Программное обеспечение вычислительной системы

2. Программное обеспечение вычислительной системы

В основу работы вычислительной системы положен программный принцип управления, состоящий в том, что компьютер выполняет действия по заранее заданной программе.

Программа – это упорядоченная последовательность команд. Конечная цель любой компьютерной программы – управление аппаратными средствами.

Состав программного обеспечения вычислительной системы называется программной конфигурацией. Различают несколько уровней программного обеспечения:

- базовый уровень;

- системный уровень;

- служебный уровень;

- прикладной уровень.

Базовый уровень является низшим уровнем программного обеспечения. Отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Базовое программное обеспечение содержится в составе базового аппаратного обеспечения и сохраняется в специальных микросхемах постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), образуя базовую систему ввода-вывода BIOS. Программы и данные записываются в ПЗУ на этапе производства и не могут быть изменены во время эксплуатации.

Системный уровень – обеспечивает взаимодействие других программ компьютера с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обеспечением. От программ этого уровня зависят эксплуатационные показатели всей вычислительной системы. При подсоединении к компьютеру нового оборудования, на системном уровне должна быть установлена программа, обеспечивающая для остальных программ взаимосвязь с устройством. Конкретные программы, предназначенные для взаимодействия с конкретными устройствами, называют драйверами.

Другой класс программ системного уровня отвечает за взаимодействие с пользователем. Благодаря этому, можно вводить данные в вычислительную систему, руководить ее работой и получать результат в удобной форме. Это средства обеспечения пользовательского интерфейса, от них зависит удобство и производительность работы с компьютером. Совокупность программного обеспечения системного уровня образует операционную систему компьютера.

Программы служебного уровня (утилиты) позволяют автоматизировать работы по проверке и настройки компьютерной системы. Некоторые служебные программы сразу входят в состав операционной системы, но большинство являются внешними программами и расширяют функции операционной системы.

К служебным программным средствам относятся:

- Диспетчеры файлов (файловые менеджеры) – программы, позволяющие выполнять большинство операции, связанных с обслуживанием файловой структуры: копирование, перемещение и переименование файлов, создание каталогов (папок), удаление файлов и каталогов, поиск и навигация в файловой структуре.

- Средства диагностики – используются для автоматизации процессов диагностики программного и аппаратного обеспечения. Они применяются для выявления неисправностей с определенной локализацией их, исправления ошибок и оптимизации работы компьютерной системы.

- Средства сжатия данных (архиваторы) – программы, предназначенные для создания архивов. Архивные файлы имеют повышенную плотность записи информации, что позволяет эффективнее используют носители информации. Архиваторы часто используют для создания резервных копий ценных данных.

- Средства просмотра и воспроизведения – используются в тех случаях, когда требуется только просмотр (воспроизведение) файла без его редактирования. Это упрощает и ускоряет работу.

- Программы инсталляции (установки) – предназначены для контроля при добавлении в текущую программную конфигурацию нового программного обеспечения. Они следят за состоянием и изменением окружающей программной среды, отслеживают и протоколируют образование новых связей.

- Средства коммуникации – разрешают устанавливать соединение с удаленными компьютерами, передают сообщения электронной почты, пересылают факсимильные сообщения и т.п.

- Средства компьютерной безопасности – средства пассивной и активной защиты данных от повреждения, несанкционированного доступа, просмотра и изменения данных. Различают средства пассивной и активной защиты. Средства пассивной защиты – это служебные программы, предназначенные для резервного копирования. Средства активной защиты применяют антивирусное программное обеспечение. Для защиты данных от несанкционированного доступа, их просмотра и изменения используют специальные системы, базирующиеся на криптографии.

- Средства электронной цифровой подписи (ЭЦП) являются необходимым компонентом для функционирования электронных систем делопроизводства, электронных банковских систем, электронных платежных систем и всей системы электронной коммерции. С помощью программ этого класса производится создание ключей электронной подписи, публикация и сертификация открытых ключей, идентификация партнеров по связи, аутентификация подлинности полученных электронных документов, взаиморасчеты в Интернете.

Прикладной уровень– программное обеспечение этого уровня представляет собой комплекс прикладных программ, с помощью которых выполняются конкретные задачи.

К прикладным программным средствам относятся:

- Текстовые редакторы – программы для ввода и редактирования текстовых данных.

- Текстовые процессоры – позволяют форматировать, то есть оформлять текст. Основными средствами текстовых процессоров являются средства обеспечения взаимодействия текста, графики, таблиц и других объектов, составляющих готовый документ, а также средства автоматизации процессов редактирования и форматирования. Современный стиль работы с документами имеет два подхода: работа с бумажными документами и работа с электронными документами. Приемы и методы форматирования таких документов различаются между собой, но текстовые процессоры способны эффективно обрабатывать оба вида документов.

- Графические редакторы – предназначены для создания и обработки графических изображений. Различают растровые редакторы, векторные редакторы и 3-D редакторы (трехмерная графика).

В растровых редакторах графический объект представлен в виде комбинации точек (растров), которые имеют свою яркость и цвет. Такой подход эффективный, когда графическое изображение имеет много цветов и информация о цвете элементов намного важнее, чем информация об их форме. Это характерно для фотографических и полиграфических изображений. Применяют для обработки изображений, создания фотоэффектов и художественных композиций.

Векторные редакторы – объектом является не точка, а линия. Каждая линия рассматривается, как математическая кривая и представлена формулой. Такое представление компактнее, чем растровое, данные занимают меньше места, но построение объекта сопровождается пересчетом параметров кривой в координаты экранного изображения, и соответственно, требует более мощных вычислительных систем. Широко применяются в рекламе, оформлении обложек полиграфических изданий.

Редакторы трехмерной графики используют для создания объемных композиций. Имеют две особенности: разрешают управлять свойствами поверхности в зависимости от свойств освещения, а также позволяют создавать объемную анимацию.

- Системы управления базами данных (СУБД) позволяют создавать базы данных (большие массивы данных, организованные в табличные структуры), обеспечивают возможность доступа к данным, наличие средств поиска и фильтрации.

- Электронные таблицы – комплексные средства для хранения разных типов данных и их обработки. Основной акцент смещен на преобразование данных, предоставлен широкий спектр методов для работы с числовыми данными. Основная особенность электронных таблиц состоит в автоматическом изменении содержимого всех ячеек при изменении отношений, заданных математическими или логическими формулами. Широкое применение находят в автоматизации регулярно повторяемых вычислений больших объемов числовых данных.

- Редакторы HTML (Web-редакторы) – 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 мультимедийных изданий.

- Браузеры (средства просмотра Web-документов) – программные средства предназначены для просмотра электронных документов, созданных в формате HTML. Воспроизводят, кроме текста и графики, музыку, человеческую речь, радиопередачи, видеоконференции и разрешают работать с электронной почтой.

- Настольные издательские системы – автоматизируют процесс верстки полиграфических изданий. Издательские системы отличаются расширенными средствами управления взаимодействия текста с параметрами страницы и графическими объектами, но имеют более слабые возможности по автоматизации ввода и редактирования текста. Их целесообразно применять к документам, которые предварительно обработаны в текстовых процессорах и графических редакторах.

- Системы автоматизированного перевода –электронные словари и программы перевода языка. Электронные словари – это средства для перевода отдельных слов в документе. Используются профессиональными переводчиками, которые самостоятельно переводят текст. Программы автоматического перевода используют текст на одном языке и выдают текст на другом, то есть автоматизируют перевод. При автоматизированном переводе трудно получить качественный исходный текст, поскольку все сводится к переводу отдельных лексических единиц.

- Интегрированные системы делопроизводства – средства для автоматизации рабочего места руководителя. В частности, это функции создания, редактирования и форматирования документов, централизация функций электронной почты, факсимильной и телефонной связи, диспетчеризация и мониторинг документооборота, координация работы подразделов, оптимизация административно-хозяйственной деятельности и поставка оперативной и справочной информации.

- Бухгалтерские системы – позволяют автоматизировать подготовку начальных бухгалтерских документов предприятия и их учет, регулярных отчетов по итогам производственной, хозяйственной и финансовой деятельности в форме, приемлемой для налоговых органов, внебюджетных фондов и органов статистического учета. Имеют функции текстовых, табличных редакторов и СУБД.

- Экспертные системы –предназначены для анализа данных, содержащихся в базах знаний и выдачи результатов, при запросе пользователя. Такие системы используются, когда для принятия решения нужны широкие специальные знания. Используются в юриспруденции, медицине, фармакологии, химии.

- Геоинформационные системы (ГИС) – служат для автоматизации картографических и геодезических работ на основе информации, полученной топографическим или аэрографическими методами.

- Системы видеомонтажа – предназначены для цифровой обработки видеоматериалов, монтажа, создания видеоэффектов, исправления дефектов, добавления звука, титров и субтитров. Характерной особенностью являются повышенные требования к мультимедийной составляющей.

- Системы автоматизированного проектирования (CAD-системы) предназначены для автоматизации проектно-конструкторских работ. Применяются в машиностроении, приборостроении, архитектуре. Кроме графических работ, позволяют проводить простые расчеты и выбор готовых конструктивных элементов из существующей базы данных.

- Инструментальные языки и системы программирования – 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 крайне неудобно. Поэтому программы разрабатываются на языке, понятном человеку (инструментальный язык или алгоритмический язык программирования), после чего, специальной программой, которая называется транслятором, текст программы переводится (транслируется) на машинный код.

Трансляторы бывают двух типов: интерпретаторы и компиляторы.

Интерпретатор читает один оператор программы, анализирует его и сразу 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 программа выполняется.

Инструментальные языки делятся на языки низкого уровня (близкие к машинному языку) и языки высокого уровня (близкие к человеческим языкам). К языкам низкого уровня принадлежат ассемблеры, а высокого – Pascal, Basic, C/C++, языки баз данных и т.д. В систему программирования, кроме транслятора, входит текстовый редактор, компоновщик, библиотека стандартных программ, отладчик, визуальные средства автоматизации программирования. Примерами таких систем являются Delphi, Visual Basic, Visual C++, Visual FoxPro и др.