Состав и структура программного обеспечения современных пк. Структура программного обеспечения. История программного обеспечения Структура программного обеспечения операционная система

Операционные системы

Как уже говорилось выше, в состав вычислительной системы входят как аппаратные, так и программные средства, которые для вычислительной техники принято рассматривать отдельно. Отдельно рассматривают аппаратную конфигурацию вычислительных систем и их программную конфигурацию. Такой принцип разделения имеет для информатики особое значение, поскольку очень часто решение одних и тех же задач может обеспечиваться как аппаратными, так и программными средствами. От верного выбора программного решения конфигурации зависят производительность и эффективность всей вычислительной системы в целом.

Программы - это упорядоченные последовательности команд. Конечная цель любой компьютерной программы - управление аппаратными средствами. Даже если на первый взгляд программа никак не взаимодействует с оборудованием, не требует никакого ввода данных с устройств ввода и не осуществляет вывод данных на устройства вывода, все равно ее работа основана на управлении аппаратными устройствами компьютера.

Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и в непрерывном взаимодействии . Несмотря на то что эти две категории рассматриваются отдельно, нельзя забывать, что между ними существует диалектическая связь, и раздельное их рассмотрение является по меньшей мере условным.

Состав программного обеспечения (ПО) вычислительной системы 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 (рисунок 2.9).

Рисунок 2.9. Структура ПО компьютерной системы

Уровни программного обеспечения представляют собой пирамидальную конструкцию. Каждый следующий уровень опирается на программное обеспечение предшествующих уровней. Такое членение удобно для всех этапов работы с вычислительной системой, начиная с установки программ до практической эксплуатации и технического обслуживания. 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.

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.

В тех случаях, когда изменение базовых программных средств во время эксплуатации является технически целесообразным, вместо микросхем ПЗУ применяют перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства (ППЗУ - Erasable and Programmable Read Only Memory, EPROM). В этом случае изменение содержания ПЗУ можно выполнять как непосредственно в составе вычислительной системы (такая технология называется флэш-технологией), так и вне ее, на специальных устройствах, называемых программаторами.

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.

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. Именно благодаря им он получает возможность вводить данные в вычислительную систему, 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.

Совокупность программного обеспечения системного уровня образует ядро операционной системы компьютера . 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. То есть наличие ядра операционной системы - непременное условие для возможности практической работы человека с вычислительной системой.

Программное обеспечение служебного 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) изначально включают в состав операционной системы, но большинство служебных программ являются для операционной системы внешними и служат для расширения ее функций.

В разработке и эксплуатации служебных программ существует два альтернативных направления: интеграция с операционной системой и автономное функционирование. В первом случае служебные программы могут изменять потребительские свойства системных программ, делая их более удобными для практической работы. Во втором случае они слабо связаны с системным программным обеспечением, но предоставляют пользователю больше возможностей для персональной настройки их взаимодействия с аппаратным и программным обеспечением.

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 развлекательно-обучающих. Огромный функциональный диапазон возможных приложений средств вычислительной техники обусловлен наличием прикладных программ для разных видов деятельности.

Поскольку между прикладным программным обеспечением и системным существует непосредственная взаимосвязь (первое опирается на второе), то можно утверждать, что универсальность вычислительной системы, 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.

Тема 3. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Для адекватного исполь­зования компьютера (обработки информации ) необходимо знать назначе­ние и свойства нужных при работе с ним про­грамм. Совокупность про­грамм и со­провождающей их до­кументации (ис­пользуемой при эксплуатации этих программ ), назы­вается программным обес­печением (ПО). Программное обеспечение является не­отъемлемой ча­стью любой вычислительной системы и делится (по назна­чению ) на три кате­го­рии: системное про­грамм­ное обеспе­чение (необходи­мое для управления компь­юте­ром, для созда­ния и под­держки выполнения других про­грамм поль­зователя, для предос­тавления пользо­вателю набора всевоз­можных услуг ), системы программирования или инстру­мен­тальные системы (обеспечи­вающие соз­дание новых про­грамм для компь­юте­ров ) и прикладное про­граммное обеспе­че­ние (непо­средственно обеспе­чи­ваю­щее вы­полнение необ­ходимых пользова­телю ра­бот ).

Структура программного обеспечения

Системное программное обеспечение включает комплекс программ, управ­ляю­щих работой аппаратной части компьюте­ров и ком­пьютерных сетей (как пра­вило, эти программы не решают конкретных за­дач пользователя, но создают усло­вия для их решения ). Системное ПО направлено:

· на обеспечение устойчивой работы компьютера и вычислительной сети;

· на создание условий для нормальной работы прикладных про­грамм;

· на выполнение вспомогательных операций;

· на диагностику аппаратной части компьюте­ра и вычислительной сети;

Все множество системных программ можно разделить на две большие группы: базовое ПО и сервисные системы . Базовое программное обеспе­че­ние - это мини­мальный набор про­граммных средств, обеспечивающих ра­боту компьютера.

Базовый подкласс ПО включает:

· операционные системы(ОС) - комплекс программ, управляющих про­цес­сом вы­пол­нения прикладных программ, планированием и управлением вычис­литель­ными ресур­сами ПК (ОС берет на себя выполне­ние таких операций, как кон­троль работоспо­собности оборудова­ния ПК; выпол­не­ние проце­дуры на­чальной за­грузки; управле­ние работой всех уст­ройств ПК; управле­ние фай­ловой систе­мой; взаимодействие пользователя с ПК; за­грузка и выполне­ние при­клад­ных про­грамм; распределение ресурсов ПК - опе­ративной памяти, процессорного вре­мени и пери­ферийных уст­ройств между при­кладными програм­мами ).

· операционные оболочки - специальные программы, предна­значенные для об­легчения общения пользователя с командами операционной сис­темы, имею­щие тексто­вый и графический варианты интерфейса конечного поль­зователя (про­граммы-оболочки обеспе­чивают удоб­ный и наглядный спо­соб общения с компь­ютером, позво­ляют на­глядно отображать содер­жимое каталогов на дисках, удобно копировать, пе­ре­име­новывать, пе­ре­сылать и удалять файлы и др. ).

· сетевые операционные системы - комплекс программ, обес­печивающих обра­ботку, передачу и хранение данных в сети.

До недавнего времени на большинстве ПК была установлена операци­онная сис­тема MS DOS , которая была создана в 1981 г. фир­мой Microsoft (заметим, что она не была ори­гинальной разработкой самой Microsoft - ком­пания Билла Гейтса лишь дорабо­тала «операци­онку» под названием QDOS, созданную другой компанией ). До появления Windows дисковая операцион­ная система MS DOS была самой популярной и массовой в применении. В ее среде создано целое поколение программного продукта. На основе MS DOS в процессе развития компьютерных технологий появился Windows (с 1996 г. MS DOS включена в состав операционной среды Windows 95 ). Основные компоненты ОС, развитые в среде MS DOS, являются классикой, и орга­нично включены в Windows на новом этапе раз­вития программного обеспе­чения в целом и его сердцевины - операционных систем.

MS DOS 16-разрядная однозадачная операционная сис­тема, обладающая «интер­фейсом ко­манд­ной строки», компактна, предъяв­ляет скром­ные требо­ва­ния к аппаратуре и вы­полняет необ­ходимый мини­мум функций для поль­зователей и программ. Основ­ные недос­татки DOS:

· главным ее уяз­вимым ме­стом является работа с ограниченной оператив­ной памятью (в эпоху созда­ния MS-DOS оперативная па­мять большин­ства компьюте­ров не превышала 256 ки­лобайт. DOS мог­ла работать с 640 ки­лобай­тами ОП, и Билл Гейтс ут­верждал, что никому и никогда не понадо­бится больший объем, но время шло и появились программы, ко­то­рым требовался для работы больший объем опера­тив­ной памяти и при­ходи­лось ис­пользовать специальные про­граммы - ме­неджеры памяти, но и они не ре­шали проблему );

· вторым недос­татком DOS была не­возможность работы в полно­ценном гра­фическом ре­жиме (хотя то­гдашние ком­пь­ютеры уже могли бы обеспе­чить его под­держку );

· третьим недостат­ком MS-DOS была однозадачность.

Операционные системы се­мейства DOS, несмотря на свою про­стоту и экономичность, мо­рально устарели, и на смену им пришли опе­рацион­ные системы нового поко­ления. К числу таких ОС относятся операционные сис­темы се­мейства Windows , операци­онные системы семейства Unix и др.

Сервисные системы - предназначены для обслуживания компьютера (расши­ряют возможности базового ПО ). По функциональному признаку среди сервисного ПО можно выделить:

· программы обслуживания дисков (обеспечивающие про­верку качества по­верхно­сти диска, контроль сохранности файлов, сжатие дисков, созда­ние страхо­вых копий, резервирование данных на внеш­них носителях и др. );

· антивирусные программы (обеспечивающие защиту компь­ютера, обнаруже­ние и восстановление зараженных файлов );

· программы архивирования данных (обеспечивают процесс сжатия ин­форма­ции в файлах с целью уменьше­ния объема памяти для ее хранения );

· программы обслуживания сети.

· программы диагностики работоспособности компьютера;

Программы, служащие для выполнения вспомогательных операций об­работки дан­ных или обслуживания компьютеров (ди­агностики, тестирова­ния, оп­тимизации использования дискового пространства, вос­ста­нов­ле­ния разрушенной на магнит­ном диске информации и т.д. ), назы­вают утили­тами.

Системы программирования или инструментальные системы - это про­грамм­ные продукты, поддержки технологии программирования. В рамках этого на­правле­ния существуют средства для создания приложений, вклю­чающие:

· локальные средства, обеспечивающие выполнение отдельных работ по созда­нию программ;

· интегрированные среды разработчиков программ, обеспечивающие вы­полне­ние комплекса взаимосвязанных работ по созданию программ.

Локальные средства разработки про­грамм включают языки и системы про­грам­мирования, а также инструментальную среду пользователя. Сущест­вуют ма­шинные языки программирования (воспринимаемые аппаратной ча­стью компью­тера ма­шин­ные коды ), машинно-ориентированные языки (языки программирова­ния, кото­рые отражают структуру конкретного типа компью­тера – ассемб­леры ), алго­ритмические (универсальные ) языки, не зависящие от архитектуры компьютера, напри­мер, Фор­тран (Fortran ), Ко­бол (Cobol ), Алгол (Algol ), Пас­каль (Pascal ), Бейсик (Basic ), Си (C ), Си++ (C++ ) и др.; процедурно-ориентированные языки (где име­ется возмож­ность описания про­граммы как совокупности процедур – подпро­граммы ), про­блемно-ориен­тированные языки (предназначенные для решения задач оп­реде­ленного класса ), интегрирован­ные системы программирования. Заметим, что класси­фикация языков программирования не закреплена ГОСТами (в учебных це­лях обычно проводится их классификация по различным призна­кам ). Про­грамма, подго­товленная на языке программи­рования, проходит этап трансля­ции, отладки и тести­рования.

Основное назначение инструментария интегрированных программных сред – повы­шение производительности труда программистов, автоматиза­ция создания про­грамм, обеспечивающих интерфейс пользователя графиче­ского типа и др.

Кроме того, существуют средства для создания сложных информацион­ных сис­тем (CASE – технология ). Проектирование информационных систем представ­ляет собой трудоемкую и дли­тельную работу, требующую высокой ква­лификации участ­вующих в ней специалистов. В недале­ком прошлом про­ектирование нередко выпол­нялось на интуитивном уровне неформализован­ными методами, включаю­щими в себя элементы искусства, практический опыт, экспертные оценки и дорого­стоящие экспериментальные проверки ка­чества функционирования. В начале 70-х гг. в США был отмечен кризис про­граммирования (software crisis ). Это выра­жалось в том, что боль­шие проекты стали выполняться с отставанием от гра­фика или с превышением сметы рас­хо­дов, разработанный продукт не обладал тре­буемыми функцио­нальными возможностями, произ­водительность его была низка, ка­чество получаемого про­граммного обеспечения не устраивало потре­бителей. Потребность кон­тролировать процесс разработки ПО, прогнози­ровать и гаран­тировать стои­мость разработки, сроки и качество ре­зультатов привела к необ­ходимости пере­хода от кус­тарных к индустриальным способам создания ПО и по­явле­нию совокупности инже­нерных методов и средств создания ПО, объеди­нен­ных общим названием «программная инжене­рия» (software engineering ). В основе про­граммной инженерии лежит сле­дующая идея: проектиро­вание ПО является фор­мальным процессом, который можно изучать и совершенство­вать. К концу 80-х гг. было проведено много исследований в области про­грамми­рования (разработка и внедрение языков высокого уровня, мето­дов струк­турного и модульного програм­мирования, языков проектирова­ния и средств их под­держки, формальных и нефор­мальных языков описания сис­темных требований и спецификаций и т. д. ). Термин CASE (Computer Aided Software Engineering ) имеет весьма широкое толкование. Первоначально зна­чение термина CASE ограни­чива­лось вопросами автоматизации раз­работки только лишь программного обеспече­ния, а в на­стоящее вре­мя оно при­обрело новый смысл и охватывает про­цесс разра­ботки сложных инфор­мационных систем в целом. CASE-технология представляет собой совокупность методов про­ектирования информационных сис­тем, а также набор инструментальных средств, позво­ляющих в наглядной форме моделировать предметную об­ласть, ана­лизиро­вать эту модель на всех ста­диях раз­работки и со­провожде­ния, разрабатывать приложения в соответствии с информаци­он­ны­ми потреб­ностями пользователей. Большинство существующих CASE-средств осно­вано на методах структурного или объектно-ори­ентированного анализа и проек­тирования, использую­щих специфи­кации в виде диаграмм или текстов для описания внешних требова­ний, свя­зей между моделями системы, дина­мики поведе­ния сис­темы и архитектуры про­граммных средств.

Прикладные программы - предназна­чены для реше­ния прикладных задач пользо­вателя (обеспечивает выполнение необходи­мых пользова­телю за­дач на ком­пью­тере ). Условно (по их назначению ) можно выделить следую­щие под­классы:

· программы обработки текстов;

· графические редакторы;

· программы обработки фото- и видеоизображений;

· программы подготовки презентаций;

· электронные таблицы;

· системы управления базами данных;

· программы эко­номического и статистического анализа;

· сис­темы автомати­зированного проектирования (САПР);

· информационно-поисковые системы;

· сетевое программное обеспечение (программы для работы с электронной почтой, доступ к ви­деоконференциям, браузеры Интернет и т.д. );

· игровые программы.

Прикладное программное обеспе­че­ние состоит из пакетов прикладных про­грамм (ППП) и прикладных про­грамм пользователя.

В настоящее время значительное место в при­кладном ПО занимают па­кеты при­кладных программ, которые по сфере примене­ния делятся на про­блемно-ори­енти­рованные пакеты (направлены на решение узкого круга за­дач ), па­кеты об­щего на­значения (предназна­чены для ре­шения типовых за­дач обра­ботки данных ) и интег­рированные па­кеты (обла­стью их приме­нения является в основном экономи­ческая сфера; они, как правило, содер­жат: табличный про­цессор, текстовый ре­дактор, сис­тему управле­ния ба­зами дан­ных, гра­фический редактор, коммуникаци­онные средства ). При­кладные про­граммы создаются в составе конкрет­ной вычис­лительной среды (их раз­ра­ботка осуще­ствляются обычно инди­видуально в соответ­ст­вии с соглашением ППП или ОС, в рамках кото­рых они применя­ются ).

Тема 1.3: Системное программное обеспечение

Тема 1.4: Сервисное программное обеспечение и основы алгоритмизации

Введение в экономическую информатику

1.3. Системное программное обеспечение ПК

1.3.1. Структура программного обеспечения ПК

Совокупность программ, предназначенная для решения задач на ПК, называется программным обеспечением. Состав программного обеспечения ПК называют программной конфигурацией.

Программное обеспечение, можно условно разделить на три категории:

1. системное ПО (программы общего пользования), выполняющие различные вспомогательные функции, например создание копий используемой информации, выдачу справочной информации о компьютере, проверку работоспособности устройств компьютера и т.д.
2. прикладное ПО, обеспечивающее выполнение необходимых работ на ПК: редактирование текстовых документов, создание рисунков или картинок, обработка информационных массивов и т.д.
3. инструментальное ПО (системы программирования), обеспечивающее разработку новых программ для компьютера на языке программирования.

Рис. 1.

Системное ПО

Это программы общего пользования не связаны с конкретным применением ПК и выполняют традиционные функции: планирование и управление задачами, управления вводом-выводом и т.д.

Другими словами, системные программы выполняют различные вспомогательные функции, например, создание копий используемой информации, выдачу справочной информации о компьютере, проверку работоспособности устройств компьютера и т.п.

К системному ПО относятся:

• операционные системы (эта программа загружается в ОЗУ при включении компьютера);
• программы – оболочки (обеспечивают более удобный и наглядный способ общения с компьютером, чем с помощью командной строки DOS, например, Norton Commander);
• операционные оболочки – интерфейсные системы, которые используются для создания графических интерфейсов, мультипрограммирования и.т.;
• Драйверы (программы, предназначенные для управления портами периферийных устройств, обычно загружаются в оперативную память при запуске компьютера);
• утилиты (вспомогательные или служебные программы, которые представляют пользователю ряд дополнительных услуг).

К утилитам относятся:

• диспетчеры файлов или файловые менеджеры;
• средства динамического сжатия данных (позволяют увеличить количество информации на диске за счет ее динамического сжатия);
• средства просмотра и воспроизведения;
• средства диагностики; средства контроля позволяют проверить конфигурацию компьютера и проверить работоспособность устройств компьютера, прежде всего жестких дисков;
• средства коммуникаций (коммуникационные программы) предназначены для организации обмена информацией между компьютерами;
• средства обеспечения компьютерной безопасности (резервное копирование, антивирусное ПО).

Необходимо отметить, что часть утилит входит в состав операционной системы, а другая часть функционирует автономно. Большая часть общего (системного) ПО входит в состав ОС. Часть общего ПО входит в состав самого компьютера (часть программ ОС и контролирующих тестов записана в ПЗУ или ППЗУ, установленных на системной плате). Часть общего ПО относится к автономными программам и поставляется отдельно.

Прикладное ПО

Прикладные программы могут использоваться автономно или в составе программных комплексов или пакетов.

Прикладное ПО – программы, непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых работ на ПК: редактирование текстовых документов, создание рисунков или картинок, создание электронных таблиц и т.д.

Пакеты прикладных программ – это система программ, которые по сфере применения делятся на проблемно – ориентированные, пакеты общего назначения и интегрированные пакеты. Современные интегрированные пакеты содержат до пяти функциональных компонентов: тестовый и табличный процессор, СУБД, графический редактор, телекоммуникационные средства.

К прикладному ПО, например, относятся:

1. Комплект офисных приложений MS OFFICE.
2. Бухгалтерские системы.
3. Финансовые аналитические системы.
4. Интегрированные пакеты делопроизводства.
5. CAD – системы (системы автоматизированного проектирования).
6. Редакторы HTML или Web – редакторы.
7. Браузеры – средства просмотра Web - страниц.
8. Графические редакторы.
9. Экспертные системы.

Инструментальное ПО

Инструментальное ПО или системы программирования - это системы для автоматизации разработки новых программ на языке программирования.

В самом общем случае для создания программы на выбранном языке программирования (языке системного программирования) нужно иметь следующие компоненты:

1. Текстовый редактор для создания файла с исходным текстом программы.
2. Компилятор или интерпретатор. Исходный текст с помощью программы-компилятора переводится в промежуточный объектный код. Исходный текст большой программы состоит из нескольких модулей (файлов с исходными текстами). Каждый модуль компилируется в отдельный файл с объектным кодом, которые затем надо объединить в одно целое.
3. Редактор связей или сборщик, который выполняет связывание объектных модулей и формирует на выходе работоспособное приложение – исполнимый код. Исполнимый код – это законченная программа, которую можно запустить на любом компьютере, где установлена операционная система, для которой эта программа создавалась. Как правило, итоговый файл имеет расширение.ЕХЕ или.СОМ.
4. В последнее время получили распространение визуальный методы программирования (с помощью языков описания сценариев), ориентированные на создание Windows-приложений. Этот процесс автоматизирован в средах быстрого проектирования. При этом используются готовые визуальные компоненты, которые настраиваются с помощью специальных редакторов.

Наиболее популярные редакторы (системы программирования программ с использованием визуальных средств) визуального проектирования:

1. Borland Delphi - предназначен для решения практически любых задачи прикладного программирования.
2. Borland C++ Builder – это отличное средство для разработки DOS и Windows приложений.
3. Microsoft Visual Basic – это популярный инструмент для создания Windows-программ.
4. Microsoft Visual C++ - это средство позволяет разрабатывать любые приложения, выполняющиеся в среде ОС типа Microsoft Windows.

Программное обеспечение – неотъемлемая часть компьютерной системы. Оно является логическим продолжением технических средств. Сфера применения конкретного компьютера определяется созданным для него программным обеспечением. Сам по себе компьютер не обладает знаниями ни в одной области применения. Все эти знания сосредоточены в выполняемых на компьютерах программах. Программное обеспечение современных компьютеров включает миллионы программ – от игровых до научных.

Существует два основных типа программного обеспечения: системное (называемое также общим) и прикладное (называемое специальным). Каждый тип программного обеспечения выполняет различные функции. Системное программное обеспечение – это набор программ, которые управляют компонентами компьютера, такими как процессор , коммуникационные и периферийные устройства. Программистов, которые создают системное программное обеспечение , называют системными программистами. К прикладному программному обеспечению относятся программы, написанные для пользователей или самими пользователями, для задания компьютеру конкретной работы. Программы обработки заказов или создания списков рассылки – примеры прикладного программного обеспечения. Программистов, которые пишут прикладное программное обеспечение , называют прикладными программистами.

Оба типа программного обеспечения взаимосвязаны и могут быть представлены в виде диаграммы, изображенной на рис.2.1 . Как видно, каждая область тесно взаимодействует с другой. Системное программное обеспечение обеспечивает и контролирует доступ к аппаратному обеспечению компьютера. Прикладное программное обеспечение взаимодействует с аппаратными компонентами через системное. Конечные пользователи в основном работают с прикладным программным обеспечением. Чтобы обеспечить аппаратную совместимость, каждый тип программного обеспечения разрабатывается для конкретной аппаратной платформы.

Рис. 2.1.

Системное ПО , в состав которого входят операционная система , трансляторы языков и обслуживающие программы, управляет доступом к аппаратному обеспечению. Прикладное ПО , такое как языки программирования и различные пользовательские приложения, работает с аппаратным обеспечением через слой системного ПО . Пользователи, в свою очередь , взаимодействуют с прикладным программным обеспечением.

Программные системы можно классифицировать по различным признакам. Рассмотрим классификацию, в которой основополагающим признаком является сфера (область) использования программных продуктов:

• аппаратная часть автономных компьютеров и сетей ЭВМ;
• функциональные задачи различных предметных областей;
• технология разработки программ.

Для поддержки информационной технологии в этих областях выделяют соответственно три класса программных продуктов, представленных на рис.2.2 :

• системное программное обеспечение;
• прикладное программное обеспечение;
• инструментальное программное обеспечение.

Системное программное обеспечение ( System Software ) – совокупность программ и программных комплексов, предназначенная для обеспечения работы компьютера и сетей ЭВМ. Системное программное обеспечение выполняет следующие задачи:

• создание операционной среды функционирования других программ;
• обеспечение надежной и эффективной работы самого компьютера и вычислительной сети;
• проведение диагностики, локализации сбоев, ошибок и отказов и профилактики аппаратуры компьютера и вычислительных сетей;
• выполнение вспомогательных технологических процессов (копирование, архивирование, восстановление файлов программ и баз данных и т.д.).

Рис. 2.2.

Данный класс программных продуктов тесно связан с типом компьютера и является его неотъемлемой частью. Программные продукты в основном ориентированы на квалифицированных пользователей – профессионалов в компьютерной области: системного программиста, администратора сети, прикладного программиста, оператора. Однако знание базовой технологии работы с этим классом программных продуктов требуется и конечным пользователям персонального компьютера, которые самостоятельно не только работают со своими программами, но и выполняют обслуживание компьютера, программ и данных.

Программные продукты данного класса носят общий характер применения, независимо от специфики предметной области . К ним предъявляются высокие требования по надежности и технологичности работы, удобству и эффективности использования.

Прикладное программное обеспечение представляет собой комплекс взаимосвязанных программ, предназначенный для решения задач определенного класса конкретной предметной области . Пакеты прикладных программ ( ППП ) общего назначения служат программным инструментарием решения функциональных задач и являются самым многочисленным классом программных продуктов. В данный класс входят программные продукты, выполняющие обработку информации различных предметных областей.

Установка пакетов прикладных программ на компьютер выполняется системными администраторами, системными программистами, а также (в некоторых случаях) квалифицированными пользователями. Непосредственную эксплуатацию программных продуктов осуществляют, как правило, конечные пользователи – потребители информации, во многих случаях деятельность которых весьма далека от компьютерной области. Данный класс программных продуктов может быть весьма специфичным для отдельных предметных областей.

Инструментарий технологии программирования представляет собой совокупность программ и программных комплексов, обеспечивающих технологию разработки, отладки и внедрения создаваемых программных продуктов .

Инструментарий технологии программирования включает специализированные программные продукты, которые являются инструментальными средствами разработчика. Программные продукты данного класса поддерживают все технологические этапы процесса проектирования, программирования (кодирования), отладки и тестирования создаваемых программ. Пользователями технологии программирования являются системные и прикладные программисты.

Системное программное обеспечение (рис.2.3) можно разделить на базовое программное обеспечение , которое, как правило, поставляется вместе с компьютером, и сервисное программное обеспечение , которое может быть приобретено дополнительно.

Базовое программное обеспечение ( base software ) – минимальный набор программных средств, обеспечивающих работу компьютера. Сервисное программное обеспечение включает программы и программные комплексы, которые расширяют возможности базового программного обеспечения и организуют более удобную среду работы пользователя.

Рис. 2.3.

В базовое программное обеспечение входят:

• операционная система;
• операционные оболочки (обычно текстовые и графические);
• сетевая операционная система.

Операционная система предназначена для управления выполнением пользовательских программ, планирования и управления вычислительными ресурсами ЭВМ.

Наиболее традиционное сравнение ОС осуществляется по следующим характеристикам процесса обработки информации:

• управление памятью (максимальный объем адресуемого пространства, типы памяти, технические показатели использования памяти);
• функциональные возможности вспомогательных программ (утилит) в составе операционной системы;
• наличие компрессии диска;
• возможность архивирования файлов;
• поддержка многозадачного режима работы;
• поддержка сетевого программного обеспечения;
• наличие качественной документации;
• условия и сложность процесса инсталляции;
• мобильность (переносимость), безопасность, надежность и др.

Операционные системы, учитывая их центральное положение в программном обеспечении компьютеров, подробно рассматриваются в следующей главе учебника.

Операционные оболочки – специальные программы, предназначенные для облегчения общения пользователя с командами операционной системы. Операционные оболочки имеют текстовый и графический варианты интерфейса конечного пользователя, а в будущем возможны варианты речевого интерфейса и распознавание рукописного ввода данных. Эти программы существенно упрощают задание управляющей информации для выполнения команд операционной системы, уменьшают напряженность и сложность работы конечного пользователя.

Расширением базового программного обеспечения компьютера является набор сервисных, дополнительно устанавливаемых программ (или программ, поставляемых непосредственно с операционными системами), которые можно классифицировать по функциональному признаку следующим образом:

• программы диагностики работоспособности компьютера;
• антивирусные программы, обеспечивающие защиту компьютера, обнаружение и восстановление зараженных файлов;
• программы обслуживания дисков, обеспечивающие проверку качества поверхности магнитного диска, контроль сохранности файловой системы на логическом и физическом уровнях, сжатие дисков, создание страховых копий дисков, резервирование данных на внешних носителях и др.;
• программы архивирования данных, которые обеспечивают процесс сжатия информации в файлах с целью уменьшения объема памяти для ее хранения;
• программы обслуживания сети.

Эти программы часто называются утилитами. Утилиты – программы, служащие для выполнения вспомогательных операций обработки данных или обслуживания компьютеров (диагностики, тестирования аппаратных и программных средств, оптимизации использования дискового пространства, восстановления разрушенной на магнитном диске информации и т. п.).

В современных операционных системах такие утилиты могут быть представлены, как, например, в Windows , группами программ "стандартные" и "служебные". В них входит ряд полезных программ: калькулятор, звукозапись, блокнот и др. В группе "служебные" имеется ряд программ, расширяющих возможности операционной системы: очистка и дефрагментация диска, восстановление системы и т.п.

Системное программное обеспечение - совокупность программ и программных комплексов для обеспечения работы компьютера и сетей ЭВМ.

Системное программное обеспечение состоит из базового программного обеспечения , которое, как правило, поставляется вместе с компьютером, и сервисного программного обеспечения , которое может быть приобретено дополнительно.

Базовое программное обеспечение - минимальный набор программных средств, обеспечивающих работу компьютера.

Сервисное программное обеспечение - программы и программные комплексы, которые расширяют возможности базового программного обеспечения и организуют более удобную среду работы пользователя.

В базовое программное обеспечение входят:

Операционная система;

Операционные оболочки (текстовые и графические);

Сетевая операционная система.

Операционная система предназначена для управления выполнением пользовательских программ, планирования и управления вычислительными ресурсами ЭВМ.

Операционные оболочки - специальные программы, предназначенные для облегчения общения пользователя с командами операционной системы. Операционные оболочки имеют текстовый и графический варианты интерфейса конечного пользователя.

Эти программы существенно упрощают задание управляющей информации для выполнения команд операционной системы, уменьшают напряженность и сложность работы конечного пользователя.

DOS (Disk Operating System) выпущена в 1981 г. и была предназначена для поставки с компьютерами IBM PC.

16-разрядная однозадачная операционная система DOS обладала «интерфейсом командной строки», то есть все команды пользователю приходилось набирать на клавиатуре вручную, в командной строке ОС. DOS использовалась на протяжении 10 лет. Со временем DOS совершенствовалась и пополнялась новыми программами, с каждой новой версией она поддерживала все больше типов устройств. Однако основные ее недостатки не могли быть устранены:

Работа с оперативной памятью (стандартный сервис DOS не позволял работать с памятью более 640 Кбайт);

Невозможность работы в полноценном графическом режиме. DOS практически не позволяла работать с загружаемыми драйверами для различных видеокарт,

Для нормальной работы требовались специальные программы-оболочки (Norton Commander, Volkov Commander);

Однозадачность;

Отсутствие механизмов защиты информации.

В результате, с появлением Windows 95, DOS практически сошла со сцены, хотя до сих пор используется в качестве составляющей ядра Windows.

Windows 3.1/3.11. Первая версия этой ОС вышла в свет в конце 80-х годов, а в 1994 году появились действительно рабочие версии 3.1 и 3.11. Windows 3.1/3.11 устанавливалась поверх MS DOS и фактически, она представляла графическую оболочку, надстройку над MS-DOS.

К достоинствам Windows 3.1/3.11 относятся: полноценный графический интерфейс, позволявший, отдавать команды простым щелчком мыши по иконкам; многозадачность (число одновременно запускаемых приложений было ограничено двумя-тремя, запустить больше не позволят малый объем оперативной памяти); исчез барьер 640 Кбайт, и компьютер мог использовать всю оперативную память.

К числу недостатков Windows 3.1/3.11 относятся: неустойчивость и большое число ошибок, поскольку программам приходилось работать в общем пространстве, конкурируя за ресурсы оперативной памяти или процессора, то есть модель многозадачной работы была упрощенной; отсутствие механизмов защиты информации.

Windows 95 появилась в 1995 году. Впервые Windows превратилась из графической надстройки в полноценную операционную систему, хотя в качестве ее основы по-прежнему использовалась DOS, модернизированная, и не заявленная в качестве отдельного продукта.

Достоинства Windows 95: развитый графический интерфейс; возможность работать в обычном режиме DOS, не загружая графическую оболочку; операционная система стала 32-разрядной.

Недостатки: в целях совместимости со старыми программами ядро ОС по-прежнему содержало старые, 16-разрядные модули; ОС также отличалась неустойчивостью и большим количеством ошибок.

Если Windows 3.11 обладала лишь относительной поддержкой мультимедиа, то в Windows 95 впервые был интегрирован программно-драйверный комплекс DirectX, Благодаря этому стало возможным создание игр для Windows 95. А другая система - ActiveMovie - обеспечивала поддержку воспроизведения большого количества мультимедийных файлов - от музыки в формате MIDI до видеодисков.

Наконец, Windows 95 могла автоматически распознать большое число комплектующих и обладала значительно более совершенным механизмом настройки и конфигурации. Все это существенно снижало риск критических ошибок.

Windows 98/98 SE. ОС Microsoft Windows 98 появилась в июне 1998 года. В конце 1999 года появилась русскоязычная версия Windows 98 SE. Основные отличия Windows 98/98 SE: 1) рабочий стол Windows 98 полностью интегрирован со средствами доступа к Internet. Основным средством работы с файлами и папками служит программа Internet Explorer; 2) расширенные возможности управления интерфейсом; 3) корректная работа с новыми комплектующими - процессором Pentium II, графическим портом AGP, шиной USB, новыми моделями видеокарт, материнских плат, модемов и т. д.

Windows 98 содержала много новых программ и утилит - в первую очередь полный комплект программного обеспечения для работы в Интернет и утилиту конвертации файловой системы FAT16 в более экономную FAT32.

Windows NT. Первая версия 32-разрядной ОС Windows NT (New Technology) появилась в 1993 году. С самого начала эта ОС разрабатывалась для работы в локальных компьютерных сетях (ЛВС).

Достоинства операционной системы: стабильность и надежность (выполняет надежное разделение работающих под ее управлением программ, не давая конфликтовать за ресурсы); запрещается доступ к ресурсам любым программам, пытающимся работать с «железом» напрямую.

К недостаткам операционной системы можно отнести следующее: под управлением Windows NT не могут работать любые программы, написанные под DOS, и многие программы, созданные для Windows 95; расход ресурсов компьютера в Windows NT вдвое выше, чем в Windows 98. Следует учитывать также, что большая часть достоинств NT проявляется в сетевом режиме работы.

Windows 2000. Следующая версия Windows NT (5.0) получила иное название - Windows 2000.

К достоинствам системы относятся: стабильное, 32-разрядное ядро одето в удобную оболочку от Windows 98; защищенность информации, отличные сетевые возможности и сервисы NT; расширенные мультимедийные возможности; программный комплекс DirectX для компьютерных игр.

Основной недостаток системы связан с высокими требованиями к ресурсам компьютера. Именно это, а также то, что поддержка игрового режима в Windows 2000 даже после доработок была далека от идеала, заставили Microsoft отказаться от идеи сделать Windows 2000 единой, универсальной операционной системой для сетей и индивидуальных пользователей.

Windows ME (Millennium Edition). Потерпев относительную неудачу в деле продвижения Windows 2000 на рынок домашних ПК, Microsoft выпустила в последнем году второго тысячелетия новый, обновленный вариант «домашней ОС» линии Windows 98/МЕ - Millennium.

Достоинства: новая версия Microsoft Internet Explorer 5.5; обновленный пакет драйверов DirectX 7.1; ряд новых дополнительных программ (например, универсальный проигрыватель Windows Media Player); введена поддержка цифровых фото- и видеокамер, сканеров; отказ от поддержки режима MS-DOS; можно удалять и добавлять любые компоненты ОС, не обращаясь к установочному компакт-диску; добавлен ряд инструментов обеспечения сохранности конфигурации и системных файлов; стабильность работы выше, чем у Windows 98.

Недостатки: полный комплект Windows ME занимает на жестком диске от 300 до 500 Мбайт - примерно втрое больше, чем Windows 98 (при установке сохраняется дистрибутив, немало места занимает папка RESTORE для системных файлов); скорость работы в Windows ME несколько снизилась; повысился требуемый объем оперативной памяти.

Серьезные изменения претерпела система безопасности самой ОС - в наборе стандартных программ появился комплекс Windows Restore, предоставляющий пользователю возможность «отката» на предыдущие конфигурации Windows в случае неудачной установки программ.

Windows ME хорошо поддерживает только домашние сети; для корпоративных сетей используется Windows 2000.

Windows XP. Преемница Windows 2000, 32-разрядная операционная система с новой, защищенной архитектурой, получила имя - Windows XP (сокращенное от «experience»).

Под именем Windows XP представлена целая линейка операционных систем: корпоративные ОС Windows XP Server и Windows XP Professional и домашняя Windows XP Home.

Отличия системы состоят в следующем: улучшенная защита системных файлов; ряд новых драйверов устройств; встроенная система распознавания голосовых команд и данных. Windows XP - первая операционная система Microsoft с полностью настраиваемым интерфейсом; «интеллектуальное» меню «Пуск» предлагает вам меню часто используемых программ; переработана Панель управления - все иконки распределены по группам; поддержка записи CD-R и CD-RW дисков на уровне самой ОС (можно работать с этими дисками, как с обычными дискетами, копируя на диск файлы с помощью проводника).

Недостатком системы являются повышенные потребности в ресурсах компьютера. Так, для нормальной работы Windows XP потребует не меньше 128 Мбайт оперативной памяти, процессора с частотой не менее 700-800 МГц и около 1 Гбайт дискового пространства.

Windows СЕ. Эта операционная система предназначена для установки на «карманные» компьютеры (palmtop). Сегодня «электронными органайзерами» пользуются и деловые люди, постоянно находящиеся в разъездах, и студенты - благо стоят новинки не слишком дорого.

В крохотной ОС интегрированы все необходимые приложения для работы с мини-компьютером - простой текстовый редактор, записная книжка, электронная таблица и система электронной почты. По замыслу Microsoft, Windows CE будет устанавливаться в бытовую технику и даже на бортовые компьютеры некоторых моделей автомобилей.

PC-DOS 2000 (IBM). Хотя Windows успешно завоевала большую часть домашних компьютеров, в локальных сетях многих крупных фирм США и Европы до сих пор используются старые компьютеры с процессорами 386 и 486 - крупные организации очень неохотно обновляют парк своих сетевых ПК. Эти соображения побудили корпорацию IBM продолжить, казалось бы, угасшую линию DOS. В конце 1998 года появился последний представитель этой линии - DOS 2000. Его отличия от предшественников в основном заключаются в усовершенствованной системе оптимизации памяти и сжатия дисков.

MacOS (Apple). Эта ОС на PC-совместимые компьютеры не устанавливается . MacOS предназначена для компьютеров Macintosh, выпускаемые корпорацией Apple.

В свое время Macintosh считался лидером рынка ПК. И именно MacOS стала первой операционной системой, предложившей пользователю удобства графического интерфейса, Рабочий Стол с иконками, соответствующими папкам и программам, удобные средства настройки, работа с мышью. Наконец, еще в начале 80-х компьютеры Macintosh уверенно работали с мощными графическими пакетами, не ведали «барьера 640 Кбайт», на долгие годы ставшего бичом семейства PC. Видео и звук на компьютере, цветная печать и многое другое стало известно именно благодаря Macintosh и MacOS, хотя не все они были разработаны этой фирмой.

И сегодня по стабильности и удобству MacOS до сих пор нет равных . MacOS может рационально использовать ресурсы компьютера - написанные для нее программы работают вдвое быстрее , чем их конкуренты на PC аналогичной конфигурации Если в США «Маки» составляют львиную долю парка домашних ПК, то в России, вследствие их дороговизны, они так и остались уважаемыми инструментами для профессионалов.

Сегодня Macintosh и MacOS широко используют в процессе допечатной подготовки книг, журналов, газет. Такие программы, как Adobe Photoshop, Adobe Illustrator, Adobe PageMaker, изначально были предназначены для MacOS, и лишь потом переведены под Windows. И если вы планируете работать с графикой, анимацией, живым видео - вполне вероятно, что работать вам придется именно на Macintosh и MacOS, Рабочий стол, структура папок и файлов - все это присутствует и здесь. К тому же большинство популярных программ для PC сегодня имеет своих «двойников», предназначенных для работы на «Маках» (хотя часто логичнее сказать наоборот).

OS/2 (IBM). Из-за нестабильности Windows, параллельно с ее совершенствованием, корпорация Microsoft совместно с корпорацией IBM вела активную работу по созданию более совершенной и защищенной системы - OS/2.

Эта 32-разрядная ОС по большинству параметров превосходила 16-разрядные версии Windows. Слабость OS/2 состояла в том, что она появилась раньше, чем следовало: все ее достоинства - полноценная многозадачность, обеспечивающая каждой программе возможность работы в отдельной, изолированной «виртуальной машине», высокая надежность, более привлекательный интерфейс, расширенные возможности работы с мультимедиа - были перечеркнуты главным недостатком : повышенным требованием к ресурсам компьютера.

Тем не менее, OS/2 существует до сих пор и даже приобрела некоторую популярность в среде корпоративных сетей. Для OS/2 разработано большое количество программных продуктов, в том числе, деловые приложения (полный пакет программ от Lotus - «прародителя» этой категории программ и создателя популярной электронной таблицы «1-2-3») и средства для разработки программ.

Linux. Операционная система Linux, выпущенная в 1994 г. Линусом Торвальдсом, существенно отличается от всех других операционных систем. Linux - единственная популярная ОС, созданная программистом-любителем. Она поддерживается, развивается и дополняется она сотнями тысяч таких же энтузиастов из разных стран мира. Наконец, Linux - единственная свободно распространяемая (то есть абсолютно бесплатная) ОС. По стабильности ОС Linux давно и уверенно занимает первое место. Однако до некоторого времени для того, чтобы работать с Linux, нужно было, как минимум разбираться в программировании . Поэтому единственной областью, в которой работал Linux, вплоть до самого последнего момента оставались сети . До сих пор бльшая часть Web-серверов Internet работает именно под управлением Linux.

В 1998 году появились первые коммерческие недорогие установочные комплекты Linux, которые позволяли самостоятельно инсталлировать прихотливую ОС даже новичкам. Позже появились удобные программы-оболочки, а в 2000 году выпущена версия Linux, предназначенная для установки поверх Windows. Сочетание привычного Рабочего Стола и иконок Windows и мощи ядра Linux привлекло внимание разработчиков и пользователей. Сегодня Linux устанавливается уже не только на серверы, но и на готовые персональные компьютеры и ноутбуки.

Расширением базового программного обеспечения компьютера является набор сервисных , дополнительно устанавливаемых программ, именуемых также «утилитами». Утилиты - программы, служащие для выполнения вспомогательных операций обработки данных или обслуживания компьютеров.

Утилиты можно классифицировать следующим образом:

Программы диагностики работоспособности компьютера;

Антивирусные программы, обеспечивающие защиту компьютера, обнаружение и восстановление зараженных файлов;

Программы обслуживания дисков , обеспечивающие проверку качества поверхности магнитного диска, контроль сохранности файловой системы на логическом и физическом уровнях, сжатие дисков, создание страховых копий дисков, резервирование данных на внешних носителях и др.;

Программы архивирования данных , которые обеспечивают процесс сжатия информации в файлах с целью уменьшения объема памяти для ее хранения;

Программы обслуживания сети .