В дальнейшем, говоря «компьютер», мы будем иметь в виду именно персональный компьютер и будем рассматривать настольные модели.

2.2 Аппаратное обеспечение ПК

Аппаратное обеспечение - это система взаимосвязанных технических устройств, выполняющих ввод, хранение, обработку и вывод информации. Существует понятие «базовая конфигурация компьютера», что означает необходимый комплект аппаратных средств для работы с компьютером. В настоящее время для настольных компьютеров базовой считается конфигурация, в которую входят следующие устройства:

- системный блок;

- монитор;

- клавиатура;

- компьютерная мышь.

2.2.1 Системный блок

Системный блок - функциональный элемент, защищающий внутренние компоненты компьютера от внешнего воздействия и механических повреждений, поддерживающий необходимый температурный режим внутри, экранирующий создаваемое внутренними компонентами электромагнитное излучение и являющийся основой для дальнейшего расширения системы. Системные блоки массово изготавливают заводским способом из деталей на основе стали, алюминия и пластика. Для творчества используются такие материалы, как древесина или органическое стекло. Это основной узел, внутри которого установлены важные компоненты компьютера. Внутри системного блока располагаются внутренние устройства, или как еще их называют - комплектующие. Рассмотрим по значимости основные внутренние устройства.

2.2.2 Материнская плата

Системная плата. Основным аппаратным компонентом компьютера является системная плата, по-другому она ещё называется материнской платой. На ней располагаются основные элементы компьютера: центральный процессор, микропроцессорный комплект, оперативная память, шины, постоянная память, разъемы для подключения дополнительных устройств и др. Она обеспечивает передачу сигналов от устройства к устройству, то есть реализует магистраль обмена информацией. Именно материнская плата объединяет и координирует работу практически всех устройств. Управляет работой материнской платы микропроцессорный набор микросхем - чипсет. В буквальном переводе чипсет (chipset) означает «набор микросхем».

Чипсемт -- набор микросхем, спроектированных для совместной работы с целью выполнения набором каких-либо функций. Так, в компьютерах чипсет, размещаемый на материнской плате, выполняет роль связующего компонента, обеспечивающего совместное функционирование подсистем памяти, центрального процессора (ЦП), ввода-вывода и других.

Сокет - разъем на материнской плате для подключения центрального процессора. Т.е. это разъём, в который помещается процессор. Материнская плата должна поддерживать точно такой сокет, какой будет у процессора.

Чипсет и формат разъема микропроцессора определяют, какой тип процессоров может быть установлен в данную материнскую плату.

2.2.3 Процессор

Процессор (микропроцессор). Микропроцессор - основная микросхема компьютера, его «мозг». Микросхема процессора представляет собой небольшую интегральную схему, заключенную в плоский корпус с рядами металлических штырьков - контактов. Использование современных высоких технологий позволяет разместить на интегральной схеме процессора огромное количество функциональных элементов, размеры которых составляют около 0.13 микрон.

Центральный процессор (ЦПУ, CPU, от англ. Central Processing Unit) - это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.

Центральный процессор в общем случае содержит в себе:

- арифметико-логическое устройство;

- шины данных и шины адресов;

- регистры;

- счетчики команд;

- кэш очень быструю память малого объема (от 8 до 512 Кбайт);

- математический сопроцессор чисел с плавающей точкой.

Основной функцией процессора является управление работой всей системы и выполнение операций над данными. Он выполняет программный код, находящийся в памяти, и руководит работой всех устройств компьютера. Процессор имеет специальные ячейки, которые называются регистрами. Именно в регистры помещаются команды, которые выполняются процессором, а также данные, которыми оперируют команды. Работа процессора состоит в выборе из памяти в определенной последовательности команд и данных для их последующего выполнения.

Во время процесса процессор считывает последовательность команд, содержащихся в памяти, и исполняет их. Такая последовательность команд называется программой и представляет собой алгоритм работы процессора. Очерёдность считывания команд изменяется в случае, если процессор считывает команду перехода -- тогда адрес следующей команды может оказаться другим.

Все другие устройства лишь обеспечивают работу процессора: поставляют ему данные для обработки и принимают обработанную, готовую информацию. Основная характеристика процессора - тактовая частота. Тактовая частота измеряется в мегагерцах и гигагерцах. На выполнение процессором каждой базовой операции (например, сложения) отводится определенное количество тактов. Очевидно, что чем больше тактовая частота, тем больше операций в секунду выполняет процессор и тем выше производительность компьютера.

Во время работы процессор нагревается, поэтому на него устанавливается радиатор, который отводит всю эту теплоту, а сверху ещё устанавливается и кулер - это небольшой вентилятор, который гоняет воздух и охлаждает радиатор.

2.2.4 Оперативная память

Оперативная память. Также на материнской плате устанавливаются модули памяти, которые называются оперативной памятью. Оперативная память - основная память компьютера, обеспечивающая оперативную запись, хранение и предоставление информации другим блокам компьютера во время его работы. Во время выполнения программы в оперативной памяти хранятся ее данные. Микросхемы оперативной памяти иногда называют энергозависимой памятью: после выключения компьютера данные, хранимые в них, будут потеряны, если они предварительно не были сохранены во внешней памяти. Чтобы избежать этого, некоторые приложения автоматически делают резервные копии данных. Важнейшей характеристикой модулей памяти является быстродействие.

2.2.5 Системная шина

Системная шина. Системная шина -- компьютерная подсистема, соединяющая между собой все устройства и отвечающая за передачу информации между ними. Это набор проводников (металлизированных дорожек на материнской плате), по которым передается информация в виде электрических сигналов. Основной функцией системной шины является передача информации между базовым процессором и остальными электронными компонентами компьютера. По этой шине так же осуществляется не только передача информации, но и адресация устройств, а также обмен специальными служебными сигналами. Т.о. системную шину условно можно разделить на шину данных, адресную (для сообщения всем устройствам - кому эти данные предназначены) и шину управления.

Шина входит в состав материнской платы, на которой располагаются ее проводники и разъемы (слоты) для подключения плат адаптеров устройств (видеокарты, звуковые карты, внутренние модемы, накопители информации, устройства ввода/вывода и т. д.) и расширений базовой конфигурации (дополнительные пустующие разъемы). Чем выше тактовая частота системной шины, тем быстрее будет осуществляться передача информации между устройствами и, как следствие, увеличится общая производительность компьютера, т. е. повысится скорость компьютера.

2.2.6 Порты

Порты. Это тип интерфейса, разработанный для компьютеров для подключения различных периферийных устройств (порты предназначены для соединения периферийных устройств с материнской платой). Существует несколько видов портов.

- Параллельные порты (LPT). Параллельное соединение называют метод передачи нескольких сигналов с данными одновременно по нескольким параллельным каналам, способны передавать информацию байтами синхронно по восьми проводникам. Чаще всего параллельные порты LPT используются для подключения к компьютеру печатающих устройств (принтеров) (устаревший вариант).

- Последовательные порты (СОМ) Последовательные порты передают данные последовательно. Последовательным данный порт называется потому, что информация через него передаётся по одному биту, бит за битом (в отличие от параллельного порта).

- Порт PS/2. Во второй половине 1980-х годов компания IBM выпустила серию ПК под названием PS/2, у которые был специальный маленький круглый разъем для мыши, который впоследствии и стали называть PS/2. В современные компьютерах обычно имеется два разъема PS/2 для подключения мыши и клавиатуры.

- Порт USB (universal Serial Bus -- универсальная последовательная магистраль) -- интерфейс для подключения различных внешних устройств. В результате чего отпадает необходимость в установке дополнительных плат в слоты расширения и переконфигурировании системы. Персональные компьютеры, имеющие шину USB, позволяют подключать периферийные устройства и осуществляют их автоматическое конфигурирование, как только устройство физически будет присоединено к машине, и при этом нет необходимости перезагружать или выключать компьютер, а также запускать программы установки и конфигурирования.

- Порт FireWire это последовательная высокоскоростная шина, предназначенная для обмена цифровой информацией между компьютером и другими электронными устройствами.

2.2.7 Постоянное запоминающее устройство

Постоянное запоминающее устройство (англ. Read Only Memory) - энергонезависимая память, используется для хранения массива неизменяемых данных.

BIOS (Basic Input-output System -- базовая система ввода-вывода) - специальная программа, хранящаяся в микросхеме ПЗУ, которая отвечает за выполнение базовых функций и самопроверку системы каждый раз во время ее запуска. Другими словами, это встроенное в чип специальное программное обеспечение, которому отводится роль сборщика информации о системе и определение подключенного оборудования. BIOS содержит инструкции по управлению клавиатурой, монитором, накопителями, портами ввода/вывода, а также множеством дополнительных функций. Во время начальной загрузки компьютера при помощи программ, записанных в BIOS, происходит первоначальная проверка. В случае сбоя во время проверки BIOS может выдать информацию, позволяющую выявить причину сбоя. Кроме вывода сообщения на монитор, используется звуковой сигнал, воспроизводимый при помощи встроенного динамика. Звуковые сигналы по высоте тона, продолжительности и комбинациям могут различаться в зависимости от производителя и версии BIOS.

2.2.8 Видеокарта, звуковая карта, сетевая карта

Видеоадаптер (или видеокарта) - внутреннее устройство, установленное или интегрированное в один из разъемов материнской платы. Он служит для обработки информации, поступающей от процессора или из оперативной памяти на монитор, а также для выработки управляющих сигналов. Проще говоря, видеоадаптер нужен для того, чтобы формировать и выводить изображение на монитор. Специальная микросхема - видеоконтроллер считывает данные из ячеек видеопамяти и в соответствии с ними управляет монитором. Современные видеоадаптеры имеют собственный процессор, оперативную память и др.

Звуковой адаптер (звуковая карта). Первые компьютеры обходились без звуковых устройств. В настоящее время средства для работы со звуком считаются стандартными. Звуковая карта преобразует цифровой сигнал в звук. Он может быть интегрирован в чипсете материнской платы или выполнен как отдельная подключаемая плата. Разъемы звуковой карты выведены на заднюю стенку компьютера. Для воспроизведения звука к ним подключают звуковые колонки или наушники. Есть отдельный разъем, предназначенный для подключения микрофона.

Сетевая карта. Сетевая карта, также известная как сетевая плата или сетевой адаптер, позволяет компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети и служит для подключения к сети. По конструктивной реализации сетевые платы делятся на внутренние (отдельные платы) и внешние (преимущественно использующиеся в ноутбуках), встроенные в материнскую плату. В настоящее время сетевые платы довольно часто интегрированы в материнские платы для удобства и удешевления всего компьютера в целом.

2.2.9 Жесткий диск

Для длительного хранения данных и программ применяются жесткие диски, или как еще их называют винчестеры. Жесткие диски считаются внешними, хотя крепятся внутри корпуса системного блока. Выключение питания компьютера не приводит к очистке данных с этого диска, он может долговременно хранить большой объем информации. Устройство жесткого диска включает в себя: магнитные пластины, на которые записывается информация, головки чтения/записи, двигатели, которые заставляют вращаться пластины на высокой скорости и блок электроники, играющие большую роль в производительности жестких дисков. С каждым годом винчестеры модернизируются и совершенствуются - становятся быстрее, скоростнее и вместительнее. Однако многие специалисты считают, что данной магнитной технологии уже давно пора уйти на «пенсию». Ведь современный жесткий диск обладает рядом недостатков - высокое энергопотребление, шумность, тепловыделение, низкий уровень защиты данных. На рынке появились «гибридные» жесткие диски, в корпусе которых содержатся как обычные жесткие диски, так и новые флэш-микросхемы.

Для долговременного хранения информации, помимо жесткого диска, используются лазерные дисководы, диски и устройства на основе flash-памяти. Flash-память - это энергонезависимый тип памяти, позволяющий записывать и долговременно хранить данные в микросхемах. Устройства на основе flash-памяти не имеют в своём составе движущихся частей, что обеспечивает высокую сохранность данных при их использовании в мобильных устройствах. Для записи или считывания информации накопители подключаются к компьютеру через USB-порт.

2.3 Устройства ввода/вывода информации

2.3.1 Устройства ввода информации

1. Стандартным устройством для ввода информации в компьютер является клавиатура. C ее помощью можно вводить числовую и текстовую информацию, а также различные команды и данные. На сегодняшний день существует несколько моделей клавиатуры. Они различаются по конструкциям и количеством клавиш:

классические клавиатуры имеют прямоугольную форму, где клавиши расположены горизонтальными рядами параллельно друг другу;

эргономические клавиатуры разделены на две части, которые располагаются под углом 120 градусов относительно друг друга, профиль алфавитной части имеет форму выпуклой дуги. Благодаря такой конструкции нет необходимости держать руки параллельно плоскости стола;

раздвижные клавиатуры состоят из двух несвязанных блоков, которые можно расположить под любым удобным углом;

ромбические клавиатуры имеют форму ромба и расположены под углом к вертикали, благодаря чему при десятипальцевой «слепой» печати руки занимают более естественное положение.

Все клавиши на клавиатуре можно условно разделить на несколько групп:

- алфавитно-цифровые клавиши;

- функциональные клавиши;

- управляющие клавиши;

- клавиши управления курсором;

- цифровые клавиши (калькуляторый блок).

2. Манипулятор мышь. Широкое использование графического интерфейса привело к появлению манипулятор «мышь». Компьютерная мышь - манипулятор, преобразующий движение в управляющий сигнал. В частности, сигнал может быть использован для позиционирования курсора или прокрутки страниц.

По способу считывания информации их можно классифицировать на: механические и оптические. На нижней поверхности механической мыши имеется шарик. Перемещение мыши по ровной поверхности приводит к вращению шарика. При этом он взаимодействует с датчиками внутри корпуса мыши, в результате чего вырабатывается сигнал, который заставляет перемещаться указатель мыши на экране монитора. Оптическая мышь имеет красный светодиод для подсветки и миниатюрную видеокамеру, которая делает снимки поверхности под ней. Специальный процессор сравнивает два последовательных кадра, что бы вычислить величину и направления смещения.

Качество мыши определяется ее разрешающей способностью.

3. Сканер - это устройство, которое, анализируя какой-либо объект (изображение, текст), создаёт цифровую копию изображения объекта. Процесс получения этой копии называется сканированием. Принцип действия сканера состоит в том, что отдельные элементы носителя информации (бумага, картон, ткани и т.д.) подсвечиваются яркой лампой, фотодиоды фиксируют отражение цвета конкретной точки изображения, цвет точки определенным образом кодируется и передается в процессор или основную память, где обрабатывается специальной программой. Таким образом, сканер преобразует изображение в последовательность точек разного цвета, которая передается обрабатывающей изображение программе.

Сканеры подразделяются на планшетные, рулонные и ручные.

4. Трекбол, тачпад. Трекбол, или шариковый манипулятор, напоминает перевернутую мышь. Аналогично мыши по принципу действия и по функциям. Тачпамд (англ. touchpad -- сенсорная площадка), сенсорная панель -- указательное устройство ввода информации.

5. Джойстик, или ручка управления, был разработан специально для игр. Так же как мышь и трекбол, он позволяет перемещать курсор или графический объект по монитору. Джойстик представляет собой рукоятку, отклоняющуюся во все стороны, и несколько кнопок на небольшой панели - для выполнения простейших действий.

6. Сенсорный экран.

7. Световое перо (англ. light pen, также -- стило, англ. stylus)- специальный манипулятор, один из инструментов ввода графических данных в компьютер. Соприкосновение пера с экраном замыкает фотоэлектрическую цепь и определяет место ввода или коррекции данных.

2.3.2 Устройства вывода информации

1. Мониторы. Монитор предназначен для визуального отображения символьной и графической информации. Современный монитор состоит из экрана (дисплея), блока питания, плат управления и корпуса. Информация для отображения на мониторе поступает с электронного устройства, формирующего видеосигнал (в компьютере - видеокарта). В качестве монитора может применяться и телевизор.

Сегодня мониторы для компьютеров выпускают многие известные фирмы, такие как Acer, Apple, ASUSTek, BenQ, Dell, Hitachi, LG Electronics, NEC/Mitsubishi, Philips, Samsung, ViewSonic и др. В зависимости от технологии производства их можно разделить на следующие группы:

1. ЭЛТ - мониторы на основе электронно-лучевой трубки Ray Tube);

2. ЖК - жидкокристаллические мониторы (англ. LCD - Liquid Crystal Display);

3. Плазменные - мониторы на основе плазменной панели (англ. PDP - Plasma Display Panel);

4. Проекционные - видеопроектор и экран монитора размещаются отдельно или объединены в одном корпусе;

5. OLED-монитор - на основе технологии OLED (англ. Organic Light-Emitting Diode - органический светоизлучающий диод).

Ещё существуют виртуальные ретинальные мониторы (англ. VRD - Virtual Retinal Display) - устройства вывода, формирующие изображение непосредственно на сетчатке глаза. В результате пользователь видит изображение, как бы висящее перед ним в воздухе. Мониторы ЭЛТ уже ушли в прошлое, плазменные и проекционные - довольно дорогие, а наибольшей популярностью сегодня пользуются жидкокристаллические мониторы (ЖК-мониторы).

Первый рабочий жидкокристаллический дисплей был создан Фергесоном (Fergason) в 1970 году. Жидкие кристаллы - это органические вещества, способные под напряжением изменять величину пропускаемого света. ЖК монитор представляет собой две стеклянных или пластиковых пластины, между которыми находится суспензия. Кристаллы в этой суспензии расположены параллельно по отношению друг к другу, тем самым они позволяют свету проникать через панель. При подаче электрического тока расположение кристаллов изменяется, и они начинают препятствовать прохождению света. ЖК технология получила широкое распространение в компьютерах и в проекционном оборудовании. Отметим, что первые жидкие кристаллы отличались своей нестабильностью и были мало пригодными к массовому производству. Реальное развитие ЖК технологии началось с изобретением английскими учеными стабильного жидкого кристалла - бифенила. Жидкокристаллические дисплеи первого поколения можно наблюдать в калькуляторах, электронных играх и в часах.

Как работает ЖК монитор. Поперечное сечение панели на тонкопленочных транзисторах представляет собой многослойный бутерброд. Крайний слой любой из сторон выполнен из стекла. Между этими слоями расположен тонкопленочный транзистор, панель цветного фильтра, обеспечивающая нужный цвет - красный, синий или зеленый, и слой жидких кристаллов. Вдобавок ко всему существует флуоресцентная подсветка, освещающая экран изнутри. При нормальных условиях, когда нет электрического заряда, жидкие кристаллы находятся в аморфном состоянии. В этом состоянии жидкие кристаллы пропускают свет. Количеством света, проходящего через жидкие кристаллы, можно управлять с помощью электрических зарядов - при этом изменяется ориентация кристаллов. Как и в традиционных электроннолучевых трубках, пиксель формируется из трех участков - красного, зеленого и синего. А различные цвета получаются в результате изменения величины соответствующего электрического заряда (что приводит к повороту кристалла и изменению яркости проходящего светового потока). TFT экран состоит из целой сетки таких пикселей, где работой каждого цветового участка каждого пикселя управляет отдельный транзистор.

Важнейшие характеристики ЖК - мониторов:

- Тип матрицы - технология, по которой изготовлен ЖК- монитор.

- Класс матрицы - по ISO 13406-2 (стандарт ISO на визуальную эргономику ЖК-дисплеев. Полное название «Ergonomic requirements for work with visual displays based on flat panels - Part 2: Ergonomic requirements for flat panel displays»).

- Разрешение - горизонтальный и вертикальный размеры, выраженные в пикселях. В отличие от ЭЛТ-мониторов, ЖК имеют одно фиксированное разрешение, остальные достигаются интерполяцией (интерполяция - в вычислительной математике способ нахождения промежуточных значений величины по имеющемуся дискретному набору известных значений).

- Размер точки (размер пикселя) - расстояние между центрами соседних пикселей. Непосредственно связан с физическим разрешением.

- Соотношение сторон экрана (пропорциональный формат) - отношение ширины к высоте (5:4, 4:3, 3:2 (15ч10), 8:5 (16ч10), 5:3 (15ч9), 16:9 и др.).

- Контрастность - отношение яркостей самой светлой и самой тёмной точек при заданной яркости подсветки. В некоторых мониторах используется адаптивный уровень подсветки с использованием дополнительных ламп, приведённая для них цифра контрастности (так называемая динамическая) не относится к статическому изображению.

- Яркость - количество света, излучаемое дисплеем, обычно измеряется в канделах на квадратный метр.

- Угол обзора - угол, при котором падение контраста достигает заданного, для разных типов матриц и разными производителями вычисляется по-разному, и часто не подлежит сравнению.

2.4 Программное обеспечение компьютера

Основной функцией компьютера является обработка информации. Рассмотрим, каким образом компьютер обрабатывает информацию. В шестидесятые годы, когда компьютер еще назывался электронно-вычислительной машиной, он мог только вычислять. Процесс обработки информации состоял в операциях над числовыми данными. В семидесятые годы пользователь получил возможность редактировать и форматировать текстовые документы на компьютере. В настоящее время большая часть компьютеров и большая часть времени работы с ними используется для работы именно с текстовыми данными. В восьмидесятые годы появились первые персональные компьютеры, способные работать с графической информацией. Сейчас компьютерная графика широко используется в деловой графике, в компьютерном моделировании, при подготовке презентаций, в рекламе, в анимационном кино и т.д. В девяностые годы компьютер получил возможность обрабатывать звуковую информацию. Работа со звуковыми данными является необходимой частью для незрячего пользователя.

Для того чтобы числовая, текстовая, графическая и звуковая информация могли обрабатываться, они должны быть представлены в виде данных. Данные хранятся и обрабатываются в компьютере на машинном языке - в виде нулей и единиц. Для того, чтобы компьютер «знал», что ему делать с данными и как их обрабатывать, он должен получить определенную команду или инструкцию. Такой командой может быть, например, «сложить два числа».

Обычно для решения какой-либо задачи процессору требуется не единичная команда, а их последовательность. Такая последовательность команд называется программой. Все, что делает компьютер, он делает в соответствии с инструкциями, составленными человеком - программами. Без программ любая аппаратура просто груда железа.

Все используемые в компьютере программы принято называть программным обеспечением. Программное обеспечение можно условно разделить на три класса: системное, прикладное, инструментальное.

Программное обеспечение - совокупность программ, обрабатывающих данные и управляющих работой компьютера.

Программная обработка данных на компьютере реализуется следующим образом. После запуска программы, хранящейся во внешней долговременной памяти на выполнение, она загружается в оперативную память. Процессор последовательно считывает команды программы и выполняет их. Данные, полученные в процессе выполнения команды, записываются процессором в оперативную или во внешнюю память. Процессор может запрашивать данные с устройства ввода информации и пересылать данные на устройства вывода информации.

К программному обеспечению относится также вся область деятельности по проектированию и разработке программных продуктов. А также:

- технология проектирования программ;

- методы тестирования программ;

- методы доказательства правильности программ;

- анализ качества работы программ;

- документирование программ;

- разработка и использование программных средств, облегчающих процесс проектирования программного обеспечения, и многое другое.

Программное обеспечение - неотъемлемая часть компьютерной системы. Оно является логическим продолжением технических средств. Сфера применения конкретного компьютера определяется созданным для него ПО.

Сам по себе компьютер не обладает знаниями ни в одной области применения. Все эти знания сосредоточены в выполняемых на компьютерах программах.

В зависимости от назначения все программные обеспечения (ПО) принято разделять на три основных класса: системное ПО, прикладное ПО, инструментарий программирования.

2.4.1 Системное программное обеспечение

Системное программное обеспечение - совокупность программ и программных комплексов для обеспечения работы компьютера и компьютерных сетей. Системные программы управляют работой аппаратных средств и обеспечивают услугами нас и наши прикладные комплексы. Также они направлены на:

- создание операционной среды функционирования других программ;

- обеспечение надежной и эффективной работой компьютера и вычислительной сети;

- проведение диагностики и профилактики аппаратуры компьютера и вычислительных сетей;

- выполнение вспомогательных технологических процессов (копирование, архивирование, восстановление файлов программ и баз данных и т.д.) и др.

Данный класс программных продуктов в основном ориентирован на опытных пользователей - профессионалов в компьютерной области. Однако знание базовой технологии работы с этим классом программных продуктов требуется и пользователям персонального компьютера, которые самостоятельно не только работают со своими программами, но и выполняют обслуживание компьютера, программ и данных. Основная функция данного класса программ является координация работы различных компонентов компьютера и роль посредника между прикладными программами и аппаратным обеспечением.

По функциональному назначению в системном программном обеспечении можно выделить: базовое программное обеспечение, содержащее операционные системы и операционные оболочки; сервисное программное обеспечение, содержащие программы диагностики работоспособности компьютера, антивирусные программы, программы обслуживания дисков, программы архивирования данных, драйверы, программы обслуживания сетей. Большая часть системного программного обеспечения входит в состав операционной системы.

2.4.2 Прикладное программное обеспечение

Все имеющиеся на компьютере прикладные программы составляют прикладное программное обеспечение. Оно определяет прикладную среду и правила работы в ней. Прикладная среда всегда является «дружественной» по отношению к любому человеку, овладевшим несложными приемами работы в ней. Прикладные программы могут работать на компьютере только при условии, что на компьютере уже установлена операционная система.

Прикладное программное обеспечение - это распространенный класс программных продуктов, представляющий наибольший интерес для пользователя. Оно предназначено для решения повседневных и профессиональных задач обработки информации. Все эти программы пишутся по принципу максимального удобства для пользователя, они обладают дружественным интерфейсом.

Каждая прикладная среда предназначена для создания и исследования определенного вида компьютерного объекта. Например, для создания графического объекта предназначена среда графического редактора, для работы с текстом - среда текстового процессора.

Комплекс прикладных программ в среде операционной системы Windows называют приложением. Нередко его называют также пакетом прикладных программ.

Прикладное программное обеспечение делится на три группы в зависимости от сферы применения: прикладные программы общего назначения, специализированные прикладные программы и интегрированные пакеты прикладных программ (ППП).

- прикладные программы общего назначения. К ним относятся текстовые редакторы и процессоры, электронные таблицы, системы управления базами данных, графические редакторы, программы подготовки презентаций и др.

Текстовые редакторы предназначены для создания и обработки текстовой информации. Они ориентированы на работу с текстами, состоящими из разделов, страниц, абзацев, предложений, слов и т.д. Текстовые редакторы позволяют использовать различные шрифты, проверять правописание, создавать таблицы и диаграммы, строить оглавления и т.п. Наибольшее распространение получили текстовые редакторы WordPad, Microsoft Word, ChiWriter и др. Основное отличие текстовых процессоров от текстовых редакторов в том, что они позволяют не только вводить и редактировать тексты, но и форматировать их, 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.

Электронные таблицы обеспечивают работу с большими массивами числовой информации. 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. При запуске процессора электронных таблиц на экране проявляется прямоугольная таблица, в ячейках которой могут находиться числа, тексты и формулы для расчета значений элементов таблицы. Результаты расчетов можно наглядно представить на графиках и диаграммах. 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, то есть всюду, где необходимо автоматизировать регулярно повторяющиеся вычисления достаточно больших объемов числовых данных. Наибольшей популярностью пользуются электронные таблицы Microsoft Excel, Lotus 1-2-3, Quattro Pro и др.

Системы управления базами данных (СУБД) позволяют управлять большими информационными массивами - базами данных (БД), организованными в табличные структуры. Управление базой данных включает в себя ввод данных, их коррекцию, добавление, удаление, извлечение, обновление данных. Многие СУБД дополнительно предоставляют возможности проведения простейшего анализа данных и их обработки. Наибольшей популярностью пользуются СУБД Microsoft Access, Microsoft FoxPro, Paradox и др.

Графические редакторы предназначены для создания и обработки графических документов, включая диаграммы, иллюстрации, чертежи, таблицы. Возможно управление размером фигур и шрифтов, формирование любых изображений. В данном классе различают следующие категории: растровые редакторы, векторные редакторы и программные средства для создания и обработки трехмерной графики (3D-редакторы). Из имеющихся редакторов можно выделить Paint, Corel Draw, Adobe Photoshop, Adobe Illustrator, редакторы для создания трехмерных изображений: AutoDesk 3D Studio, Corel Dream 3D и др.

Программы подготовки презентаций оформляют слайды для презентации, помещая в них диаграммы, рисунки, надписи, анимацию. Примером таких программ являются Microsoft PowerPoint, Freelance Graphics фирмы Lotus, Harvard Graphics фирмы Software Publishing.

- специализированные прикладные программы. К ним относятся прикладные программы, имеющие своей целью решение каких-либо узкоспециальных задач определенной профессиональной направленности: издательские системы (PageMaker, Ventura Publisher); бухгалтерские программы («1С: Бухгалтерия», Инфобухгалтер, Парус, Бэст); программы финансового анализа (ЭДИП, «Альт-Финансы», «Альт-Инвест», Project Expert); правовые базы данных (Консультант-Плюс, Гарант); банковские системы (RS-BANK, «Ва-Банк СТАРТ»); программы создания рисунков, анимационных и видеофильмов; системы автоматизированного проектирования (САПР) - программы конструирования различных механизмов («Компас», AutoCad); математические программы (Mathematika, MathCAD, Maple, Mathlab); программы статистического анализа данных (Statbraph, Statistica); программы распознавания текстов (FineReader, Cunieform); программы-переводчики и программы-словари (Stylus, Сократ, Мультилекс); программы проверки правописания и грамматики (ОРФО, Агама); компьютерные игры, обучающие программы, электронные учебники, справочники и т.д.

- Интегрированные пакеты прикладных программ - набор нескольких программных продуктов, функционально дополняющих друг друга, поддерживающих единые информационные технологии и реализованных на общей вычислительной и операционной платформе, например, пакеты Microsoft Office, Microsoft Works, Corel Office, Lotus SmartSuite и др.

Интегрированные пакеты имеют однотипный интерфейс для всех программ, входящих в их состав (общие команды меню, стандартные пиктограммы для одних и тех же функций, стандартные приемы работы с диалоговыми окнами), общий сервис и единые технологические приемы работы. Например OLE, обеспечивают возможность создания сложных документов, объединяющих в себе возможности различных программ, входящих в состав пакета.

Компоненты интегрированных пакетов могут применяться изолированно друг от друга, но основные достоинства этих пакетов проявляются при совместном использовании их компонентов.

Примером интегрированного пакета, выпускаемого фирмой Mirosoft и широко известного в нашей стране, является пакет программ Microsoft Office, который может включать следующие основные программы (приложения): текстовый редактор (процессор) MS Word; табличный процессор MS Excel; СУБД MS Access; программу для создания презентаций MS PowerPoint; MS Outlook - органайзер (личный секретарь), средство для отправки и получения сообщений электронной почты; MS Publisher - программу для верстки и вывода на печать брошюр, рекламных листков, буклетов и т. п.; MS FrontPage - программу для создания Web-страниц и т.д.

2.4.3 Инструментальное программное обеспечение

Инструментальное программное обеспечение - программное обеспечение, предназначенное для использования в ходе проектирования, разработки и сопровождения программ, в отличие от прикладного и системного программного обеспечения. Это система для автоматизации разработки новых программ на языке программирования.

Инструментальное программное обеспечение объединяется в системы программирования. Системы программирования - комплексы программ и прочих средств, предназначенных для разработки и эксплуатации программ на конкретном языке программирования для конкретного вида компьютера.

Система программирования обычно включает в себя:

- компилятор или интерпретатор;

- интегрированную среду разработки;

- средства создания и редактирования текстов программ;

- обширные библиотеки стандартных программ и функций;

- отладочные программы, т.е. программы, помогающие находить и устранять ошибки в программе;

- «дружественная» к пользователю диалоговая среда;

- мощные графические библиотеки и утилиты для работы с библиотеками;

- встроенный ассемблер;

- встроенную справочную службу и другие специфические особенности.

Популярные системы программирования - Turbo Basic, Quick Basic, Turbo Pascal, Turbo C и др.

Получили распространение системы программирования, ориентированные на создание Windows-приложений:

- Borland Delphi - наследник семейства компиляторов Borland Pascal;

- Microsoft Visual Basic -- удобный и популярный инструмент для создания Windows-программ с использованием визуальных средств.

- Borland C++ -- средство для разработки DOS и Windows приложений.

- Язык Бейсик (BASIC -- Beginners All-purpose Symbolic Instruction Code) - универсальный символьный код для начинающих. Существует много различных версий Бейсика. Наибольшее распространение имеют следующие версии: QuickBasic (QBasic), Visual Basic. QBasic входит в минимальный комплект поставки программного обеспечения компьютера.

- Язык Паскаль, разработанный в 1970 г. Никласом Виртом как язык обучения студентов программированию. Интегрированная оболочка Turbo Pascal, разработанная фирмой Borland (ныне Inprise), включает в себя редактор, компилятор, компоновщик и отладчик, а также интерактивную справочную систему.

- Язык Си, разработанный Деннисом Ритчи в 1972 г. как язык, пригодный для программирования новой операционной системы UNIX. Язык СИ обрел популярность как язык, в котором удобство, краткость и мобильность языков высокого уровня сочетаются с возможностью непосредственного доступа к аппаратуре компьютера, что обычно достигаются только при программировании на языке ассемблера.

Программы-трансляторы являются главной частью систем программирования.

Транслятор (англ. translator - переводчик) - это программа-переводчик, преобразующая программу, написанную на одном из языков программирования, в программу, состоящую из машинных команд.

Трансляторы бывают двух типов:

Компилятор (англ. compiler - составитель, собиратель) преобразует программу целиком и создает готовую к выполнению программу на машинном языке. В дальнейшем компилятор для работы самой программы уже не нужен.

Интерпретатор (англ. interpreter - истолкователь) переводит и выполняет программу в пошаговом режиме. Никакого файла, содержащего готовую программу на машинном языке, не создается. Таким образом, программа, обрабатываемая интерпретатором, должна заново переводиться на машинный язык при каждом очередном ее запуске.

Современные системы программирования часто включают в себя оба варианта трансляторов.

Специализированные редакторы исходных текстов - текстовые редакторы для создания и редактирования исходного кода программ. Специализированный редактор исходных текстов может быть отдельным приложением или может быть встроен в интегрированную среду разработки;

Библиотеки подпрограмм - сборники подпрограмм или объектов, используемых для разработки программного обеспечения.

3. Операционные системы

3.1 Общие сведения об операционных системах

Для каждой компьютерной системы существует комплект программ, обеспечивающие функционирование компьютера, управление аппаратными и программными ресурсами, взаимодействие пользователя и компьютера. Совокупность этих программных средств называется операционной системой. Операционная система (ОС) является базовой и необходимой составляющей программного обеспечения, без нее компьютер не может работать в принципе.

Основными задачами всех операционных систем является:

Принимать на себя сигналы-команды, которые посылают другие программы, и «переводить» их на понятный компьютеру язык.

Управлять всеми подключенными к компьютеру устройствами, обеспечивая доступ к ним другим программам.

Обеспечить пользователю удобство работы с компьютером.

Получается, что каждая операционная система состоит как минимум из трех обязательных частей. Таким образом, структура операционной системы будет состоять из следующих компонентов:

ядра, обеспечивающего важнейшие функции ОС (распределение памяти, запуск процессов и др.);

набора драйверов (модули, управляющие каким-то определенным периферийным устройством, например, драйвер принтера или драйвер сетевой карты);

комплекта прикладных программ (например, простейший текстовый и графический редактор).

Из этого можно сделать вывод, что основными функциями всех операционных систем являются:

- загрузка программ в оперативную память и управление ходом их выполнения;

- обеспечение операций по обмену данными между выполняющейся программой и внешними устройствами;

- обслуживание нестандартных ситуаций в ходе выполнения программы;

- удаление выполненной программы из оперативной памяти и освобождение места для загрузки новой программы;

- организация хранения и поиска программ и данных на внешних носителях;

- организация взаимодействия пользователя и операционной системы - прием и выполнение команд пользователя;

- выполнение различных вспомогательных (сервисных) функций, таких как форматирование дисковых устройств, копирование информации с одного дискового устройства на другое и некоторые другие.

В настоящее время наибольшее распространение имеют следующие операционные системы: MS DOS (Microsoft Disk Operation System) - выпускается фирмой Microsoft с 1981 г.; она работает в текстовом режиме; известны также ее разновидности от других фирм-разработчиков: DR DOS, PC DOS; OS/2 - разрабатывается фирмой IBM; Unix - создана корпорацией Bell Laboratory; МасОС - выпускается фирмой Apple для компьютеров типа Macintosh; NetWare - сетевая операционная система, выпускается фирмой Novell; Windows 95/98/NT/2000/XP/2003/2007/2010/2013 - разрабатываются фирмой Microsoft.

Различают однозадачные, многозадачные и многопользовательские системы.

Однозадачными называются ОС, позволяющие выполнять только одну программу в каждый сеанс работы пользователя. Для запуска другой программы необходимо завершить или временно приостановить работу с предыдущей.

Многозадачные ОС позволяют одновременное выполнение нескольких программ (задач). Многозадачность - свойство операционной системы или среды выполнения обеспечивать возможность параллельной (или псевдопараллельной) обработки нескольких процессов. Существует 2 типа многозадачности:

- Процессная многозадачность (основанная на процессах -- одновременно выполняющихся программах). Здесь программа -- наименьший элемент кода, которым может управлять планировщик операционной системы. Более известна большинству пользователей (работа в текстовом редакторе и прослушивание музыки).

- Поточная многозадачность (основанная на потоках). Наименьший элемент управляемого кода -- поток (одна программа может выполнять 2 и более задачи одновременно).

Центральный процессор выполняет небольшие фрагменты запущенных программ поочередно, переключаясь между ними несколько десятков раз в секунду. Время, отведенное для выполнения каждого фрагмента задачи, называется квантом. Количество одновременно выполняющихся задач ограничивается объемом памяти и производительностью системы. Более существенно для пользователя, что для запуска новой программы нет необходимости завершать остальные и можно работать параллельно с несколькими программами. Практически все современные ОС являются многозадачными.

Многопользовательские ОС появились исторически раньше других типов ОС. Они были предназначены для работы на мини- и суперкомпьютерах одновременно большого числа программ различных пользователей. В настоящее время многопользовательские ОС широко используются на серверах в информационных сетях. К этому типу ОС относится большинство операционных систем, например, Unix, Linux, Solaris и их многочисленные аналоги.

Системы реального времени обеспечивают гарантированное время реакции на наступление внешнего события (например, появление сигнала от датчика). Такие системы могут использоваться для управления критически важным оборудованием (станками, технологическими процессами, средствами передвижения, военной и космической техникой, энергетическими установками). В персональных компьютерах системы реального времени не применяются, так как они требуют специального аппаратного обеспечения.

Сегодня существует большое количество разных типов операционных систем, отличающихся областями применения, аппаратными платформами и методами реализации. Естественно, это обуславливает и значительные функциональные различия этих операционных систем. Существует несколько разновидностей операционных систем, например Windows, Unix, Linux, OS/2 и другие. Одной из самых популярных в нашей стране является операционная система Windows.

Рассмотрим основные термины, использующиеся при работе в любой операционной системе.

Файл. Файл - это логически связанная совокупность данных и программ, для размещения которой во внешней памяти выделяется именованная область. Каждый файл имеет свое имя, состоящее из двух частей: имя (название файла) и идентификатор, определяющий его тип и называемый расширением. Имя файла дается пользователем, а тип файла обычно задается программой автоматически при его создании. Обычно расширение состоит из трех редко - из четырех букв и отделяется от имени файла точкой. Например, Учебник.doc: Учебник - имя файла, doc - расширение, указывающее, что документ был создан в текстовом редакторе MS Word.

Над файлами могут быть выполнены следующие операции:

Создание файла осуществляется по указанию пользователя или автоматически средствами различных программных систем. За создаваемым файлом закрепляется название, ему выделяется место на дисковом носителе, и он определенным образом регистрируется в операционной системе.

Открытие файла означает подготовку файла к работе с какой-либо программной системой. Процесс подготовки, в частности, включает в себя поиск файла на носителе и организацию различных вспомогательных таблиц, с помощью которых информация либо заносится в файл, либо выбирается из него.

Закрытие файла означает разрыв связи между файлом и программной системой и сохранение его текущего состояния. Закрытие файла аналогично возврату документа, в который вносились изменения, на место его постоянного хранения.

Изменением файла считается внесение любых изменений в данные, являющиеся его содержимым. Внесение изменений в содержащий какой-либо текст файл принято также называть редактированием файла.

Копирование файла означает, что на том же самом или на другом внешнем устройстве или носителе информации создается точная копия исходного файла.

Перемещение файла означает, что после копирования файла на другое место оригинал уничтожается, в результате остается только один его экземпляр.

Переименование файла означает закрепление за файлом нового названия, при этом старое его название безвозвратно теряется.

Удаление файла приходится выполнять в случаях, когда устаревшая информация, хранящаяся в файлах, загромождает внешний носитель.

Файловая система. На каждом носителе информации, например на жестком диске, может храниться огромное количество файлов. Порядок хранения файлов определяется установленной файловой системой.

Файловая система - порядок, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях информации в компьютерах, а также в другом электронном оборудовании: цифровых фотоаппаратах, мобильных телефонах и т.п. Файловая система определяет формат содержимого и способ физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов. Конкретная файловая система определяет размер имен файлов, максимальный возможный размер файла и раздела, набор атрибутов файла. Некоторые файловые системы предоставляют сервисные возможности, например, разграничение доступа или шифрование файлов.

Хранение файлов организуется в иерархической структуре, которая в данном случае называется файловой структурой. В качестве вершины структуры служит имя носителя, на котором сохраняются файлы. Далее файлы группируются в каталоги (папки), внутри которых могут быть созданы вложенные каталоги (папки). Путь доступа к файлу начинается с имени устройства и включает все имена каталогов (папок), через которые он проходит. В качестве разделителя используется символ «\» (обратная косая черта).

Уникальность имени файла обеспечивается тем, что полным именем файла считается собственное имя файла вместе с путем доступа к нему. Понятно, что в этом случае на одном носителе не может быть двух файлов с тождественными полными именами.

Папка (каталог, директория) - специфичный файл, содержащий список хранящихся в нём объектов. В качестве таких объектов могут быть файлы или другие папки. Каждая папка имеет имя.

Путь к файлу. Для того чтобы найти файл в иерархической файловой структуре, необходимо указать путь к файлу. Путь - это список каталогов в порядке их подчинённости. В путь к файлу входят записываемые через разделитель «\» (косую черту) логическое имя диска и последовательность имен вложенных в друг друга каталогов, в последнем из которых находится нужный файл. Путь к файлу вместе с его именем называют полным именем файла.

...