным кодом на свободные аналоги с це- лью повышения безопасности и снижения зависимости от производителя-разра- ботчика. Системы управления файлами Система управления файлами входит в состав ОС и обеспечивает размещение сохраняемых данных на внешних носителях. Система построена в форме таб- лицы, в которую заносятся имя файла и место его размещения. Для обозначения места память накопителя разбивается на сектора, каждый сектор нумеруется, группа секторов объединяется в кластер, размер которого строго не фиксирован. Каждый кластер получает свой адрес, который используется при обращении к данным. Данные, содержащие имя файла и адреса кластеров, на которых разме- щается файл, собираются в таблицах файловой структуры. Для операционных систем типа MS-DOS таблица размещения файлов состоит из 16-разрядных полей и называется FAT16. Длина кластера в этой системе обычно составляет 64 сектора, или 32 Кбайт. Основные недостатки системы FAT16 – нерациональный расход дискового пространства и невозможность ра- боты с большими объемами данных. Для операционных систем типа Windows таблица размещения файлов была заменена на 32-разрядную и получила название FAT32. Длина кластера в этой системе сократилась до 8 секторов или 4 Кбайт, что позволяло более рацио- нально использовать дисковое пространство. При переходе на операционную систему Windows NT файловая система FAT32 была заменена на 64-разрядную систему NTFS. В новой системе появи- 7 / 17 76 лась служебная информация, которая собрана в главной таблице файлов, а раз- мер кластера по умолчанию составляет от 512 байт до 64 Кбайт. Система NTFS предоставляет пользователю возможности по поиску, созданию, копированию, перемещению, переименованию и удалению файлов и папок, содержащих группы файлов. Поиск одного файла осуществляется по его имени, для поиска и выделения группы файлов, имеющих общие фрагменты в наименовании, используется маска имени. В маске указываются символы, которые присутствуют во всех фай- лах группы, а для обозначения оставшейся части используют специальные сим- волы: − символ * предназначен для обозначения любого количества символов, в том числе нулевого; − символ ? предназначен для обозначения единственного символа. Использование маски позволяет выделять однотипные группы файлов: − маска *.txt выделит все файлы с расширением .txt; − маска ???.* определит все файлы, имена которых состоят из трех символов. Создание файлов сопровождается обязательным присвоением собственного имени. Имя файла может содержать до 260 латинских или русских символов и состоит из двух частей, разделенных точкой. Первая часть имени присваивается пользователем и несет, как правило, смысловую нагрузку. Вторая часть называ- ется расширением, состоит из 3–4 символов и указывает на принадлежность файла к определенной программе. Расширение имени файла приписывается си- стемой автоматически. Кроме расширения система фиксирует некоторые свой- ства файлов, такие как место расположения на диске, объем файла в байтах, дату и время создания файла. В дополнение к основным свойствам система управления файлами сохраняет атрибуты файла или его дополнительные параметры. Атрибуты файла отра- жают особенности его использования. 1. Только для чтения. Атрибут означает, что файл не предназначен для внесения изменений. 2. Скрытый. Операционная система не отображает на экране файлы с дан- ным атрибутом. 3. Системный. Операционная система не может изменить файлы с данным атрибутом. Система управления файлами предоставляет также возможности по удале- нию файлов, различают три режима удаления данных. 1. Удаление файла. В этом режиме файл перемещается в папку Корзина, но на уровне физической файловой структуры не происходит изменение, меняется только путь к файлу (через папку Корзина). 2. Уничтожениефайла. Выполняется при очистке Корзины. В таблице фай- лов помечается как удаленный, но физически остается на прежнем месте. При этом в свободные кластеры можно записать новый файл. 3. Стираниефайла. Выполняется специальными программами путем зане- сения в свободные кластеры новых данных. 8 / 17 77 Служебные программы и стандартные приложения ОС В состав современной операционной системы включаются служебные про- граммы, которые выполняют важные и полезные функции. Проверка дисковиспользуется дляустранения двух видов ошибок. 1. Логические ошибки, которые выражаются в нарушениях файловой структуры и устраняются средствами операционной системы. 2. Физические ошибки, которые заключаются в физическом повреждении носителя, например ферромагнитного слоя диска, в определенных секторах. По- врежденные сектора операционная система исключает из активной работы. Управление оперативной памятьюиспользуется в случае, когдаемкости оперативной памяти не хватает для работы некоторой программы. Для расшире- ния памяти операционная система создает на жестком диске дополнительную виртуальную память, которая реализуется в виде файла подкачки, и организует обмен данными между оперативной памятью и файлом подкачки. В конечном итоге это расширяет возможности и повышает производительность системы. Размером файла подкачки можно управлять. Кэширование дисковобеспечивает сохранение части использованных дан- ных в блоке сверхоперативной кэш-памяти и выдачу сохраненных данных про- цессору при повторном обращении. Обращение к сверхоперативной памяти по- вышает быстродействие системы. Кроме перечисленных функций служебные программы современной опера- ционной системы обеспечивают широкий спектр дополнительных возможно- стей, в частности: − резервное копирование; − поддержку функционирования локальной сети; − обеспечение доступа к службам сети Интернет; − возможность создания сервера сети Интернет; − защиту данных от несанкционированного доступа; − возможность работы различных пользователей на одном компьютере; − поддержку функционирования мобильных устройств и др. Современная операционная система содержит также определенный набор прикладных программ для решения простейших задач, которые не требуют при- влечения мощных программных средств. Простые прикладные программы в составе операционной системы называют стандартными приложениями. В силу относительной простоты эти про- граммы принято использовать в качестве учебных, поскольку знание приемов работы со стандартными приложениями способствует освоению специализиро- ванных программных средств. В операционную систему Windows включены сле- дующие стандартные приложения. Калькулятор– компьютерная версия обычного карманного или настоль- ного электронного калькулятора. Отличительная черта этой программы – воз- можность безбумажной технологии выполнения расчетов за счет выведения на экран неограниченного количества калькуляторов (для параллельного выполне- ния расчетов или хранения промежуточных результатов вычислений). Наряду 9 / 17 78 с простыми вычислениями с помощью калькулятора можно выполнять более сложные расчеты, в том числе: − вычисление основных и обратных алгебраических, тригонометрических и гиперболических функций; − проведение статистических расчетов; − вычисления в двоичной, восьмеричной, десятичной, шестнадцатеричной системах счисления; − выполнение логических операций и др. Блокнот– простейший текстовый редактор, предназначенный для создания и редактирования текстовых файлов с расширением .txt, которые не требуют форматирования и не превышают по объему 64 КБайт. Блокнот удобно исполь- зовать для ведения коротких записей или пометок, редактирования командных файлов, создания web-страниц. Paint– средство для рисования или однооконный редактор растровой гра- фики. Программа предназначена для создания и редактирования графических файлов различной сложности с расширением .bmp, .jpg, .gif.Paint можно исполь- зовать для создания цветных и черно-белых рисунков, схем, чертежей, диаграмм, надписей, изображений, используемых в качестве фона рабочего стола, а также для просмотра и правки отсканированных изображений и объектов, созданных в других приложениях. WordPad– базовый однооконный текстовый редактор, позволяющий управ- лять содержимым документа (создавать, редактировать), а также проводить про- стейшие операции форматирования, связывания и внедрения данных из других документов. WordPad поддерживает форматы rtf, doc, txt. WordPad можно ис- пользовать для создания и редактирования простых текстовых документов, со- здания и редактирования документов большого объема со сложным форматиро- ванием и рисунками, обмена данными между приложениями и т. д. Проводник– служебная программа с графическим интерфейсом для до- ступа к файловой структуре в операционной системе Windows, используется для навигации по файловой структуре компьютера и проведения операций с фай- лами. Проводник удобно использовать для просмотра иерархической структуры файлов, перемещения файлов по папкам, копирования и перемещения файлов и папок между разными накопителями. 10 / 17 |