Лекции по "Программному обеспечению"

Лекция  № 6 Программный принцип управления компьютером

1. Программный принцип управления компьютером

      Компьютер является универсальным инструментом для решения разнообразных задач  по преобразованию информации, но его  универсальность определяется не столько  аппаратным обеспечением, сколько установленными программными средствами, другими словами, все "знания" компьютера сосредоточены в программах, которые представляют собой точную и подробную последовательность инструкций, представленных на понятном для компьютера языке, по обработке информации. Меняя программы, можно превратить компьютер в рабочее место дизайнера, бухгалтера, конструктора, статистика или агронома, использовать его для прослушивания музыки, просмотра кинофильмов и других развлечений.

      Основные  принципы построения компьютеров, описанные Джоном фон Нейманом, до сих пор являются стандартом практически для всех компьютеров. Одним из них является программное управление.

      В основе принципа программного управления лежит представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений.

      Алгоритм – точное предписание, определяющее процесс преобразования исходных данных в конечный результат. При решении задачи применяется общий алгоритм:

      1) получить исходные данные;

      2) найти решение;

      3) сообщить ответ.

      Программа (для компьютера) – это упорядоченная последовательность команд, подлежащая обработке; описывает операции, которые нужно выполнить процессору компьютера для решения поставленной задачи.

      Команда – это инструкция машине на выполнение элементарной операции. Набор операций, которые может выполнять компьютер, и правил их записи образуют машинный язык.

      Структура команды в общем виде имеет  следующий вид:

      До  недавнего времени разработчики считали, что чем больше команд в  латинском языке, тем более широкими возможностями по обработке данных обладает компьютер. В настоящее  время совершается переход на RISC-процессоры, основной характеристикой которых является сокращение набора команд и упрощение их структуры.

      Суть  принципа программного управления заключается  в следующем:

      • все вычисления, предписанные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов-команд;

      • каждая команда содержит указания на конкретную выполняемую операцию, место нахождения (адрес) операндов и ряд служебных признаков. Операнды – это переменные, значения которых участвуют в операциях преобразования данных. Список всех переменных (входных и данных, промежуточных значений и результатов вычислений) является неотъемлемым элементом любой программы;

      • для доступа к программам, командам и операндам используются их адреса, в качестве которых выступают номера ячеек памяти компьютера, предназначенных для хранения объектов;

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

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

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

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

2. Классификация программного обеспечения  персонального компьютера

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

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

     1. Системное программное обеспечение  (системные программы).

     2. Прикладное программное обеспечение  (прикладные программы).

     3. Инструментальное обеспечение (инструментальные  системы).

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

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

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

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

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

     Для организации более удобного и  наглядного интерфейса пользователя с  компьютером используются программные  оболочки операционных систем — программы, которые предоставляют пользователю более удобные и эффективные, чем возможности ОС, средства управления ресурсами компьютера. К числу наиболее популярных оболочек относятся пакеты Norton Commander (Symantec), FAR (File and Archive manageR).

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

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

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

     • программы оптимизации и контроля качества дискового пространства;

     • программы восстановления информации, форматирования, защиты данных;

     • программы для записи компакт-дисков; 1

     • драйверы  — программы, расширяющие  возможности операционной системы  по управлению устройствами ввода/вывода, оперативной памятью и др. При подключении к компьютеру новых устройств необходимо установить соответствующие драйверы;

     • коммуникационные программы, организующие обмен информацией между компьютерами и др.

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

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

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

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

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

     - текстовые редакторы (например, MS Word, Word Perfect, Лексикон);

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

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

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

     - графические редакторы (например, Corel Draw, Adobe Photoshop);

     - издательские системы (например, Page Maker, Venture Publisher);

     - системы автоматизации проектирования (например, BpWin, ErWin);

     - электронные словари и системы  перевода (например, Prompt, Сократ, Лингво, Контекст);

     - системы распознавания текста (например, Fine Reader, Cunei Form). Системы общего назначения  часто интегрируются в многокомпонентные пакеты для автоматизации офисной деятельности — офисные пакеты — Microsoft Office, StarOffice и др.

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

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