Міжнародні інформаційні системи

· умови вирішення задачі, що визначають вихідні і вхідні дані, головні чинники, що характеризують досліджувані процеси;

· критерії ефективності або обчислювальні показники, по яких можна оцінити результати вирішення задачі;

· обмеження і допущення, що у відомих межах спрощують проведення розрахунків і визначають межі придатності отриманих результатів;

· очікувана періодичність вихідних результатів, припустима точність і тривалість їх дії.

При постановці задачі детально описується уся вихідна інформація, необхідна для її вирішення. Звичайно вона дається в текстовій або табличній формі. Остання більш краща, тому що надалі допоможе правильно оцінити обсяг вхідної інформації і визначити порядок її використання. При цьому дається не тільки перелік, але і докладна характеристика вихідної інформації: порядок розмірів, одиниці виміру, ступінь необхідної точності, припустимі межі зміни.

При визначенні змісту і форми вихідної інформації варто забезпечити можливо більш швидке та правильне сприйняття як цифрової, так і графічної інформації, отриманої в ході вирішення. Вид представлення інформації істотно впливає на слушність її інтерпретації. Невдало подана на екрані дисплея або роздрукована на принтері інформація може призвести до помилкового висновку про отриманий результат. Звичайно форму видачі результатів намагаються наблизити до форми документа, призначеного для практичного використання. Це дозволяє використовувати отримані результати у вигляді документів і включати їх в управлінську діяльність різноманітних органів.

Формалізація задачі - обгрунтування методу її вирішення (наприклад, метод вирішення системи рівнянь, метод обчислення усереднених значень статистичних даних і інше). При цьому розгорнутий змістовний опис задачі замінюється на згорнуту формалізовану схему, у якій значеневі компоненти позначені відповідними символами. У згорнутому формалізованому вигляді поставлена задача може бути подана, наприклад, узагальненою функцією виду: Y= f(Х1, Х2... . ХN), де Y - вихідний розмір, шукана функція, Х - вхідні розміри, аргументи. Формалізована схема відбиває лише сукупність змінних задачі, її вхідні та вихідні величини, але не відбиває зв'язків між ними. Завершальною ланкою формалізації задачі є побудова математичної моделі її вирішення. Модель повинна відбивати усі необхідні перемінні та їхні взаємні зв'язки. Тільки на цих умовах можливо правильне вирішення задачі. Побудова адекватних моделей для соціально-економічних і міжнародних задач - складний і трудомісткий процес. Це пояснюється наявністю діалектичного протиріччя між вимогами, з одного боку, відповідності опису дійсності, а з іншого, аналітичної простоти одержуваної моделі для можливості її реалізації ІС . У цьому зв'язку математичне моделювання слушно називають вузькою стежкою між болотом переускладнень і пастками переспрощень. Прагнення одержати адекватну модель досліджуваного процесу звичайно призводить до її ускладнення, у той же час прості та зручні для реалізації на комп'ютері системі моделі частіше усього погано описують реальні процеси. На практиці звичайно вибирається якийсь компромісний варіант. Відзначимо лише, що при вирішенні задач на комп'ютері ІС найбільший інтерес для користувача являють математичні моделі різноманітних видів і рівнів складності. Для порівняно простих розрахункових задач вони представляються формулами, системами рівнянь, нерівностей і т.д.

Головним змістом даного етапу вирішення задачі ІС є побудова алгоритму. Поняття алгоритму є одним із найважливіших не тільки в інформатиці, але й у цілому ряді інших наук. Зупинимося на ньому докладніше.

У своїй діяльності людина постійно зустрічається з множиною задач, від самих простих до дуже складних. Для вирішення багатьох із них існують визначені правила, що пояснюють виконавцю, як розв'язувати дану задачу. Ці правила людина може вивчити заздалегідь або сформулювати самостійно у процесі вирішення. Чим точніше і зрозуміліше будуть описані правила вирішення задачі, тим швидше людина опанує ними і буде ефективніше їх застосовувати.

Серед різноманітних правил особливу роль відіграють правила, що визначають деяку послідовність дій, які ведуть до досягнення необхідного результату. Їх називають алгоритмами.

Слово "алгоритм" походить від ALHORIZM - латинської форми написання імені великого математика IX сторіччя Аль-Хорезми, що сформулював правила виконання арифметичних дій. Спочатку під алгоритмами розуміли тільки правила виконання чотирьох арифметичних дій над багатозначними числами. Надалі це поняття почали використовувати взагалі для позначення дій, що призводять до вирішення поставленої задачі.

Таким чином, алгоритм - це зрозуміле і точне розпорядження (указівка) виконавцю вчинити послідовність дій, спрямованих на досягнення вказаної цілі або на вирішення поставленої задачі. Отже, навіть не вживаючи самого слова "алгоритм", ми постійно користуємося їм у своїй діяльності.

Розробка алгоритму потребує глибоких знань у даній предметній області, ретельного аналізу шляхів вирішення поставленої задачі, а тому здійснюється спільними зусиллями постановника задачі та фахівців з алгоритмізації і програмування. Загальна структура алгоритму вирішення задачі повинна базуватися на логічній послідовності переробки вхідної інформації у вихідну, що містить усі необхідні результати. Алгоритм повинний мати властиві йому характеристики, такі як визначеність, або точність, масовість, результативність і дискретність.

Визначеність (точність) алгоритму. У алгоритмі повинно бути однозначно і точно визначене усе, що потрібно для вирішення задачі. Якщо вирішення задачі задано у вигляді алгоритму, то для того, щоб одержати результат по заданим вихідним даним, достатньо виконувати тільки ті дії, що вказані в алгоритмі. Визначеність алгоритму гарантує можливість вирішення задачі на комп'ютері ІС.

Масовість алгоритму. Алгоритм дозволяє одержати результати для різноманітних вихідних даних, тобто припускається багатократне його використання при вирішенні однотипних задач. Інакше витрати на його розробку і реалізацію не будуть виправдані. Широта застосування кожного алгоритму не може бути безмежною. Тому межі застосування алгоритму суворо обумовлюються.

Результативність алгоритму. Виконання алгоритму повинно зводитися до виконання кінцевої кількості дій за прийнятний для користувача проміжок часу. У протилежному випадку комп'ютер ІС буде виконувати розрахунки як завгодно довго без одержання кінцевого результату доти, поки його не зупинять. Тому в алгоритмі повинний бути показаний спосіб закінчення розрахунків.

Дискретність алгоритму. Кожна дія, визначена алгоритмом, повинна бути закінчена до того, як виконавець перейде до наступної дії (кроку). Кількість кроків, що приводять до результату, є важливою характеристикою алгоритму.

Опис алгоритму можна скласти в текстовій формі, але частіше його подають із метою наочності у вигляді блок-схеми, що є графічним зображенням процесу обчислень.

Призначення блок-схеми полягає в наочному представленні алгоритму вирішення задачі; у ній знаходить відображення технологічний процес обробки інформації на комп'ютері; крім того, вона дозволяє глибше вивчити задачу, виявити хиби в її постановці і своєчасно усунути їх, виділити типові частини структури алгоритму (мал.20).

При упорядкуванні блок-схеми використовуються стандартні символічні позначення головних функціональних елементів обчислювального процесу: вхідні дані позначаються прямокутником, логічні умови - ромбом, введення інформації -паралелограмом і т.д.

Усередині символів записується назва дії або групи дій. Блоки між собою з'єднуються лініями із стрілками, що вказують напрямок дії. З символу "умова" виходять дві стрілки, над однією з них ставлять "так", що означає виконання умов, над іншою - "ні". З інших символів виходить по одній стрілці.

Оскільки алгоритм містить докладний опис усіх дій, то для його наочного представлення застосовується метод послідовного уточнення. Цей метод полягає в тому, що спочатку алгоритм будується у вигляді блок-схеми, що складається зі великих блоків і відбиває логічну структуру моделі. Потім відповідно до блок-схеми записується докладний алгоритм. Кожний блок уточнюється, деталізувається. Це уточнення також може бути неповним і тоді його блоки, у свою чергу, уточнюються.

Такий метод полегшує побудову алгоритму, помилковий процес послідовно розчленовується на більш елементарні дії. Ступінь деталізації алгоритму повинна бути оптимальною з огляду найбільш ефективної організації програмування.

Упорядкування алгоритму або, як прийнято говорити, алгоритмізація - це процес, що передує програмуванню. Тому алгоритм повинний бути зрозумілим програмісту. Під цією якістю припускається можливість програміста правильно скласти програму відповідно до сутності алгоритму. Тут важливого значення набуває така властивість алгоритму як визначеність (точність).

Найпростіші алгоритми бувають трьох типів: лінійні, такі, що розгалужуються та циклічні.

Мал. 20. Типові частини структури алгоритму

Лінійні алгоритми складаються з лінійної послідовності дій.

Алгоритми , що розгалужуються, поряд з іншими діями містять логічні умови, у залежності від виконання яких проводиться вибір визначеної гілки алгоритму.

Циклічні алгоритми дозволяють за допомогою умовного або безумовного переходу неодноразово виконувати ряд дій, створюючи цикл. При зміні вхідних даних циклічний алгоритм дозволяє багаторазово відтворювати дії, що входять у цикл.

На практиці в чистому вигляді вказані типи алгоритмів майже не зустрічаються, але вони в різних сполученнях входять у реальні алгоритми. Так, наприклад, алгоритм, що розгалужується, може містити і лінійний, і циклічний алгоритми, у тому числі цикл у циклі і т.д.

Переходячи до реалізації побудованого алгоритму на комп'ютері ІС, варто враховувати одну важливу обставину. Він повинний розроблятися таким чином, щоб бути пристосованим для програмування на будь-якому комп'ютері. Проте при складанні алгоритму для комп'ютера конкретного типу ІС необхідно орієнтуватися на його особливості. Це, головним чином, стосується порядку використання оперативної пам'яті та швидкодії комп'ютерів, що складають архітектуру ІС.

Після етапу алгоритмізації йде етап перекладу алгоритму на мову, зрозумілу комп'ютерам ІС - складання програми. Процес написання програми одержав назву програмування. При вирішенні складних задач, що потребують розробки великих програм, цю операцію, як правило, здійснюють програмісти-професіонали. Більш того, донедавна тільки їм і було практично під силу скласти програму, оскільки мови програмування були важкі для непідготовленого користувача.

В міру розвитку обчислювальної техніки удосконалювалися і мови програмування, що забезпечило на теперішній час простоту спілкування із сучасними ІС і для широкого кола людей, що не є професіоналами в області програмування. Це дає можливість користувачу при вирішенні порівняно простих задач самостійно або після короткого навчання, освоївши необхідний обсяг знань і отримавши деякі практичні навички в упорядкуванні програм, запрограмувати задачу, не звертаючись по допомогу до програмістів. Крім того, знання принципів і методів програмування необхідне кожному фахівцю для правильного підготування задач, що автоматизуються, і врахування особливостей обробки інформації ІС .

У зв'язку з цим далі викладаються головні поняття в області програмування, розраховані на непідготовленого користувача.

Перший рівень. Кожний рядок програми являє собою команду, що складається з коду операції і адреси операндів (чисел, що беруть участь в операції). При введенні в машину усі числа перетворюються в нулі та одиниці. Для першого і частково другого поколінь ЕОМ програми писалися тільки в машинних кодах. Робота ця трудомістка і малопродуктивна. При упорядкуванні програми легко припуститися помилки і важко її виявити. Для полегшення і прискорення процесу програмування були розроблені мови другого рівня.

Другий рівень. Замість машинних кодів на цьому рівні використовуються символічні позначення операцій і операндів, тому написання програми спростилося.

Для того, щоб зробити ці символічні позначення зрозумілими комп'ютеру ІС, а також щоб робити автоматичну нумерацію комірок пам'яті, у яких зберігаються числа, використовуються спеціальні програми - транслятори. Вони дозволяють здійснювати автоматичний переклад символьного запису в машинні коди. Чим вище рівень мови, тим складніші транслятори. Самий процес автоматичного перекладу програми, написаної на якійсь мові, на мову машинних кодів одержав назву трансляції.

До мов другого рівня відносяться Автокоди, Асемблери, Макроасемблери і інші. Мови 1-го та 2-го рівнів розроблені для конкретних типів комп'ютерів і тому їх також називають машинно-орієнтованими мовами. Перевагою цих мов є висока швидкість вирішення задач і оптимальний розподіл пам'яті комп'ютера, тому що при складанні програми враховуються особливості окремих пристроїв комп'ютера. Їхньою хибою є велика працездатність при написанні і налагодженні програми. Програмуванням на машинно-орієнтованих мовах займаються переважно фахівці-програмісти. Вони складають для нових моделей машин програми, призначені для запуску комп'ютера й обслуговування процесу обчислень. Крім того, усі транслятори пишуться на машинно-орієнтованих мовах.

Третій рівень. Мови третього рівня призначені для вирішення визначеного класу задач і не залежать від конкретного типу комп'ютерів ІС. Поява мов третього рівня істотно полегшила роботу програмістів.

Ці мови згідно своїх правил написання близькі до математичних виразів і містять елементи природної мови. Починаючи з третього рівня, мови програмування називають мовами високого рівня або алгоритмічними мовами.

Транслятори перекладають програми мов високого рівня на машинні мови. У кожного типу комп'ютера є свій набір трансляторів, тому програма на мові високого рівня може використовуватися на будь-яких комп'ютерів ІС, що має транслятор із даної мови. Зараз існує багато мов третього рівня. Найбільшого поширення одержали в минулому: АЛГОЛ, ФОРТРАН - для математичних і фізичних моделей, КОБОЛ - для обробки економічної інформації. ПЛ/1 - велика і складна мова для наукових розрахунків і обробки великих масивів інформації, ПАСКАЛЬ - проста і компактна мова для обробки соціально-економічної інформації, інженерно-технічних та інших розрахунків. У навчальних цілях широко використовуються мови БЕЙСІК, ФОКАЛ і інші. Дані мови зручні та прості в використанні.

Велике значення для розвитку програмування мало створення мови високого рівня БЕЙСІК. В даний час БЕЙСІК є одною із головних мов у програмному забезпеченні персональних комп'ютерів. Простота й універсальність мови БЕЙСІК дали можливість непідготовленим користувачам швидко і легко оволодіти нею та застосовувати її для самостійного вирішення задач.

Мови третього рівня застосовуються на машинах 3-го і 4-го поколінь, що складають сьогодні головний фонд парку обчислювальної техніки у світі.

Четвертий рівень. Мови цього рівня максимально наближені до людської мови. Вони призначені для прямого спілкування людини та комп'ютера. Мови цього рівня будуть реалізовані в головному на комп'ютерах п'ятого покоління.

На мовах четвертого рівня можуть працювати як фахові програмісти, так і не знаючі основ програмування звичайні користувачі.

Процес написання програм при доброму знанні мови програмування і при наявності докладного алгоритму не є складним і займає порівняно невелику частину в загальних витратах часу на створення математичної моделі та реалізації її ІС. Труднощі виникають на етапі налагодження і дослідної реалізації програми. Ці труднощі пов'язані з необхідністю виявлення та усунення похибок, допущених на попередніх етапах. Пошук та усунення похибок являє собою складний, трудомісткий процес , що, в цілому, погано піддається автоматизації. Особливу складність тут викликає виправлення логічних похибок, допущених у ході постановки та алгоритмізації задачі. Тому даний етап потребує спільних зусиль усіх фахівців, що приймали участь у постановці, розробці та рішення задачі. Найчастіше він займає до 30 - 40% від загального часу автоматизації вирішення задачі.

Після введення програми в пам'ять комп'ютера ІС за допомогою дисплея або пристроїв вводу починається трансляція програми. Трансляція являє собою автоматизований переклад програми з мови високого рівня в коди машинної мови. Транслятор перевіряє наявність у програмі синтаксичних помилок. У машині зберігаються таблиці усіх команд мови високого рівня і машинні коди , що відповідають їм. Якщо користувач помилився у написанні команди, то комп'ютер видає йому повідомлення про похибку у відповідному місці програми. Трансляція при цьому припиняється. На жаль, поки комп'ютер ІС виявляє лише частину синтаксичних помилок, а логічні помилки при трансляції взагалі не можуть бути знайдені.

Програміст аналізує помилки , що виявляються, виправляє їх, вводить зміни в програму і проводить процес трансляції доти, поки комп'ютер не повідомить про відсутність помилок у програмі.

У мовах високого рівня для забезпечення широкого застосування програмного забезпечення в різноманітних країнах прийнято використовувати англійські слова. Це не створює великих перешкод для непрофесійного програміста, оскільки кількість службових слів у мовах високого рівня невелика, що дозволяє їх швидко запам'ятати.

Після закінчення трансляції програма виявляється записаною в пам'ять комп'ютера ІС на мові машинних кодів і може по команді оператора почати виконуватись комп'ютером .

Під налагодженням програми розуміється процес усунення помилок, що виявляються в ході безпосередньої роботи програми над вирішенням поставленої задачі.

Налагодження програми починається з прорахунку контрольного варіанта, результати вирішення якого відомі заздалегідь. Контрольний варіант складається користувачем і є спрощеним варіантом вирішення задачі. Цей варіант повинний дозволити провести порівняння ручних і машинних розрахунків по можливості на усіх головних елементах алгоритму. Іноді використовують декілька контрольних варіантів, кожний із який перевіряє окрему ділянку алгоритму, але і тоді вихідні дані беруться в спрощеному виді, зручному для ручних розрахунків.

Як правило, не буває програм, для яких контрольний варіант задачі з першого разу пройшов би на комп'ютері та були б отримані результати, що збігаються з результатами ручних розрахунків. Тому розроблювачі моделі, алгоритму і програми щоразу старанно аналізують причини похибок або видачі неправильних результатів і усувають похибки в програмі, алгоритмі та моделі. Причиною похибок може бути і невдало вибраний контрольний варіант. Тільки після того, як результат ручних і машинних розрахунків збіглися, програма вважається готовою до експлуатації.

У процесі експлуатації програми замість даних контрольного прикладу вводяться вхідні дані поставленої задачі та проводяться розрахунки.

Після налагодження програми програміст і постановник задачі складають документацію на програму, до складу якої входять: інструкція для користувача, керівництво діяльністю програміста, оператора і т.д. Контрольний варіант разом із виданими комп'ютером ІС результатами додається до опису програми. Надалі цей варіант використовується для перевірки працездатності програми перед початком досліджень і служить як зразок завдання вихідних даних і одержання результатів. Програма звичайно зберігається на магнітній стрічці або диску разом із документацією. Експлуатація програми здійснюється користувачем самостійно або за допомогою операторів ІС.

Крім написання і налагодження програми у функції програміста також входить її супровід, тобто зміна програми в процесі експлуатації. Зміни програми відбуваються в результаті виявлення помилок, що не були виявлені у ході налагодження, або уточнення моделі і постановки задачі, що проводяться користувачами.

Процес автоматизації вирішення задачі значно скорочується, коли самий постановник задачі створює модель, алгоритм, програму, налагоджує програму за підтримкою професіонала-програміста і проводить за готовою програмою дослідження. Практична реалізація такого підходу стала можливою з появою персональних комп'ютерів, укомплектованих "дружнім" програмним забезпеченням, орієнтованим на користувача-нефахівця. Це ознаменувало настання нового етапу в інформаційній технології - етапу автоматизації персональних знань, коли сам користувач реалізує процес автоматизації вирішення задачі з початку і до кінця.

Як показала практика, цей шлях є найкращим для користувача. При цьому модель швидше реалізується на ІС, процес налагодження скорочується. У результаті в програмі допускається менше помилок, особливо схованих, що можуть бути виявлені в ході її експлуатації. У процесі автоматизації знань на долю професіонала-програміста припадає консультаційна поміч користувачу, розробка базових засобів і універсальні пакети програм, що полегшують процес самостійної роботи користувача.

Структура програмного забезпечення інформаційних систем

Необхідною частиною будь-якої комп'ютерної інформаційної системи є її програмне забезпечення ( ПЗ). ПЗ - це комплекс програм, призначених для вирішення на комп'ютері ІС визначеного класу задач. За своїм призначенням ПЗ - невід'ємна частина будь-якої ІС, що відбиває принципову основу організації обчислювального процесу, програмного принципу обробки інформації комп'ютерною системою. Без відповідного ПЗ будь-яка, навіть найкращим чином розроблена апаратура, була б практично такою же непотрібною, як, наприклад, магнітофон без звукозапису.

Склад ПЗ сучасних ІС дуже різноманітний і залежить від діапазону покладених на нього задач. У загальному випадку в ПЗ входять програми вирішення конкретних задач користувача (прикладні програми); програми - транслятори, що забезпечують переклад прикладних програм із мови високого рівня на машинну мову; програми, що забезпечують автоматичне введення та виведення інформації через різноманітні пристрої вводу-виведення; програми, що контролюють роботу апаратури, а також керуючі роботою усіх пристроїв ІС у процесі обробки інформації.

ПЗ ділиться на системне (загальне) і прикладне (проблемне). Системне ПЗ містить у собі засоби спілкування користувача з ІС і засоби організації обчислювального процесу, що не залежать від характеру розв'язуваних задач. У системному ПЗ можна виділити системи програмування та операційні системи. Системи програмування - це набір програм, що забезпечують автоматизацію програмування. Вони містять у собі транслятори з різноманітних мов програмування, відладочні та інші програми, що дозволяють автоматизувати конструювання і налагодження програм. Важливу роль тут грають програми - транслятори, що перекладають записи розв'язуваних задач із мов високого рівня в записи, придатні для безпосереднього виконання на комп'ютері (робочі програми в машинних кодах). Основу трансляторів складають блоки синтаксичного контролю слушності вихідного запису, виправлення помилок у записах, перекладу окремих частин запису з однієї форми в іншу, перетворення даних у формат, прийнятий у комп'ютері, присвоювання даним їхніх адрес у пам'яті. У комп'ютерах ІС застосовуються два типи трансляторів: компілятори та інтерпретатори. Компілятори транслюють увесь вхідний запис (програму) у робочу програму, а потім відбувається її виконання на ІС. Інтерпретатори роблять транслювання вхідної програми вроздріб, переводячи їх у машинні команди, кожна з яких негайно виконується. Програма, що транслюється за допомогою компілятора, як правило, виконується значно швидше, оскільки вона цілком уже переведена в машинний код. У той же час, вона потребує більшої ємності оперативної пам'яті, тому компілятори використовуються переважно в великих ЕОМ. Інтерпретатори дозволяють значно заощаджувати місце в пам'яті і контролювати результат виконання кожної операції. Це зручно для їхнього використання в діалоговому режимі роботи персональних комп'ютерів ІС.

Операційна система (ОС) - найважливіша частина ПЗ будь-якого комп'ютера, що управляє виконанням робочих програм і взаємодією людини з ІС. Операційна система - це набір керуючих програм, що забезпечують роботу комп'ютерної системи: управляють вводом-виводом інформації, обміном даних із зовнішньою пам'яттю і забезпечують доступ до них; управляють файлами і плануванням завдань; управляють обчислювальними ресурсами системи; контролюють збереження програм і забезпечують їхнє виконання.

ОС значно спрощує спілкування користувача з ІС. Вона автоматично виконує множину проміжних операцій, залишаючи за користувачем виконання лише самих необхідних. Для цього використовуються відповідні команди - директиви, що адресуються ОС користувачем. Наприклад, для передачі файла даних із головної пам'яті в накопичувач на магнітному диску (НМД) користувач видає в ОС єдину команду "зберігати файл". По цій команді виконується послідовність операцій ОС, що завершується розміщенням файла на диску по вказаній в команді адресі. Так само здійснюється й обернений виклик файла в головну пам'ять: користувач видає команду "завантажити файл".

У цілому усі функції, виконувані ОС, можна розділити на три групи:

1. Організація взаємодії користувача з комп'ютером ІС;

2. Керування усією введеною в ІС інформацією;

3. Виконання прикладних програм ІС.

Третя функція пов'язана з поняттям сумісності ОС і прикладних програм. Якщо програма сумісна з ОС комп'ютера, то не виникає ніяких проблем: ОС віддасть команду виконати те, що записано в програмі. Якщо ОС і програма несумісні, комп'ютер ІС не зможе зрозуміти і виконати програму.

Прикладні програми (ПП) - програми вирішення конкретних задач користувачів - найбільше численний по призначенню, змісту і формі клас ПЗ. Якщо користувач не має наміру або не в змозі сам розробляти ПП, то він орієнтується на придбання готових програм. Найбільше зробленою і розвитою їх формою є так звані пакети прикладних програм (ППП). ППП-комплекс програмних засобів, призначених для вирішення визначеного класу задач, близьких один до одного або за змістом, або по застосовуваних математичних методах (наприклад, ППП для обробки даних анкетування). До складу ППП входить спеціальна програма - монітор, що дозволяє автоматизувати спілкування користувача з пакетом.

Кількість прикладних програм обчислюється сотнями тисяч і неухильно зростає. В усьому їх різноманітті можна виділити декілька найбільше стійких і типових за змістом варіантів, що знайшли широке застосування.

Найбільшу популярність у користувачів мають типові програми "редактор тексту", "ділова графіка" і "інтегровані системи". Слід зазначити, що останні синтезують у собі можливості усіх попередніх і тому є найбільше дорогими. З їх допомогою користувач може обробляти найрізноманітнішу інформацію (текстову, табличну, графічну та ін.) з одержанням результату на екрані дисплея у формі багатовіконного зображення. ППП зберігаються на зовнішніх накопичувачах: магнітних дисках і магнітних стрічках (касетах). Перед початком роботи ППП завантажуються за допомогою ОС в оперативну пам'ять комп'ютера ІС.

Розділ 7. Типові пакети прикладних програм - засіб системного процесу переробки інформації інформаційними системами

На мал. приведені сім типових пакетів прикладних програм і перелік найбільш споживаних пакетів кожної групи:

Операційні системи та сервісні засоби

Операційні системи (ОС), будучи одним з елементів загальносистемного ПЗ, являють собою системну програму або групу взаємопов'язаних програм, що виступають в якості посередника між апаратними засобами і користувачем ІС.

Операційна система звичайно поставляється виробником ЕОМ і виконує повністю або частково наступні функції: управління процесором; управління пам'яттю; управління периферійними приладами; управління файлами; планування завдань і управління обчислювальним процесом; обслуговування користувачів (наприклад, при введенні команди); допоміжні функції, що забезпечують організацію мереж; використання службових програм і мов високого рівня. Слід мати на увазі, що доцільність включення в ОС тієї або іншої функції визначається частотою її використання в багатьох прикладних програмах.

Якщо в універсальних ЕОМ ОС орієнтовані на оптимізацію використання ресурсів центрального процесора - найбільш коштовного системного ресурсу - і на підтримання режиму колективного доступу користувачів, ОС ІС націлені головним чином на обслуговування індивідуальних користувачів, тому високий коефіцієнт використання центрального процесора тут не є домінуючою метою.

Історія розвитку ОС для ПЕОМ почалася в 1974 році, коли фірма Microcomputer Application Associates - MAA (зараз Digital Research) розробила компактну операційну систему CP/M (Control Program for Microcomputer), що фактично є стандартом для більшості виробників ЕОМ в США і Японії, що випускають 8 - і 16-розрядні мікропроцесори. Фірма Digital Research поширила можливості СР/М, реалізувавши в ній мультипрограмний та мультизадачний режими. Hова ОС називається PS-DOS (MS-DOS).

Третій стандарт де-факто - операційна система UNIX, що дозволила ПЕОМ виконувати програми, розроблені для міні-ЕОМ; організовувати багатозадачний режим, режим обслуговування багатьох користувачів та ієрархію файлів, а також забезпечити погодження і інтеграцію інформації при використанні локальних мереж. До недоліків цієї ОС інколи відносять надмірно стисле позначення команд. Однієї з версій OC UNIX для 16-ти розрядних мікро-ЕОМ є OC XENIX, розроблена фірмою Microsoft.

Відомо не менше 60 операційних систем для ПЕОМ, однак реальним попитом користуються вісім: СР/М-80, MS-DOS, Apple-DOS, P-System, CP/M-86, UNIX, Oasis, Pick c безперечним лідерством CP/M-80 і MS-DOS (PC-DOS). Операційна система ПЕОМ включає наступні компоненти:

1. Виконавчу ОС для управління виконанням готових програм при роботі ПЕОМ в контурі управління;

2. Технологічну ОС, що створює середовище для реалізації засобів автоматизації програмування, яке, в свою чергу, утворить середовище для виконання розроблених програм;

3. Загальнофункціональну ОС, що забезпечує вчасне виконання готових програм.

Сервісні програмні засоби або утіліти розробляються для широкого спектру застосування. В залежності від призначення утіліти інколи класифікують наступним чином: утіліти базового складу ОС; загальносистемні; для розробки програм; табличних процесорів; баз даних; синтезованих пакетів; багатовіконні інтерфейси; кінцевого користувача; обслуговування приладів ПЕОМ. При практичній роботі найбільш часто використовуються наступні утіліти.

1. Утіліти базового складу:

PKZIP і PKUNZIP - для архівації файлів з жорстких дисків на дискети і їхнє відновлення з дискет;

FORMAT і SYS - для форматування дискет та підготовки їх до використання;

PRINT - для постановки текстових файлів в чергу на друк з наступним почерговим друком файлів на принтері;

MODE - для настройки принтера, зміни формату виводу на екран, настройка на роботу з послідовними приладами типу модемів, перенаправлення роботи принтера;

GRAPHICS - для видачі на принтер графічної копії екрану.

ФОРМАТ - являє собою сукупність сервісних засобів для здійснення інтерфейсу між окремими автономними програмними продуктами шляхом перетворення даних, які є вихідними для одного продукту, в формат вхідних даних для роботи іншого продукту.

2. Загальносистемні утіліти:

DISK REPAIR - для редагування інформації на диску;

PC-TOOLS - для роботи з файлами, дисковими і спеціальними функціями (копіювання, порівняння, переміщення, пошук, перейменування, вилучення, верифікація, редагування, друк, отримання директорії, форматування і інше).

NORTON UTILITIES - для редагування інформації на диску і відновлення стертих файлів (зміна вибору диску, директорії, файлу або сектора на диску; відображення інформації на диску в режимах перегляду і корегування даних; відображення технічної інформації про диск і карті розподілу диску; читання і корегування змісту вибраного елементу; відображення інформації про каталог; вибір вилученого файлу для відновлення та відображення інформації про нього; пошук даних вилученого файлу; збереження відновленого файлу).

NORTON COMMANDER - для взаємодії з операційною системою як шляхом введення команд, так і з допомогою зручного повноекранного інтерфейсу. Здійснює сервісну роботу з файлами і каталогом (перегляд, редагування, копіювання, перейменування, створення, знищення, пошук), а також запуск програм.

Системи програмування

Системи програмування або мовні засоби програмування комп'ютера в наш час налічують більш ніж 20 мов. Всі мови інколи поділяють на чотири групи (класи): структурні асемблери (PLS - ASM); машинно-орієнтовані мови високого рівня (Smalee/80, Mistral); мікропроцесорні мови високого рівня (PL/M, PLZ/SYS); системно-орієнтовані мови високого рівня (Basic, Pascal, ADA).

Розглянемо стисло основні властивості та можливості деяких широко відомих мов для комп'ютерів ІС.

Бейсик - найбільш широко розповсюджена мова для комп'ютера ІС, проста в засвоєнні та використанні. В мові вбудовані сервісні засоби для роботи з екраном дисплею, клавіатурою, зовнішніми накопичувачами, принтером, комунікаційними каналами. Цікаво відзначити, що Turbo-транслятори (швидкі, удосконалені) більшою частиною написані на Бейсик. В наш час існують декілька реалізацій мови, однак найбільш відома версія Бейсика для ОС MS-DOS.

Найбільш широкими різновидами Бейсика є розширені версії під ім'ям Basica (фірми IBM) і GW-Basic (фірми Olivetty Personal Computer). Існують транслятори з мови, що на етапі розробки і налагодження програм використовують переваги інтерпретаційного режиму, а після налагодження компілюють програму, формуючи ефективні машинні коди.

Фортран - мова, що широко використовується при розробці програм для рішення інженерних (обчислювальних) задач. В реалізаціях для ПЕОМ відомі Fortran Compiler фірми Microsoft і Fortran - 77 для PC-DOS і CP/M фірми Digital Research.

Кобол - мова для рішення економічних задач. Відомий Cobol Compiler фірми Microsoft. Порівняння, що проводяться болгарськими фахівцями "Інтерпрограма", показали, що програми, складені на Коболі, працюють в 1.5 - 2 разу швидше ніж ті, що реалізувалися на Бейсик.

Паскаль - складна мова, що використовується програмістами-професіоналами для розробки великих програмних систем. Поряд з цим мова традиційно вважається класичною мовою програмування і прийнята в багатьох вузах як базова для вивчення основ програмування. Широко відомі програмні продукти для роботи з мовою: Turbo Pascal фірми Borland International і Pascal Compiler фірми Microsoft.

Сі є однією з найбільш гнучких мов; призначеною для професійних програмістів, що розробляють системні програмні продукти для комп'ютерів ІС. Мова використовується в якості інструментарію для проектування ОС MS-DOS і UNIX. Поширені наступні програмні засоби для роботи з мовою: Turbo C фірми Borland International; Lattice C Compiler фірми Innovativ Software LTD; C Compiler фірми Microsoft.

Лісп - мова штучного інтелекту, широко розповсюджена в США. Його реалізація для ПЕОМ - Mu Lisp фірми Microsoft.

Пролог - мова штучного інтелекту, популярна в Європі. Відома його реалізація для ПЕОМ - Turbo Prolog фірми Microsoft.

Ада - мова, що знаходить широке застосування при створенні гнучких виробничих систем, а також при проектуванні систем реального часу. Відомий компілятор з мови Janis/ADA фірми Mesti, а також засоби для моделювання систем - GPSS.

Текстові та графічні редактори

Текстові процесори (Word Processor) - це пакети програм, призначені для роботи з текстами, що мають структуру документа, тобто здійснюють ведення, редагування і підготовку до виводу на принтер книг, статей, звітів, листів, специфікацій і т.д.

Можливості цих програм різноманітні - від підготовки невеликих документів простої структури (редактори тексту) до набору, оформлення і повної підготовки до типографічного видання книг і журналів (видавницькі системи). За оцінкою фахівців, такі пакети програм складають біля 75% від загального ПЗ ІС. Текстовий процесор є основою як інтегрованих пакетів, так і експертних систем. Практичні не існує користувачів, не що застосовують будь-який текстовий процесор.

Існуючі в наш час пакети програм для підготовки тексту значно відрізняються один від одного характеристиками, можливостями по введенню і редагуванню тексту, його форматуванню і виводу на друк, а також за ступенем складності засвоєння користувачами. Текстові процесори відрізняються один від одного і за вимогами, що пред'являються до них користувачем в залежності від його кваліфікації і вигляду створюваних ними об'єктів (вхідні тексти програм, технічні документи, математичні тексти, книги, журнали і т.д.).

Інколи всі тексти, що підготовляються за допомогою текстового процесора, за ступенем складності поділяються на: вхідні тексти програм; ділове листування і діловодство; наукові статті, що містять формули і тексти невеликого обсягу; книги, що містять формули і тексти великого обсягу та складної структури; книги художньо-публіцистичні, філософського, юридичного і т.д. характеру. Вибір конкретного текстового процесора є відповідальним моментом і вимагає відповідної професійної підготовки. При цьому, поряд з об'єктивними характеристиками, важливу роль грає смак, звички, стереотип користувача, психологічне середовище і зацікавленість. Актуальним при виборі пакету є розвиненість інтерфейсу користувача, до якого в першу чергу відносять мову спілкування з текстовим процесором (команди, меню, функціональні клавіші), а також прилади вводу-виводу (клавіатура, "миша", дисплей, принтер, сканер, мовне введення і інше.

В засобах обробки текстів виділяють три групи пакетів: текстові редактори, текстові процесори без управління шрифтами, текстові процесори з управлінням шрифтами. До першої з них можна віднести простий редактор, наявний в Norton Commander, і редактор ТЕКСТ М-86 (аналог NOTEPAD), а також Norton Editor; до другої - редактор СЛОГ/аналог Word Star; до третьої - Лексикон, Chi Writer.

Лексикон (ОЦ АН Росії, автор Є. Н. Веселов) - багатовіконний текстовий редактор для роботи як з текстами програм (командними файлами), так і з текстовими документами середньої складності на російській і англійській мовах. Редактор може виконувати наступні функції: багатовіконний інтерфейс - дозволяє створювати на екрані до дев'яти вікон, міняти їхнє положення, розміри, колір, переходити з одного вікна в інше. В вікнах можна розміщувати тексти з різноманітних файлів і створювати нові тексти.

Автоматичний перенос слів при форматуванні тексту виконується у відповідності з правилами орфографії. Механізм створення макроклавіш дозволяє включати в їхні визначення довільні символи або команди. Вбудований екранний калькулятор призначений для здійснення різноманітних розрахунків і обчислення елементарних функцій. Редактор дозволяє формувати абзаци; вирівнювати рядки за правим і лівим краями; центрувати заголовки; автоматично розбивати текст на сторінки. Можливо задавати номер першої сторінки документа і число в ньому, задавати шрифт при друці тексту. Застосовується система меню з підказкою.

Personal Editor II (PE II) фірми IBM - багатовіконний редактор для створення, редагування і підготовки до виводу на друк текстових файлів, наведених в коді ASCII. Виконує всі основні операції по обробці тексту, за винятком вирівнювання рядків по правому краю і автоматичної розбивки тексту на сторінки. Додаткові функції редактора наступні: маркування тексту типу "прямокутник" (частина рядка і частина стовпчика); "знак" (знаки слова і пропозиції); "рядки" (окремий рядок або група рядків); заповнення блоку, що маркувався будь-якими символами; розподіл екрана на два або чотири вікна. По запиту PE II видає довідкову інформацію: обсяг вільної ОП і пам'яті на поточному диску та каталозі, кордони рядка і інше. До переваг редактора відносяться: виконання команд MS-DOS без виходу з редактора, висока швидкість друку при виводі тексту на принтер. Команди роботи з редактором вводяться з допомогою функціональних клавіш і їхнього поєднання (Help). Редактор зручний для набору текстів програм і їх "зборку" з заздалегідь підготованих фрагментів, а також для укладання документів і статей середньої складності (без малюнків і громіздких формул).

Multi-Edit фірма American Cybernetics (російський варіант Фотон) багатофункціональний багатовіконний (до 100 вікон) редактор із наступними спеціальними можливостями: виконання команд MS-DOS без виходу з редактора; робота з калькулятором; налагодження на редагування текстів програм з урахуванням особливостей конкретної мови (наприклад, Сі, Паскаль, Бейсик); трансляція тексту програм без виходу з редактора. До переваг редактора відносяться: можливість використання символів псевдографіки, що спрощує подання даних у вигляді таблиць; наявність вбудованої мови Macro для створення власного набору макровизначень, що забезпечує перевизначення функціональних клавіш, створення вікон на екрані дисплею і занесення в них інформації, зміна кольорів вікон, переміщення вікон на екрані та інше. Мова Macro дозволяє також створювати свої "сценарії" дій, що виконуються. У вікна редактора можна виводити: текстові файли, меню, каталог, підказки. Розмір файлу, що редагується обмежений тільки обсягом вільної пам'яті. Довжина рядка, що редагується не повинна перевищувати 254 символи. Редактор підтримує "мишу". Наряду із спецможливостями, Multi Edit виконує всі функції звичайного редактора. Управління системою здійснюється з допомогою меню або команд редактора. Володіючи гнучким програмним середовищем, редактор може настроюватися із врахуванням специфіки конкретного користувача. В 1989 р. випущена чергова версія редактора - 4.0, що володіє низкою додаткових засобів: створений набір макросів для прискорення створення вхідних текстів програм на мовах Сі, Паскаль, Бейсик, Модуль-2, Пролог і інше; змінений інтерфейс редактора з DOS: з'явилася можливість роботи редактора з розширеною пам'яттю. Редактор займає 200 кбайт ОП, 850 кбайт на ЖМД.

Chi Writer - текстовий редактор (виробник Horstmann Software Design Corporation) для обробки текстів з використанням російської, англійської, грецької і інших європейських мов, математичних і хімічних формул, діаграм, таблиць і спецсимволів. Дозволяє редагувати тексти середніх розмірів і складності - статті, листи, документацію на вироби і т.д. Зображення на екрані при роботі з редактором відповідає тому, що буде надруковане на принтері. Можливості редактора наступні: підтримує 20 шрифтів (біля 2000 символів); є всі стандартні функції обробки текстів (автоматичне форматування абзаців, розбивка на сторінки, різноманітні заголовки сторінок, перенос фрагментів з одного місця в інше, пошуки і заміна підстрічки і т.д.); зображення таблиць і діаграм. Редактор перевіряє також правопис англійських текстів; володіє сервісними засобами (меню, підказка, допомога); підтримує велику кількість типів моніторів і принтерів (9 - і 24-точечних лазерних матричних принтерів і ін.); створює нові шрифти, здійснює налагодження на будь-який тип принтера. З допомогою редактора легко пишуться формули, таблиці та діаграми.

Word Perfect 5.0 - текстовий процесор для фактично будь-якого додатку текстової обробки. Система характеризується простотою в засвоєнні; наявністю потужної мови макрокоманд, що підтримує умовні оператори, вкладені макровизначення, розпізнає синтаксичні помилки під час виконання макрокоманд; володіє засобами обробки таблиць стилів, що містять текст. Система володіє можливостями по злиттю файлів: сортування і вибір адрес, пропуск невірно відформатованих записів і автоматичне переформатування об'єднаного тексту. Програма дозволяє використати більшість форматів графічних файлів, а утіліта екранного збору даних охоплює формати, яких не вистачає. Завантаженим графічним зображенням можна задавати розмір, обертати, кадрувати і перепозиціювати. До недоліків Word Perfect відносяться: неможливість зчитувати файли dBase або ASCII, Lotus 1-2-3; неможливість виконання редагування в режимі попереднього перегляду. В силу своїх широких можливостей і простоти в вивченні може успішно застосовуватися в настільному видавництві.

Розглянуті текстові процесори призначені для роботи з ОС MS-DOS версії не нижче 3.30. Вибрати однозначно текстовий процесор для своїх цілей користувачу буває вкрай складно. Це приходить лише з придбанням практичного досвіду роботи з пакетами. Однак можна порекомендувати наступні варіанти. Для створення вхідних текстів програм користувач-початківець може застосовувати редактор Edit, професійний програміст - редактор Multi-Edit (Фотон). Для підготовки різноманітних текстів, що не містять формул, є зручним Лексикон, що є сумісним з відомою видавницькою системою Ventura Publisher. Для складних текстів з великою кількістю формул можна використати Сhi Writer. Співробітники видавництв в більшості випадків застосовують Microsoft Word 5-7.0, хоча можливо застосування Word Star Professional 5.5, Word Perfect 5.0, Page Maker.

Виведення на екран дисплею графічних зображень - одна з найважливіших характеристик сучасних ПЕОМ. Системи машинної графіки інколи класифікують наступним чином: ділова, ілюстрована, інженерна та наукова.

Системи ділової графіки призначені для графічного подання даних, що зберігаються в електронних таблицях, БД і текстових файлах на дисплеї, принтері або слайдах у вигляді гістограм (стовпчикових діаграм) з вертикальною або горизонтальною орієнтацією стовпчиків, колових діаграм, лінійних графіків, тимчасових діаграм (графіки Ганта) для зображення процесу в часі (ось абсцис) і взаємозв'язки декількох динамічних процесів (ось ординат), структурних схем складних об'єктів у вигляді гілок дерева (ієрархічна структура); колових гістограм. Ділова графіка призначена для забезпечення швидкого висновку даних в наочній графічній формі і інтенсифікації процесу осмислення даних людиною з метою встановлення певних закономірностей (наприклад, системи ДГАФ, Applause).

Система ілюстративної графіки використовується для створення машинних зображень, в ролі ілюстрацій виступають: ескізи, географічні карти, умовні схеми і ін. Основною задачею таких систем є ефективне формування і перетворення географічних об'єктів на основі базових операцій "різати", "склеювати", "стирати", звертатися в бібліотеку зображень, запам'ятовувати, шукати, відтворювати і т.д. (наприклад, системи PC PAINT BRUSH, ВГРАФ, ВІКОНТ, Execuvision і ін.).

Системи інженерної графіки в основному застосовуються для автоматизації креслярських і конструкторських робіт. Найбільш розповсюдження отримали різноманітні системи автоматизації проектування (САПР), в яких застосовується інженерна графіка. Об'єктами проектування при цьому є складні прилади і споруди - будинки, хімічні і енергетичні установки, кузови автомобілів, фюзеляжі літаків, корпуси суден, їхні внутрішні частини, оптичні системи, електронні прилади, мікросхеми і ін. (наприклад, універсальна система AutoCAD, мова геометричного моделювання ГЕОМАЛ, універсальний графічний редактор - РЕДГРАФ, система моделювання об'ємних об'єктів - Modelmaker і ін.).

Системи наукової графіки можуть використовуватися в вивченні географічних і природних явищ, при формуванні наукової документації з використанням спеціального запису математичних, хімічних, фізичних формул, а також в будь-який галузі наукових досліджень, що вимагають графічного (образного) осмислення.

Галузь застосування систем машинної графіки постійно поширюється. Це моделювання поведінки різноманітних складних об'єктів, мультиплікація для вивчення ядерних і хімічних реакцій, фізіологічних систем, течії потоків рідини і газу і ін.; створення тренажерів для диспетчерів аеропортів і залізниць, операторів АЕС, водіїв різноманітного транспорту; управління технологічними процесами і гнучкими виробничими системами (ГВС); публікація газет, журналів і книг, аж до автоматичного управління друкарськими установками; створення творів мистецтва, реклами і багато іншого.

Матричні процесори та бази даних

Перша програма розрахунку електронних таблиць в 1979 р. була названа Visi Calc (Visible Calculator - видимий калькулятор) фірми Software Arts і розроблена для комп'ютерів Apple II. В 1981 р. Фірма Software Arts випускає нову версію Visi Calc для IBM РС. Після цього з'являється Super Cals для IBM PC фірми Sorcim Corporation, що підтримує деякі функції управління БД і екрани позиції. Потім фірма Microsoft розробляє свою першу прикладну програму Multiplan, що стала прототипом електронної таблиці (ЕТ) нової ґенерації.

Наступним кроком розвитку ЕТ стала поява засобів для наочного відображення результатів обчислень. Цим питанням вперше зайнялася фірма Development Corration, що в 1983 р. (М. Кейпор і Дж. Сечсем) випустила пакет 1-2-3. В 1985 р. Фірма Microsoft випустила пакет Excel для ПЕОМ Macintosh, а в 1986-1987 рр. для IBM з'явився пакет Quattro фірми Borland International.

Табличні процесори (Word Processors) призначені для обробки таблиці чисел або електронних таблиць (Spreadsheet). В осередки таблиць можуть бути поміщені як дані, так і формули разом з даними, що дозволять автоматично виконувати розрахунки при зміні введених даних. Сучасні таблиці мають широкий набір загальних математичних функцій. Оскільки таблиці обробляється праворуч і згори вниз, то вони в основному призначені для задач, що вирішуються засобом прямої лічби, або для побудови математичних моделей, працюючих за схемою "джерело-стек". Серед них багато задач механіки, електро- і радіотехніки, гідроаеродинаміки, теплотехніки і т.д.

Для чисельного рішення більш складних задач математичної фізики, що використовують рекурсивні процедури, таблиці не використовуються.

Програми обробки таблиць інколи характеризують по ґенераціям. До першої ґенерації відносять програми, що обробляють таблиці, які складаються тільки з чисел. До другої - програми, що обробляють таблиці, в кожний активний осередок якої можна розміщувати числа, текст, формули або команди (це програми обробки великоформатних електронних таблиць). До третьої ґенерації відносяться пакети програм, що обробляють великоформатні електронні таблиці, а також пакети, що здійснюють сортування даних з них. Крім того, в пакетах з'явилися програми ділової графіки і створення файлів, що містять команди формування та обробки таблиць - табличні процесори. Четверта ґенерація являє собою табличні процесори, що мають більш зручний інтерфейс з користувачем та орієнтовані на роботу в мережі ПЕОМ. Всі табличні процесори будуються, як правило, на загальних принципах, тому робота з пакетами різноманітних фірм зовні схожа. Відмінності можуть полягати в кількості команд, що використовуються та особливостях діалогу.