2 Классификация программного обеспечения

В настоящее время в литературе, в том числе и учебной, су­ществует как несколько классификаций программного обеспе­чения (ПО), так и разные определения различных видов ПО, выделяемых в соответствии с предлагаемой классификацией. Различают три вида ПО: системное, прикладное и ин­струментальное.[4]

В основание классификации и соответственно определения этих видов ПО положена инвариантность (независимость) ПО по отношению к специфике той или иной проблемной области, в которой предполагается его использование. Другими словами, определяется степень влияния специфики проблем­ной области на специфику разработки и использования той или иной программы (приложения). Так, например, специфика ис­пользования текстового процессора Microsoft Word практически не зависит от специфики той или иной проблемной области. Та­ким образом, возможно выделение таких программ (приложе­ний), которые поддерживают те функции (задачи) профессио­нальной деятельности пользователя, которые являются общими для различных проблемных областей.

С другой стороны, если специфика проблемной области яв­ляется определяющей при разработке некоторой программы (приложения) и ее использовании, то речь идет уже о другом типе ПО, нежели в предыдущем случае. Примером такого вида ПО являются бухгалтерские программы (приложения).

Определяющим фактором при определении инвариантности ПО по отношению к той или иной проблемной области высту­пают типы объектов, для манипулирования которыми разрабо­тана та или иная программа (приложение). В данном случае под объектом понимается любой элемент (графический, тексто­вый: значок, кнопку, слово и т. п.) на экране монитора, который является представителем реального объекта некоторой про­блемной области.

Можно различать три типа объектов, которыми манипули­рует пользователь, применяя ту или иную программу (приложе­ние):

− объекты, относящиеся к сфере профессиональной дея­тельности пользователя, специфичные для нее;

− объекты, общие для всех (абсолютного большинства) про­блемных областей;

− объекты, относящиеся к проблемной области информа­ционных технологий.

Примеры первого типа объектов − отдел или какое-либо другое подразделение организации, являющиеся объектом в системе уп­равления кадрами; пример второго − символы, числа, графические элементы; объекты третьего типа − это диски, папки и файлы, с которыми работает (манипулирует) пользователь, а также различ­ные элементы интерфейса пользователя − окна, кнопки и т. д.

Если основное назначение программы −манипулирование с объектами первого и второго типа, то она относится к приклад­ному ПО, если она предназначена для манипулирования с объектами третьего типа − к системному ПО.

Прикладное ПО, предназначенное для манипулирования объ­ектами первого типа, назовем специализированным прикладным ПО.

Прикладное ПО, предназначенное для манипулирования объектами второго типа, назовем универсальным прикладным ПО.

Итак, к системному ПО будем относить такое ПО, использо­вание которого ориентировано на манипулирование специфич­ными для информационных технологий объектами, инвариант­ными по отношению к конкретной проблемной области (сфере профессиональной деятельности пользователя).

Прикладное ПО − это ПО, предназначенное для манипулирова­ния объектами, специфичными для конкретной проблемной обла­сти (сферы профессиональной деятельности пользователя) либо типичными для большинства (всех) этих проблемных областей.

С указанной точки зрения все приложения, входящие в со­став офисной программной системы Microsoft Office, относятся к универсальному прикладному ПО. Более того, обычный поль­зователь, как правило, имеет дело именно с этим видом при­кладного ПО,  либо с системным ПО.

Специализированное прикладное ПО можно разделить на профессиональное и потребительское, т. е. используемое в бы­товых, развлекательных целях. Данное деление достаточно ус­ловно, так как одна и та же программа может быть использова­на и в профессиональной, и в бытовой сфере. Даже наиболее яр­кий пример потребительского специализированного ПО − иг­ровые программы могут быть использованы в целях тестирова­ния либо как тренажеры.

Следует отметить, что в рассматриваемых выше случаях под пользователем понимали пользователя − «потребителя» ин­формационных технологий в отличие от пользователя, занимающегося собственно разработкой ПО, т. е. до сих пор речь шла об использовании, но не о создании программ и приложений. Создают (разрабатывают) программные средства профессионалы в области информационных технологий, прежде всего при­кладные программисты. При создании ПО ими используются соответствующие инструментальные средства − системы про­граммирования, в состав которых входят языки программирова­ния, а также средства автоматизации процессов проектирова­ния, разработки и сопровождения сложных приложений и ин­формационных систем.

Инструментальное ПО − совокупность программных средств, предназначенных для разработки программ, программ­ных систем, программного и информационного обеспечения АИС специалистами в области информационных технологий. В настоящее время инструментальное ПО существует в виде инст­рументальных систем (инструментальных программных сис­тем), в той или иной степени автоматизирующих процессы со­здания программ, приложений и программных систем.

На рисунке 1 приведена классификация ПО.

 

К универсальному прикладному ПО относятся: текстовые, табличные и графические процессоры (редак­торы); программные средства работы с мультимедиаинформацией; офисные системы; системы управления базами данных; системы искусственного интеллекта; программы (приложения) для работы в локальных и гло­бальных сетях, прежде всего для просмотра информационных ресурсов сети, а также для обеспечения коммуникаций (в том числе на основе электронной почты).

К  специализированному прикладному ПО (профессиональ­ному) относятся: научное ПО; финансовое ПО; ПО автоматизации проектирования и др.

 К инструментальному ПО (инструментальным системам) относятся: инструментальные системы программирования;  СА8Е-системы.

К системному ПО относятся: операционные системы, среды и оболочки; системы диагностики и сервиса - сервисные программы (приложения) для повышения удобства работы пользователя с компьютером и диагностики состояния программно-аппарат­ных ресурсов ЭВМ и сети; программные средства технического обслуживания (СТО) информационных систем.

Программа (приложение), относящаяся к системному ПО, называется системной программой (приложением); программа (приложение), относящаяся к прикладному ПО, − прикладной программой (приложением). Аналогично можно выделить уни­версальные и специализированные прикладные программы (прило­жения).

В системное приложение могут быть «вкраплены» приклад­ные программы (как правило, универсальные либо игровые). Так, в состав операционной системы Windows входит приложе­ние Блокнот, которое относится к универсальному прикладно­му ПО. В то же время, как правило, в приложении, которое от­носится к прикладному ПО, могут быть использованы и систем­ные программы. Однако с точки зрения основного назначения того или иного системного (прикладного) приложения при­кладной (системный) компонент носит вспомогательный, сервисный характер.

Важной особенностью функционирования прикладных про­грамм является то, что они при выполнении на ЭВМ при обра­щении к требуемым аппаратным ресурсам «опираются» на системные программы. Взаимодействие прикладных программ с процессором, оперативной памятью и другими аппаратными компонентами компьютера осуществляется при этом только через такие системные программы, т. е. имеет место иерархия ком­понентов ПО с точки зрения доступа к аппаратным ресурсам.

Системное программное обеспечение служит для обеспечения эффектив­ной работы аппаратуры компьютера.

К группе системных программ относятся операционные системы, операцион­ные оболочки, утилиты, драйверы, архиваторы, антивирусные и некоторые дру­гие программы.

Операционные системы представляют собой пакеты программ, которые обес­печивают эффективную работу всех аппаратных средств компьютера, а также возможность управления всеми его ресурсами.

Операционные оболочки представляют собой дополнительные программы, которые предназначены для повышения удобства управления работой опера­ционных систем.

Утилиты представляют собой небольшие, но очень по­лезные программы, которые выполняют разнообразные вспомогательные фун­кции по управлению работой аппаратных средств, по повышению эффектив­ности их работы, проверки работоспособности, обслуживания и настройки.

Для выполнения операций по обмену данными между программой и различ­ными внешними устройствами в состав операционной системы включается ряд специализированных программ, которые принято называть драйверами. У контроллера каждого устройства есть набор регистров, исполь­зуемых для того, чтобы давать управляемому устройству команды и считывать состояние устройства. Число таких регистров и выдавае­мые команды зависят от конкретного устройства. Например, про­грамма управления мышью должна получать от мыши информацию о том, насколько далеко она продвинулась по горизонтали и верти­кали, а также о нажатых кнопках мыши. Программа управления дис­ком должна знать о секторах, дорожках, цилиндрах, головках, их перемещении и времени установки, двигателях и тому подобных ве­щах, необходимых для правильной работы диска. Очевидно, что эти программы управления будут сильно различаться. Такая программа управления каждым устройством ввода-вывода, подключенным к компьютеру, называется драйвером устройства. Она обычно пишется производителем и распространяется вместе с устройством. Посколь­ку для каждой ОС требуются специальные драйверы, производители устройств обычно поставляют драйверы для нескольких наиболее популярных операционных систем.

Каждый драйвер устройства поддерживает один тип устройства или, максимум, класс близких устройств. Например, драйвер дисков может поддерживать различные диски, отличающиеся размерами и скоростями. Однако мышь и джойстик отличаются настолько силь­но, что обычно требуют использования различных драйверов.

Чтобы получить доступ к аппаратной части устройства, т.е. к регистрам контроллера, драйвер устройства должен быть частью ядра операционной системы. Но возможно создать и драйвер, работаю­щий в пространстве пользователя. Это позволило бы изолировать ядро от драйверов, а драйверы друг от друга. При этом была бы уст­ранена основная причина крушения операционных систем: драйве­ры, содержащие ошибки, сталкивающиеся с ядром тем или иным образом.

Операционная система обычно классифицирует драйверы по нескольким категориям в соответствии с типами обслуживаемых ими устройств. К наиболее общим категориям относятсяблочные устрой­ства, например, диски, содержащие блоки данных, к которым воз­можна независимая адресация, и символьные устройства, такие как клавиатуры и принтеры, формирующие или принимающие поток символов.

В большинстве операционных систем определены два стандарт­ных интерфейса, один из которых должны поддерживать все блоч­ные драйверы, а второй — все символьные драйверы. Эти интерфей­сы включают наборы процедур, которые могут вызываться остальной операционной системой для обращения к драйверу. К этим проце­дурам относятся, например, процедуры чтения блока или записи символьной строки.

Программы-архиваторы служат для создания архивных копий важных про­грамм и наборов данных. Архиваторы также минимизируют объем, который нужен для размещения архива на внешнем носителе.

Антивирусные программы обеспечивают пользователя необходимыми сред­ствами борьбы с компьютерными вирусами. Разрабатываются, настраиваются и поддерживаются в рабочем состоянии сис­темные программы специалистами, которых принято называть системными программистами. Они должны обладать высокой квалификацией, в деталях знать ап­паратное обеспечение компьютера и способы работы с данными на машинном уровне. Рядовому пользователю приходится постоянно сталкиваться с системны­ми программами, но уже с точки зрения их эксплуатации, использования их воз­можностей для решения своих задач. С некоторыми программами этой группы мы познакомимся в следующих главах пособия.

Можно выделить три основные задачи (функции), решаемые системной программой:

1. Обеспечение выполнения множества необходимых мани­пуляций с объектами (целевая функция программы).

2. Обеспечение максимальной эффективности использова­ния аппаратных ресурсов ЭВМ.

3. Обеспечение максимального удобства работы пользовате­ля с ЭВМ («дружественность» интерфейса пользователя).

В общем случае та или иная системная программа должна выполнять все указанные задачи, однако в каждом конкретном случае в зависимости от назначения программы одна из этих задач может быть преобладающей. Так, для операционной систе­мы задача эффективного использования аппаратных ресурсов важнее, чем для операционной оболочки, где больше внимания уделяется интерфейсу пользователя.

Указанные функции системного ПО особенно важны, если учесть, что часть системного ПО − операционные системы − выпол­няет роль промежуточной абстрактной машины между аппаратурой и прикладным ПО. Это означает, что обращение прикладной про­граммы к аппаратным компонентам компьютера осуществляется не непосредственно, а только через системные программ.