24. Различные виды моделей. Этапы компьютерного моделирования (этапы решения задач на компьютере).

Моделирование и его виды

Моделирование является одним из способов познания мира.

Понятие моделирования достаточно сложное, оно включает в себя огромное разнообразие способов моделирования: от создания натуральных моделей (уменьшенных и или увеличенных копий реальных объектов) до вывода математических формул.

Для различных явлений и процессов бывают уместными разные способы моделирования с целью исследования и познания.

Объект, который получается в результате моделирования, называется моделью. Должно быть понятно, что это совсем не обязательно реальный объект. Это может быть математическая формула, графическое представление и т.п. Однако он вполне может заменить оригинал при его изучении и описании поведения.

Хотя модель и может быть точной копией оригинала, но чаще всего в моделях воссоздаются какие-нибудь важные для данного исследования элементы, а остальными пренебрегают. Это упрощает модель. Но с другой стороны, создать модель – точную копию оригинала – бывает абсолютно нереальной задачей. Например, если моделируется поведение объекта в условиях космоса. Можно сказать, что модель – это определенный способ описания реального мира.

Моделирование проходит три этапа:

1. Создание модели.

2. Изучение модели.

3. Применение результатов исследования на практике и/или формулирование теоретических выводов.

Видов моделирования огромное количество. Вот некоторые примеры типов моделей:

1. Математические модели. Это знаковые модели, описывающие определенные числовые соотношения.

2. Графические модели. Визуальное представление объектов, которые настолько сложны, что их описание иными способами не дает человеку ясного понимания. Здесь наглядность модели выходит на первый план.

3. Имитационные модели. Позволяют наблюдать изменение поведения элементов системы-модели, проводить эксперименты, изменяя некоторые параметры модели.

Над созданием модели могут работать специалисты из разных областей, т.к. в моделировании достаточно велика роль межпредметных связей.

Особенности компьютерного моделирования

Совершенствование вычислительной техники и широкое распространение персональных компьютеров открыло перед моделированием огромные перспективы для исследования процессов и явлений окружающего мира, включая сюда и человеческое общество.

Компьютерное моделирование – это в определенной степени, то же самое, описанное выше моделирование, но реализуемое с помощью компьютерной техники.

Для компьютерного моделирования важно наличие определенного программного обеспечения.

При этом программное обеспечение, средствами которого может осуществляться компьютерное моделирование, может быть как достаточно универсальным (например, обычные текстовые и графические процессоры), так и весьма специализированными, предназначенными лишь для определенного вида моделирования.

Очень часто компьютеры используются для математического моделирования. Здесь их роль неоценима в выполнении численных операций, в то время как анализ задачи обычно ложится на плечи человека.

Обычно в компьютерном моделировании различные виды моделирования дополняют друг друга. Так, если математическая формула очень сложна, что не дает явного представления об описываемых ею процессах, то на помощь приходят графические и имитационные модели. Компьютерная визуализация может быть намного дешевле реального создания натуральных моделей.

С появлением мощных компьютеров распространилось графическое моделирование на основе инженерных систем для создания чертежей, схем, графиков.

Если система сложна, а требуется проследить за каждым ее элементом, то на помощь могут придти компьютерные имитационные модели. На компьютере можно воспроизвести последовательность временных событий, а потом обработать большой объем информации.

Однако следует четко понимать, что компьютер является хорошим инструментом для создания и исследования моделей, но он их не придумывает. Абстрактный анализ окружающего мира с целью воссоздания его в модели выполняет человек.

Этапы решения прикладных задач.

1. Постановка задачи (определяем, что дано и что нужно найти) – математическая модель.

2. Выбор метода и разработка алгоритма.

3. Запись алгоритма на известном для вас языке программирования.

4. Отладка и исполнение программы на компьютере.

5. Этап получения результатов – анализ данных.

28. Компьютерные вирусы. Классификация компьютерных вирусов по среде обитания, по способу заражения деструктивным возможностям, по особенностям алгоритма. Файловые вирусы. Загрузочные вирусы. Простые и полиморфные вирусы. Стелс – вирусы и др.

Компьютерные вирусы

Одной из главных причин уничтожения информации в настоящее время является распространение компьютерных вирусов.

Компьютерный вирус – это специальная компьютерная программа, как правило, небольшая по размерам, которая при своем запуске уничтожает или портит данные, хранящиеся на компьютере. Компьютерный вирус может выполнять следующие вредные действия:

удаление или искажение файлов;

изменение (порча) таблицы размещения файлов на диске, которая отвечает за целостность данных;

засорение оперативной памяти и памяти диска пустой информацией;

замедление работы компьютера или его полная остановка (зависание).

Компьютерный вирус может "приписывать" себя к другим программам, как говорят, "заражать" их. Такое "заражение" приводит к тому, что компьютерные вирусы могут самостоятельно распространяться и размножаться. Вследствие чего, большое число компьютеров может одновременно выйти из строя.

Программа, внутри которой находится вирус, называется "зараженной". Механизм действия зараженной программы следующий. Когда такая программа начинает работать, то в определенный момент управление получает вирус, который выполняет вредные действия, а затем заражает другие программы. После того как вирус выполнит свои вредные действия, он передает управление той программе, в которой находится. И эта программа продолжает работать так же, как обычно. Тем самым внешне работа зараженной программы выглядит так же, как и не зараженной.

Все действия вируса выполняются быстро и незаметно. Поэтому пользователю ПК бывает очень трудно заметить, что в компьютере происходит вредная работа вируса. Однако имеется ряд признаков, по которым можно сделать предположение о заражении компьютера. К ним относятся следующие:

программы перестают работать или начинают работать неправильно (например, "виснуть", производить неправильные расчеты, терять данные и т.д.);

на экран выводятся посторонние сообщения, символы, рисунки и т.д.;

работа на компьютере существенно замедляется или компьютер зависает;

происходит внезапная потеря данных на диске;

некоторые файлы оказываются испорченными, или они полностью удаляются т. д.

При появлении таких признаков необходимо провести проверку компьютера на наличие вирусов.

Для того чтобы компьютер заразился вирусом, необходимо, чтобы этот вирус проник в компьютер. Вирус может проникнуть с помощью переносных устройств, которые используются для передачи данных между компьютерами, через локальную вычислительную сеть организации, через другие вычислительные сети (например, через Интернет).

Однако помимо проникновения вируса на компьютер существует еще одно условие заражение компьютера. Это условие заключается в том, чтобы на компьютере хотя бы один раз была выполнена программа, содержащая вирус. Поэтому непосредственное заражение компьютера вирусом может произойти в одном из следующих случаев:

на компьютере была выполнена зараженная программа;

компьютер загружался с дискеты, содержащей зараженный загрузочный сектор;

на компьютере была установлена зараженная операционная система;

на компьютере обрабатывались файлы, содержащие в своем теле зараженные макросы.

Несмотря на возможность заражения компьютера вирусом, надо знать, что вирусом могут заразиться не все файлы компьютера. Вирусной атаке подвергаются следующие компоненты файловой системы компьютера:

- исполнимые файлы, т.е. файлы с расширениями EXE, COM, BAT;

- загрузочный сектор и главный загрузочный сектор дисков (т.е. сектора магнитных дисков, которые используются для загрузки на компьютере операционной системы);

- драйверы устройств и динамические библиотеки (обычно имеют расширение SYS и DLL);

- графические файлы, например, с расширением JPG;

- файлы, содержащие в себе макросы, например, файлы с электронными таблицами (расширение XLS), фалы с документами (расширение DOC).

Текстовые файлы (с расширением TXT), файлы с растровыми рисунками (расширение BMP) и ряд других файлов, как правило, не заражаются компьютерными вирусами.

Наиболее опасны вирусы, которые после своего запуска остаются в оперативной памяти и постоянно заражают файлы компьютера до тех пор, пока он не будет выключен или перезагружен. Также опасны и те вирусы, которые заражают загрузочные сектора дисков. Так как, если будет заражен загрузочный сектор винчестера, то каждый раз при загрузке компьютера этот вирус будет вновь запускаться и заражать новые программы.

Пока неизвестны вирусы, способные выводить из строя аппаратную часть компьютера, но существуют вирусы, которые могут изменить пароль на запуск компьютера и тем самым не дать возможность приступить к работе.

Классификация компьютерных вирусов по среде обитания, по способу заражения деструктивным возможностям, по особенностям алгоритма

Поскольку разнообразие компьютерных вирусов слишком велико, то они, как и их биологические прообразы, нуждаются в классификации. Классифицировать вирусы можно по следующим признакам:

• по среде обитания;

• по способу заражения среды обитания;

• по деструктивным возможностям;

• по особенностям алгоритма вируса.

Классификация вирусов по среде обитания

По среде обитания вирусы можно разделить на:

Файловые вирусы, которые внедряются в выполняемые файлы (*.СОМ, *.ЕХЕ, *.SYS, *.BAT, *.DLL).

Загрузочные вирусы, которые внедряются в загрузочный сектор диска (Boot-сектор) или в сектор, содержащий системный загрузчик винчестера (Master Boot Record).

Макро-вирусы, которые внедряются в системы, использующие при работе так называемые макросы (например, Word, Excel).

Существуют и сочетания - например, файлово-загрузочные вирусы, заражающие как файлы, так и загрузочные сектора. Такие вирусы, как правило, имеют довольно сложный алгоритм работы, часто применяют оригинальные методы проникновения в систему и их труднее обнаружить.

Классификация вирусов по способам заражения

По способам заражения вирусы бывают резидентные и нерезидентные.

Резидентный вирус при инфицировании компьютера оставляет в оперативной памяти свою резидентную часть, которая затем перехватывает обращение операционной системы к объектам заражения и внедряется в них. Резидентные вирусы находятся в памяти и являются активными вплоть до выключения или перезагрузки компьютера. Нерезидентные вирусы не заражают память компьютера и являются активными лишь ограниченное время.

Классификация вирусов по деструктивным возможностям

По деструктивным возможностям вирусы можно разделить на:

безвредные, т.е. никак не влияющие на работу компьютера (кроме уменьшения свободной памяти на диске в результате своего распространения);

неопасные, влияние которых ограничивается уменьшением свободной памяти на диске и графическими, звуковыми и пр. эффектами;

опасные - вирусы, которые могут привести к серьезным сбоям в работе;

очень опасные, могущие привести к потере программ, уничтожить данные, стереть необходимую для работы компьютера информацию, записанную в системных областях памяти и т.д.

Классификация вирусов по особенностям алгоритма

Здесь можно выделить следующие основные группы вирусов:

компаньон-вирусы (companion) - Алгоритм работы этих вирусов состоит в том, что они создают для ЕХЕ-файлов файлы-спутники, имеющие то же самое имя, но с расширением СОМ. При запуске такого файла DOS первым обнаружит и выполнит СОМ-файл, т.е. вирус, который затем запустит и ЕХЕ-файл;

вирусы-«черви» (worm) - вариант компаньон-вирусов. «Черви» не связывают свои копии с какими-то файлами. Они создают свои копии на дисках и в подкаталогах дисков, никаким образом не изменяя других файлов и не используя СОМ-ЕХЕ прием, описанный выше;

сетевые черви - смотрите ниже «сетевые вирусы»;

«паразитические» - все вирусы, которые при распространении своих копий обязательно изменяют содержимое дисковых секторов или файлов. В эту группу относятся все вирусы, которые не являются «червями» или «компаньон-вирусами»;

«студенческие» - крайне примитивные вирусы, часто нерезидентные и содержащие большое число ошибок;

«стелс»-вирусы (вирусы-невидимки, stealth), представляют собой весьма совершенные программы, которые перехватывают обращения DOS к пораженным файлам или секторам дисков и «подставляют» вместо себя незараженные участки информации. Кроме того, такие вирусы при обращении к файлам используют достаточно оригинальные алгоритмы, позволяющие «обманывать» резидентные антивирусные мониторы;

«полиморфик»-вирусы (самошифрующиеся или вирусы-призраки, polymorphic) - достаточно труднообнаруживаемые вирусы, не содержащие ни одного постоянного участка кода. В большинстве случаев два образца одного и того же полиморфик-вируса не будут иметь ни одного совпадения. Это достигается шифрованием основного тела вируса и модификациями программы-расшифровщика;

макро-вирусы - вирусы этого семейства используют возможности макроязыков (таких как Word Basic), встроенных в системы обработки данных (текстовые редакторы, электронные таблицы и т.д.). В настоящее время широко распространены макро-вирусы, заражающие документы текстового редактора Microsoft Word и электронные таблицы Microsoft Excel;

сетевые вирусы (сетевые черви) - вирусы, которые распространяются в компьютерной сети и, так же, как и компаньон-вирусы, не изменяют файлы или сектора на дисках. Они проникают в память компьютера из компьютерной сети, вычисляют сетевые адреса других компьютеров и рассылают по этим адресам свои копии. Такие вирусы иногда создают рабочие файлы на дисках системы, но могут вообще не обращаться к ресурсам компьютера (за исключением оперативной памяти). Сетевых вирусов известно всего несколько штук. Например, XMasTree, Вирус Морриса (Internet Worm).

На сегодняшний день сетевые вирусы не представляют никакой опасности, так как они нежизнеспособны в современных сетях, как глобальных (Internet), так и локальных (NetWare, NT). Однако это не мешает обычным DOS-вирусам и макро-вирусам поражать компьютерные сети (локальные и глобальные). Делают они это, в отличие от сетевых вирусов, не используя сетевые протоколы и «дыры» в программном обеспечении. Заражению подвергаются файлы на «общих» дисках на серверах и рабочих местах, через которые эти вирусы перебираются и на другие рабочие места, а часто и передаются в Internet.

Чтобы противостоять нашествию компьютерных вирусов, необходимо выбрать правильную стратегию защиты от них, в том числе программные антивирусные средства, грамотно используя которые Вы сможете предотвратить вирусную атаку. А если она все же произойдет, вовремя ее обнаружить, локализовать и успешно отразить, не потеряв ценной для Вас информации.

Можно выделить три основные группы вирусов:

файловые вирусы;

загрузочные вирусы;

комбинированные файлово-загрузочные вирусы.

Файловые вирусы записывают свой код в тело исполняемого (командного) файла и, соответственно, запускаются при запуске самой программы.

К файловым вирусам также можно отнести макрокомандные вирусы, которые распространяются с документами офисных приложений, таких как Microsoft Word или Microsoft Excel. Это происходит потому, что документы офисных приложений содержат в себе не только текст, таблицы, графические изображения и т.д., но и макрокоманды - программы, которые позволяют выполнять определенные действия, работая с документом. Эти макрокоманды и подвергаются атаке вирусов.

Механизм распространения макрокомандных вирусов следующий. Например, в текстовый файл с расширением DOC записывается одна или несколько вирусных макрокоманд. Когда пользователь начинает работать с данным файлом, то в определенный момент запускается макрокоманда, содержащая вирус. При этом вирус получает управление и заражает другие документы.

Загрузочные вирусы активизируются и распространяются в момент загрузки операционной системы. Объектом атаки загрузочных вирусов обычно являются главная загрузочная запись на жестком диске.

Работа загрузочного вируса выглядит так. При загрузке компьютера с зараженного диска управление получает вирус, и затем загрузка операционной системы продолжается под контролем вируса, что затрудняет его обнаружение антивирусными программами. После загрузки операционной системы вирус начинает контролировать все обращения к дискам и дискетам. Как только пользователь вставляет какое-нибудь переносное устройство (например, флэшку) и обращается к нему, вирус заражает его.

Файлово-загрузочные вирусы наиболее опасны и совершенны. Они используют методы распространения, характерные и для файловых, и для загрузочных вирусов. То есть при своей работе они заражают как файлы, так и загрузочные записи и активизируются либо при запуске файла, либо при загрузке с зараженного диска.

Среди вирусов можно также выделить следующие виды:

• простые вирусы;

• полиморфные вирусы;

• стелс-вирусы.

Простые вирусы представляют собой вирусы, обнаруживаемые по их коду, который они записывают в заражаемый файл. Антивирусные программы знают этот код и, проверяя файлы, определяют их зараженность по этому коду. Проблем с обнаружением таких вирусов нет.

Однако многие вирусы используют алгоритмы шифрования своего кода. Сложность обнаружения таких вирусов заключается в том, что при каждом новом заражении они изменяют свои коды. Но, так как процедура шифрования вируса все же известна, то его код все равно можно вычислить. Поэтому вслед за шифрующимися вирусами появились вирусы-мутанты или полиморфные вирусы.

От простых и шифрующихся вирусов они отличаются тем, что полностью изменяют процедуру расшифровки кода при создании каждой новой особи вируса, поэтому выделить их код невозможно и многие антивирусные программы не могут обнаружить такие вирусы. Т.е. каждый раз, когда вирус запускается, он создает аналогичный вирус, но уже с другим кодом, который и заражает файлы компьютера. Проблема распознавания таких вирусов довольно сложна, и полностью надежного решения пока не получила.

В процессе проверки компьютера антивирусные программы считывают данные с жестких дисков и находят зараженные файлы. Стелс-вирусы после своего запуска оставляют в оперативной памяти компьютера специальные модули, перехватывающие обращения программ к дискам компьютера. Если такой модуль обнаруживает, что некоторая программа пытается прочитать и проверить зараженный файл, то он на ходу подменяет читаемые данные и таким образом остается незамеченным, обманывая антивирусные программы.

Чтобы бороться с такими вирусами, надо при подозрении на наличие стелс-вирусов на компьютере загрузится с системного диска и провести диагностику компьютера, запустив антивирусную программу с этого диска.