Программные средства обработки информации
Программные средства обработки информации — это инструментальные наборы, применяемые в компьютерном оборудовании для обработки текстовых, графических и других информационных данных.
Компьютерные возможности, как техническая база систем обработки информации, зависят от применяемого программного обеспечения, то есть набора необходимых программ.
Программой называется определённая очерёдность командных компьютерных кодов, предназначенных для разрешения определённой задачи.
Программное обеспечение – это набор программ, служащий для обработки информации, и необходимый для его использования комплект документации.
Программы служат для компьютерного разрешения поставленных задач. Терминология задачи и приложения повсеместно употребляется в области программного обеспечения и информатики. Под задачей понимается проблематика, которую необходимо решить, а приложением является разрешение задачи при помощи специальной программы. То есть, задачей считается проблема, которую требуется реализовать при помощи методов информационных технологий, а приложением является осуществленное на компьютерном оборудовании решение этой задачи. Термин приложение, который по сути является синонимом понятия программа, может считаться наиболее приемлемым и поэтому повсеместно применяется в информатике.
Обработки информации
Средства обработки информации подразделяются на две основные категории:
· программное обеспечение ПК;
· аппаратное обеспечение ПК.
Количество программ, установленных на современном компьютере, исчисляется сотнями и даже тысячами. Именно они обеспечивают комфортную работу пользователя. Следует иметь в виду, что стоимость программного обеспечения (Software) современного ПК существенно превосходит стоимость аппаратных средств (Hardware). По образному выражению, в ближайшем будущем стоимость Software будет соотноситься со стоимостью Hardware как стоимость товара и его упаковки (конечно, если программные продукты цивилизованно покупать, а не копировать незаконно). Вся совокупность программ входит в так называемое программное обеспечение компьютера. Состав программного обеспечения ПК является важнейшей его функциональной характеристикой.
Программное обеспечение – совокупность всех программ и соответствующей документации, обеспечивающая целесообразное использование ЭВМ в интересах каждого его пользователя.
Различают внутреннее (системное), внешнее (прикладное) и инструментальное программное обеспечение. Классификационная схема ПО ПК представлена на рис. 1.
Рисунок 1 Классификационная схема ПО ПК
Системное ПО – самый главный вид программного обеспечения в ЭВМ, основной функцией которого является управление ресурсами ПК (аппаратурой и программами), обеспечение взаимодействия пользователя с ЭВМ, а также выполняет различные вспомогательные функции, например создание копий используемой информации, проверку работоспособности устройств компьютера и т.д.
Системное программное обеспечение подразделяется на базовое и сервисное. Базовое По обеспечивает управление ресурсами ПК, а сервисное – вспомогательные функции (обслуживание ресурсов, архивацию, проверку на
Прикладное ПО – обеспечивает выполнение необходимых пользователю работ: редактирование текстов, рисование картинок, обработка информационных массивов.
Инструментальное ПО – обеспечивает создание новых программ (системы программирования).
Полная классификация программных средств представлена в табл. 1
Таблица 1 Классификация программного обеспечения ЭВМ
| Программы | Пояснения | ||
| системное | базовое | Операционные системы (ОС) | Система программ, распределяющих ресурсы и организующих работу других программ. ОС включает управляющие и обрабатывающие программы. |
| Операционные оболочки | Программы, облегчающие общение пользователя с командами операционной системы . | ||
| сервисное | Программы диагностики работоспособности компьютера | Проверяют работу основных элементов компьютера. | |
| Драйверы | Необходимы для поддержки устройств ПК и функций ОС, указанных пользователем. | ||
| утилиты | Антивирусные программы | Программы обнаружения компьютерных вирусов и средства их лечения (Dr.Web, Aidstest, AVSP). | |
| Программы обслуживания дисков | Проверка целостности файловой системы, поиск испорченных блоков на диске, дефрагментация. | ||
| Программы архивирования данных | Упаковка файлов и ли группы файлов для уменьшения места, занимаемого ими на диске (Arj, Zip, Rar, WinRar). | ||
| прикладное | Текстовые процессоры | Позволяют создавать, редактировать и оформлять текстовые документы (Word). | |
| Табличные процессоры | Позволяют выполнять многочисленные операции над данными в табличной форме (Excel). | ||
| Средства создания презентаций | Позволяют создавать и демонстрировать наборы слайдов (возможно со звуковым сопровождением) – Power Point. | ||
| Средства распознавания символов | Позволяют автоматизировать ввод в компьютер типографических и машинописных текстов (Fine Reader). |
| Средства машинного перевода | Позволяют автоматически переводить тексты с иностранных языков и на иностранные языки (Stylus). | |
| Средства компьютерной графики и анимации | Позволяют создавать неподвижные и движущиеся изображения (CorelDraw, Animator Pro). | |
| Программные средства мультимедиа | Позволяют объединить тексты, графику, звук и движущиеся изображения (в т.ч. видеофильмы). | |
| САПР – системы автоматизированного проектирования | Позволяют проектировать на компьютере электронные схемы, машины, механизмы (Auto Cad, Archie Cad). | |
| Средства автоматизации производства | Позволяют применять компьютер на разных стадиях производственного процесса. | |
| Настольные издательские системы | Позволяют выполнять компьютерную верстку для подготовки изданий к тиражированию (MS Publisher). | |
| Коммуникационные пакеты | Предназначены для общения с удаленными абонентами и информационными ресурсами сети (Internet Explorer, Netscape Communicator). | |
| Информационные системы, системы управления базами данных (СУБД) | Используются для обработки больших массивов данных (ввод, поиск, размещение и выдача информации) – Works, Oracle, Access. | |
| Обучающие программы | Помогают изучать иностранные языки, историю, химию, физику, математику и многое другое. | |
| Игры (имитационные, ролевые, логические, стратегические, приключенческие) | Используется для организации досуга, обучения, решения производственных, военных и научных задач. | |
| инструментальное | Трансляторы (компиляторы) | Переводят программы с языков программирован. в машинные коды (Turbo Pascal). |
| Интерпретаторы | Осуществляет непосредственное выполнение программы на языке программирования высокого уровня (QBasic). | |
| Отладчики | Позволяют отслеживать выполнение создаваемых программ для поиска и исправления ошибок. |
| Интегрированные среды разработки приложений | Объединяют разные средства разработки программ: редактор текста программ, транслятор, отладчик (Delphi). |
| Средства создания информационных систем. | Объединяют средства разработки программ и технологии работы с базами данных. |
Решение любой задачи на компьютере требует наличия, с одной стороны, программ (программных средств — Software), определяющих последовательность всех подлежащих выполнению операций, с другой стороны, определенных аппаратных средств (процессора, памяти, дисплея, принтера, клавиатуры и т. д. — Hardware), привлекаемых для реализации этих операций. Многие процедуры управления аппаратными средствами компьютера являются более или менее стандартными и, по существу, не зависят от программных средств. Основной задачей операционной системы (ОС) и является автоматизация выполнения указанных стандартных, часто достаточно тривиальных процедур.
Функциональные связи между ресурсами вычислительной системы можно представить так, как показано на рис. 2.
Рисунок 2 Связи между ресурсами вычислительной машины
На рисунке показаны:
· аппаратные средства, объединяющие технические элементы компьютера;
· программные средства, объединяющие все средства системного программного обеспечения;
· операционная система, автоматизирующая стандартные процедуры управления аппаратными и программными средствами;
· прикладная программа, реализующая решение конкретной задачи пользователя.
С точки зрения пользователя ОС формирует удобный пользовательский интерфейс (командный язык для управления функционированием компьютера и набор сервисных услуг, освобождающих пользователя от выполнения рутинных операций), программное окружение, на фоне которого выполняется разработка и осуществляется исполнение прикладной программы пользователя.
С технической точки зрения ОС — комплекс программ, обеспечивающий управление ресурсами компьютера, процессами обработки информации, использующими эти ресурсы, и данными.
Управление ресурсамисводится к процедурам упрощения доступа к ресурсам, динамического распределения ресурсов между конкурирующими процессами. Следует иметь в виду, что ресурсом является любой объект вычислительной системы, который может использоваться вычислительными процессами и, соответственно, распределяться между ними.
Различают аппаратные и программные ресурсы. К аппаратным ресурсамотносятся микропроцессор, дополнительные процессоры (например, математический сопроцессор, процессор прямого доступа к памяти и т. п.), основная память, внешняя память, принтер, видеомонитор и другие периферийные устройства. Распределяются между процессами, соответственно, процессорное время, сегменты и ячейки памяти и т. д. К программным ресурсамотносятся все доступные пользователю программные средства управления вычислительными процессами и данными.
Управление процессамиобработки информации заключается в организации и реализации эффективных режимов функционирования компьютера, таких как:
□ однопользовательский и многопользовательский режимы (совместная работа с компьютером одновременно нескольких пользователей через отдельные терминалы);
□ однопрограммный (однозадачный) и многопрограммный (многозадачный) режимы работы; многопрограммный режим работы в зависимости от режима до
ступа к ресурсам, в свою очередь, подразделяется на режимы:
■ пакетной обработки (без непосредственного доступа пользователя, а с предварительным сбором и формированием всего блока (пакета) программ, подлежащих одновременному решению);
■ разделения времени (одновременный диалоговый (интерактивный) доступ
нескольких пользователей с разделением между ними каждого заранее фиксированного интервала машинного времени, или в соответствии с иной дисциплиной обслуживания);
■ реального времени (с гарантированным временем обслуживания каждого
обращения пользователя или внешнего терминала);
□ режим формирования виртуальных машин (каждому пользователю в рамках основной конфигурации компьютера выделяется как бы отдельная машина меньшей производительности, возможно, со своей операционной системой);
□ работа в однопроцессорных, многопроцессорных, многомашинных, в том числе и сетевых, вычислительных системах.
Аппаратное и программное обеспечение
Собственно компьютер и все его устройства принято называть аппаратным обеспечением. Поскольку компьютер — это автомат, выполняющий программу (см. “Исполнение программы”), очевидно, что для нормального функционирования аппаратной части требуются еще программы, т.е. программное обеспечение. Аппаратную и программную составляющие часто называют английскими терминами hardware и software соответственно, что подчеркивает гибкость и вариативность (“мягкость”) программной части, за счет которой выпущенный на заводе стандартный компьютер приспосабливается к потребностям конкретного пользователя непосредственно на его рабочем месте.
Очевидно, что наличие ПО позволяет адаптировать одно и то же компьютерное оборудование к потребностям специалистов из самых разнообразных областей. В результате и писатель, и бухгалтер, и инженер-технолог могут пользоваться абсолютно одинаковыми вычислительными машинами. С экономической точки зрения такой подход необычайно продуктивен, поскольку универсальные изделия, выпускаемые в больших количествах, получаются существенно дешевле: легче автоматизировать их производство.
Современный компьютер является воплощением подлинного единства программной и аппаратной части. Не только написание программ без машины лишено практического смысла, но и компьютер без программного обеспечения не более чем дорогое украшение стола. Считается, что роль программной и аппаратной частей примерно одинакова, они должны гармонично соответствовать друг другу. В частности, устанавливаемое на компьютер программное обеспечение должно соответствовать его аппаратным характеристикам, а технические возможности компьютера полностью реализуются только после установки соответствующего ПО (например, многоядерность процессоров сама по себе, без поддержки обновленного программного обеспечения, обещанного подъема производительности не обеспечит).
Оба компонента компьютера необычайно разнообразны по реализации. Так, аппаратная часть образует целые семейства совместимых моделей, причем индивидуальная конфигурация отдельных однотипных машин также может существенно различаться. В нашей стране наибольшее распространение получили компьютеры IBM PC, но это не единственное семейство ПК. Во многих западных университетах, а также в организациях, обрабатывающих мультимедийную информацию, большой популярностью пользуются компьютеры Apple Macintosh. Существуют и другие модели компьютеров.
Еще большим разнообразием отличается программное обеспечение. Тысячи программ на многие случаи жизни уже написаны, но каждый день появляются все новые и новые. Однозначно расклассифицировать такое великое множество разнообразных программ невозможно. Тем не менее, если отбросить второстепенные детали, то удается создать довольно простую классификацию, которая принимается большинством авторов учебной литературы. В соответствии с ней программное обеспечение можно разделить на системное, прикладное и системы программирования.
Системное программное обеспечение является своеобразным программным продолжением аппаратной части. Оно обеспечивает работоспособность самого компьютера и его устройств, а также поддерживает нормальную работу всех остальных видов программ. Эта “вспомогательная” часть ПО хотя и не решает конкретных задач пользователей, но зато создает возможности для их комфортного решения. К данной категории программного обеспечения принадлежит в первую очередь операционная система (см. “Операционная система”). Кроме того, сюда же можно отнести всевозможные программы “технической” направленности: для проверки и обслуживания внешних устройств, сервисные программы, ПО для повышения удобства работы с папками и файлами на дисках и многое другое. Важной частью этой категории ПО являются антивирусные программы.
В настоящее время без минимального набора системного ПО нельзя даже полноценно продемонстрировать, что компьютер и все его внешние устройства работоспособны.
Прикладное программное обеспечение, как следует из названия, предназначено для решения прикладных задач. Оно делится на ПО общего и специального назначения. Первое требуется всем пользователям независимо от их профессии (текстовый и графический редакторы, электронные таблицы, системы управления базами данных, программы для сетевых коммуникаций и т.п.). Второе для каждой области деятельности имеет собственный набор. Такое специализированное программное обеспечение часто называют пакетами прикладных программ. Сюда относятся, например, различные математические пакеты (Maple, MatCad), бухгалтерские (1C, Бест) или многочисленные пакеты обучающих программ.
Именно ради этой группы программного обеспечения в основном и приобретает компьютеры большая часть пользователей.
Системы программирования
Наконец, последняя разновидность программного обеспечения — системы программирования — позволяет создавать новые программы. Благодаря этому можно “научить” компьютер выполнять любые действия, в том числе и такие, которые отсутствуют в “готовом” программном обеспечении.
Уточним, что термин “система программирования”, сменивший более ранний “язык программирования”, введен потому, что в комплект современного транслятора обязательно входит целый набор дополнительных программных средств, которые облегчают работу программиста.
Описанная выше классификация является наиболее общей и не претендует на полноту. Тем не менее для первоначального знакомства она вполне достаточна.
Отдельные наиболее важные аспекты и свойства этих составляющих будут рассмотрены в других статьях данного раздела.
Методические рекомендации
Вопрос о неразрывном единстве аппаратной и программной частей компьютера не случайно выделен в Стандарте. Он является фундаментальным и мировоззренческим, поэтому на уроках ему должно уделяться постоянное внимание. При изучении аппаратного устройства следует всячески подчеркивать роль программного обеспечения в функционировании машины. С другой стороны, используя конкретное программное обеспечение, следует отмечать его опору на те или иные аппаратные особенности устройств. В свете сказанного особое внимание необходимо уделить процессу инсталляции нового программного обеспечения, когда требуется внимательно анализировать соответствие системных требований ПО техническим характеристикам имеющегося компьютера. Следует формировать у учащихся привычку оценивать это соответствие прежде, чем произведенная установка покажет очевидную невозможность практического использования данного ПО. Например, установка на старый компьютер новейшей версии операционной системы будет напрасной тратой времени, и это можно заранее предсказать.
Аппаратная и программная часть компьютера
Компьютер – устройство, предназначенное для выполнения заданной, четко определенной последовательности действий по обработке информации.
Аппаратная часть компьютера (hardware от англ. твердое изделие) – это набор устройств, из которых он состоит.
Программное обеспечение компьютера – это набор программ, управляющих действиями компьютера при его использовании для решения задач.
Общая схема аппаратной части современного персонального компьютера имеет
Рис. 2.1. Общая схема аппаратной части компьютера
На рис. 2.1 приняты обозначения:
ОЗУ – оперативное запоминающее устройство;
ПЗУ – постоянное запоминающее устройство;
ЦП – центральный процессор;
УУ – устройство управления;
АЛУ – арифметико-логическое устройство.
Согласно схеме фон Неймана аппаратная часть компьютера состоит из:
Памяти – устройства, предназначенного для хранения данных и программ, необходимых компьютеру для работы; Центрального процессора – основного рабочего элемента компьютера, предназначенного
для выполнения команд; иногда его обозначают аббревиатурой CPU ( C Entral P Rocessing U Nit – центральное обрабатывающее устройство); Периферийных устройств – устройств, предназначенных для обмена информацией между человеком и компьютером с целью решения конкретной задачи:
Устройств ввода, предназначенных для ввода в компьютер данных и программ; Устройств вывода, предназначенных для вывода результатов.
Кроме того, в современных компьютерах используются так называемые Накопители – устройства, предназначенные для постоянного хранения данных и программ. Обычно эти устройства называют внешней памятью.
Память компьютера удобно представлять себе в виде последовательности ячеек. Каждая ячейка содержит информацию в количестве один байт (8 битов).
Байты (ячейки) памяти пронумерованы друг за другом, причем номер первого от начала памяти байта равен нулю.
Размер информации – это количество байтов, занимаемых этой информацией.
Адрес информациИ – это номер первого из занимаемых этой информацией байтов.
Объем памяти компьютера – это количество содержащихся в ней байтов.
Внутренняя память компьютера делится на два вида:
Оперативная память или оперативное запоминающее устройство ( ОЗУ ) ( RAM от R Andom A Ccess M Emory – память с произвольным доступом) предназначена для чтения и записи информации. Именно с этой памятью центральный процессор постоянно обменивается информацией при решении каждой конкретной задачи. Содержимое этого вида памяти не сохраняется при выключении компьютера. Постоянная память или постоянное запоминающее устройство ( ПЗУ ) ( RОM от R Ead O Nly M Emory – память только для чтения) предназначена только для чтения информации.
Благодаря этому информация, находящаяся в ROM-памяти, защищена от нарушений и изменений. Содержимое этого вида памяти сохраняется при выключении компьютера.
Кроме перечисленных есть еще один вид памяти, служащий для ускорения работы компьютера. Она называется Кэш-памятью и представляет собой небольшую по объему отдельную память, в которой хранится наиболее часто используемая информация.
Центральный процессор состоит из таких устройств:
Устройство управления ( УУ или англ. CU от C Ontrol U Nit) – координатор всех действий компьютера; УУ управляет последовательностью выполнения команд и движением (потоками) данных в компьютере; Арифметико-логическое устройство ( АЛУ или англ. ALU от A Rithmetic and L Ogic U Nit) – это устройство, выполняющее все вычислительные операции – и арифметические, и логические; Регистры процессора – это быстродоступная для процессора память.
Так же, как и обычная память компьютера, регистры состоят из ячеек – байтов. Однако эта память расположена внутри ЦП, что значительно ускоряет время доступа к ней. Разрядность регистра – это количество битов, из которых он состоит.
Чем больше разрядность регистров процессора, тем больше данных ЦП может обрабатывать одновременно, тем выше быстродействие компьютера.
Периферийные устройства присоединяются к компьютерам через т. н. Устройства сопряжения, или Адаптеры (от англ. to adapt – приспосабливать). Взаимодействие периферийных устройств с адаптером происходит через порты ввода/вывода (англ. Input/Output, сокращенно I/O).
Адаптеры обеспечивают взаимодействие периферийных устройств и ЦП.
Шина – это устройство, предназначенное для обмена информацией между ЦП и памятью компьютера. Ширина шины – это количество одновременно передаваемых по ней байтов информации. Для передачи адресов используется шина адреса, для передачи данных используется шина данных.
Системное и прикладное программное обеспечение
Системное ПО – это совокупность программ, предназначенных для управления аппаратной частью компьютера и обеспечения взаимодействия пользователя с компьютером.
К системному ПО относятся:
Операционная система (ОС) – это совокупность программ, предназначенных для управления устройствами аппаратной части компьютера и обеспечения взаимодействии пользователя с компьютером; Драйверы устройств – это программы, предназначенные для управления устройствами компьютера; Оболочки ОС предназначены для обеспечения “диалога” пользователя с ОС; служебные или сервисные программы (от англ. to serve – обслуживать) – это установленные дополнительно программы, предназначенные для:
диагностики работоспособности компьютера; защиты от вирусов; обслуживания дисков; архивации данных и т. д.
Прикладное ПО – это программы, предназначенные для решения задач в разных областях.
В прикладном ПО выделяют такие группы:
Текстовые редакторы и текстовые процессоры – это программы, предназначенные для создания и обработки текстов; Электронные таблицы – это программы для обработки данных, представленных в виде таблицы; Базы данных – это совокупности взаимосвязанных данных, отображающих информацию про определенную предметную область; Графические пакеты – это программы, предназначенные для создания и обработки графической информации;
