Урок 8_09

Под программным обеспечением (ПО) понимается совокупность программных и документальных средств для создания и эксплуатации систем обработки данных средствами вычислительной техники. В самом общем плане программное обеспечение для вычислительной техники может быть разделено (в зависимости от назначения) на системное, инструментальное и прикладное (как и всякая классификация данное деление условно).

Программное обеспечение представляет собой либо данные для использования в других программах, либо алгоритм, реализованный в виде последовательности инструкций для процессора.

Программное обеспечение призвано:

• обеспечить работоспособность ЭВМ;

• облегчить взаимодействие пользователя с ЭВМ;

• расширить ресурсы вычислительной системы;

• повысить эффективность использования ресурсов;

• повысить производительность и качество труда пользователя.

В компьютерном жаргоне часто используется слово «софт» от английского software, которое в этом смысле впервые применил в статье American Mathematical Monthly математик из Принстонского университета Джон Тьюки (англ. John W. Tukey) в 1958 году. В области вычислительной техники и программирования программное обеспечение — это совокупность всей информации, данных и программ, которые обрабатываются компьютерными системами.

Системное(базовое) программное обеспечение — это комплекс программ, которые обеспечивают эффективное управление компонентами вычислительной системы, такими как процессор, оперативная память, каналы ввода-вывода, сетевое и коммуникационное оборудование и т.п. Системное программное обеспечение организует процесс обработки информации в компьютере и обеспечивает нормальную рабочую среду для прикладных программ, оно предназначено для управления компьютером, организации решения задач и взаимодействия пользователя с аппаратными средствами компьютера. Оно настолько тесно связано с аппаратными средствами, что его иногда считают частью компьютера. Чем богаче системное ПО, тем продуктивнее становится работа на компьютере.

В состав системного ПО входят операционные системы, сервисное программное обеспечение (оболочки, утилиты, антивирусные средства) и программы технического обслуживания (тестовые программы, программы контроля).

Операционная система (ОС) — это комплекс специальных программных средств, предназначенных для управления загрузкой компьютера, запуском и выполнением других пользовательских программ, а также для планирования и управления вычислительными ресурсами персонального компьютера. Она обеспечивает управление процессом обработки информации и взаимодействие между аппаратными средствами и пользователем.

В функции операционной системы входят:

• осуществление диалога с пользователем;

• ввод, вывод и управление данными;

• планирование и организация процесса обработки программ;

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

• запуск программ на выполнение;

• всевозможные вспомогательные операции обслуживания;

• передача информации между различными внутренними устройствами;

• программная поддержка работы периферийных устройств.

Основная необходимость ОС состоит в том, что она скрывает от пользователя сложные ненужные подробности взаимодействия с аппаратурой, образуя прослойку между ними.

Одной из важнейших функций ОС является автоматизация процессов ввода-вывода информации, управления выполнением прикладных задач, решаемых пользователем.

1. Исходя из выполняемых функций, ОС можно разбить на три группы: однозадачные (однопользовательские), многозадачные (многопользовательские) и сетевые.

Однозадачные ОС предназначены для работы одного пользователя в каждый конкретный момент с одной конкретной задачей. Их появление было стимулировано созданием большого класса персональных компьютеров. Примером такой ОС служит операционная система MS DOS, широко применявшаяся до начала 1990-х годов.

Многозадачные ОС обеспечивают коллективное пользование ПК в мультипрограммном режиме разделения времени, при этом в памяти ПК находится несколько программ-задач и процессор распределяет ресурсы компьютера между задачами. В качестве примера можно привести операционные системы UNIX, OS/2, Microsoft Windows .

Сетевые ОС связаны с появлением локальных и глобальных сетей и предназначены для обеспечения доступа ко всем ресурсам вычислительной сети, например операционные системы Novell Net, Microsoft Windows NT, UNIX, IBM LAN.

1. В зависимости от количества одновременно обрабатываемых задач и числа пользователей, которые могут обслуживать ОС, различают четыре основных класса ОС:

• однопользовательские однозадачные:— поддерживают одну клавиатуру и могут работать только с одной (в данный момент) задачей;

• однопользовательские однозадачные с фоновой печатью, которые позволяют, помимо основной задачи, запускать одну дополнительную, ориентированную для вывода информации на печать. Это ускоряет работу при выдаче больших объемов информации на печать;

• однопользовательские многозадачные, которые обеспечивают одному пользователю параллельную обработку нескольких задач;

• многопользовательские многозадачные — позволяют на одном компьютере запускать несколько задач несколькими пользователями. Эти ОС очень сложны и требуют значительных машинных ресурсов.

Для того, чтобы быть полноценной, ОС должна как минимум содержать следующие основные компоненты.

• Файловую систему.

• Драйверы внешних устройств.

• Процессор командного языка.

Одной из первостепенных задач операционной системы следует считать управление дисковым накопителем и доступом к нему. Не случайно ранние ОС для ПК содержали в своем названии аббревиатуру DOS (Disk Operating System — дисковая операционная система). Для этого используется файловая система. К файловой системе имеет доступ любая прикладная программа, для чего во всех языках программирования имеются специальные процедуры. Для ПЭВМ файловая система в определенной степени является основой системного программного обеспечения.

Поддержка широкого набора внешних устройств — одна из важнейших функций ОС.

В современных ОС между прикладными программами и аппаратурой имеется промежуточный уровень, своего рода буфер, называемый API (application programming interface) — интерфейс прикладного программирования). API-интерфейс предоставляет программисту возможность вызова определенных процедур общего назначения, обращающихся к конкретным аппаратным ресурсам. По мере появления нового оборудования обновляется и API, однако этого бывает недостаточно.

Корректную работу с аппаратной частью обеспечивают драйверы.

Драйверы — программы, расширяющие возможности ОС по управлению устройствами ввода/вывода информации, оперативной памятью и т.д. С помощью драйверов возможно подключение к компьютеру новых периферийных устройств или нестандартного оборудования. Каждому типу внешнего устройства соответствует свой драйвер. Драйверы стандартных устройств образуют совокупности базовую систему ввода-вывода (BIOS), которая часто заносится в ПЗУ системного блока ПЭВМ.

Во всякой ОС имеется командный язык, который позволяет выполнять те или иные действия — обращение к каталогу, запуск прикладных программ и т.п. Анализ и исполнение команд пользователя осуществляется командным процессором ОС.

Для общения с ОС часто используется оболочка — это то, что пользователь видит на экране монитора при работе с системой. По существу это некая прикладная программа, которая загружается поверх ОС и реализует командный язык, служащий для доступа пользователя к системным функциям. Оболочка — это всего лишь некая утилита для ввода информации, которая обеспечивает удобный доступ к операционной системе, но при этом не входит в состав ОС.

Программы управления файлами и планирования заданий — это готовые к выполнению программы (файлы): утилиты, системы программирования, инструментальные системы, интегрированные пакеты программ, системы машинной графики, системы управления базами данных (БД), прикладные пакеты и программы.

Коммуникационные программы — программы, предназначенные для организации обмена информацией между компьютерами.

Программы тестирования, контроля и диагностики используются для проверки правильности функционирования устройств ЭВМ и для обнаружения неисправностей в процессе эксплуатации, указывают причину и место неисправности.

Программы управления памятью обеспечивают более гибкое использование ОП ЭВМ.

Программы печати осуществляют вывод информации на принтер.

Служебные программы

Другой комплекс программ – служебные. Это совокупность программных продуктов, предоставляющих пользователю дополнительные услуги в работе с компьютером и расширяющих возможности операционных систем. Это различные сервисные программы, используемые при работе или техническом обслуживании компьютера, - редакторы, отладчики, диагностические программы, архиваторы, программы для борьбы с вирусами и другие вспомогательные программы. Данные программы облегчают пользователю взаимодействие с компьютером. К ним примыкают программы, обеспечивающие работу компьютеров в сети. Они реализуют сетевые протоколы обмена информацией между машинами, работу с распределенными базами данных, телеобработку информации.

Под программами технического обслуживания понимается совокупность программно-аппаратных средств для диагностики и обнаружения ошибок в процессе работы компьютера или вычислительной системы в целом. Они включают в себя средства диагностики и тестового контроля правильности работы ПК и его отдельных частей, а также специальные программы диагностики и контроля вычислительной среды, осуществляющие автоматическую проверку работоспособности системы. Эти программы используются для проверки работоспособности, наладки и технической эксплуатации вычислительной техники персоналом, который ее обслуживает. Результаты работы таких программ выводятся в наглядном виде и могут быть полезны пользователю с квалификацией не ниже оператора ЭВМ.

Утилиты — программы вспомогательного назначения, они расширяют и дополняют соответствующие возможности операционной системы (ОС) в основном по обслуживанию дисков и файловой системы компьютера.

Упаковщики — программы, позволяющие записывать информацию на дискетах в более плотном виде, то есть создавать копии файлов меньшего размера, а также объединять несколько файлов в один (архивный).

Антивирусные программы — программы, предназначенные для предотвращения заражения компьютерными вирусами и ликвидации последствий заражения. Программные средства антивирусной защиты обеспечивают диагностику (обнаружение) и лечение (нейтрализацию) вирусов. Термином «вирус» обозначается программа, способная размножаться, внедряясь в другие программы, совершая при этом различные нежелательные действия.

Прикладное программное обеспечение непосредственно нацелено на решение профессиональных задач, снижение трудоемкости и повышение эффективности работы пользователя в различных областях человеческой деятельности. Эти программы позволяют практически полностью автоматизировать задачи, решаемые пользователем. Программы этой группы очень разнообразны: от простых программ обработки текстовой информации до мощных издательских систем; от решения простых вычислительных задач до мощных профессиональных систем математических расчетов, бухгалтерских программ.

В настоящее время разработаны и используются сотни тысяч различных прикладных программ для различных применений. Наиболее широко применяются программы:

• подготовки текстов (документов) на компьютере — редакторы текстов;

• подготовки документов типографского качества — издательские системы;

• создания и редактирования изображений – графические редакторы;

• обработки табличных данных — электронные таблицы;

• обработки массивов информации — системы управления базами данных;

Редакторы текстов и издательские системы предоставляют возможность подготавливать документы на компьютере. Текстовые редакторы (NotePad - разработка Microsoft) способны выполнять основные функции ре­дактирования: набор, внесение исправлений, сохранение, работа с фрагментами. Текстовые процессоры (Microsoft Word, - разработка Microsoft), кроме того, имеют возможности разнообразного оформления, а некоторые позволяют создавать документы, предназначенные для просмотра не в бумажном виде, а на компьютере (электронные документы). 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.

Электронные таблицы обеспечивают работу с большими таблицами чисел. Основное назначение электронных таблиц - обработка различных типов данных, представляющихся в табличной форме, например, планово-финансовые, бухгалтерские документы, небольшие инженерные расчеты. Основное преимущество электронных таблиц, в сравнении с текстовыми процессорами (где тоже могут вестись таблицы, производиться небольшие вычисления и сортировка), в том, что содержание одних ячеек может меняться автоматически в соответствии с изменением содержания других, иными словами, в ячейках могут храниться формулы. Наибольшей популярностью пользуются табличные редакторы Lotus1-2-3 Quatto Pro, Microsoft Excel, Super Calc и др.

Системы управления базами данных (СУБД) позволяют работать с большими объемами структурированных данных - базами данных (как правило, это табличные структуры). В функции СУБД входит: описание данных, доступ к данным, поиск, отбор данных по определенным критериям. Большинство современных СУБД позволяют создавать небольшие программы обработки данных на встроенных языках, имеют оформительские возможности, позволяющие на основе собранных и обработанных данных создать отчет. Пример программы этого класса Microsoft Access.

Графические редакторы позволяют создавать и редактировать картинки на экране компьютера. К ним относятся редакторы растровой и векторной графики, программы обработки трехмерной графики (ЗD-редакторы). Растровые редакторы для представления изображений используют растры, т.е. совокупности точек, имеющих свой цвет и яркость. В них удобно обрабатывать фотографии и объекты, имеющие мягкие цветовые переходы. Основа векторного представления - линия (ее уравнение). Векторные редакторы удобны для работы с чертежами и рисованными картинками. Редакторы трехмерной графики используются для создания пространственных графических композиций, позволяют проследить взаимодействия трехмерных объектов между собой и трехмерных объектов с источником света. Как правило, пользователю предоставляются возможности рисования линий, кривых, раскраски областей экрана, создания надписей различными шрифтами и т.д. Большинство редакторов позволяют обрабатывать изображения, полученные с помощью сканеров, а также выводить полученные картинки в таком виде, чтобы они могли быть включены в документ, подготовленный с помощью текстового редактора или издательской системы. Некоторые редакторы обеспечивают возможность получения изображений трехмерных объектов, преобразования растровых изображений в векторный формат, профессиональные средства цветообработки и т.д..

Программные средства для решения прикладных математических (статистических) задач позволяют производить математические расчеты: решение уравнений и систем уравнений и т.д., некоторые пакеты позволяют производить аналитические (символьные) вычисления: дифференцирование, интегрирование и т.д.. Некоторые из них позволяют выводить на экран графики функций (заданных в табличном или аналитическом виде), линии уровня поверхностей, диаграммы рассеяния и т.д.. К данному виду ПО относятся такие программы как MatCad, MatLab.

Отдельные программы, являясь мощным средством решения круга прикладных задач, не могут в полной мере удовлетворить пользователя. Например, выборку данных, предоставленную СУБД, бывает удобно обработать с помощью электронных таблиц, результаты, оформленные в виде наглядных таблиц, поместить в отчет, представляющий собой текстовый документ, который был составлен в текстовом процессоре. Для совместной работы нескольких программ требуется и унификация форматов обрабатываемых файлов. Такие программные пакеты называются интегрированными программными средствами. Наиболее распространенный продукт этого класса - пакет MS Office. Интегрированные системы сочетают в себе возможности системы управления базами данных, табличного процессора, текстового редактора, системы деловой графики, а иногда и другие возможности.

Переводчики обычно работают резидентно, т.е. в любом тексте на иностранном языке можно выделить переводимый фрагмент и после нажатия определённой комбинации клавиш предъявляется окно с переводом или возможные варианты перевода слова.

Игры очень распространены, их создано огромное количество. Среди них можно выделить следующие типовые сценарии: игры на опережение (на мастерство), азартные игры, стратегии, логические игры, обучающие игры.

Развлечения — прикладные программы, позволяющие осуществлять просмотр слайдов, прослушивание звуковых файлов, видеофайлов.

Решением более узких задачи, а также задачи профессионального характера в различных предметных областях, занимается прикладное программное обеспечение специального назначения, к которому относятся: информационные системы, экспертные системы, системы автоматизированного проектирования и др.

Инструментальное программное обеспечение используется для создания программных продуктов в любой области, включая и системные программы. В настоящее время для создания программных продуктов используются мощные системы визуального программирования, которые включают в себя обширные библиотеки стандартных программ, специальные средства отладки и тестирования.

Системы программирования предназначены для разработки новых программ на конкретном языке программирования и включают в себя компиляторы, интерпретаторы, диалоговую среду, редакторы текстов, библиотеки стандартных подпрограмм, компоновщики, отладчики, справочные службы и т.д.

Компилятор (составитель, собиратель) выполняет преобразование исходного текста программы, написанного на языке высокого уровня, в машинный язык, язык близкий к машинному, или в объектный модуль. Он создает законченный вариант программы на машинном языке (exe-файл), который потом и выполняется ЭВМ. Процесс работы компилятора называется компиляцией.

Интерпретатор (толкователь, устный переводчик) переводит и выполняет программу строка за строкой.

Диалоговая среда — средство взаимодействия пользователя и ЭВМ.

Редактор текста — программа, выполняющая набор, корректировку и печать текстов.

Библиотеки стандартных подпрограмм — это совокупность программ, составленных на одном из языков программирования и предназначенных для выполнения узкого класса задач.

Отладчики — программные средства, выполняющие отладку и проверку готовых программ, поиск алгоритмических и семантических ошибок в программе и тестирование программ.

Компоновщик (также редактор связей, линкер — от англ. link editor, linker) — программа, которая производит компоновку — принимает на вход один или несколько объектных модулей и собирает по ним исполняемый модуль.

Справочная служба — набор программ, хранящих Справочную и пояснительную информацию.

Кроме того в инструментальное ПО входят:

• SDK (от англ. Software Development Kit) или "devkit" - комплект средств разработки, который позволяет специалистам по программному обеспечению создавать приложения для определённого пакета программ, программного обеспечения базовых средств разработки, аппаратной платформы, компьютерной системы, видеоигровых консолей, оперативных систем и прочих платформ. Программист, как правило, получает SDK непосредственно от разработчика целевой технологии или системы. Часто SDK распространяется через Интернет. Многие SDK распространяются бесплатно, для того, чтобы поощрить разработчиков использовать данную технологию или платформу. Поставщики SDK иногда подменяют термин Software в словосочетании Software Development Kit на более точное слово. Например, «Microsoft» и «Apple» предоставляют Driver Development Kits (DDK) для разработки драйверов устройств, а «PalmSource» называет свой инструментарий для разработки «PalmOS Development Kit (PDK)».

• Ассемблер (от англ. assembler — рабочий-сборщик) — компьютерная программа, компилятор исходного текста программы написанной на языке ассемблера, в программу на машинном коде.

• Генератор документации — программа или пакет программ, позволяющая получать документацию, предназначенную для программистов и/или для конечных пользователей системы, по особым образом комментированному исходному коду и, в некоторых случаях, по исполняемым модулям (полученным на выходе компилятора).

• Средства анализа покрытия кода - мера, используемая при тестировании программного обеспечения. Она показывает процент, насколько исходный код программы был протестирован.

• Средства непрерывной интеграции. Непрерывная интеграция (англ. Continuous Integration) — это практика разработки программного обеспечения, которая заключается в выполнении частых автоматизированных сборок проекта для скорейшего выявления и решения интеграционных проблем. В обычном проекте, где над разными частями системы разработчики трудятся независимо, стадия интеграции является заключительной. Она может непредсказуемо задержать окончание работ. Переход к непрерывной интеграции позволяет снизить трудоёмкость интеграции и сделать её более предсказуемой за счет наиболее раннего обнаружения и устранения ошибок и противоречий.

• Средства автоматизированного тестирования, системы управления версиями, парсеры и генераторы парсеров и др.

В настоящее время для создания программных продуктов используются интегрированные среды разработки.

Интегрированная среда разработки программного обеспечения (англ. IDE, Integrated development environment) — система программных средств, используемая программистами для разработки программного обеспечения. Обычно среда разработки включает в себя текстовый редактор, компилятор и/или интерпретатор, средства автоматизации сборки и отладчик. Иногда также содержит систему управления версиями и разнообразные инструменты для упрощения конструирования графического интерфейса пользователя. Многие современные среды разработки также включают браузер классов, инспектор объектов и диаграмму иерархии классов — для использования при объектно-ориентированной разработке ПО. Хотя и существуют среды разработки, предназначенные для нескольких языков — такие как Eclipse или Microsoft Visual Studio, обычно среда разработки предназначается для одного определённого языка программирования — как например, Visual Basic.

Примеры сред разработки — Eclipse, Sun Studio, Turbo Pascal, Borland C++, GNU toolchain, DrPython, Borland Delphi, Dev-C++, Lazarus, KDevelop, QDevelop, QNX Momentics IDE, XCode.

Частный случай ИСР — среды визуальной разработки, которые включают в себя возможность визуального редактирования интерфейса программы.

1. Программными средствами для защиты информации в сети являются:

   1. Firewall

   2. Brandmauer

   3. Sniffer

   4. Backup

2. Операционная система распознает формат файла по его

• 1. По его расположению на диске

  2. Размеру

  3. Имени

  4. Расширению

Файловая система