Учебное пособие по информатике

человека. Состав программного обеспечения вычислительной системы называют программной конфигурацией.

Совокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки данных, называют вычислительной техникой. Определенный набор взаимодействующих между собой устройств и программ, предназначенный для обслуживания одного рабочего места (АРМ – автоматизированное рабочее место), называют вычислительной системой. В качестве автоматизированного рабочего места обычно выступает персональный компьютер и набор периферийного оборудования. Состав вычислительной системы называется конфигурацией.

Про раммное обес ечение – совокупность программных средств для обеспечения нормальной работы вычислительной системы, подразделяется на базовое, системное, служебное и прикладное программное обеспечение.

Между программами, как и между физическими узлами и блоками существует взаимосвязь – многие программы работают, опираясь на другие программы более низкого уровня. Существование такого межпрограммного интерфейса зависит от технических условий и протоколов взаимодействия, и поддерживается распределением программного обеспечения на уровни, которые представляют собой пирамидальную конструкцию. Каждый следующий уровень опирается на программное обеспечение предшествующих уровней. Такое разбиение используется на всех этапах работы с вычислительной системой, начиная с установки программ до практической эксплуатации и технического обслуживания.

Прикладное ПО

Служебное ПО

Системное ПО

Базовое ПО

Рис. 21. Уровни ро раммно о обес ечения

Каждый вышележащий уровень повышает функциональность всей системы. Например, вычислительная система с программным обеспечением базового уровня не способна выполнять большинство функций, но позволяет установить системное программное обеспечение, системное программное обеспечение позволяет установить служебное и прикладное.

2. Базовый уровень программного обеспечения

71

чтения). Изначально программы и данные записывались в микросхемы ПЗУ на этапе производства и не могли быть изменены в процессе эксплуатации. Однако, с развитием компьютеров, строящихся по принципу открытой архитектуры, в процессе эксплуатации возникает необходимость, изменить базовые программные средства. Тогда применяют перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства

(ППЗУ – Erasable and Programmable Read Only Memory, EPROM).

Микросхема ПЗУ способна длительное время хранить информацию, даже когда компьютер выключен.

Комплект программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую систему ввода-вывода (BIOS). Основное назначение программ этого пакета состоит в том, чтобы проверить состав и работоспособность компьютерной системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жестким диском и дисководом гибких дисков.

Функции BIOS:

-Автоматическое тестирование основных компонентов компьютера при его включении. На экране дисплея появляются диагностические сообщения, сопровождающие запуск

компьютера.

- Вызов блока загрузки операционной системы. Загрузив в оперативную память блок первоначальной загрузки, BIOS передает ему управление, блок загружает другие модули операционной системы.

- Обслуживание прерываний.

Система рерываний – это совокупность аппаратных и программных средств, обеспечивающих процесс переключения с одной программы на другую и возврат к продолжению прерванной программы за счет операций процессора, называемых прерыванием.

Прерывание – это реакция процессора на некоторое условие, возникающее в процессоре или на материнской плате.

Реакция выражается в прекращении выполнения текущей команды для обработки возникшего условия.

Прерывания бывают трех видов:

-аппаратные (например, нажатие клавиши);

-логическое или процессорное (например, деление на ноль);

-программные (например, команды ввода-вывода).

Вмомент включения компьютера на адресной шине процессора автоматически выставляется стартовый адрес, который указывает на ячейки в ПЗУ (ППЗУ). В этих ячейках хранится программа начальной загрузки (bootstrap), которая указывает центральному процессору передать файлы операционной системы из заданной области системного запоминающего устройства в оперативную память. Как только необходимые файлы помещаются в оперативную память, программа начальной загрузки предписывает процессору перейти на выполнение

72

работы программы из системной области диска и работой компьютера управляет операционная система.

3. Системный и служебный уровни программного обеспечения

Системный уровень является переходным уровнем. Программы, работающие на этом уровне, обеспечивают взаимодействие прочих

к вычислительной системе нового оборудования на системном уровне должна быть установлена программа, обеспечивающая для других программ взаимосвязь с этим оборудованием. Программы, отвечающие за взаимодействие с аппаратными средствами, называются драйверами устройств, они входят в состав программного обеспечения системного уровня. Другой класс программ системного уровня отвечает за взаимодействие с пользователем и дает возможность вводить данные

ввычислительную систему, управлять ее работой и получать результат

вудобной форме. Эти программные средства называют средствами обеспечения пользовательского интерфейса.

Интерфейс (interface) – правила взаимодействия операционной системы с пользователем или прикладными системами (программами, вычислительными средствами).

Виды пользовательского интерфейса:

-текстовый – команды и сообщения операционной системы вводятся с клавиатуры и выводятся на экран дисплея в виде текстовой строки;

-WIMP (Window, Image, Menu, Pointer) – для обеспечения общения между пользователем и операционной системой используются окна, образы, меню, указатель. Команды можно выбрать из предложенного списка с помощью указателя, есть возможность работать с несколькими окнами одновременно, используя систему окон, имеются стандартные графические образы, выполняемых команд.

-SILK (Speech, Image, Language, Knowledge) – речь, образ, язык,

знания. Используется в системах искусственного интеллекта, возможно оперирование, как с помощью графических объектов, так и голосовое управление, посредствам речи.

Системное ро раммное обес ечение (System Software) –

совокупность программ и программных комплексов для обеспечения работы компьютеров и сетей ЭВМ.

Совокупность программного обеспечения системного уровня образует ядро операционной системы компьютера. Если компьютер оснащен программным обеспечением системного уровня, то он

73

подготовлен к установке программ более высоких уровней, к взаимодействию программных средств с оборудованием и с пользователем. Наличие ядра операционной системы – необходимое условие для возможности практической работы человека с вычислительной системой. Системные программы выполняются вместе с прикладными и служат для управления ресурсами компьютера – центральным процессором, памятью, вводом вывода. Это программы общего пользования, которые предназначены для всех пользователей компьютера.

О ерационная система – это комплекс программ, обеспечивающий управление компьютером как единым целым, его взаимодействие с окружающей средой (пользователем, прикладными программами, другими системами).

Операционная система является главной частью системного программного обеспечения и управляется командами, которые позволяют выполнять различные действия (обращаться к каталогу, запускать программы, выполнять разметку внешних носителей и т. д.). Анализ и исполнения команд пользователя осуществляет командный процессор операционной системы.

Основные функции операционных систем:

-осуществление диалога с пользователем;

-ввод-вывод и управление данными;

-планирование и организация процесса обработки программ;

-распределение ресурсов (оперативной памяти, процессора, внешних устройств);

-запуск программ на выполнение;

-вспомогательные операции обслуживания;

-передача информации между различными внутренними устройствами;

-программная поддержка работы периферийных устройств. Операционную систему можно назвать программным продолжением

устройства управления компьютера. Она скрывает от пользователя сложные ненужные подробности взаимодействия с аппаратурой.

Операционные системы для персональных компьютеров делятся на:

-одно- и многозадачные (в зависимости от числа выполняемых процессов);

-одно- и многопользовательские (в зависимости от числа пользователей, одновременно работающих с операционной системой)

-несетевые и сетевые, обеспечивающие работу в вычислительной

сети ЭВМ.

Программные компоненты операционной системы:

-управление вводом-выводом;

-управление файловой системой;

-планирование процессов;

74

- анализ и выполнение команд, адресованных операционной системе.

Наиболее известными операционными системами являются –

MS DOS, MS Windows, OS/2, Linux, Unix.

Наиболее популярными на сегодняшний день являются операционные системы фирмы Microsoft. Первой из них была ОС MS-DOS. Ее основные черты:

-однозадачная;

-однопользовательская;

-текстовый интерфейс.

На смену ей пришли многопользовательские, многозадачные операционные системы с графическим интерфейсом WIMP разработанным фирмой Apple. Первой из них была Windows 3.11. Но наибольшее развитие этот интерфейс получил в последующей линейке ОС фирмы Microsoft:

Windows 95, 98, 2000, XP, Vista, Seven.

Системное программное обеспечение разрабатывается так, чтобы компьютер мог эффективно выполнять прикладные программы.

Служебное (сервисное) программное обеспечение представляет собой набор служебных дополнительно устанавливаемых программ, которые можно классифицировать по функциональному признаку следующим образом:

-программы диагностики работоспособности компьютера;

-антивирусные программы;

-программы обслуживания дисков;

-программы архивировании данных;

-программы обслуживания сети;

-драйверы.

Программное обеспечение служебного уровня взаимодействует с программами базового и системного уровней. Основное назначение служебных программ (утилит) состоит в автоматизации работ по проверке, наладке и настройке компьютерной системы. Во многих случаях они используются для расширения или улучшения функций системных программ. Некоторые служебные программы (как правило, это программы обслуживания) изначально включают в состав операционной системы, но большинство служебных программ являются для операционной системы внешними и служат для расширения ее функций.

В разработке и эксплуатации служебных программ можно выделить два альтернативных направления: интеграция с операционной системой и автономное функционирование. В первом случае служебные программы могут изменять потребительские свойства системных программ, делая их более удобными для практической работы. Во втором случае они слабо связаны с системным программным обеспечением, но предоставляют пользователю больше возможностей для персональной настройки их взаимодействия с аппаратным и программным обеспечением. Программы

75

технического обслуживания предназначены для нормализации работы компьютера, периферийных устройств, форматирования и восстановления дисков, а также к ним относятся антивирусные программы и другие средства, используемые инженерами по эксплуатации компьютерной техники. К таким программам относятся: антивирусные (Dr.Web, Norton Antivirus, Антивирус Касперского, NOD32); программы проверки (Scandisk), дефрагментации и форматирования дисков (Defrag, Format); программы архивировании данных (Winrar, Winzip).

4. Прикладной уровень программного обеспечения

Программное обеспечение прикладного уровня представляет собой комплекс прикладных программ, с помощью которых на данном рабочем месте выполняются конкретные задания. Спектр этих заданий очень широк – от производственных до творческих и развлекательно обучающих. Поскольку между прикладным программным обеспечением и системным существует непосредственная взаимосвязь (первое опирается на второе), то можно утверждать, что универсальность вычислительной системы, доступность прикладного программного обеспечения и широта функциональных возможностей компьютера напрямую зависят от типа используемой операционной системы, от того, какие системные средства содержит ее ядро, как она обеспечивает взаимодействие триединого комплекса человек – программа – оборудование.

Прикладное программное обеспечение общего назначения

Текстовый редактор – комплекс программ, предназначенный для ввода с клавиатуры текста и дальнейшее его редактирование (правка, копирование, создание таблиц и списков, вставка рисунков, расположение на странице, проверка грамотности, автоматическая нумерация страниц, составления оглавления, списка литературы, вывод на печать и другие возможности) MS Word, Лексикон, редактор математических текстов TEX.

Электронная очта – специальный пакет программ для хранения и пересылки сообщений между пользователями ЭВМ (Outlook Express,

The Bat).

Графический редактор – комплекс программ, направленный на обработку изображений компьютерной графики.

Графика может быть:

- коммерческая (диаграммы, графики), чаще всего встроена

в электронные таблицы;

-иллюстративная (оформление книг, журналов, создание фильмов). Paint, Corel Draw, Adobe Photoshop, 3d Studio;

-научная (трехмерное изображение объектов, визуализация научных опытов, графики функций, решение систем уравнений, моделирование экспериментов) MathCAD;

-когнитивная, позволяющая образно представить различные формулы и закономерности для доказательства сложных

76

теорем, открывает новые возможности для познания законов функционирования сознания.

Электронные таблицы представляют собой прямоугольный бланк произвольной формы и размера, отображенный на экране ЭВМ. Причем каждая ячейка этого бланка может хранить не только видимое или невидимое значение величины, но и формулу или целую программу для ее расчета, активизация программы в ячейках может происходить автоматически или по какому-либо событию (MS Excel).

Системы у равления базами данных (СУБД) – специальные программные продукты для создания и работы с базами данных. Базы данных (БД) – это интегрированный и структурированный набор данных, относящихся к какой-либо области или задаче. Используются для создания информационно-поисковых систем (СУБД: FoxPro, MS Access,

Oracle).

Существует 3 модели баз данных.

Реляционная – отношения между данными построены по принципу «один к одному», когда одна запись может быть связана только с одной записью. Форма представления данных в виде таблицы.

Иерархическая – отношения между данными построены по принципу «один к многим», когда одна запись взаимосвязана со многими другими. Форма представления данных в виде дерева.

Сетевая – принцип организации «многие ко многим», когда одна и та же запись может входить в отношения со многими другими записями в различных вариантах. Форма представления данных в виде графа.

И ровые ро раммы Электронный офис – интегрированный пакет программ,

включающий в себя текстовый редактор, электронные таблицы, системы управления базами данных, средства коммуникации, язык программирования, графический редактор др. (MS Office, Open Office, Symphony).

Видеоконференция – сетевая технология, позволяющая одновременно участвовать в дискуссии сразу нескольким пользователям и видеть на мониторе своего компьютера взявшего слово участника (UseNet,

Newsgroups).

Специальное прикладное программное обеспечение

Системы искусственно о интеллекта – раздел информатики,

занимающийся вопросами имитации мышления человека с помощью компьютера (язык Пролог). Проблемы искусственного интеллекта:

- способы формального описания знания и хранения их

в компьютере;

-построение моделей умозаключений человека в процессе решения им практических и теоретических задач;

-возможность общения человек-компьютер на естественном языке;

77

- возможность самоорганизации и самообучения систем искусственного интеллекта.

Экс ертные системы – это системы искусственного интеллекта, созданные для решения задач, на основе возможностей компьютера, знаний и опыта квалифицированных специалистов, представляют из себя программу для компьютера, с помощью которой, возможно получить приемлемое решение в ситуации, когда формальных, абсолютно точных решений получить нельзя (Оболочки экспертных систем: COGSYS,

RT Expert, RTES, Escort).

Системы автоматическо о роектирования (САПР) – комплекс технических и программных средств, позволяющих создавать всю необходимую конструкторскую и технологическую документацию на отдельные изделия, здания, сооружения (AutoCAD, Компас).

Системы электронно о документооборота, включающие в себя:

системы управления документами, которые обеспечивают интеграцию с приложениями, хранение документов, осуществляет поиск документов по атрибутной или полнотекстовой индексации;

системы массового ввода документов позволяют осуществлять ввод с клавиатуры, сканирование, включающее в себя: чистку, подготовка к распознаванию, выравнивание изображений и распознавание, которое может быть оптическим или интеллектуальным;

системы автоматизации деловых процессов предназначенные для моделирования деятельности каждого сотрудника, работающего с электронным документооборотом.

Информационное хранилище – это автоматизированная система, которая собирает данные из существующих баз и внешних источников, формирует, хранит и эксплуатирует информацию, как единую (Red Brick

Warehouse).

Геоинформационная система – это информационная система,

обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и расположение пространственно-координатных данных (Arc/Info, ArcView)

Информационные системы групповой работы объединяет средства коллективной работы прикладных приложений с электронной почтой, настольными и офисными приложениями, управление электронным документооборотом, планирование, управлением заданиями (моделирование деловых процессов), календарным планированием (MS GroupWise, 1С Предприятие).

Данный список не может быть полным и окончательным. К прикладным программным средствам использования можно отнести игровые и обучающие программы, различные видеотренажеры, программы цифровой обработки звука, средства общения в сети и т. д. Кроме того, прикладное программное обеспечение постоянно развивается, совершенствуется и расширяется в зависимости от тенденций развития общества и научно-технического прогресса.

78

Литература

Информатика: базовый курс: Учеб. для студентов вузов, бакалавров, магистров, обучающихся по направлениям 552800, 65460 «Информатика и вычислительная техника» / О. А. Акулов, Н. В. Медведев. – М.: Омега-Л,

2004. – 552 с.

Лапчик, М. П. Методика преподавания информатики: Учеб. пособие для студентов пед. вузов / М. П. Лапчик, И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер; Под общ. ред. М. П. Лапчика. – М.: Академия, 2003. – 624 с.

Пронина, Е. В. Программное обеспечение ЭВМ: Учеб.-метод. пособие / Е. В. Пронина. – Тула: Изд-во Тул. гос. пед. ун-та им. Л. Н. Толстого, 2007. – 98 с.

Контрольные вопросы по теме 5

1.Для чего служит расширение имени файла?

2.Какие операционные системы фирмы Microsoft вы знаете?

3.Перечислите виды пользовательского интерфейса операционных систем.

4.Перечислите основные функции операционных систем.

5.Что такое ядро операционной системы?

6.Что такое драйвер?

7.Какие программы относят к служебному программному обеспечению?

8.Какие вы знаете антивирусные программы?

9.К какому классу программ относится Internet Explorer?

10.Как называется программа для просмотра гипертекстовых страниц?

11.К какому классу программного обеспечения относится текстовый процессор?

12.К какому классу программного обеспечения относится драйверы?

13.К какому классу программного обеспечения относится антивирусы?

14.Перечислите основные функции утилит.

15.К какому классу программного обеспечения относится UNIX?

ТЕМА 6. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ФОРМАЛИЗАЦИЯ

1. Понятие модели. Моделирование

При создании искусственных систем широко используется метод моделирования, который связан с такими методами познания как анализ,

и объектам, которые модели замещают.

79

Моделирование основывается на том, что не все из многочисленных составляющих объекта, взаимосвязей между ними и влияний внешних факторов оказываются одинаково значимыми в рамках поставленной задачи. Можно выделить существенные и несущественные для данной задачи, составляющие сложного объединения, а затем последние отбросить или описать приблизительно. Тем самым получим новое объединение, которое не будет полностью передавать свойства объекта, но будет проще, т.е. представлять собой модель, и отражать лишь некоторые стороны изучаемого объекта или явления, важные с точки зрения моделирования.

Модель – реальный физический объект или процесс, теоретическое построение, упорядоченный набор данных, представляющие какие-либо свойства исследуемого объекта, процесса или явления, существенные относительно цели моделирования.

Моделирование используется в трех разных сферах деятельности человека – в научном познании, обучении (образование) и создании искусственных систем.

На основе моделей строится теория. А теорию объясняют с помощью моделей.

Моделирование – один из основных методов создания искусственных систем, заключающийся в выделении из сложного явления (объекта) некоторых частей и замещения их другими объектами, которые более понятны, просты и удобны для описания, объяснения и разработки.

Математическая модель – модель объекта, процесса или явления, представляющая собой математические закономерности, с помощью которых описаны основные характеристики моделируемого объекта, процесса или явления.

2. Классификация моделей

Классификация – это распределение однотипных объектов в соответствии с выделенными свойствами (признаками, категориями, классами).

По степени полноты модели:

Полные – в основе лежит полное подобие, которое проявляется как во времени, так и в пространстве.

Не олные – характерно неполное подобие модели изучаемому объекту. В основе приближенного моделирования лежит приближенное подобие, при котором некоторые стороны функционирования реального объекта не моделируются совсем.

По степени неопределенности:

Детерминированное моделирование отображает детерминированные процессы, т. е. процессы, в которых предполагается отсутствие всяких случайных воздействий.

80