Лекционные и лабораторные работы для студентов 1 курса

ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА.

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВНЕШНИХ УСТРОЙСТВ.

Методическое пособие по выполнению лабораторной работы

Составитель – Васильева А.Р.

Лабораторная работа №7.

Тема: Программное обеспечение компьютера, классификация программного обеспечения.

Цель: Изучить основы работы в операционной системе, приемы операций с файловой системой и файловой структурой.

Теоретические сведения

Программное обеспечение персонального компьютера.

• Системное программное обеспечение.

• базовое ПО

• операционные системы

• служебные программы

• Прикладное программное обеспечение.

• Инструментальное программное обеспечение.

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 программное обеспечение.

Системное 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).

Базовое программное обеспечение.

Базовое ПО в архитектуре компьютера занимает особое положение. С одной стороны, его можно рассматривать как составную часть аппаратных средств, с другой стороны, оно является одним из программных модулей операционной системы.

Операционная система.

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.

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 95, Microsoft Windows 98, Microsoft Windows 2000, Microsoft Windows Me, Microsoft Windows XP.

• 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.

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.

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.

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

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.

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).

Электронные таблицы обеспечивают работу с большими таблицами чисел. 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.

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.

Информационные системы (ИС), предоставляют широкие возможности в:

• управлении предприятием — это склад, документооборот офиса;

• бухгалтерском учете - это системы, имеющие функции текстовых, табличных редакторов и СУБД. Предназначены для автоматизации подготовки начальных бухгалтерских документов, предприятия и их учета, регулярных отчетов по итогам производственной, хозяйственной и финансовой деятельности в форме, приемлемой для налоговых органов, внебюджетных фондов и органов статистического учета;

• анализе экономической и финансовой деятельности; их используют в банковских и биржевых структурах. Они позволяют контролировать и прогнозировать ситуацию на финансовых, торговых рынках и рынках сырья, выполнять анализ текущих событий, готовить отчеты.

Экспертные системы представляют собой дальнейшее развитие систем, управления базами данных. Они предназначены для анализа данных, хранящихся в базах знаний. В отличие от СУБД, позволяющих производить операции манипуляции данными, экспертные системы производят логический анализ данных, имеют функции самообучения.

Системы автоматизированного проектирования — позволяют осуществлять черчение и конструирование различных механизмов с помощью компьютера, применяются в машиностроении, строительстве, архитектуре. Они позволяют создавать чертежную документацию, адаптированную в конкретной предметной области, а также имеют справочники, средства проведения расчетов. Широкое распространение получили такие программы как AutoCAD, ArchCaAD и др.

Инструментальное программное обеспечение.

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.

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.

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.

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.

Программными средствами для защиты информации в сети являются:

• Firewall

• Brandmauer

• Sniffer

• Backup.

Ход работы

Задание №1

Определить тип операционной системы установленной на ПК. Мой компьютер→Свойства→Система

Задание №2

Определить типа драйверов следующих устройств:

Задание №3

Ответьте на следующие вопросы:

1. Для чего нужно программное обеспечение?

2. Что такое операционная система?

3. Перечислите программные средства защиты информации.

4. Где применяются информационные системы?

5. Для чего необходимы драйверы?

14