Компьютера

Персональные компьютеры – это универсальные устройства для обработки информации. В отличие от телефона или телевизора, осуществляющих заранее заложенные в них функции, персональные компьютеры могут выполнять любые операции по обработке информации. Для этого необходимо составить для компьютера на понятном ему языке точную и подробную последовательность инструкций, как надо обрабатывать информацию. Эта последовательность инструкций называется программой.

Меняя программы для компьютера, можно превратить его в рабочее место бухгалтера или конструктора, статистика или агронома, редактировать на нем документы или играть в какуюнибудь игру.

Состав программного обеспечения (ПО) компьютера называют программной конфигурацией. Между программами, как и между физическими узлами и блоками, существует взаимосвязь – многие программы работают, опираясь на другие программы более низкого уровня, то есть, мы можем говорить о межпрограммном интерфейсе. Возможность существования такого интерфейса тоже основана на существовании технических условий и протоколов взаимодействия, а на практике он обеспечивается распределением программного обеспечения на несколько взаимодействующих между собой уровней. Уровни программного обеспечения представляют собой пирамидальную конструкцию. Каждый следующий уровень опирается на программное обеспечение предшествующих уровней (рис.1.1).

Рис.1.1. Программное обеспечение ПЭВМ

Такое разделение удобно для всех этапов работы с вычислительной системой, начиная с установки программ до практической эксплуатации и технического обслуживания. Обратите внимание на то, что каждый вышележащий уровень повышает функциональность всей системы. Так, например, вычислительная система с программным обеспечением базового уровня не способна выполнять большинство функций, но позволяет установить системное программное обеспечение.

Базовый уровень. Самый низкий уровень программного обеспечения представляет базовое программное обеспечение. Оно отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Как правило, базовые программные средства непосредственно входят в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхемах, называемых постоянными запоминающими устройствами (ПЗУ—Read Only Memory, ROM). Программы и данные записываются («прошиваются») в микросхемы ПЗУ на этапе производства и не могут быть изменены в процессе эксплуатации.

Системный уровень. Системный уровень — переходный. Программы, работающие на этом уровне, обеспечивают взаимодействие прочих программ компьютерной системы с программами базового уровня и, непосредственно, с аппаратным обеспечением, то есть выполняют «посреднические» функции.

Совокупность программного обеспечения системного уровня образует ядро операционной системы компьютера. Понятие операционной системы мы рассмотрим сегодня, а пока только отметим, что если компьютер оснащен программным обеспечением системного уровня, то он уже подготовлен к установке программ более высоких уровней, к взаимодействию программных средств с оборудованием и, самое главное, к взаимодействию с пользователем.

Служебный уровень. Программное обеспечение этого уровня взаимодействует как с программами базового уровня, так и с программами системного уровня. Основное назначение служебных программ (их также называют утилитами) состоит в автоматизации работ по проверке, наладке и настройке компьютерной системы. Во многих случаях они используются для расширения или улучшения функций системных программ. Некоторые служебные программы (как правило, это программы обслуживания) изна чально включают в состав операционной системы, но большинство служебных программ являются для операционной системы внешними и служат для расширения ее функций.

Прикладной уровень. Программное обеспечение прикладного уровня представляет собой комплекс прикладных программ, с помощью которых на данном рабочем месте выполняются конкретные задания. Спектр этих заданий необычайно широк – от производственных до творческих и обучающих. Огромный функциональный диапазон возможных приложений средств вычислительной техники обусловлен наличием прикладных программ для разных видов деятельности.

Функционирование компьютера обеспечивается не только аппаратными средствами, но и набором различных программ, называемым программным обеспечением.

Все многообразие существующего в настоящее время программного обеспечения можно условно разделить на прикладное ПО (программы для создания рисунков, текстов, выполнения расчетов и т.п.), системы программирования (программы для автоматизации разработки самих программ) и системное ПО. Ядром системного ПО являются операционные системы (программы для управления ресурсами компьютера и организации диалога с пользователем).

Служебные и прикладные программы

Утилитами называются служебные программы, используемые для поддержания работоспособности компьютерной системы. Большинство утилит предназначены для обслуживания файловой системы и дисков. Некоторые утилиты используются для ведения архивов данных, а специальные антивирусные программы обеспечивают защиту системы от компьютерных вирусов.

Утилиты обеспечивают реализацию следующих действий:

• обслуживание магнитных дисков;

• обслуживание файлов и каталогов;

• предоставление информации о ресурсах компьютера;

• шифрование информации;

• защита от компьютерных вирусов;

• архивация файлов и др.

От программного обеспечения этого уровня во многом зависят эксплуатационные показатели всей вычислительной системы в целом. Так, например, при подключении к вычислительной системе нового оборудования на системном уровне должна быть установлена программа, обеспечивающая для других программ взаимосвязь с этим оборудованием. Конкретные программы, отвечающие за взаимодействие с конкретными устройствами, называются драйверами устройств – они входят в состав программного обеспечения системного уровня.

Другой класс программ системного уровня отвечает за взаимодействие с пользователем. Благодаря им он получает возможность вводить данные, управлять ее работой и получать результат в удобной для себя форме. Эти программные средства называют средствами обеспечения пользовательского интерфейса. От них напрямую зависит удобство работы с компьютером и производительность труда на рабочем месте.

Прикладным называется ПО, предназначенное для решения определённой целевой задачи из проблемной области. Часто такие программы называют приложениями.

К прикладному ПО относят следующие программы:

• текстовые процессоры;

• табличные процессоры;

• системы иллюстративной и деловой графики (графические процессоры);

• системы управления базами данных;

• экспертные системы.

Приложения, в общем случае, могут быть выполнены как отдельные программы либо как интегрированные системы. Интегрированными системами обычно являются экспертные системы, программы математических расчетов, моделирования и анализа экспериментальных данных, а также офисные системы. Примером мощной и широко распространенной интегрированной системы является офисная система Microsoft Office.

Поскольку разработка ПО любого назначения, как правило, является довольно сложным и трудоемким процессом, дальнейший материал настоящего раздела посвятим общим вопросам разработки программ и инструментальному ПО.

Офисные программы. К этой группе относятся самые популярные программы, предназначенные для создания и редактирования документов. Когдато давно программы, входящие в офисные пакеты, «жили» поодиночке. Редактор текстов – отдельно. Электронная таблица – отдельно. И так далее. Но сегодня отдельных программ этого класса на рынке почти не осталось – куда чаще продаются «полные наборы», включающие все, что вам нужно. И даже больше. Редакторы для работы с текстами – самые популярные среди офисных программ. Здесь мы видим простые и сложные текстовые редакторы и системы верстки текста, группы программ, предназначенные для создания и редактирования документов. В эту группу входят текстовые редакторы, редакторы изображений, звука и видео, страниц Internet. Сюда же мы можем включить системы машинного перевода, распознавания текста и графики со сканера и т.д.

Отдельный блок – программы для работы с Internet. Сюда входит программа просмотра – браузер, программы для работы с электронной почтой и группами новостей и т.д.

Поскольку между прикладным программным обеспечением и системным существует непосредственная взаимосвязь (первое опирается на второе), то можно утверждать, что универсальность вычислительной сис- темы, доступность прикладного программного обеспечения и широта функциональных возможностей компьютера напрямую зависят от типа используемой операционной системы, от того, какие системные средства содержит ее ядро, как она обеспечивает взаимодействие триединого комплекса человек – программа – оборудование.

Операционная система Windows

Операционная система (ОС) – это набор служебных программ, обеспечивающих работу пользователя, обслуживание ее программных и технических средств ЭВМ.

Операционная система осуществляет загрузку в оперативную память всех программ, передает им управление в начале их работы, предоставляет прикладным программам запрашиваемые ресурсы компьютера и следит за освобождением ресурсов по завершении прикладной программы.

Без операционной системы невозможно запустить прикладные программы или сохранить данные.

Операционная система загружается при включении компьютера и управляет всеми внутренними процессами его работы, избавляя вас от необходимости понимать эти процессы.

Различные операционные системы создаются для разных целей, но, тем не менее, большинство операционных систем выполняют одни и те же функции:

• работу с внешними устройствами;

• работу с файловой системой.

Операционная система обеспечивает пользователю и прикладным программам удобный способ общения (интерфейс) с устройствами компьютера.

Операционная система Windows является графической операционной системой для IBMсовместимых компьютеров. Для пользователя это значит, что ему можно (почти) забыть о структуре файлов и директорий, и

не тратить больше времени на поиск необходимого исполнимого файла, чтобы запустить программу. В графической среде Windows программы изображаются в виде рисунков – пиктограмм, и для запуска программы достаточно просто щелкнуть мышью на соответствующей пиктограмме.

Кроме того, Windows, в отличие от MSDOS, обладает свойством многозадачности. В Windows можно запустить одновременно несколько программ и переходить из одной в другую простым щелчком мыши. Данная возможность реализована за счет того, что каждая программа запускается в своем собственном окне на экране (отсюда, кстати, и название системы – Windows – в переводе с английского означает «окна»).

Все программы среды Windows – единообразны, что выражается, вопервых, в едином интерфейсе программ (т. е. в том, как программа «выглядит» на экране), вовторых, в едином подходе всех программ к документу. Документ (текст, рисунок, таблица – короче, продукт вашей деятельности в прикладных программах) – воспринимается всеми программами Windows как графический объект, а это, в свою очередь, позволяет осуществлять обмен фрагментами между разными документами, в независимости от того, в каких программах они были созданы. Обмен фрагментами производится посредством буфера обмена, который является общим для всех программ Windows.

В операционной системе можно выделить следующие компоненты: ядро и драйверы.

Ядро – это основная часть операционной системы, которая управляет выполнением других программ и аппаратными ресурсами. Ядро в чемто напоминает диспетчера.

Для каждого внешнего устройства существует свой драйвер. Для управления дисплеем служит драйвер, который отвечает за вывод информации на экран дисплея, драйвер печатающего устройства управляет работой принтера, драйвер накопителя на гибких дисках отвечает за управле ние работой дисковода и т. д. Можно сказать, что и за связь с пользователем (пользовательский интерфейс) отвечает драйвер – оболочка (shell). При изменении типа внешнего устройства должен быть заменен или перенастроен драйвер, отвечающий за данный тип устройства. В совокупности ядро и драйверы образуют базовую структуру операционной системы.

Драйвер включается в работу в тот момент, когдалибо в него из ядра операционной системы поступает команда, либо устройство запрашивает какуюнибудь информацию или передает информацию ядру. Тогда драйвер анализирует принятую информацию и, в зависимости от ее характера, предпринимает соответствующие действия.

Существуют операционные системы, в которых часть драйверов находится в ядре, что делается с целью ускорения работы операционной системы. Но это приводит к снижению ее надежности.

Во всех современных операционных системах ядро, как правило, разделено на две части: первая – это часть, ориентированная на конкретный тип процессора, ее можно условно назвать исполнительной; вторая – это диспетчер программ.

Файловая система

С одной стороны, файловой системой называют всю совокупность каталогов и файлов, хранимых на внешних носителях ПЭВМ. Эта точка зрения естественна для конечного пользователя. С другой стороны, нужно иметь в виду, что файловой системой иногда называют ту часть ОС, которая ведает доступом к каталогам и файлам, распределяет для них дисковое пространство и является, таким образом, программным средством ОС.

Файловая система является одной из важнейших подсистем, поскольку вся информация на внешних носителях хранится в виде файлов. Обращения к файловой системе прикладные программы осуществляют через функции прерываний MS DOS. С их помощью выполняются все файловые операции, создание и удаление файлов и каталогов, запись и чтение данных, получение справочной информации и другие. Файловая система работает с внешними накопителями с помощью драйверов, последние, в свою очередь, пользуются помощью базовой системы вводавывода BIOS.

Операционные системы поддерживают иерархическую структуру хранения файлов на дисках. Такая структура образуется благодаря тому, что каталоги файлов сами трактуются как файлы и могут регистрироваться в каталоге предшествующего уровня. Разнесение файлов по разным каталогам имеет своей целью: выделить в отдельные группы логически однородные файлы; выделить отдельное пространство на диске для каждого из пользователей ПК; выделить все файлы, относящиеся к какойлибо подсистеме, например, к текстовому редактору и т.д.

Файл – именованная область внешней памяти для хранения программ и данных. Имя файла с приставкойуказателем устройства и цепочки каталогов называется спецификацией файла. Полная спецификация файла (включающая имя привода и всю цепочку каталогов) определяет его местоположение в древовидной структуре каталога. Пример такой структуры представлен на рис.1.2.

Рис.1.2. Пример древовидной структуры каталогов и файлов

В файле могут находиться текстовые документы, числовые данные, закодированные таблицы, графическая и другая информация. Все файлы регистрируются ОС в справочнике директории (directory), который может рассматриваться как оглавление дискеты. Минимальный объем файлов на диске – одна зона. Максимальный объем файла – объем всего диска.

Каждый файл имеет свое обозначение, которое состоит из: имени файла; типа (расширения) файла, разделенных точкой. Имя файла произвольная комбинация символов длиной не более 8 символов. Тип файла произвольная комбинация символов длиной не более 3 символов. Стандартные обозначения типов файлов приведены в табл.1.1.

Таблица1.1.Типовые расширения имен файлов

Расширение	Содержимое файла
txt	Текстовые файлы документы
doc	Файл документа
exe	Выполнимая программа, требующая настройки
inf	Информационный файл
sys	Драйвер управления устройством

Выводы по данному вопросу. Операционная система – это набор программ, которые:

- управляют работой аппаратуры, следят за использованием памяти, обеспечивают взаимодействие программ с внешними устройствами и друг с другом (программы для управления внешними устройствами называются драйверы);

- организуют диалог с пользователем, давая ему возможность работать с данными на диске — удалять, добавлять, копировать и т. п., а также выполнять различные прикладные программы.

Операционная система скрывает от пользователя сложные и ненужные подробности и предоставляет ему удобный интерфейс для работы. Она выполняет также различные вспомогательные действия, например, копирование или печать файлов.

Все многообразие существующего в настоящее время программного обеспечения можно разделить на прикладное ПО, системы программирования и системное ПО. Ядром системного ПО являются операционные системы.

Операционная система осуществляет загрузку в оперативную память всех программ, передает им управление в начале их работы, выполняет различные действия по запросу выполняемых программ и освобождает занимаемую программами оперативную память при их завершении.