Тема 2.1 Основные виды программного обеспечения
Рисунок 1 Программы, работающие на компьютере.
При построении классификации ПО нужно учитывать тот факт, что стремительное развитие вычислительной техники и расширение сферы приложения компьютеров резко ускорили процесс эволюции программного обеспечения. Если раньше можно было легко перечислить основные категории ПО — операционные системы, трансляторы, пакеты прикладных программ, то сейчас ситуация коренным образом изменилась. Развитие ПО пошло как вглубь (появились новые подходы к построению операционных систем, языков программирования и т.д.), так и вширь (прикладные программы перестали быть прикладными и приобрели самостоятельную ценность). Соотношение между требующимися программными продуктами и имеющимися на рынке меняется очень быстро. Даже классические программные продукты, такие, как операционные системы, непрерывно развиваются и наделяются интеллектуальными функциями, многие из которых ранее относились только к интеллектуальным возможностям человека.
Рисунок 2 Основные категории ПО
Прикладное программное обеспечение
Какие программы называют прикладными.
Прикладная программа – это любая конкретная программа, способствующая решению какой-либо задачи в пределах данной проблемной области.
Прикладные программы могут носить и общий характер, например, обеспечивать составление и печатание документов и т.п.
В противоположность этому, операционная система или инструментальное ПО не вносят прямого вклада в удовлетворение конечных потребностей пользователя.
Прикладные программы могут использоваться либо автономно, то есть решать поставленную задачу без помощи других программ, либо в составе программных комплексов или пакетов.
Наиболее часто встречающееся прикладное ПО. 
Рисунок 3 Пакеты прикладных программ.
Системные программы
Роль и назначение системных программ.
Системные программы выполняются вместе с прикладными и служат для управления ресурсами компьютера — центральным процессором, памятью, вводом-выводом.
Это программы общего пользования, которые предназначены для всех пользователей компьютера. Системное программное обеспечение разрабатывается так, чтобы компьютер мог эффективно выполнять прикладные программы.
Рисунок 4 Пакеты системных программ
Системное программное обеспечение направлено:
- на создание операционной среды функционирования других программ;
- на обеспечение надежной и эффективной работы самого компьютера и вычислительной сети;
- на проведение диагностики и профилактики аппаратуры компьютера и вычислительных сетей;
- на выполнение вспомогательных технологических процессов (копирование, архивирование, восстановление файлов программ и баз данных и т.д.).
Структура системного программного обеспечения.
Системного программное обеспечение можно разделить на:
Базовое программное обеспечение (base software) — минимальный набор программных средств, обеспечивающих работу компьютера,(как правило, поставляется вместе с компьютером). В базовое программное обеспечение входят: операционная система; операционные оболочки (текстовые и графические); сетевая операционная система.
Сервисное программное обеспечение — программы и программные комплексы, которые расширяют возможности базового программного обеспечения и организуют более удобную среду работы пользователя – утилиты, (может быть приобретено дополнительно).
Инструментальное ПО (Системы программирования)
К этой категории относятся системные программы, предназначенные для разработки программного обеспечения:
ассемблеры — компьютерные программы, осуществляющие преобразование программы в форме исходного текста на языке ассемблера в машинные команды в виде объектного кода.
трансляторы - программы или технические средства, выполняющее трансляцию программы.
компиляторы — Программы, переводящие текст программы на языке высокого уровня, в эквивалентную программу на машинном языке.
интерпретаторы — Программы (иногда аппаратные средства), анализирующие команды или операторы программы и тут же выполняющие их
компоновщики (редакторы связей) — программы, которые производят компоновку — принимают на вход один или несколько объектных модулей и собирают по ним исполнимый модуль.
препроцессоры исходных текстов — это компьютерные программы, принимающие данные на входе, и выдающие данные, предназначенные для входа другой программы, например, такой, как компилятор
Отла́дчик (debugger)- является модулем среды разработки или отдельным приложением, предназначенным для поиска ошибок в программе.
ПОНЯТИЕ ОПЕРАЦИОННОЙ ОБОЛОЧКИ И ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
Что такое операционная система
Операционная система – это комплекс взаимосвязанных системных программ, назначение которого – организация взаимодействия пользователя с компьютером и выполнение всех других программ.
Операционная система выполняет роль связующего звена между аппаратурой компьютера, с одной стороны, и выполняемыми программами, а также пользователем, с другой стороны.
Операционная система обычно хранится во внешней памяти компьютера — 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.).
Анализ и исполнение команд пользователя, включая загрузку готовых программ из файлов в оперативную память и их запуск, осуществляет командный процессор операционной системы.
Операционную систему можно назвать программным продолжением устройства управления компьютера. Операционная система скрывает от пользователя сложные ненужные подробности взаимодействия с аппаратурой, образуя прослойку между ними. В результате этого люди освобождаются от очень трудоёмкой работы по организации взаимодействия с аппаратурой компьютера.
В Табл. 1. приведены некоторые характеристики некоторых наиболее распространенных ОС. Как видите, среди них нет ни одной операционной системы с чисто командным интерфейсом, и это неудивительно, так как эпоха интерфейсов, основанных на командной строке, медленно, но верно уходит в прошлое.
| Название | Поддержка функций | Примеры | |||
| Много-задачность | Много-поточность | GUI | SMD | ||
| Windows 98 | ü | ü | ü | - | 1. ПК, рабочие станции. |
| Windows 2000 | ü | ü | ü | ü | 2. ПК, рабочие станции, серверы, кластеры серверов. |
| System 7 | ü | ü | ü | - | 3. ПК, Macintosh фирмы Apple. |
| Unix | ü | ü | ü | ü | 4. ПК, раб. станции, кластеры серверов, миникомпьютеры |
| Linux | ü | ü | ü | ü | 5. ПК, раб. станции, серверы. |
Таблица 1
Кроме того, именно ОС обеспечивает возможность индивидуальной настройки компьютера: ОС определяет, из каких компонентов собран компьютер, на котором она установлена, и настраивает сама себя для работы именно с этими компонентами.
Ещё не так давно работы по настройке приходилось выполнять пользователю вручную, а сегодня производители компонентов компьютерной техники разработали протокол plug-and-play (включил - заработало). Этот протокол позволяет операционной системе в момент подключения нового компонента получить информацию о новом устройстве, достаточную для настройки ОС на работу с ним.
В зависимости от количества одновременно обрабатываемых задач и числа пользователей, которых могут обслуживать ОС, различают четыре основных класса операционных систем:
- однопользовательские однозадачные, которые поддерживают одну клавиатуру и могут работать только с одной (в данный момент) задачей;
- однопользовательские однозадачные с фоновой печатью, которые позволяют помимо основной задачи запускать одну дополнительную задачу, ориентированную, как правило, на вывод информации на печать. Это ускоряет работу при выдаче больших объёмов информации на печать;
- однопользовательские многозадачные, которые обеспечивают одному пользователю параллельную обработку нескольких задач. Например, к одному компьютеру можно подключить несколько принтеров, каждый из которых будет работать на "свою" задачу;
- многопользовательские многозадачные, позволяющие на одном компьютере запускать несколько задач нескольким пользователям. Эти ОС очень сложны и требуют значительных машинных ресурсов.
В различных моделях компьютеров используют операционные системы с разной архитектурой и возможностями. Для их работы требуются разные ресурсы. Они предоставляют разную степень сервиса для программирования и работы с готовыми программами.
Что такое программы-оболочки.
Оболочки – это программы, созданные для упрощения работы со сложными программными системами, такими, например, как DOS. Они преобразуют неудобный командный пользовательский интерфейс в дружественный графический интерфейс или интерфейс типа "меню". Оболочки предоставляют пользователю удобный доступ к файлам и обширные сервисные услуги.
Самая популярная у пользователей IBM-совместимого ПК оболочка – пакет программ Norton Commander. Он обеспечивает:
- создание, копирование, пересылку, переименование, удаление, поиск файлов, а также изменение их атрибутов;
- отображение дерева каталогов и характеристик входящих в них файлов в форме, удобной для восприятия человека;
- создание, обновление и распаковку архивов (групп сжатых файлов);
- просмотр текстовых файлов;
- редактирование текстовых файлов;
- выполнение из её среды практически всех команд DOS;
- запуск программ;
- выдачу информации о ресурсах компьютера;
- создание и удаление каталогов;
- поддержку межкомпьютерной связи;
- поддержку электронной почты через модем.
Что такое сетевые операционные системы.
Сетевые операционные системы – комплекс программ, обеспечивающий обработку, передачу и хранение данных в сети. Сетевая ОС предоставляет пользователям различные виды сетевых служб (управление файлами, электронная почта, процессы управления сетью и др.), поддерживает работу в абонентских системах. Сетевые операционные системы используют архитектуру клиент-сервер или одноранговую архитектуру. Они оцениваются по комплексу критериев: производительность, разнообразие возможностей связи пользователей, возможности администрирования.
Что такое утилиты
Важными классами системных программ являются также программы вспомогательного назначения – утилиты (лат. utilitas – польза). Они либо расширяют и дополняют соответствующие возможности операционной системы, либо решают самостоятельные важные задачи.
Кратко опишем некоторые разновидности утилит:
Программы контроля, тестирования и диагностики, которые используются для проверки правильности функционирования устройств компьютера и для обнаружения неисправностей в процессе эксплуатации; указывают причину и место неисправности;
Программы-драйверы, которые расширяют возможности операционной системы по управлению устройствами ввода-вывода, оперативной памятью и т.д.; с помощью драйверов возможно подключение к компьютеру новых устройств или нестандартное использование имеющихся;
Программы-упаковщики (архиваторы), которые позволяют за счет применения специальных алгоритмов упаковки информации сжимать информацию на дисках, т.е. создавать копии файлов меньшего размера, а также объединять копии нескольких файлов в один архивный файл. Применение программ-архиваторов очень полезно при создании архива файлов, так как в большинстве случаев значительно удобнее их хранить, предварительно сжав программами-архиваторами. Представители данных программ –WinRar и WinZip.
Антивирусные программы, предназначенные для предотвращения заражения компьютерными вирусами и ликвидации последствий заражения вирусами. Компьютерный вирус — это специально написанная небольшая по размерам программа, которая может "приписывать" себя к другим программам для выполнения каких-либо вредных действий — портит файлы, "засоряет оперативную память и т.д. Представители антивирусного семейства программ – Kaspersky Antivirus, DrWeb, Norton Antivirus.
Рисунок 5 Классификация вирусов
Согласно исследованию организации AVIEWS (Antivirus Information & Early Warning System), Sophos обнаруживает не менее 80 процентов неизвестных зловредных кодов, значительно опережая многие другие весьма популярные и именитые программы. Второе место занял «Антивирус Касперского», который обнаруживает 65 процентов угроз. Интересно, что третье место с 60 процентами занял Ikarus, не известная широким массам программа. А такая именитая программа, как Panda, показала всего 10%.
Программы для создания резервных копий информации позволяют периодически копировать важную информацию, находящуюся на жестком диске компьютера, на дополнительные носители. Представители программ резервного копирования – APBackUp, Acronis True Image.
Программы оптимизации и контроля качества дискового пространства;
Программы восстановления информации, форматирования, защиты данных;
Коммуникационные программы, предназначены для организации обмена информацией между компьютерами. Это программы позволяют удобно пересылать файлы с одного компьютера на другой при соединении кабелем их последовательных портов. Другой вид таких программ обеспечивает возможность связи компьютеров по телефонной сети (при наличии модема). Они дают возможность посылать и принимать телефаксные сообщения. Представители коммуникационных программ – Venta Fax, Cute FTP.
Программы для управления памятью, обеспечивающие более гибкое использование оперативной памяти;
Программы для печати экрана бывают весьма полезны при использовании графических программ для вывода на печать содержимого экрана, так как отнюдь не всегда это можно сделать с помощью самой графической программы. Представители программ для печати экрана – SnagIt, HyperSnap-DX.
Программы для записи CD-ROM, CD-R и многие другие.
Часть утилит входит в состав операционной системы, а другая часть функционирует независимо от нее, т.е. автономно.
Тенденции развития программного обеспечения
Бурный рост и быстрые темпы развития рынка ПО.
Создание программного обеспечения для персональных компьютеров за последнее десятилетие превратилось из занятия отдельных программистов в важную и мощную сферу промышленности. Поэтому развитие программного обеспечения, предназначенного для широкого круга пользователей, происходит в процессе ожесточенной конкурентной борьбы между фирмами-производителями программного обеспечения. Доля некоммерческого программного обеспечения постоянно снижается и все более ограничивается программами, создаваемыми в процессе научных исследований или для собственного использования.
При разработке коммерческих программ основной задачей фирм-разработчиков является, естественно, обеспечение их успеха на рынке. Для этого необходимо, чтобы программы обладали следующими качествами:
- функциональность программы, т.е. полнота удовлетворения ею потребностей пользователя;
- наглядный, удобный, интуитивно понятный и привычный пользователю интерфейс (т.е. способ взаимодействия программы с пользователем);
- простота освоения программы даже начинающими пользователями, для чего используются информативные подсказки, встроенные справочники и подробная документация;
- надежность программы, т.е. устойчивость ее к ошибкам пользователя, отказам оборудования и т.д., и разумные ее действия в этих ситуациях.
Расширяется практика сдачи программного обеспечения в аренду.
Стандартизация и интеграция продуктов ПО.
Во многих областях совместная работа различных производителей программного обеспечения приводит к стандартизации отдельных элементов интерфейса программ, форматов данных и т.д., что весьма удобно для пользователей. Это происходит прежде всего потому, что разработчики программ перенимают друг у друга удачные находки и приемы и стремятся обеспечить совместимость с другими наиболее популярными программами.
Увеличение мощности программ.
Важнейшей тенденцией развития программного обеспечения является неуклонное увеличение их мощности – программы могут обрабатывать большие количества данных, делать это быстрее, предоставляют пользователю больше выполняемых функций и т.д. Таким образом, разработчики программного обеспечения используют возможности, появляющиеся из-за увеличения мощности компьютеров. Весьма заметно и стремление к интеграции функций программного обеспечения.
Возможность дистанционного запуска ПО через Web.
Сегодня большинство систем плавно перетекают в Web. Всемирная паутина затягивает все больше и больше приложений. Базы данных приобретают Web-интерфейсы пользователей, взамен имеющихся ранее настольных приложений. В конечном итоге, стоит ожидать, что конечному пользователю будет нужен лишь веб-браузер, чтобы иметь возможность удовлетворять все возможные потребности в программном обеспечении. В данном случае пользователю все равно, какая операционная система управляет локальным компьютером, главное - надежность и производительность сервера. ( Например, пакет Microsoft Office может быть установлен на удаленных серверах, а не на системах конечных пользователей, но запуск приложений при этом будет происходить не менее быстро, чем на локальных ПК). Таким образом, все программы получат возможность как локального исполнения, так и дистанционного запуска через Web.
Компьютеры, периферийные устройства и сетевое оборудование образуют аппаратное обеспечение, являющееся лишь одной из составляющих компьютерных технологий обработки информации. Другой составляющей является программное обеспечение (ПО). Различают системное программное обеспечение, прикладное и инструментальные средства, обеспечивающие создание программного обеспечения.
Под программным обеспечением(ПО) понимается совокупность программных и документальных средств, для создания и эксплуатации систем обработки данных, средствами вычислительной техники.
В самом общем плане программное обеспечение делится на базовое (системное) и прикладное.
Базовое (системное) ПО организует процесс обработки информации в компьютере и обеспечивает нормальную рабочую среду для прикладных программ. Базовое ПО настолько тесно связано с аппаратными средствами, что его иногда считают частью компьютера.
Прикладное ПО непосредственно нацелено на решение профессиональных задач пользователя.