Методическое пособие 336

3.2. Программное управление компьютером

Ключевые слова: транслятор, компилятор, программное обеспечение (ПО), системное ПО, инструментальное ПО, операционная система (ОС), файловая система, драйвер, командный процессор, файловая память.

Key words: translator, compiler, software, system software, software tools, application software, operation system (OC), file system, driver, command processor (shell), file store.

Привлекательность ЭВМ для пользователей определяется прежде всего двумя ее фундаментальными свойствами: уметь работать по задаваемой извне программе и хранить в своей памяти информацию для того, чтобы выдавать ее потребителю по мере надобности. К этим двум свойствам надо добавить и третье: способность выполнять другие программы, хранимые в памяти компьютера. Эти программы очень разнообразны. Они-то и образуют так называемое программное обеспечение, программное хозяйство современной ЭВМ. Иногда его называют математическим обеспечением, хотя к математике, как к науке, оно отношения почти не имеет.

Программное (или математическое) обеспечение современной ЭВМ представляет собой набор программ, с помощью которых реализуются ее многочисленные функции. Это и специальная организация вычислительного процесса, и разнообразные языки программирования с трансляторами (переводчиками), и вообще любые средства, предназначенные для использования всех возможностей аппаратуры компьютера в целях наилучшего и наискорейшего решения задач.

По сути дела программное обеспечение – это, так сказать, подводная часть айсберга, называемого ЭВМ. Видимая глазом аппаратура составляет примерно десятую часть современного компьютера, а девять десятых, то есть все программное хозяйство, хранящееся в памяти машины, скрыто от глаз внешнего наблюдателя. Так что ЭВМ в ее схемотехническом исполнении представляет собой те возможности, которые реализуются с помощью и при непосредственном участии программного обеспечения.

По своей структуре программное хозяйство компьютера подраз-

деляется на два класса: прикладных программ и системных программ.

Прикладные программы – это те, ради которых и существуют

51

ЭВМ; они решают конкретные задачи пользователей, Таких прикладных программ существует очень много, и все они решают какую-то типовую задачу.

Прикладные программы объединяются в пакеты, которые так и называются «пакеты прикладных программ». Такое объединение производится по принципу специализации, то есть в один пакет объединяют прикладные программы, решающие задачи из одного како- го-нибудь раздела науки, техники, экономики и т.д.

Суть пакетов прикладных программ – максимальное упрощение процедуры общения пользователя с ЭВМ. Современный проблемноориентированный пакет программ – это весьма сложный программный комплекс с автоматическим управлением. Но пользователь этой сложности не ощущает, для него все выглядит просто: ввел исходные данные – получил результат. Более того, машина поможет даже проанализировать результат расчета и принять по нему соответствующие решения.

Если прикладные программы нужны пользователю, то системные - машине. Именно системные программы координируют работу всех устройств компьютера, позволяют ему эффективно обслуживать пользователя. Для этого ЭВМ надо уметь многое. Именно это «многое» программируется и образует системное программное обеспечение ЭВМ. Вот пример. Если ЭВМ решает одну задачу, то обеспечение координации работы всех ее устройств возлагается на управляющее устройство. УУ в соответствии с программой загружает последовательно все узлы ЭВМ. В этом случае особых системных программ не нужно.

Совсем иная ситуация складывается при желании убыстрить работу машины. Например, во время печати промежуточных результатов можно продолжать выполнение другой части программы, если эта часть не требует печати. Вот за этим «если» должна следить системная программа и устранять конфликт, координируя работу процессора и устройства вывода. Получается, что для управления компьютером нужно иметь как бы еще одну ЭВМ. Естественно, напрашивается вопрос, а нельзя ли для управления вычислительным процессом в ЭВМ использовать ту же ЭВМ, предусмотрев соответствующий комплекс управляющих программ.

Учитывая колоссальное быстродействие современных машин, на этот вопрос можно ответить утвердительно. Совокупность управ-

52

ляющих, вспомогательных и служебных программ, необходимых для управления вычислительным процессом ЭВМ, реализуемая на той же самой машине, получила название операционной системы (ОС).

Одной из основных функций операционной системы является обеспечение полного использования ресурсов ЭВМ, то есть процессора (арифметического и управляющего устройств), памяти и устройств ввода-вывода. Основным ресурсом обычно является процессорное время, которое и определяет быстродействие ЭВМ.

Распределение ресурсов компьютера операционной системой производится в соответствии с потребностями пользователей (точнее, их программ) при учете требований эффективности и надежности работы ЭВМ. Современные операционные системы содержат сотни и даже тысячи программ, миллионы и десятки миллионов машинных команд. Они практически полностью автоматизируют вычислительный процесс, синхронизируя работу всех внешних и внутренних устройств.

Операционной системе принадлежит огромная роль в работе компьютера. Она управляет вычислительным процессом, потоком задач, поступающих в машину, самим процессом решения задач, организует одновременный счет по нескольким программам в тех случаях, когда это допускается структурой машины. То есть без операционной системы ЭВМ по существу превращается в набор отдельных устройств, не способных к совместной работе.

Набор команд, которые должен выполнять компьютер, описывается программой, составленной на одном из языков программирования. Эти программы переводятся на машинный язык компиляторами (программами преобразования), которые являются основой систем программирования.Для работы компьютера необходим целый набор программ – программное обеспечение (ПО). ПО компьютера делят на три класса: системное, инструментальное и прикладное.

Системными называют программы, предназначенные для разработки, отладки и поддержки выполнения других программ. К ним относятся операционные системы, сервисные программы и системы технического обслуживания.

Операционные системы (ОС) являются основным программным ядром и осуществляют управление, подключение и функционирование технических устройств и программного обеспечения.

53

Задание 1. Прочитайте текст. Постарайтесь понять его содержа-

ние.

Операционная система

Операционная система это основная управляющая программа компьютера, постоянно находящаяся в памяти. ОС организует эффективный интерфейс пользователя с персональным компьютером (ПК) и обеспечивает подключение всех компьютерных систем и выполнение всех программ. Она занимается распределением памяти для программ, размещением файлов на диске, обслуживанием сигналов, поступающих от периферийного оборудования и работающих программ.

ОС имеет следующие основные компоненты:

-файловая система;

-драйверы внешних устройств;

-командный процессор.

Файловая система обеспечивает управление дисковым накопителем и доступом к нему.

Драйверы обеспечивают корректную работу ПК с аппаратными средствами.

Командный процессор осуществляет анализ и исполнение команд пользователя.

Сервисные программы расширяют возможности ОС, выполняют ряд дополнительных услуг и образуют оболочки, утилиты и программы, изменяющие функционирование ОС.

Системы технического обслуживания предназначены для проверки, отладки и тестирования устройств компьютера и поиска неисправностей.

Инструментальными называют программы, которые используются для создания ПО. К ним относятся системы программирования, работающие на определенном языке программирования, системы управления базами данных, программы управления искусственным интеллектом и т.п.

Прикладными называют программные средства, предназначенные для выполнения конкретных типовых задач.

Задание 2. Ответьте на следующие вопросы. 1. Что такое программное обеспечение?

54

2.Какие программы называются компиляторами?

3.Перечислите основные классы ПО, поясните их назначение.

4.Дайте определение операционной системы (ОС).

5.Для чего необходимы сервисные программы?

6.Зачем нужны системы технического обслуживания?

7.Какие программы называются инструментальными, а какие прикладными?

8.Каковы основные функции ОС?

9.Какие компоненты должна содержать ОС?

10.Что такое драйвер?

11.Для чего необходимо прикладное ПО?

3.3. От ЭВМ к вычислительным системам

Современные ЭВМ решают задачи из разных областей человеческой деятельности, каждая из которых порождает сотни проблем, причем каждая проблема требует решения десятков задач. Опыт и практика решения задач привели к описанной выше логической организации современного компьютера. Она , как мы уже говорили, была предложена Нейманом и считается классической.

Перечисленные выше элементы фоннеймановской структуры имеет любая ЭВМ от самой маленькой настольной микроЭВМ до гигантских суперЭВМ. Все эти машины состоят из процессора, внешней и внутренней (оперативной) памяти, а также устройств, вводавывода. Удивительное постоянство! Почему столь многообразные потребности в обработке информации привели к столь однообразной структуре компьютера? Как ни парадоксально, но именно многообразие потребностей привело к однообразной структуре машин. Именно эта структура наилучшим образом в среднем решает все задачи. Обратите внимание – в среднем. Это значит, что для решения каждой задачи можно было бы придумать структуру ЭВМ и получше. Она могла бы быть или проще, или дешевле, или надежнее, или могла бы быстрее решать эту же задачу. Но стандартная структура оптимальна для решения всего множества задач, хотя для каждой в отдельности она далека от совершенства.

Конечно такая оптимальная «в среднем» схема весьма расточительна, так как для каждой конкретной ситуации она никогда не бывает оптимальной. Эти соображения и заставили создавать вычисли-

55

тельные системы. Что же это такое?

Трудно указать формальное отличие вычислительной системы и ЭВМ. Вычислительную систему обычно отличает специализация, большая связь со средой, широкие вычислительные возможности. Так, очень часто в вычислительной системе используют не один процессор, а несколько, образуя тем самым многопроцессорную, или мультипроцессорную систему.

Для мультипроцессорных систем используют модульный принцип построения, позволяющий наращивать их структуру, решать проблемы надежности, а также снижать стоимость производства.

Под модулем понимают любое функциональное устройство вычислительной системы с собственным управлением, способное функционировать самостоятельно под воздействием команд процессора. Наличие однотипных модулей в вычислительных системах дает возможность переключать потоки информации при обнаружении неисправностей в модулях. В результате этого система изменяет параметры, но сохраняет работоспособность. Так модульность аппаратных средств повышает «живучесть» вычислительной системы.

Практическая реализация идеи применения стандартных модулей в структуре ЭВМ стала реальной лишь с появлением интегральных схем (ИС). Современная микроэлектронная технология позволяет выпускать высокоэффективные универсальные и специализированные по функциям микропроцессоры. Это открывает совершенно новые возможности создания вычислительных систем. Решаются проблемы рассредоточения памяти системы, гибкого программного управления, распределения потоков информации внутри системы и между внешней средой и самой системой. Все это имеет особенно большое значение при управлении реальными процессами, когда обработка информации должна производиться за время, не превышающее время течения самого процесса. Говорят, что в этих случаях машина работает в реальном масштабе времени.

От ЭВМ, работающей в режиме реального времени, требуется много: большое быстродействие и огромная надежность, чрезвычайная оперативность и «живучесть», то есть способность выполнять возлагаемые на нее функции даже при выходе из строя каких-то ее элементов. Ведь управление реальным технологическим процессом, атомной электростанцией или ускорителем элементарных частиц нельзя приостановить ни на мгновение, так как это может привести в

56

лучшем случае к снижению эффективности функционирования данного объекта, а в худшем – к аварии.

Задание 3. Ответьте на следующие вопросы.

1.Какие причины привели к созданию вычислительных систем?

2.Что представляет собой мультипроцессорная система?

3.Какие возможности дает модульный принцип построения мультипроцессорных систем?

4.Как можно повысить «живучесть» вычислительной системы?

5.Чем характерен режим реального времени?

3.4. Сетевые технологии обработки информации

Современное производство требует высоких скоростей обработки информации, удобных форм ее хранения и передачи. Необходимо также иметь динамичные способы обращения к информации, способы поиска данных в заданные временные интервалы; реализовывать сложную математическую и логическую обработку данных.

Управление крупными предприятиями, управление экономикой на уровне страны требуют участия в этом процессе достаточно крупных коллективов. Такие коллективы могут располагаться в различных регионах страны и даже в различных странах. Для решения задач управления, обеспечивающих реализацию экономической стратегии, становятся важными и актуальными скорость и удобство обмена информацией, а также возможность тесного взаимодействия всех участвующих в процессе выработки управленческих решений.

Появление малых ЭВМ, микроЭВМ и, наконец, персональных компьютеров потребовало нового подхода к организации систем обработки данных, к созданию новых информационных технологий. Возникло логически обоснованное требование перехода от использования отдельных ЭВМ в системах централизованной обработки данных к распределенной обработке информации.

Распределенная обработка данных – обработка данных, выполняемая на независимых, но связанных между собой компьютерах, представляющих распределенную систему.

Для реализации распределенной обработки данных были созданы многомашинные ассоциации, структура которых разрабатывается по одному из следующих направлений:

57

-многомашинные вычислительные комплексы (МВК);

-компьютерные (вычислительные) сети.

Многомашинный вычислительный комплекс – группа установленных рядом вычислительных машин, объединенных с помощью специальных средств сопряжения и выполняющих совместно единый информационно-вычислительный процесс.

Компьютерная (вычислительная) сеть – совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных.

К преимуществам использования сетей относят:

–быстрый обмен информацией между пользователями;

–общий доступ к ресурсам;

–оптимальное распределение нагрузки между несколькими компьютерами;

–возможность резервирования для повышения устойчивости всей системы к отказам;

–создание гибкой рабочей среды.

История совершенствования обмена данными прямо связана с улучшениями во всех компонентах сетевых технологий. Эти улучшения сделали сети более быстрыми, простыми в обращении и более эффективными. Компьютерная сеть включает все аппаратное и программное обеспечение, необходимое для подключения компьютеров и другого электронного оборудования к каналу, по которому они могут общаться друг с другом. Устройства, которые взаимодействуют с другими устройствами в сети, называются узлами, станциями или сетевыми устройствами. Современные телекоммуникационные технологии основаны на использовании информационных сетей.

Задание. Ответьте на следующие вопросы.

1.Что привело к появлению сетевых технологий?

2.Что такое распределенная обработка данных?

3.Каковы направления распределенной обработки данных?

4.Что представляет собой многомашинный вычислительный комплекс?

5.Что представляет собой компьютерная сеть?

6.Укажите основные преимущества использования сетей.

58

3.5.Вопросы компьютерной безопасности

Ввычислительной технике понятие безопасность 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. Разумеется, во всех цивилизованных странах на страже безопасности стоят законы, но в сфере вычислительной техники законотворческий процесс не успевает за развитием технологий, поэтому надежность работы компьютерных систем во многом опирается на меры самозащиты.

Компьютерные вирусы.

Ключевые слова: вирус, вирус-невидимка, сетевой, файловый, профилактика, разграничение доступа, детектор, ревизор, фильтр, антивирусная программа (АВП), признак.

Key words: virus, stealth virus, network virus, file virus, prevention, delimitation access, detector, watcher, filter, antivirus program, indication.

Задание 1. Прочитайте текст.

Компьютерные вирусы

Компьютерный вирус–это целенаправленно созданная программа, автоматически приписывающая себя к другим программным продуктам, изменяющая или уничтожающая их. Особенностью компьютерных вирусных программ является их самовоспроизводящийся характер.

Вирусы действуют только программным путем, то есть попадают в компьютер вместе с зараженным файлом; после этого вирус начинает действовать самостоятельно.

Действие вирусов может проявляться по-разному: от различных визуальных эффектов до полной потери информации. В последнее время вирусы часто распространяются через систему электронной почты.

Развитие вируса проходит несколько стадий:

-скрытый период, когда действие вируса не проявляется;

-этап быстрого размножения, но его действия еще не активизированы;

-этап активной деятельности, когда вирус выполняет вредные

59

действия.

Первые два этапа маскируют вирусы. В зависимости от среды обитания их можно разделить на:

-сетевые, которые распространяются по компьютерным сетям;

-файловые – внедряются главным образом в исполняемые модули, то есть в файлы, имеющие расширение .com и .exe;

-загрузочные – внедряются в загрузочный сектор диска (Bootсектор) или в сектор, содержащий программу загрузки системного диска (Master Boot Record);

Основные методы защиты от компьютерных вирусов:

-общие методы защиты информации, в том числе профилактические меры (копирование файлов и системных областей дисков, разграничение доступа других лиц к вашему ПК);

-специализированные антивирусные программы (детекторы, иммунизаторы, доктора (фаги), ревизоры, фильтры). Необходимо пользоваться только лицензионным программным обеспечением и своевременно обновлять антивирусные программы.

Задание 2. Ответьте на вопросы.

1.Что такое компьютерный вирус?

2.Классификация компьютерных вирусов.

3.В какой последовательности происходит развитие компьютерного вируса?

4.Перечислите меры по предотвращению проникновения вирусов в ПК?

5.Каково назначение антивирусных программ?

Защита информации в Интернете

При работе в Интернете следует иметь в виду, что насколько ресурсы Всемирной сети открыты каждому клиенту, настолько же и ресурсы его компьютерной системы могут быть при определенных условиях открыты всем, кто обладает необходимыми средствами. К таким действиям относятся вольные или невольные попытки нарушить работоспособность компьютерных систем, попытки взлома защищенных систем, использование и распространение программ, нарушающих работоспособность компьютерных систем (например, компьютерных вирусов).

60