Основы информатики

Таблица 3.1

Некоторые расширения MS DOS и Windows 9.x

Расширение	Содержимое файла
1	2
.сом	Разновидность программы в машинных кодах (выполняемый файл)
.ехе	Разновидность программы в машинных кодах (выполняемый файл)
.bat	Командный файл (выполняемый файл)
.bak	Резервный файл
.doc	Файл программной документации или файл с документом
.txt	Файл с текстом
.dat	Файл с числовыми данными
.hlp	Файл помощи, то есть файл встроенной справочной системы
.sys	Драйвер устройства
.tmp	Временный или рабочий файл
.bmp	Разновидность файла с графикой

Файлы с расширением .сом (common - общий) и .exe (execute - выполнение) содержат программы на машинном языке. Эти файлы часто называют программными файлами. Различия между comфайлами и ехе-файлами касаются их внутренней организации. На способах обращения с файлами эти различия никак не сказываются. Файлы с расширением .bat (batch - пачка) содержат произвольные последовательности команд операционной системы. Такие файлы принято называть командными файлами. Термин «выполняемый файл» объединяет понятия «программный файл» и «командный файл». Другими словами, «выполняемый файл» означает, что файл содержит либо программу на машинном языке, которая может быть непосредственно выполнена процессором компьютера (файлы с расширениями .ехе и .com), либо последовательность команд операционной системы (файл с расширением .bat), которые тоже выполняются, но только путем обращения к соответствующим программам и средствам операционной системы.

Важным атрибутом файла является его длина. Длина файла равна объему занимаемого файлом участка диска или ленты и, следовательно, измеряется в байтах. Значение этого атрибута используется для определения возможности размещения файла на свободном участке дискового носителя и в некоторых других целях.

При первоначальной записи файла на диск, а также при внесении в файл изменений с помощью системных часов (специальной программы, входящей в состав операционной системы) автоматически фиксируются время и дата записи файла на дисковое устройство. Атрибуты даты и времени используются для опознания последних по времени вариантов файла.

Кроме рассмотренных основных атрибутов файла в операционной системе MS DOS файлы имеют еще четыре атрибута - только для чтения, системный, скрытый и архивный. Каждый из этих атрибутов имеет ровно два состояния - атрибут включен или атрибут выключен.

Включение атрибута только для чтения означает, что файл недоступен для внесения в него каких-либо изменений. Кроме того, усложнено уничтожение такого файла. Атрибут системный обычно включен только у основных файлов операционной системы. Атрибут скрытый включен у тех файлов, которые при просмотре списка файлов, находящихся на дисковом устройстве, командой операционной системы в этот список не включаются.

В операционных системах предусмотрен способ, упрощающий коллективные действия с файлами. Действие, которое нужно выполнить над группой файлов, задается только один раз, но вместе с действием указывается не полное имя одиночного файла, а специальное имя, которое позволяет операционной системе опознать все файлы группы и затем выполнить над ними нужное действие. Такое имя называют групповым именем, шаблоном или маской. Групповое имя файлов образуется с помощью символов «*» и «?».

Символ *, встретившийся в групповом имени, трактуется операционной системой как «любая последовательность любых символов названия». Так, групповому имени а* соответствуют любые названия, начинающиеся с буквы «а»: а1, azbuka, a2z4.

Символ ? воспринимается ОС как любой одиночный символ, то есть ему соответствует ровно один произвольный символ имени. Например, шаблону otchet?.doc соответствуют любые имена с расширением .doc, в названии которых за отрезком названия otchet следует ровно один символ, например otchet1.doc, otchet4.doc, otchet%.doc, otchet#.doc и т. д.

Еще несколько примеров:

??.txt - файлы с любыми двухбуквенными именами и расширением .txt;

*.bak - файлы с любыми именами и расширением .bak;

prog1.* - файлы с названием progl и любым расширением;

*.* - файлы с любыми названиями и любыми расширениями.

3.2.3 Каталоги

Чтобы прочитать содержимое файла, необходимо знать его местоположение на дисковом устройстве. Каждый файл занимает на диске определенную группу секторов. Следовательно, местоположение файла можно задавать, указывая номера секторов и дорожек, занятых файлом. Однако такой способ указания местоположения файла очень неудобен, так как в этом случае пользователю необходимо знать номера всех секторов диска, которые отведены под файл. Для повышения эффективности обмена данными несколько подряд расположенных секторов объединяются в кластер, и обмен осуществляют сразу всей группой секторов (см. рис. 2.7). Такая схема организации обмена существенно увеличивает скорость исполнения операций обмена данными с жесткими дисками. Чтобы не задавать три отдельных числа (номер рабочей поверхности, номер дорожки и номер сектора) в качестве адреса сектора, с которого начинается кластер, для всех кластеров диска введена единая, сплошная нумерация. Для определения кластера, в котором начинается файл, достаточно указывать только одно число - порядковый номер кластера на диске.

Каталогом называется таблица файловой системы диска, которая содержит список всех записанных на этот диск файлов. Для каждого файла в этой таблице указываются значения всех его атрибутов, а также номер первого выделенного файлу кластера.

С точки зрения своего назначения каталог можно сравнить с оглавлением в книге, в котором для каждой главы указан начальный номер страницы, или с описью документов, хранящихся в шкафу. Как в книге для определения положения той или иной главы можно по названию главы в содержании книги определить, на какой странице она начинается, так и операционная система по названию файла находит в каталоге кластер, в котором он начинается.

Аналогия между каталогом и оглавлением в книге только частичная из-за того, что кластеры выделяются файлу на диске не сплошным массивом, а в разброс, в то время как в книге все страницы главы размещаются подряд. Представьте себе, одна из глав книги занимает страницы 5, 15, 16, 17, 31, 123, 124 вместо того, чтобы занимать страницы 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 подряд. Такое не сплошное выделение кластеров файлам организовано для того, чтобы оптимизировать использование свободного пространства диска при многочисленных уничтожениях и записях файлов.

Для того чтобы всё-таки знать, какие именно кластеры и в каком порядке выделены для хранения файла, в файловой системе предусмотрена таблица размещения файлов (FAT). Каталог содержит только номер начального кластера файла. А таблица FAT - номера всех остальных занятых файлом кластеров. В подавляющем большинстве случаев пользователю не приходится работать с таблицей FAT, так как она заполняется при записи файла и анализируется при его считывании автоматически.

Для кластеров существует линейная адресация: все кластеры пронумерованы от 1 до 2ⁿ

(здесь n - разрядность FAT). Для 16разрядной FAT количество кластеров на диске составляет 2¹⁶ = 65536. Не трудно вычислить, что для дисков емкостью 1 Гбайт кластер составляет 32 Кбайта.

Размер современных жестких дисков, как правило, превышает 1 Гбайт. При записи информации на такие диски значительная часть дискового пространства может тратиться впустую, поскольку, например, в случае 16разрядной FAT файлы размером 31 Кбайт и менее 1 Кбайта занимают каждый одинаковое пространство на диске - 32 Кбайта. Неиспользованное пространство кластера называется «кластерным выступом». Потери на кластерные выступы тем больше, чем большее количество малых файлов записано на диске.

Самый естественный путь для повышения эффективности использования кластеров - это уменьшение их размеров. В настоящее время используется файловая система FAT32, в которой используется 2³² кластера.

Рассмотренная выше простая структура каталога, в котором все файлы образуют один общий список, может обеспечить удовлетворительную работу операционной системы только в случае небольших объемов диска и ограничивает общее число файлов, которые могут быть записаны на диск. Так, на гибких дисках объемом 1,44 Мбайт корневой каталог может содержать сведения не более чем о 224 файлах. А когда объем диска становится достаточно большим и, следовательно, на диске могут быть записаны сотни и тысячи файлов, простая структура каталога приводит к существенному замедлению процесса поиска файла на диске или переполнению каталога.

Каталог в операционных системах имеет более сложную структуру. Произвольные группы файлов каталога могут объединяться и образовывать подкаталоги. В некоторых операционных системах подкаталоги называются папками. Фактически подкаталоги, как и корневой каталог, являются таблицами, размещаемыми на диске и содержащими информацию об отнесенных к подкаталогу файлах. В отличие от корневого каталога положение подкаталогов на диске не привязано к системной области. Поэтому размеры подкаталогов могут быть достаточно произвольными, что позволяет снять ограничение на количество указываемых в подкаталоге файлов.

Подкаталоги создаются пользователями по своему усмотрению. Каждый подкаталог имеет собственное имя (обычно без расширения), которое подбирается по тем же правилам, что и имя файла.

Группировка и включение файлов в подкаталог могут производиться по любым критериям. Например, в отдельный подкаталог с названием WINDOWS (рис. 3.3) целесообразно собрать все файлы, имеющие отношение к операционной системе. Точно так же целесообразно сгруппировать в отдельный подкаталог все файлы, необходимые для работы какоголибо текстового редактора или игровой программы. Если на машине по очереди работают несколько пользователей, то имеет смысл организовать отдельные подкаталоги для каждого пользователя. Например, назвать подкаталоги именами: user1, user2, user3,... (user -- пользователь), сгруппировав в подкаталоге user1 файлы первого пользователя, в подкаталоге user2 -- второго и т.д. Кроме снятия количественных ограничений, связанных с использованием одного каталога, это создает определенную упорядоченность при хранении информации на дисках.

Все подкаталоги, находящиеся в корневом каталоге, относят к первому уровню. На рис. 3.3 подкаталогами первого уровня являются подкаталоги Windows, user1, Program files. Корневой каталог по отношению к включенным в него подкаталогам первого уровня называют родительским, а подкаталоги по отношению к корневому считаются дочерними или вложенными.

Каждый подкаталог первого уровня в свою очередь устроен точно так же, как и корневой. В подкаталоге первого уровня могут быть организованы подкаталоги второго уровня и т.д. Например, владелец подкаталога user1 может сгруппировать внутри этого подкаталога все подготовленные им отчеты в отдельный подкаталог с названием otcheti, а, скажем, файлы, содержащие информацию о деловых контактах, собрать в подкаталоге kontakti. Подкаталоги первого уровня по отношению к включенным в них подкаталогам второго уровня считаются родительскими. Подкаталоги второго уровня выступают в роли дочерних по отношению к подкаталогам первого уровня.

Рис. 3.3. Древовидная структура каталога

Каталог по своей структуре напоминает дерево. Корневой каталог можно сопоставить со стволом дерева, подкаталоги играют роль ветвей, а файлы являются листьями этого «дерева». Такая структура каталога называется древовидной или иерархической.

В операционных системах с графическим интерфейсом каталоги изображаются в виде папок. На рисунке показано дерево папок одного из дисков. Из рис. 3.4 видно, что в корневом каталоге имеется четыре папки: А, В, С и D. При этом внутри папки А находятся папки А1 и А2. В папке С располагаются папки С1 и С2. В папке А1 находится папка A11, а в последней - папка А111. Крестик на дереве говорит о том, что внутри соответствующих папок находятся другие папки (внутри папок D и А12 находятся папки, которые не видны). На этом рисунке не видны файлы, которые могут находиться как в корневом каталоге, так и в любой папке.

Рис. 3.4. Каталоги в виде папок

3.2.4 Путь к файлу

Операционная система осуществляет поиск файла в каталоге по его полному имени. Это означает, что в одном каталоге или подкаталоге в принципе не могут находиться два различных файла с одним и тем же именем. Напоминаем, что имя состоит из названия файла и его расширения. Не допускается также и наличие в одном каталоге или подкаталоге двух вложенных подкаталогов с одинаковыми именами.

В каталогах или подкаталогах допускается наличие файлов или дочерних подкаталогов с совпадающими именами. Но тогда для однозначного указания на нужный файл имени файла недостаточно. Для того чтобы отличить файлы с одним и тем же названием, необходимо указывать еще и подкаталоги, в которых они находятся. А в общем случае требуется указывать не один подкаталог, а всю цепочку подкаталогов, по которым необходимо пройти от корневого каталога до подкаталога, содержащего искомый файл, чтобы добраться до нужного файла и определить его местоположение.

Цепочка названий подкаталогов, по которым нужно пройти, начиная от корневого каталога и заканчивая подкаталогом, содержащим файл, называется путем или маршрутом к файлу.

В операционных системах MS DOS и Windows корневой каталог в пути указывается символом \. Этим же символом отделяются друг от друга названия подкаталогов в цепочке, а также имя файла от названия подкаталога, в котором он находится. Этот символ называется back slash - обратный слэш.

Таким образом, для файлов, находящихся в корневом каталоге (см. рис. 3.3), путем является только обозначение корневого каталога \, и файлы указываются следующим образом:

\command.com ,

\config.sys ,

\autoexec.bat.

Файл из подкаталога user1 имеет путь \user1:

\user1\picture.bmp.

А путь к файлам из подкаталога kontakti должен включать названия обоих подкаталогов -- \user1\kontakti:

\user1\kontakti\ivanov.doc,

\user1\kontakti\postavki.txt

Пути могут указываться не только к файлам, но и подкаталогам. Так, для подкаталога kontakti путем является \user1.

Так как в состав компьютера входит несколько различных дисковых устройств, для однозначного определения файла необходимо указать, на каком именно устройстве он находится. Это можно сделать, задавая название дискового устройства, содержащего файл. Название устройства принято размещать перед путем к файлу. Полное имя файла (спецификация файла) содержит

ь название устройства,

ь путь к файлу,

ь имя файла.

Иначе

<имя носителя>\<имя каталога1>\...\<имя каталогаN>\<собственное имя файла>.

Если, например, каталог, структура которого приведена на рис. 3.3, находится на жестком диске С:, то полная спецификация файла postavki.txt имеет вид:

C:\user1\kontakti\postavki.txt

Если этот каталог находится на гибком диске, то есть на дисковом устройстве А:, то спецификация запишется следующим образом:

A:\user1\kontakti\postavki.txt

Полная спецификация файла полностью и однозначно определяет нужный файл, что и требуется операционной системе для того, чтобы точно выполнять команды пользователя. Если же в записи спецификации файла будет сделана малейшая ошибка, скажем, пропущен или искажен хотя бы один символ, операционная система найти такой файл не сможет.

3.3 Понятие об операционной системе

Особое место среди программных средств всех типов занимают операционные системы, являясь ядром программного обеспечения.

Операционная система (ОС) - комплекс программ, обеспечивающих

ь управление ресурсами, т.е. согласованную работу всех аппаратных средств компьютера;

ь управление процессами, т.е. выполнение программ, их взаимодействие с устройствами компьютера, с данными;

ь пользовательский интерфейс, т.е. диалог пользователя с компьютером, выполнение определенных простых команд - операций по обработке информации.

При включении питания компьютера в первую очередь в ОЗУ загружается операционная система, под управлением которой происходит проверка работоспособности и вся последующая работа ЭВМ. Завершается работа также под управлением ОС.

Системными называют программы, которые осуществляют организацию вычислительного процесса и управление ресурсами ЭВМ. ОС представляет собой комплекс взаимоувязанных и взаимодействующих системных программ.

Каждая системная программа выполняет свою определенную функцию. Так, системные программы - утилиты - предназначены для выполнения часто повторяющихся операций, например, форматирование магнитных дисков, дефрагментация дисков, архивация файлов, восстановление случайно удаленных файлов, поиск и удаление вирусов и т.д.

Драйверы - системные программы, обеспечивающие работу внешних устройств: принтеров, дисководов, дисплеев, клавиатуры и т.п. Слово «драйвер» происходит от английского слова

driver - шофер, водитель.

При выполнении на ЭВМ различных программ пользователю приходится многократно выполнять типичные операции, которые одинаковы для многих прикладных и системных программ. К таким операциям, в частности, относятся: запись, поиск, считывание, копирование, перемещение и удаление файлов.

Так, чтобы считать файл с жесткого диска, необходимо найти в таблице размещения файлов (FAT) его описание, определить, где он находится на жестком диске (цилиндр, дорожку, сектор), подвести считывающую головку к нужной позиции, считать данные в определенное место ОЗУ.

ОС стремится создать пользователю наиболее комфортные условия при выполнении подобных типичных, часто повторяемых операций. Если говорить образно, то операционная система - это слуга, который заботится об удобствах своего хозяина-пользователя.

Операционные системы классифицируются по:

ь количеству одновременно работающих пользователей на однопользовательские и многопользовательские ОС;

ь числу задач, одновременно выполняемых под управлением ОС, на однозадачные и многозадачные;

ь количеству используемых процессоров на однопроцессорные и многопроцессорные;

ь разрядности процессора на 8разрядные, 16разрядные, 32разрядные, 64разрядные;

ь типу пользовательского интерфейса на командные (текстовые) и объектно-ориентированные (графические);

ь способу использования общих аппаратных и программных ресурсов на сетевые и локальные.

Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей.

В многозадачном режиме каждой задаче (программе, приложению) поочередно выделяется какая-то доля процессорного времени. Поскольку процесс переключения идет очень быстро, а выделяемые задачам доли процессорного времени достаточно малы, то для пользователя создается впечатление одновременного выполнения сразу нескольких задач.

Можно одновременно запустить на счет математическую систему, включить принтер для печати текста, запустить проигрыватель музыкальных произведений, вести поиск вирусов и рисовать в графическом редакторе или раскладывать пасьянс. Заметить замедление работы можно будет, пожалуй, лишь по «притормаживанию» воспроизведения видео и аудиофайлов на компьютерах с «медлительными» процессорами.

Различают вытесняющую и невытесняющую многозадачность.

При работе ЭВМ важнейшим разделяемым ресурсом является процессорное время. Распределение процессорного времени между несколькими одновременно выполняемыми программами может осуществляться двумя способами.

При невытесняющей многозадачности активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по собственной инициативе, не отдаст управление операционной системе для того, чтобы та выбрала из очереди другой готовый к выполнению процесс.

При вытесняющей многозадачности решение о переключении процессора с одного процесса на другой процесс принимается операционной системой, а не самим активным процессом.

Многозадачные ОС подразделяются на три типа в соответствии с использованными при их разработке критериями эффективности:

ь системы пакетной обработки;

ь системы разделения времени;

ь системы реального времени.

Системы пакетной обработки предназначались для решения задач в основном вычислительного характера, не требующих быстрого получения результатов. Главной целью систем пакетной обработки является решение максимального числа задач в единицу времени. Для достижения этой цели в системах пакетной обработки используется следующая схема функционирования.

В начале работы формируется пакет заданий (мультипрограммная смесь). В мультипрограммной смеси желательно одновременное присутствие вычислительных задач и задач с интенсивным вводомвыводом информации. Выбор нового задания из пакета заданий зависит от внутренней ситуации, складывающейся в системе, т. е. выбирается «выгодное» для ОС задание. Следовательно, в таких ОС невозможно гарантировать выполнение того или иного задания в течение определенного периода времени.

Взаимодействие пользователя с вычислительной машиной, на которой установлена ОС пакетной обработки, сводится к тому, что пользователь приносит задание, отдает его диспетчеруоператору, а в конце дня получает результат. Очевидно, что такой порядок снижает эффективность работы пользователя.

ОС разделения времени позволяют исправить основной недостаток систем пакетной обработки - изоляцию пользователя от процесса выполнения его задач. Каждому пользователю системы разделения времени предоставляется терминал, с которого он может управлять вычислительным процессом. Так как в системах разделения времени каждой задаче выделяется только квант процессорного времени, ни одна задача не занимает процессор надолго и время ответа оказывается приемлемым. Если квант выбран достаточно малым, то у всех пользователей, одновременно работающих на одной и той же ЭВМ, складывается впечатление, что каждый из них единолично использует машину.

Операционные системы разделения времени обладают меньшей пропускной способностью, чем системы пакетной обработки, так как на выполнение принимается каждая запущенная пользователем задача, а не та, которая «выгодна» операционной системе, и, кроме того, имеются накладные расходы на более частое переключение процессора с задачи на задачу. Критерием эффективности систем разделения времени является не максимальная пропускная способность ЭВМ (скорость обработки информации), а удобство и эффективность работы отдельного пользователя.

Системы реального времени применяются для управления различными техническими объектами, такими, например, как конвейер, станок, робот, космический аппарат, научная экспериментальная установка, доменная печь, автомат для контроля качества выпускаемой продукции и т.п. Во всех этих случаях существует предельно допустимое время, в течение которого должна быть выполнена та или иная программа, управляющая объектом. Говорят так: «Система должна иметь гарантированное время реакции, т.е. задержка ответа не должна превышать определенного времени». В противном случае может произойти авария: спутник выйдет из зоны видимости, экспериментальные данные, поступающие с датчиков, будут потеряны, толщина гальванического покрытия не будет соответствовать норме, бракованные изделия попадут в приемник годной продукции.

Таким образом, критерием эффективности для систем реального времени является их способность выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получением результата (управляющего воздействия).

Наибольшую известность получили следующие ОС: MSDOS, OS/2, Windows, UNIX и MacOS (для компьютеров Macintosh фирмы Apple).

В качестве примера однопользовательских однозадачных ОС можно назвать MSDOS, однопользовательских многозадачных - OS/2, Windows. Операционная система UNIX является многопользовательской многозадачной ОС.

Современные ОС содержат множество системных программ и по этой причине часто занимают на диске больше места, чем прикладная программа, которая использует сервис, предоставляемый ОС.

Одна из первых ОС (СР/М) была предельной простой и компактной. Первая версия занимала всего 4 Кбайта. Компактность была весьма важна в условиях ограниченных объемов памяти первых персональных ЭВМ (ПЭВМ). Данная ОС использовалась для работы на 8разрядных ПЭВМ.

Windows XP, выпущенная фирмой Microsoft в 2002 году, занимает 1,2 Гбайта дискового пространства.

Операционная система MSDOS является промышленным стандартом для 16разрядных ЭВМ на основе микропроцессоров 8086...80486. Все программы MSDOS хранятся на магнитных дисках, поэтому она называется дисковой операционной системой (Disk Operating System). Буквы MS являются сокращением названия фирмыразработчика Microsoft. Было выпущено несколько модификаций этой ОС, поэтому можно говорить о целом семействе операционных систем MSDOS.

MSDOS является командной (текстовой) ОС. Это означает, что для выполнения необходимых операций следует набрать с помощью клавиатуры соответствующую команду. Такой ввод неудобен и приводит к возникновению большого числа ошибок.

Для облегчения работы с помощью дисковой операционной системы разработаны графические надстройки, которые называются операционными оболочками. Наибольшей популярностью в России пользуются Norton Commander, DOS Navigator и Volkov Commander.

Семейство операционных систем OS/2 (Operating System/2) позволяет организовать параллельную работу нескольких прикладных программ. Операционная система работает в режиме вытесняющей многозадачности. При этом система жестко выделяет определенное время для работы каждого приложения. Эта операционная система, разработанная фирмой IBM, являлась ближайшим конкурентом для ОС Windows, разработанной фирмой Microsoft.

Достоинством операционных систем семейства Windows является унифицированный пользовательский интерфейс (оболочка), благодаря которому в различных программах сохраняются одинаковые принципы управления их работой. Эта ОС обеспечивает возможность выполнения одновременно нескольких задач.

Унификация пользовательского интерфейса (оболочки) программ, работающих под управлением этой ОС, значительно упрощает освоение новых программ. Назначение многих кнопок пользовательского интерфейса интуитивно понятно, благодаря выразительному графическому обозначению.

Безусловно, уровень сервиса операционных систем семейства OS/2 и Windows значительно выше уровня MS DOS. Однако за облегчение работы приходится платить большими затратами на аппаратное обеспечение: увеличивать объем ОЗУ, винчестера, повышать быстродействие процессора.

Главными отличительными чертами ОС UNIX является ее модульность, легкая переносимость на другие типы ЭВМ и обширный набор системных программ, которые позволяют создать благоприятную обстановку для системных программистов, т. е. для тех специалистов, основной задачей которых является разработка новых системных программ. Данная ОС органически сочетается с языком Си, на котором написана основная часть модулей. Операционная система UNIX давно побила все рекорды долголетия.

Система была разработана в 1969 г. и быстро завоевала большую популярность, особенно среди телефонных компаний, поскольку обеспечивала работу в сети в режиме диалога и в реальном масштабе времени.

К началу 1984 г. система UNIХ была уже инсталлирована (т.е. установлена) приблизительно на 100000 машин по всему миру, причем на машинах разных изготовителей с широким диапазоном вычислительных возможностей - от микропроцессоров до больших ЭВМ.

Популярность и успех системы UNIX объясняется несколькими причинами:

ь система написана на языке высокого уровня, благодаря чему ее легко читать, понимать, изменять и переносить на другие машины. Первый вариант операционной системы на языке Си имел на 20-40% больший объем и работал медленнее по сравнению с вариантом на языке Ассемблера, однако преимущества использования языка высокого уровня намного перевешивают недостатки;

ь система является многопользовательской, многозадачной; каждый пользователь может одновременно выполнять несколько процессов;

ь архитектура машины скрыта от пользователя, благодаря этому облегчен процесс написания программ, работающих при различных конфигурациях аппаратных средств.

Сетевые операционные системы предназначены для эффективного решения задач распределенной обработки данных. Такая обработка ведется не на отдельном компьютере, а на нескольких компьютерах, объединенных сетью. Сетевые операционные системы поддерживают распределенное выполнение процессов, их взаимодействие, обмен данными между ЭВМ, доcтуп пользователей к общим ресурсам и другие функции, которые превращают распределенную в пространстве систему в целостную многопользовательскую систему.

Все сетевые операционные системы делятся на две группы: одноранговые ОС и ОС с выделенными серверами.

В одноранговых сетях каждая ЭВМ может выполнять как функции сервера, так и рабочей станции, а в сетях с выделенными серверами роли расписаны более жестко: рабочие станции не предоставляют свои ресурсы для других ЭВМ. Услуги предоставляют только серверы.

Перечислим несколько популярных сетевых операционных систем.

До недавнего времени наиболее широко используемыми были различные версии операционной системы Netware, разработанные фирмой Novell. Фирма Novell была основана в 1983 г. и является крупнейшим в мире поставщиком сетевого программного обеспечения.

Фирма Microsoft выпустила несколько версий сетевых операционных систем: Windows NT, Windows 2000.

Центральное место среди сетевых операционных систем занимает UNIX. Большая популярность пришла к UNIX в 1983 г., когда появилась версия, имевшая сетевые средства ТСР/IР, что позволяло использовать эту систему для работы в глобальной сети ARPANET.

Классическая ОС UNIХ дала жизнь многочисленным своим потомкам, например LINUX.

LINUX- свободно распространяемая версия операционной системы UNIX. В LINUX не используется никаких частей программного обеспечения, принадлежащих каким-либо коммерческим организациям. По этой причине она получила достаточно широкое распространение.

Как и многое в мире бизнеса, развитие ОС идет в условиях острой конкуренции, и здесь можно выделить две наиболее мощные сетевые ОС: UNIX и Windows NT.

3.4 Классификация служебных программных средств

Программы, предназначенные для обслуживания аппаратной части компьютера и вычислительной системы в целом, а также для поддержки программного обеспечения называются служебными программами. Современные операционные системы включают набор служебных программ. Многие служебные программы представляют собой автономные пакеты, которые предоставляют пользователю больше возможностей и имеют развитый интерфейс. К служебным программам можно отнести:

ь диспетчеры файлов;

ь средства сжатия данных (архиваторы);

ь средства просмотра и воспроизведения;

ь средства диагностики;

ь средства контроля (мониторинга);

ь мониторы установки;

ь средства коммуникации (коммуникационные программы);

ь средства обеспечения компьютерной безопасности.

С помощью диспетчеров файлов (файловых менеджеров) выполняется большинство операций, связанных с обслуживанием файловой структуры: копирование, перемещение и переименование файлов, создание каталогов (папок), удаление файлов и каталогов, поиск файлов и навигация в файловой структуре. Базовые программные средства, предназначенные для этой цели, обычно входят в состав программ системного уровня и устанавливаются вместе с операционной системой. Однако для повышения удобства работы с компьютером большинство пользователей устанавливают дополнительные служебные программы.

Архиваторы предназначены для создания архивов. Архивирование данных упрощает их хранение за счет того, что большие группы файлов и каталогов сводятся в один архивный файл. При этом повышается и эффективность использования носителя за счет того, что архивные файлы обычно имеют повышенную плотность записи информации. Архиваторы часто используют для создания резервных копий ценных данных.

Обычно для работы с файлами данных необходимо загрузить их в «родительскую» прикладную систему, с помощью которой они были созданы. Это дает возможность просматривать документы и вносить в них изменения. Но в тех случаях, когда требуется только просмотр без редактирования, удобно использовать более простые и более универсальные средства, позволяющие просматривать документы разных типов. Для этого предусмотрены средства просмотра и воспроизведения.

В тех случаях, когда речь идет о звукозаписи или видеозаписи, вместо термина просмотр применяют термин «воспроизведение документов».

Средства диагностики предназначены для автоматизации процессов диагностики программного и аппаратного обеспечения. Они выполняют необходимые проверки и выдают собранную информацию в удобном и наглядном виде. Их используют не только для устранения неполадок, но и для оптимизации работы компьютерной системы.

Программные средства контроля иногда называют мониторами. Они позволяют следить за процессами, происходящими в компьютерной системе. При этом возможны два подхода: наблюдение в реальном режиме времени или контроль с записью результатов в специальном протокольном файле. Первый подход обычно используют при изыскании путей для оптимизации работы вычислительной системы и повышения ее эффективности. Второй подход используют в тех случаях, когда мониторинг выполняется автоматически и (или) дистанционно. В последнем случае результаты мониторинга можно передать удаленной службе технической поддержки для установления причин конфликтов в работе программного и аппаратного обеспечения.

Средства мониторинга, работающие в режиме реального времени, особенно полезны для практического изучения приемов работы с компьютером, поскольку позволяют наглядно отображать те процессы, которые обычно скрыты от глаз пользователя.

Мониторы установки предназначены для контроля за установкой программного обеспечения. Необходимость в данном программном обеспечении связана с тем, что между различными категориями программного обеспечения могут устанавливаться связи. Вертикальные связи (между уровнями) являются необходимым условием функционирования всех компьютеров. Горизонтальные связи (внутри уровней) характерны для компьютеров, работающих с операционными системами, поддерживающими принцип совместного использования одних и тех же ресурсов разными программными средствами. И в тех и в других случаях при установке или удалении программного обеспечения могут происходить нарушения работоспособности прочих программ.

Мониторы установки следят за состоянием и изменением окружающей программной среды, отслеживают и протоколируют образование новых связей и позволяют восстанавливать связи, утраченные в результате удаления ранее установленных программ.

Простейшие средства управления установкой и удалением программ обычно входят в состав операционной системы и размещаются на системном уровне программного обеспечения, однако они редко бывают достаточны. Поэтому в вычислительных системах, требующих повышенной надежности, используют дополнительные служебные программы.

С появлением электронной связи и компьютерных сетей средства коммуникации (коммуникационные программы) приобрели очень большое значение. Они позволяют устанавливать соединения с удаленными компьютерами, обслуживают передачу сообщений электронной почты, работу с телеконференциями (группами новостей), обеспечивают пересылку факсимильных сообщений и выполняют множество других операций в компьютерных сетях.

К средствам обеспечения компьютерной безопасности относятся средства пассивной и активной защиты данных от повреждения, а также средства защиты от несанкционированного доступа, просмотра и изменения данных.

В качестве средств пассивной защиты используют служебные программы, предназначенные для резервного копирования. Нередко они обладают и базовыми свойствами диспетчеров архивов (архиваторов). В качестве средств активной защиты применяют антивирусное программное обеспечение. Для защиты данных от несанкционированного доступа, их просмотра и изменения служат специальные системы, основанные на криптографии.

3.5 Понятие об информационном и математическом обеспечении вычислительных систем

Наряду с аппаратным и программным обеспечением средств вычислительной техники в некоторых случаях целесообразно рассматривать информационное обеспечение, под которым понимают совокупность программ и предварительно подготовленных данных, необходимых для работы программ.

Рассмотрим, например, систему автоматической проверки орфографии в редактируемом тексте. Ее работа заключается в том, что лексические единицы исходного текста сравниваются с заранее заготовленным эталонным массивом данных (словарем). В данном случае для успешной работы системы необходимо иметь кроме аппаратного и программного обеспечения специальные наборы словарей, подключаемые извне. Это пример информационного обеспечения вычислительной техники.

В специализированных компьютерных системах (бортовых компьютерах автомобилей, судов, ракет, самолетов, космических летательных аппаратов и т.п.) совокупность программного и информационного обеспечения называют математическим обеспечением. Как правило, оно «жестко» записывается в микросхемы ПЗУ и может быть изменено только путем замены ПЗУ или его перепрограммирования на специальном оборудовании.

3.6. Классификация прикладных программных средств

Прикладные программы предназначены для того, чтобы обеспечить применение вычислительной техники в различных сферах деятельности человека. Приведем примеры прикладных программ, имеющих в настоящее время наибольшее распространение.

Текстовые редакторы. Основные функции этого класса прикладных программ заключаются в вводе и редактировании текстовых данных. Дополнительные функции состоят в автоматизации процессов ввода и редактирования. Для операций ввода, вывода и сохранения данных текстовые редакторы вызывают и используют системное программное обеспечение. Это характерно и для всех прочих видов прикладных программ.

С этого класса прикладных программ обычно начинают знакомство с программным обеспечением и на нем отрабатывают первичные навыки взаимодействия с компьютерной системой.

Текстовые процессоры. Основное отличие текстовых процессоров от текстовых редакторов в том, что они позволяют не только вводить и редактировать текст, но и форматировать его, то есть оформлять. Соответственно, к основным средствам текстовых процессоров относятся средства обеспечения взаимодействия текста, графики, таблиц и других объектов, составляющих итоговый документ, а к дополнительным -- средства автоматизации процесса форматирования.

Современный стиль работы с документами подразумевает два альтернативных подхода - работу с бумажными документами и работу с электронными документами (по безбумажной технологии). Поэтому, говоря о форматировании документов средствами текстовых процессоров, надо иметь в виду два принципиально разных направления -- форматирование документов, предназначенных для печати, и форматирование электронных документов, предназначенных для отображения на экране. Приемы и методы в этих случаях существенно различаются. Соответственно, различаются и текстовые процессоры, хотя многие из них успешно сочетают оба подхода.

Графические редакторы. Это обширный класс программ, предназначенных для создания и (или) обработки графических изображений. В данном классе различают следующие категории: растровые редакторы, векторные редакторы и программные средства для создания и обработки трехмерной графики (3Dредакторы).

Растровые редакторы применяют в тех случаях, когда графический объект представлен в виде комбинации точек, образующих растр и обладающих свойствами яркости и цвета. Такой подход эффективен в тех случаях, когда графическое изображение имеет много полутонов и информация о цвете элементов, составляющих объект, важнее, чем информация об их форме. Это характерно для фотографических и полиграфических изображений. Растровые редакторы широко применяются для обработки изображений, их ретуши, создания фотоэффектов и художественных композиций (коллажей).

Возможности создания новых изображений средствами растровых редакторов ограничены и не всегда удобны. В большинстве случаев художники предпочитают пользоваться традиционными инструментами, после чего вводить рисунок в компьютер с помощью специальных аппаратных средств (сканеров) и завершать работу с помощью растрового редактора путем применения спецэффектов.

Векторные редакторы отличаются от растровых способом представления данных об изображении. Элементарным объектом векторного изображения является не точка, а линия. Такой подход характерен для чертежно-графических работ, в которых форма линий имеет большее значение, чем информация о цвете отдельных точек, составляющих ее. В векторных редакторах каждая линия рассматривается как математическая кривая третьего порядка и, соответственно, представляется не комбинацией точек, а математической формулой (в компьютере хранятся числовые коэффициенты этой формулы). Такое представление намного компактнее, чем растровое, соответственно, данные занимают много меньше места, однако построение любого объекта выполняется не простым отображением точек на экране, а сопровождается непрерывным пересчетом параметров кривой в координаты экранного или печатного изображения. Соответственно, работа с векторной графикой требует более производительных вычислительных систем.

Из элементарных объектов (линий) создаются простейшие геометрические объекты (примитивы) из которых, в свою очередь, составляются законченные композиции. Художественная иллюстрация, выполненная средствами векторной графики, может содержать десятки тысяч простейших объектов, взаимодействующих друг с другом.

Векторные редакторы удобны для создания изображений, но практически не используются для обработки готовых рисунков. Они нашли широкое применение в рекламном бизнесе, их применяют для оформления обложек полиграфических изданий и всюду, где стиль художественной работы близок к чертежному.

Редакторы трехмерной графики используют для создания трехмерных композиций. Они имеют две характерные особенности. Во-первых, они позволяют гибко управлять взаимодействием свойств поверхности изображаемых объектов со свойствами источников освещения и, во-вторых, позволяют создавать трехмерную анимацию. Поэтому редакторы трехмерной графики нередко называют также

3Dаниматорами.

Системы управления базами данных. Базами данных называют огромные массивы данных, организованных в табличные структуры. Основными функциями систем управления базами данных являются:

создание пустой (незаполненной) структуры базы данных;

предоставление средств ее заполнения или импорта данных из таблиц другой базы;

обеспечение возможности доступа к данным, а также предоставление средств поиска и фильтрации.

Многие системы управления базами данных дополнительно предоставляют возможности проведения простейшего анализа данных и их обработки. В результате возможно создание новых таблиц баз данных на основе имеющихся. В связи с широким распространением сетевых технологий к современным системам управления базами данных предъявляется также требование возможности работы с удаленными и распределенными ресурсами, находящимися на серверах всемирной компьютерной сети.

Электронные таблицы. Электронные таблицы предоставляют комплексные средства для хранения различных типов данных и их обработки. В некоторой степени они аналогичны системам управления базами данных, но основной акцент смещен не на хранение массивов данных и обеспечение к ним доступа, а на преобразование данных, причем в соответствии с их внутренним содержанием.

В отличие от баз данных, которые обычно содержат широкий спектр типов данных (от числовых и текстовых до мультимедийных), для электронных таблиц характерна повышенная сосредоточенность на числовых данных. Зато электронные таблицы предоставляют более широкий спектр методов для работы с данными числового типа.

Основное свойство электронных таблиц состоит в том, что при изменении содержания любых ячеек таблицы может происходить автоматическое изменение содержания во всех прочих ячейках, связанных с измененным соотношением, заданным математическими или логическими выражениями (формулами). Простота и удобство работы с электронными таблицами снискали им широкое применение в сфере бухгалтерского учета, в качестве универсальных инструментов анализа финансовых, сырьевых и товарных рынков, доступных средств обработки результатов технических испытаний, то есть всюду, где необходимо автоматизировать регулярно повторяющиеся вычисления достаточно больших объемов числовых данных.

Системы автоматизированного проектирования (CADсистемы). Предназначены для автоматизации проектно-конструкторских работ. Применяются в машиностроении, приборостроении, архитектуре. Кроме чертежно-графических работ эти системы позволяют проводить простейшие расчеты (например, расчеты прочности деталей) и выбор готовых конструктивных элементов из обширных баз данных.

Отличительная особенность CADсистем состоит в автоматическом обеспечении на всех этапах проектирования технических условий, норм и правил, что освобождает конструктора (или архитектора) от работ нетворческого характера. Например, в машиностроении CADсистемы способны на базе сборочного чертежа изделия автоматически выполнить рабочие чертежи деталей, подготовить необходимую технологическую документацию с указанием последовательности переходов механической обработки, назначить необходимые инструменты, станочные и контрольные приспособления, а также подготовить управляющие программы для станков с числовым программным управлением (ЧПУ), промышленных роботов и гибких автоматизированных линий. Сегодня системы автоматизированного проектирования являются необходимым компонентом, без которого теряется эффективность реализации гибких производственных систем (ГПС) и автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП).

Настольные издательские системы. Назначение программ этого класса состоит в автоматизации процесса верстки полиграфических изданий. Этот класс программного обеспечения занимает промежуточное положение между текстовыми процессорами и системами автоматизированного проектирования.

Теоретически текстовые процессоры предоставляют средства для внедрения в текстовый документ объектов другой природы, например объектов векторной и растровой графики, а также позволяют управлять взаимодействием между параметрами текста и параметрами внедренных объектов. Однако на практике для изготовления полиграфической продукции эти средства либо функционально недостаточны с точки зрения требований полиграфии, либо недостаточно удобны для производительной работы.

От текстовых процессоров настольные издательские системы отличаются расширенными средствами управления взаимодействием текста с параметрами страницы и с графическими объектами. С другой стороны, они отличаются пониженными функциональными возможностями по автоматизации ввода и редактирования текста. Типичный прием использования настольных издательских систем состоит в том, что их применяют к документам, прошедшим предварительную обработку в текстовых процессорах и графических редакторах.

Экспертные системы. Предназначены для анализа данных, содержащихся в базах знаний, и выдачи рекомендаций по запросу пользователя. Такие системы применяют в тех случаях, когда исходные данные хорошо формализуются, но для принятия решения требуются обширные специальные знания. Характерными областями использования экспертных систем являются юриспруденция, медицина, фармакология, химия. По совокупности признаков заболевания медицинские экспертные системы помогают установить диагноз и назначить лекарства, дозировку и программу лечебного курса. По совокупности признаков события юридические экспертные системы могут дать правовую оценку и предложить порядок действий как для обвиняющей стороны, так и для защищающейся.

Характерной особенностью экспертных систем является их способность к саморазвитию. Исходные данные хранятся в базе знаний в виде фактов, между которыми с помощью специалистов-экспертов устанавливается определенная система отношений. Если на этапе тестирования экспертной системы устанавливается, что она дает некорректные рекомендации и заключения по конкретным вопросам или не может дать их вообще, это означает либо отсутствие важных фактов в ее базе, либо нарушения в логической системе отношений. И том и в другом случае экспертная система сама может сгенерировать достаточный набор запросов к эксперту и автоматически повысить свое качество.

С использованием экспертных систем связана особая область научно0технической деятельности, называемая инженерией знаний. Инженеры знаний -- это специалисты особой квалификации, выступающие в качестве промежуточного звена между разработчиками экспертной системы (программистами) и ведущими специалистами в конкретных областях науки и техники (экспертами).

Редакторы HTML (Webредакторы). Это особый класс редакторов, объединяющих в себе свойства текстовых и графических редакторов. Они предназначены для создания и редактирования так называемых Webдокументов (Webстраниц Интернета). Webдокументы - это электронные документы, при подготовке которых следует учитывать ряд особенностей, связанных с приемом/передачей информации в Интернете.

Теоретически для создания Webдокументов можно использовать обычные текстовые редакторы и процессоры, а также некоторые из графических редакторов векторной графики, но Webредакторы обладают рядом полезных функций, повышающих производительность труда Webдизайнеров. Программы этого класса можно также эффективно использовать для подготовки электронных документов и мультимедийных изданий.