Раздел 3. Программное обеспечение компьютеров

Раздел 3. Программное обеспечение компьютеров

При работе с этим разделом необходимо:

1. Изучить три темы:

• Системные и прикладные программы;

• Языки программирования. Алгоритм и программа. Компиляторы и интерпретаторы;

• Защита и резервирование информации.

2. Ответить на вопросы рубежного теста № 3.

3. Выполнить практические задания (упражнения). Работа выполняется в соответствии с методическими указаниями, приведенными в учебнике Информатика. Базовый курс: Учебник для вузов. 3-е изд. Стандарт третьего поколения. Авторы: Симонович С.СПб.: Питер, 2011, 640 с., Гриф МО Учебное пособие.

Практическое занятие 1. Технология работы в OC Windows 7. Смотри Методические указания п.3, гл. 5.Упражнения на стр. 144-149, 175-178,207-213.

Практическое занятие 2. Сжатие данных. Смотри Методические указания п.3, гл. 14. Упражнения на стр. 399-408.

Исследовательская работа. Сжатие данных. Смотри Методические указания п.3, гл. 14. Задания на стр. 408-411.

Материал для самостоятельной подготовки:

а)Информатика. Базовый курс: Учебник для вузов. 3-е изд. Стандарт третьего поколения. Авторы: Симонович С.СПб. : Питер, 2011, 640 с., Гриф МО Учебное пособие . Глава 4, Глава 20, Глава 14.

Вопросы для самоконтроля. Смотри гл.4.стр.123

b)Информатика. Учебное пособие для вузов и ссузов.

Авторы: Новожилов О.П. М. : Издательство Юрайт, 2011, 564 с. Глава 12.6. (Компьютерные вирусы).

3.1. Системные и прикладные программы

Изучаемые вопросы:

• Программы и программная конфигурация ;

• Операционные системы компьютеров.

3.1.1. Программы и программная конфигурация

Программы — это упорядоченные последовательности команд. Состав программного обеспечения 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 можно говорить о межпрограммном интерфейсе.

Существует разделение вычислительных машин на две составляющие: аппаратурную и программную. Программная часть называется программным обеспечением ЭВМ.

В свою очередь программное обеспечение делится на две части. Одна часть - это комплекс программных средств, предназначенных для того, чтобы на вычислительной машине можно было организовать выполнение программ (системные программы). Вторая - множество тех программ, которые нацелены на решение конкретных задач (прикладные программы).

Системные программы

Удобно разделить системные программы на три класса:

1. Операционные системы (ОС) компьютеров.

Основная задача таких программ - планирование вычислительного процесса, распоряжение ресурсами машины, организация взаимодействия отдельных процессов, протекающих в машине во время выполнения программ. К этим программам примыкают программные системы, обеспечивающие отображение информации в удобном для пользователя виде (например, на дисплее), диалоговые программы для общения на естественном языке, а также системы трансляции (трансляторы), обеспечивающие перевод программ с языков программирования в машинные коды.

В настоящее время наиболее распространенными операционными системами являются MS DOS, Unix, Windows, Linux.

2. Сервисные программы: отладчики, диагностические программы, программы для борьбы с компьютерными вирусами и др. Эти программы облегчают пользователю взаимодействие с машиной.

3. Программы обеспечения работы в сети. Эти программы реализуют протоколы обмена информацией между машинами, работу с базами данных, телеобработку данных.

Прикладные программы

Прикладные программы удобно разделить на следующие основные классы:

1. Текстовые редакторы. Основные функции этого класса прикладных программ заключаются в вводе и редактировании текстовых данных (например, редактор Лексикон).

2. Текстовые процессоры. Они позволяют не только вводить и редактировать текст, но и форматировать его, то есть оформлять. Соответственно к основным средствам текстовых процессоров относятся средства обеспечения взаимодействия текста, графики, таблиц и других объектов, составляющих итоговый документ, а к дополнительным — средства автоматизации процесса форматирования.

Наиболее популярные текстовые процессоры – Microsoft Word и Writer.

3. Графические редакторы. Это обширный класс программ, предназначенных для создания и обработки графических изображений. Сюда следует отнести стандартную программу операционной системы Windows, редактор Paint, а также графические редакторы Corel DRAW, Photoshop.

4. Системы управления базами данных. Базами данных называют огромные массивы данных, организованных в табличные структуры. Основными функциями систем управления базами данных являются:

   • создание пустой (незаполненной) структуры базы данных;

   • предоставление средств ее заполнения или импорта данных из таблиц другой базы;

   • обеспечение возможности доступа к данным, а также предоставление средств поиска и фильтрации.

Наиболее распространенными являются СУБД FoxPro, Access, OpenOffice.org Base.

5. Электронные таблицы. Электронные таблицы (ЭТ) предоставляют комплексные средства для хранения различных типов данных и их обработки. В некоторой степени они аналогичны системам управления базами данных, но основной акцент смещен не на хранение массивов данных и обеспечение к ним доступа, а на преобразование данных, причем в соответствии с их внутренним содержанием. Наиболее распространены ЭТ Excel, OpenOffice.org Calc, Gnumeric.

6. Системы автоматизированного проектирования (CAD -системы). Предназначены для автоматизации проектно-конструкторских работ. Применяются в машинострое­нии, приборостроении, архитектуре. Кроме чертежно-графических работ, эти системы позволяют проводить простейшие расчеты (например, расчеты прочности деталей) и выбор готовых конструктивных элементов из обширных баз данных (система Autocad).

7. Экспертные системы. Предназначены для анализа данных, содержащихся в базах знаний, и выдачи рекомендаций по запросу пользователя.

8. Редакторы HTML (Web-редакторы). Это особый класс редакторов, объединяющих в себе свойства текстовых и графических редакторов. Они предназначены для создания и редактирования так называемых Web-документов (Web-страниц Интернета). Web-документы — это электронные документы, при подготовке которых следует учитывать ряд особенностей, связанных с приемом/передачей информации в международной компьютерной сети.

3.1.2. Операционные системы компьютеров

Классификация операционных систем

Первые ОС для персональных компьютеров относились к локальным ОС, так как они устанавливались на отдельных локальных компьютерах, организовывали работу одного конкретного ПК. К локальным ОС относились операционная система MS DOS , ранние версии О S /2.

В 90-е годы ХХ века практически все операционные системы, занимающие заметное место на рынке, стали сетевыми. Сетевые ОС должны выполнять функции обычных ОС (доступ к диску, хранение файлов, использование памяти), а также функции защиты данных, размещенных на файловых серверах, от несанкционированного доступа и управлять правами пользователей.

Особое внимание в течение всего последнего десятилетия уделялось корпоративным сетевым операционным системам. Их дальнейшее развитие представляет одну из более важных задач и в обозримом будущем. Корпоративная операционная система отличается способностью хорошо и устойчиво работать в крупных сетях, которые характерны для больших предприятий, имеющих отделения в десятках городов и, возможно, в разных странах. Поэтому корпоративная ОС должна без проблем взаимодействовать с операционными системами разных типов и работать на различных аппаратных платформах. К настоящему времени достаточно явно определилась тройка лидеров в классе корпоративных ОС: это Novell NetWare , Microsoft Windows NT и Windows 2000, Windows XP , а также UNIX - системы различных производителей аппаратных платформ.

Операционные системы могут быть также классифицированы как клиентские и серверные системы. Серверные ОС устанавливаются на центральных компьютерах сети, называемых серверами, а клиентские ОС организуют работу рабочих станций.

Еще один способ классификации ОС – их разделение на однопользовательские и многопользовательские. Главное отличие последних - это наличие в многопользовательских системах средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей. К однопользовательским ОС относятся ранние версии OS/2, Windows 95, Windows 98, Windows Me. К многопользовательским ОС относятся UNIX, Windows NT, Windows 2000 Professional, Windows XP, Linux.

Современным операционным системам присуща многоплатформенность, то есть способность работать на совершенно разных типах компьютеров. Исключением пока является ОС NetWare, все версии которой разработаны для платформы Intel .

И наконец, операционные системы могут быть классифицированы по количеству процессоров, которое поддерживает данная операционная система. Начиная с Windows 2000, ОС фирмы Microsoft являются многопроцессорными.

Более подробную информацию об операционных системах Вы можете получить в учебном пособии, раздел 3.

3.2. Языки программирования. Алгоритм и программа. Компиляторы и интерпретаторы

Изучаемые вопросы:

• Машинный код процессора;

• Алгоритм и программа;

• Языки программирования;

• Компиляторы и интерпретаторы.

3.2.1. Машинный код процессора

Процессор компьютера — это большая интегральная микросхема. Все команды и данные он получает в виде электрических сигналов. Их можно представить как совокупности нулей и единиц, то есть числами. Разным командам соответствуют разные числа. Поэтому реально программа, с которой работает процессор, представляет собой последовательность чисел, называемую машинным кодом.

3.2.2. Алгоритм и программа

Управлять компьютером нужно по определенному алгоритму. Алгоритм — это точно определенное описание способа решения задачи в виде конечной (по времени) последовательности действий. Такое описание еще называется формальным. Для представления алгоритма в виде, понятном компьютеру, служат языки программирования.

3.2.3. Что такое язык программирования

Написать программу в машинном коде весьма сложно, причем эта сложность резко возрастает с увеличением трудоемкости решаемой задачи.

Поэтому сегодня практически все программы создаются с помощью языков программирования. Языки программирования — искусственные языки. От естественных они отличаются ограниченным числом «слов», значение которых понятно транслятору, и очень строгими правилами записи команд (операторов). Совокупность подобных требований образует синтаксис языка программирования, а смысл каждой команды и других конструкций языка — его семантику.

3.2.4. Компиляторы и интерпретаторы

Для перевода программы с языка программирования в машинный код существует два способа:

первый – перевести сразу весь текст программы, получить файл с раcширением. exe и затем использовать его отдельно от исход­ного текста (для этого служат программы-компиляторы),

второй – осуществлять перевод в машинный код каждого оператора программы и сразу его выполнять (этим занимаются программы-интерпретаторы).

3.2.5. Уровни языков программирования

Разные типы процессоров имеют разные наборы команд. Если язык программирования ориентирован на конкретный тип процессора и учитывает его особенности, то он называется языком программирования низкого уровня. В данном случае «низкий уровень» не значит «плохой». Имеется в виду, что операторы языка близки к машинному коду и ориентированы на конкретные команды процессора.

Языком самого низкого уровня является язык ассемблера, который просто представляет каждую команду машинного кода, но не в виде чисел, а с помощью символьных условных обозначений, называемых мнемониками.

Языки программирования высокого уровня значительно ближе и понятнее человеку, нежели компьютеру. Особенности конкретных компьютерных архитектур в них не учитываются, поэтому создаваемые программы на уровне исходных текстов легко переносимы на другие платформы, для которых создан транслятор этого языка. Разрабатывать программы на языках высокого уровня с помощью понятных и мощных команд значительно проще, а ошибок при создании программ допускается гораздо меньше.

Наиболее используемые на сегодня языки программирования:

Pascal (Паскаль). Язык Паскаль создан в конце 70-х годов ХХ века основоположником множества идей современного программирования Никлаусом Виртом и имеет возможности, позволяющие успешно применять его при создании крупных проектов.Современная версия языка Паскаль - Object Pascal - является основой широко используемой системы Delphi.

Вasic (Бейсик). Для этого языка имеются и компиляторы, и интерпретаторы, а по популярности он занимает первое место в мире. Он создавался в 60-х годах ХХ века в качестве учебного языка и очень прост в изучении. Его современная модификация Visual Basic, совместимая с Microsoft office, имеет возможности, аналогичные языку Паскаль, и позволяет расширять возможности пакетов Excel и Access. В пакете программ OpenOffice.org имеется включенный язык OOO Basic.

С(Си). Данный язык был создан в лаборатории Bell и первоначально не рассматривался как массовый. Он планировался для замены ассемблера, чтобы иметь возможность создавать столь же эффективные и компактные программы, и в то же время не зависеть от конкретного типа процессора. Си во многом похож на Паскаль и имеет дополнительные средства для прямой работы с памятью (указатели). На этом языке написано множество прикладных и системных программ и ряд известных операционных систем ( Unix ). В настоящее время наибольшее распространение получили версии С++ и Visual C.

3.3. Защита и резервирование информации

Изучаемые вопросы:

• Компьютерные вирусы;

• Методы защиты от вирусов;

• Сжатие информации.

3.3.1. Понятие о компьютерной безопасности

В вычислительной технике понятие безопасности является весьма широким. Оно подразумевает и надежность работы компьютера, и сохранность ценных данных, и защиту информации от внесения в нее изменений неуполномоченными лицами, и сохранение тайны переписки в электронной связи.

3.3.2. Компьютерные вирусы

Компьютерный вирус — это программный код, встроенный в другую программу или в документ, или в определенные области носителя данных и предназначенный для выполнения несанкционированных действий на компьютере.

Основными типами компьютерных вирусов являются:

• программные вирусы;

• загрузочные вирусы;

• макровирусы.

К компьютерным вирусам примыкают и так называемые троянские кони (троянские программы, троянцы).

Программные вирусы. Программные вирусы — это блоки программного кода, целенаправленно внедренные внутрь других прикладных программ [1]. При запуске про­граммы, несущей вирус, происходит запуск имплантированного в нее вирусного кода. Работа этого кода вызывает скрытые от пользователя изменения в файловой системе жестких дисков и/или в содержании других программ. Так, например, вирусный код может воспроизводить себя в теле других программ — этот процесс называется размножением. По прошествии определенного времени, создав достаточное количество копий, программный вирус может перейти к разрушительным действиям - нарушению работы программ и операционной системы, удалению информации, хранящейся на жестком диске. Этот процесс называется вирусной атакой.

Самые разрушительные вирусы могут инициировать переформатирование жестких дисков.

Загрузочные вирусы. От программных вирусов загрузочные вирусы отличаются методом распространения. Они поражают не программные файлы, а определенные системные области магнитных носителей (гибких и жестких дисков). Кроме того, на включенном компьютере они могут временно располагаться в оперативной памяти.

Обычно заражение происходит при попытке загрузки компьютера с магнитного носителя, системная область которого содержит загрузочный вирус. Так, например, при попытке загрузить компьютер с гибкого диска происходит сначала про­никновение вируса в оперативную память, а затем в загрузочный сектор жестких дисков. Далее этот компьютер сам становится источником распространения загрузочного вируса

Макровирусы. Эта особая разновидность вирусов поражает документы, выполненные в некоторых прикладных программах, имеющих средства для исполнения так называемых макрокоманд. В частности, к таким документам относятся документы текстового процессора Microsoft Word (они имеют расширение.DOC). Заражение происходит при открытии файла документа в окне программы, если в ней не отключена возможность исполнения макрокоманд. Как и для других типов вирусов, результат атаки может быть как относительно безобидным, так и разрушительным.

3.3.3. Методы защиты от компьютерных вирусов

Существуют три метода реализации защиты:

• программные методы защиты;

• аппаратные методы защиты;

• организационные методы защиты.

Основным средством защиты информации является резервное копирование наиболее ценных данных.

При резервировании данных следует также иметь в виду и то, что надо отдельно сохранять все регистрационные и парольные данные для доступа к сетевым службам Интернета. Их не следует хранить на компьютере. Обычное место хранения — служебный дневник в сейфе руководителя подразделения.

Вспомогательными средствами защиты информации являются антивирусные программы и средства аппаратной защиты. Так, например, простое отключение перемычки на материнской плате не позволит осуществить стирание перепрограммируе­мой микросхемы ПЗУ (флэш-BIOS), независимо от того, кто будет пытаться это сделать: компьютерный вирус, злоумышленник или неаккуратный пользователь [1].

Существует достаточно много программных средств антивирусной защиты. Они предоставляют следующие возможности.

1. 1. Создание образа жесткого диска на внешних носителях (например, копирование всей информации с жесткого диска на флэш-карты или CD -диски).

2. 2. Регулярное сканирование (просмотр) жестких дисков в поисках компьютерных вирусов. Для надежной работы следует регулярно обновлять антивирусную программу.

3. 3. Контроль за изменением размеров и других атрибутов файлов. Поскольку некоторые компьютерные вирусы на этапе размножения изменяют параметры зара­женных файлов, контролирующая программа может обнаружить их деятель­ность и предупредить пользователя.

4. 4. Обязательная проверка новых носителей и программ.

5. 5. Контроль за обращениями к жесткому диску. Поскольку наиболее опасные операции, связанные с работой компьютерных вирусов, так или иначе обращены на модификацию данных, записанных на жестком диске, антивирусные про­граммы могут контролировать обращения к нему и предупреждать пользова­теля о подозрительной активности.

3.3.4. Резервирование (сжатие) данных

Характерной особенностью большинства «классических» типов данных, с которыми традиционно работают люди, является определенная избыточность. Степень избыточности зависит от типа данных. Например, у видеоданных степень избыточности обычно в несколько раз больше, чем у графических данных, а степень избыточности графических данных в несколько раз больше, чем текстовых.

При хранении готовых документов или их передаче избыточность следует уменьшить (это дает эффект сжатия данных).

Если методы сжатия информации применяют к готовым документам, то нередко термин сжатие данных подменяют термином архивация данных, а программные средства, выполняющие эти операции, называют архиваторами.

В зависимости от того, в каком объекте размещены данные, подвергаемые сжатию, различают:

• уплотнение (архивацию) файлов;

• уплотнение (архивацию) папок;

• уплотнение дисков.

Уплотнение файлов применяют для уменьшения их размеров при подготовке к передаче по каналам электронных сетей или к транспортировке на внешнем носителе малой емкости, например на гибком диске.

Уплотнение папок используют как средство архивации данных перед длительным хранением, в частности при резервном копировании.

Уплотнение дисков служит целям повышения эффективности использования их рабочего пространства и, как правило, применяется к дискам, имеющим недостаточную емкость.

3.3.5. Обратимость сжатия

Несмотря на изобилие алгоритмов сжатия данных, теоретически есть только три способа уменьшения их избыточности. Это либо изменение содержания данных, либо изменение их структуры, либо и то и другое вместе.

Если при сжатии данных происходит изменение их содержания, метод сжатия необратим и при восстановлении данных из сжатого файла не происходит полного восстановления исходной последовательности. Такие методы называют также методами сжатия с регулируемой потерей информации. Они применимы только для тех типов данных, для которых формальная утрата части содержания не приводит к значительному снижению потребительских свойств. В первую очередь, это относится к мультимедийным данным: видеорядам, музыкальным записям, звукозаписям и рисункам. Методы сжатия с потерей информации обычно обеспечивают гораздо более высокую степень сжатия, чем обратимые методы, но их нельзя применять к текстовым документам, базам данных и тем более к программному коду. Характерными форматами сжатия с потерей информации являются:

• JPG - для графических данных;

• MPG - для видеоданных;

• МРЗ - для звуковых данных.

Если при сжатии данных происходит только изменение их структуры, то метод сжатия обратим. Из результирующего кода можно восстановить исходный массив путем применения обратного метода. Обратимые методы применяют для сжатия любых типов данных. Характерными форматами сжатия без потери информации являются:

• .GIF, .TIF, .PCX и многие другие для графических данных;

• .AVI для видеоданных;

• .ZIP, .ARJ, .RAR, .LZH, .LH, .CAB и многие другие для любых типов данных.

«Классическими» форматами сжатия данных, широко используемыми в повседневной работе с компьютером, являются форматы . ZIP и . ARJ . В последнее время к ним добавился популярный формат . RAR . Программные средства, предназначенные для создания и обслуживания архивов, выполненных в данных форматах, приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Операционная система	Формат сжатия	Средство архивации	Средство разархивирования
MS-DOS	.ZIP	PKZIP.EXE	PKUNZIP.EXE
	.RAR	RAR.EXE	UNRAR.EXE
	.ARJ	ARJ.EXE
Windows 9х	.ZIP	WinZip
	.RAR	WinRAR
	.ARJ	WinArj