Беседина_Инф
.pdfполняя ее ядро, но большинство являются внешними программами и рас- ширяют функции операционной системы. То есть, в разработке служебных программ отслеживаются два направления: интеграция с операционной системой и автономное функционирование.
Классификация служебных программных средств
∙Диспетчеры файлов (файловые менеджеры).
∙Средства сжатия данных (архиваторы).
∙Средства диагностики.
∙Программы инсталляции (установки).
∙Средства коммуникации.
∙Средства просмотра и воспроизведения.
∙Средства компьютерной безопасности.
Прикладной уровень. Программное обеспечение этого уровня пред- ставляет собой комплекс прикладных программ, с помощью которых вы- полняются конкретные задачи (производственных, творческих, развлека- тельных и учебных). Между прикладным и системным программным обеспечением существует тесная взаимосвязь. Универсальность вычисли- тельной системы, доступность прикладных программ и широта функцио-
нальных возможностей компьютера непосредственно зависят от типа имеющейся операционной системы, системных средств, помещенных в ее ядро и взаимодействии комплекса человек—программа—оборудование.
Операционная система — это комплекс взаимосвязанных системных программ, назначение которого — организовать взаимодействие пользова- теля с компьютером и выполнение всех других программ. Операционная система выполняет роль связующего звена между аппаратурой компьюте- ра, с одной стороны, и выполняемыми программами, а также пользовате- лем, с другой стороны.
Операционная система обычно хранится во внешней памяти компью- тера — на диске. При включении компьютера она считывается с дисковой памяти и размещается в ОЗУ.
Этот процесс называется загрузкой операционной системы.
В функции операционной системы входит:
∙осуществление диалога с пользователем;
∙ввод-вывод и управление данными;
∙планирование и организация процесса обработки программ;
∙распределение ресурсов (оперативной памяти и кэша, процессора, внешних устройств);
∙запуск программ на выполнение;
∙всевозможные вспомогательные операции обслуживания;
∙передача информации между различными внутренними устройствами;
∙программная поддержка работы периферийных устройств (дисплея, клавиатуры, дисковых накопителей, принтера и др.).
11
Операционную систему можно назвать программным продолжением устройства управления компьютера. Операционная система скрывает от пользователя сложные ненужные подробности взаимодействия с аппарату- рой, образуя прослойку между ними.
Загрузчик операционной системы — это специальная программа,
предназначенная для инициирования процесса загрузки операционной системы.
Операционная система исполняет роль своеобразного интерфейса (Интерфейс — совокупность аппаратуры и программных средств, необхо- димых для подключения периферийных устройств к ПЭВМ) между поль- зователем и ВС, т. е. ОС предоставляет пользователю виртуальную ВС.
Операционные системы общего назначения. Различают следующие типы систем общего назначения:
∙поддерживающие однопрограммный режим работы и диалоговый способ общения;
∙обеспечивающие пакетную обработку задач в режиме мультипро- граммирования;
∙операционные системы разделения времени.
Операционные системы специального назначения. К таким систе-
мам относят:
∙операционные системы, предназначенные для решения задач реаль- ного времени;
∙для организации работы вычислительных сетей;
∙и некоторые другие.
История развития ОС
1. Стандарт CP/M
Начало созданию операционных систем для микроЭВМ положила ОС СР/М. Она была разработана в 1974 году, после чего была установлена на многих 8-разрядных машинах.
2. Ms Dos
ОС типа DOS стала доминирующей с появлением 16-разрядных ПЭВМ.
a)отсутствие графической оболочки;
b)однопользовательская ОС;
c)однозадачная ОС;
d)ограничение на имя файла (8 символов + расширение);
e)файловая система FAT.
UNIX — операционная система, которая позволяет осуществить вы- полнение работ в многопользовательском и многозадачном режиме. Наря- ду с системами UNIX широкое распространение получили UNIX-подобные системы.
12
3.Windows
a)многозадачная;
b)многопользовательская операционная система;
c)графический интефейс;
d)в MS Windows для хранения файлов используется модификация файловой системы FAT — VFAT;
e)в ней длина имен файлов и каталогов может достигать 256 симво- лов. При указании имен прописные и заглавные буквы различаются.
4.Linux — это операционная система для IBM-совместимых персо- нальных компьютеров и рабочих станций. Это — многопользовательская ОС с оконно-графическим интерфейсом. ОС Linux поддерживает стандарты
открытых систем и протоколы сети Интернет и совместима с системами Unix, DOS, MS Windows. Все компоненты системы, включая исходные тек- сты, распространяются с лицензией на свободное копирование и установку для неограниченного числа пользователей. Приведем ее характеристики:
a)многозадачная;
b)многопользовательская;
c)имеется графический интерфейс, однако можно работать и по- средством командной строки (термина);
d)своя файловая система;
e)возможность работы с несколькими рабочими столами;
f)своя файловая структура.
Говоря о системе Linux можно выделить ядро, shell, файловую структуру и утилиты. Ядро — сердце системы. Оно содержит програм- мы, которые непосредственно управляют аппаратными средствами ком- пьютера. Shell — это текстовый интерфейс пользователя. Он принимает команды от пользователя и передает их ядру для исполнения.
Классификация прикладного программного обеспечения Текстовые редакторы. Основные функции — это ввод и редактирование
текстовых данных. Для операций ввода, вывода и хранения данных текстовые редакторы используют системное программное обеспечение. С этого класса
прикладных программ начинают знакомство с программным обеспечением и на нем приобретают первые навыки работы с компьютером. (Без элементов форматирования текста.) Примеры редакторов: NotePad, KEdit, KWrite.
Текстовые процессоры. Разрешают форматировать, то есть оформ- лять текст. Основными средствами текстовых процессоров являются сред- ства обеспечения взаимодействия текста, графики, таблиц и других объек- тов, составляющих готовый документ, а также средства автоматизации процессов редактирования и форматирования. Примеры: Microsoft Word, OpenOffice.org Writer, Adobe In Copy, LyX, WordExpres.
Разметка текста — обычный текст с дополнительными особенностя- ми. Выделяют два типа разметки — физический и логический. Программы
13
для разметки: HyperText Markup Language (HTML), использующийся в World Wide Web, xml, TeX и LaTeX.
Графические редакторы. Широкий класс программ, предназначен- ных для создания и обработки графических изображений. Различают три категории:
∙растровые графические редакторы: Paint, Paint.net, Adobe Photoshop, Paint Shop Pro;
∙векторные редакторы — Adobe Illustrator, CorelDRAW, Macromedia FreeHand, Xara Xtreme, OpenOffice.org Draw;
∙3-D редакторы (трехмерная графика) — Alias Maya, 3D Studio MAX, Ulead Cool3D, Production Studio, Adobe Acrobat 3D.
Системы управления базами данных (СУБД). Базой данных называют большие массивы данных, организованные в табличные структуры. Ос- новные функции СУБД:
∙создание пустой структуры базы данных;
∙наличие средств ее заполнения или импорта данных из таблиц дру- гой базы;
∙возможность доступа к данным, наличие средств поиска и фильтраци.
СУБД: Accese, Base, MySQL, MsSQL, Oracle, Sybase Adaptive Server
Anywhere, Sybase PowerBuilder, Линтер.
Электронные таблицы. Предоставляют комплексные средства для хранения разных типов данных и их обработки. Основной акцент смещен на преобразование данных, предоставлен широкий спектр методов для ра- боты с числовыми данными. Основная особенность электронных таблиц состоит в автоматическом изменении содержимого всех ячеек при измене- нии отношений, заданных математическими или логическими формулами. Microsoft Excel, SuperCalc, OpenOffice.org Calc, Numbers.
Системы автоматизированного проектирования (CAD-системы).
Предназначены для автоматизации проектно-конструкторских работ. При- меняются в машиностроении, приборостроении, архитектуре. Кроме гра- фических работ, разрешают проводить простые расчеты и выбор готовых конструктивных элементов из существующей базы данных.
Настольные издательские системы. Автоматизируют процесс вер-
стки полиграфических изданий.
Редакторы HTML (Web-редакторы). Особый класс редакторов, объединяющих в себе возможности текстовых и графических редакторов. Предназначены для создания и редактирования Web-страниц Интернета.
Программы этого класса можно использовать при подготовке электронных документов и мультимедийних изданий.
Браузеры (средства просмотра Web-документов). Программные средства предназначены для просмотра электронных документов, создан- ных в формате HTML. Восроизводят, кроме текста и графики, музыку, че-
14
ловеческий язык, радиопередачи, видеоконференции и разрешают работать с электронной почтой.
Системы автоматизированного перевода. Различают электронные словари и программы перевода языка.
Электронные словари — это средства для перевода отдельных слов в документе. Используются профессиональными переводчиками, которые самостоятельно переводят текст.
Интегрированные системы делопроизводства. Средства для авто-
матизации рабочего места руководителя. В частности, это функции созда- ния, редактирования и форматирования документов, централизация функ- ций электронной почты, факсимильной и телефонной связи, диспетчериза- ция и мониторинг документооборота предприятия, координация работы подразделов, оптимизация административно-хозяйственной деятельности и поставка оперативной и справочной информации.
Бухгалтерские системы. Имеют функции текстовых, табличных ре- дакторов и СУБД. Предназначены для автоматизации подготовки началь- ных бухгалтерских документов предприятия и их учета, регулярных отче- тов по итогам производственной, хозяйственной и финансовой деятельно- сти в форме, приемлемой для налоговых органов, внебюджетных фондов и органов статистического учета.
Финансовые аналитические системы. Используют в банковских и биржевых структурах. Разрешают контролировать и прогнозировать си- туацию на финансовых, торговых рынках и рынках сырья, выполнять ана- лиз текущих событий, готовить отчеты.
Экспертные системы. Предназначены для анализа данных, содер- жащихся в базах знаний и выдачи результатов, при запросе пользователя. Такие системы используются, когда для принятия решения нужны широ- кие специальные знания. Используются в медицине, фармакологии, химии, юриспруденции. С использованием экспертных систем связана область науки, которая носит название инженерии знаний.
Геоинформационные системы (ГИС). Предназначены для автомати-
зации картографических и геодезических работ на основе информации, по- лученной топографическим или аэрографическим методами.
Системы видеомонтажа. Предназначены для цифровой обработки видеоматериалов, монтажа, создания видеоэффектов, исправления дефек- тов, добавления звука, титров и субтитров. Отдельные категории пред- ставляют учебные, справочные и развлекательные системы и программы. Характерной особенностью являются повышенные требования к мульти- медийной составляющей.
Инструментальные языки и системы программирования. Эти сред-
ства служат для разработки новых программ. Компьютер «понимает» и может выполнять программы в машинном коде. Каждая команда при этом имеет вид последовательности нулей и единиц. Писать программы на машинном языке
15
крайне неудобно. Поэтому программы разрабатываются на языке, понятном человеку (инструментальный язык или алгоритмический язык программиро- вания), после чего, специальной программой, которая называется транслято- ром, текст программы переводится (транслируется) на машинный код.
Трансляторы бывают двух типов:
∙интерпретаторы,
∙компиляторы.
Интерпретатор читает один оператор программы, анализирует его и сра- зу выполняет, после чего переходит к обработке следующего оператора.
Компилятор сначала читает, анализирует и переводит на машинный код всю программу и только после завершения всей трансляции эта про- грамма выполняется.
Инструментальные языки делятся на языки низкого уровня (близкие к машинному языку) и языки высокого уровня (близкие к человеческим язы- кам). К языкам низкого уровня принадлежат ассемблеры, а высокого — Pascal, Basic, C/C++, языки баз данных и т. д. В систему программирова- ния, кроме транслятора, входит текстовый редактор, компоновщик, биб- лиотека стандартных программ, отладчик, визуальные средства автомати- зации программирования. Примерами таких систем являются Delphi, Visual Basic, Visual C++, Visual FoxPro и др.
Тема 4 ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ И ХРАНЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ
Информация хранится на внешних запоминающих устройствах. Это могут быть жесткие диски, CD, DVD, гибкие диски, флеш-накопители и др. Прежде чем записывать информацию на носитель его необходимо под- готовить для записи — создать на нем структуру.
Можно выделить два понятия: физический диск — непосредственно само устройство и логический диск — это либо весь диск, либо его часть, предназначенная для хранения определенного объема информации. В ОС Windows обозначается заглавными латинским буквами.
Для того, чтобы на диске можно было хранить информацию он дол- жен быть отформатирован, т. е. на нем должна быть создана физическая и логическая структура диска. Форматирование состоит в создании на диске концентрических дорожек, которые в свою очередь делятся на сектора. Для этого ставятся пометки в определенных частях диска. При записи ин- формации на диск будет занято всегда целое количество секторов. Для же- стких дисков минимальный адресный элемент — кластер, который может включать несколько секторов.
Информация записывается в произвольном порядке. Если информа- ция попадает на поврежденные сектора, то она не считывается.
16
Существует два типа форматирования:
∙полное,
∙быстрое.
Полное форматирование включает в себя как физическое форматирова- ние, т. е. проверку качества магнитного покрытия и разметку на дорожки и секторы, так и логическое — создание разметки для сохранения информации.
После форматирования информация, хранящаяся на диске уничтожается. Фрагменты файла могут храниться в разных, удаленных друг от друга кластерах из-за этого может замедляться скорость обмена данными. Фраг- ментация данных возрастает с течением времени. Это приводит к износу
жесткого диска. Поэтому рекомендуют проводить дефрагментацию. Дефрагментация — процесс, при котором файлы записываются в
кластеры, последовательно идущие друг за другом.
Существует довольно много разных файловых систем, которые отли- чаются друг от друга внутренним устройством, однако везде имеется структура из вложенных каталогов и файлов.
Файловые системы различаются:
∙скоростью доступа,
∙надежностью хранения данных,
∙степенью устойчивости при сбоях,
∙некоторыми дополнительными возможностями.
Современные операционные системы поддерживают несколько типов файловых систем. Помимо файловых систем, используемых для хранения данных на жестком диске, есть также файловые системы CD и DVD и пр.
Важное свойство файловых систем — поддержка ж у р н а л и р о в а н и я.
Такая файловая система ведет постоянный учет всех операций записи на диск. Благодаря этому после сбоя электропитания файловая система всегда автоматически возвращается в рабочее состояние.
Существует несколько файловых систем:
∙для WINDOWS —FAT12, FAT16, FAT32, NTFS;
∙для Linux — Ext2, Ext3.
Для упорядочения информации служат каталоги (директории) — часть логического диска, предназначенная для хранения определенного объема информации.
Активный каталог — каталог с которым в данный момент идет работа. Файл — определенное количество информации, имеющее имя и хра-
нящееся во внешней памяти (проименованная последовательность байтов). Основное назначение файла — хранение информации. Файл имеет
следующие параметры:
∙имя,
∙расширение (тип),
∙дату создания,
17
∙дату модификации,
∙атрибуты.
Формат файла — способ которым данные организованы в байты.
Атрибуты определяют возможность изменения файла различными пользователями. Выделяют три группы: пользователь, группа, все. Для ка- ждой группы определяют следующие разрешения: читать, править, все.
Расширения :
∙Программа exe, com
∙Текст txt, doc, pdf, rtf
∙Графика bmp, jif, jpg, tif
∙Звук wav, mid, Mp3
∙Видео avi
∙Интернет html
∙Электронные таблицы xls
∙Архивы zip, rar, arj
Числовые данные хранятся в компьютере в двоичном формате с фик- сированной запятой, если они целые, и в двоичном формате с плавающей запятой, если числа вещественные.
Текстовые файлы — наиболее распространенный тип. Для хранения каждого символа чаще всего отводится один байт, а кодирование тексто- вых файлов выполняют с помощью специальных таблиц, в которых каж- дому символу соответствует определенное число от 0 до 255–56 символов.
Числа от 0 до 32 используются для кодирования операций (перевод строки, ввод пробела и т. д.).
Числа от 33 до 127 — для кодировки латинского алфавита, цифр, зна- ков арифметических операций, знаков препинания. Коды с 128 по 255 яв- ляются национальными, т. е. в национальных кодировках одному и тому же коду отвечают различные символы.
Файл, для кодировки которого используется только 128 первых чисел, на-
зывается ASCII-файлом (сокращение от American Standard Code for Information Interchange — американский стандартный код для обмена инфор- мацией), но в таком файле не могут быть представлены буквы, отличные от ла- тиницы (в том числе и русские). Большинство национальных алфавитов можно закодировать с помощью восьмибитной таблицы. Для русского языка наиболее популярны на данный момент три кодировки: Koi8-R, Windows-1251.
Такие языки, как китайский, содержат значительно больше 256 симво- лов, поэтому для кодирования каждого из них используют несколько байтов. Для экономии места зачастую применяется следующий прием: некоторые символы кодируются с помощью одного байта, в то время как для других ис- пользуются два или более байтов. Одной из попыток обобщения такого под- хода является стандарт Unicode, в котором для кодирования символов ис- пользуется диапазон чисел от нуля до 65 536. Такой широкий диапазон по- зволяет представлять в численном виде символы любого языка.
18
Хранение изображения
В видеопамяти находится двоичная информация об изображении, вы- водимом на экран. Почти все создаваемые, обрабатываемые или просмат-
риваемые с помощью компьютера изображения можно разделить на две большие части — растровую и векторную графику.
Растровые изображения представляют собой однослойную сетку то- чек, называемых пикселами (pixel, от англ. picture element). Код пиксела содержит информацию о его цвете и положении.
Для черно-белого изображения (без полутонов) пиксел может принимать только два значения: белый и черный (светится — не светится), а для его ко- дирования достаточно одного бита памяти: 1 — белый, 0 — черный. Для ко- дирования цветных изображений используют 8-битные, 16 и 32-битные.
Существует несколько цветовых схем, основанных на различных спо- собах восприятия цвета. В целом их все можно поделить на два типа: схе- мы представления цвета от излучаемого и отраженного света.
Система RGB. «Красный, зеленый, синий» — RGB — red / green / blue. Черный цвет в схеме отсутствует, так как его заменяет цвет черного экрана. Эта система цветов называется аддитивной (additive), что в грубом переводе означает «складывающая / дополняющая». Иными словами, мы берем черный цвет (отсутствие цвета) и добавляем к нему первичные цве- та, складывая их друг с другом до белого цвета.
RGB не используется для печати на бумаге, вместо нее существует CMYK—цветовое пространство.
Система CMYK. «Голубой—пурпурный—желтый» (CMY) — cyan / magenta / yellow и K (blacK) — обозначающая черный цвет. Белый цвет в схеме отсутствует, так как его мы и так имеем — это цвет бумаги. В тех местах, где нужен белый цвет, краска просто не наносится. Значит отсут- ствие цвета в схеме CMYK соответствует белому цвету. Эта система цве- тов называется субтрактивной (subtractive), что в грубом переводе означает «вычитающая / исключающая». Удаление всех цветов — черный.
Значения цветов в RGB и CMYK сильно различаются.
Форматы растровых графических файлов
1.Сжатие без потерь:
a)PNG (Portable Network Graphics);
b)GIF (Graphics Interchange Format);
c)BMP.
2.Сжатие с потерями:
a)JPEG;
b)TIFF.
Ве́кторная гра́фика — это использование геометрических примити- вов таких, как точки, линии, сплайны и многоугольники, для представле- ния изображений в компьютерной графике. Термин используется в проти- воположность к растровой графике, которая представляет изображения как матрицу пикселей (точек). Изображение хранится как формула.
19
Преимущества этого способа описания графики над растровой графикой.
∙Минимальное количество информации передаётся намного мень- шему размеру файла (размер не зависит от величины объекта).
∙Можно бесконечно увеличить объект.
∙При увеличении или уменьшении объектов толщина линий может быть постоянной.
∙Параметры объектов хранятся и могут быть изменены.
У векторной графики есть два фундаментальных недостатка.
∙Не каждый объект может быть легко изображен в векторном виде. Кроме того, количество памяти и времени на отображение зависит от чис- ла объектов и их сложности.
∙Перевод векторной графики в растр достаточно прост. Но обрат- ного пути, как правило, нет — трассировка растра обычно не обеспечивает высокого качества векторного рисунка.
Кодирование звука
Звук — это колебания воздуха. Если преобразовать звук в электриче- ский сигнал (например, с помощью микрофона), мы увидим плавно изме- няющееся с течением времени напряжение. Для компьютерной обработки такой — аналоговый — сигнал нужно каким-то образом преобразовать в по- следовательность двоичных чисел. Для этого используется дискретезация —
измеряется напряжение через равные промежутки времени и записываются полученные значения в память. Устройство выполняющее данное преобра- зование называется аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Для того чтобы воспроизвести закодированный таким образом звук, нужно выпол- нить обратное преобразование (для него служит цифро-аналоговый преоб- разователь — ЦАП), а затем сгладить получившийся ступенчатый сигнал.
Чем выше частота дискретизации (т. е. количество отсчетов за секун- ду) и чем больше разрядов отводится для каждого отсчета, тем точнее бу- дет представлен звук. Но при этом увеличивается и размер звукового фай- ла. Поэтому в зависимости от характера звука, требований, предъявляемых
кего качеству и объему занимаемой памяти, выбирают некоторые ком- промиссные значения.
Тема 5 ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ
Защита информации:
1.От несанкционированного доступа.
2.От потерь:
∙от вирусов,
∙случайного удаления,
∙сбоев в работе устройств.
Дадим краткую характеристику этим вопросам.
20