Информатика в современном научном знании

Флэш-память.

К недостаткам дисковой памяти можно отнести наличие механических движущихся компонентов, имеющих малую надежность, и большую потребляемую мощность при записи и считывании. Появление большого числа цифровых устройств (МР3-плееры, цифровые фото- и видеокамеры, карманные компьютеры) потребовало разработки миниатюрных устройств внешней памяти, обладающих малой энергоемкостью, значительной емкостью и обеспечивали бы совместимость с персональными компьютерами. Первые промышленные образцы такой памяти появились в 1994 г. и получили название флэш-память.

Флэш-память представляет собой микросхему перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства (ППЗУ) с неограниченным числом циклов перезаписи. Конструктивно флэш-память выполняется в виде отдельного блока, содержащего микросхему флэш-памяти и контроллер, для подключения к одному из стандартных входов компьютера. Размеры этого блока 40 х 16 х 7 мм. Флэш-память, используемая в других цифровых устройствах, имеет иные размеры и конструктивное оформление. В настоящее время объем флэш-памяти достигает нескольких Гбайт, скорость записи и считывания составляют десятки Мбайт/с.

2.2.5 Устройства ввода/вывода данных

Видеотерминалы

Видеотерминалы предназначены для оперативного отображения текстовой и графической информации в целях визуального восприятия ее пользователей. Видеотерминал состоит из видеомонитора (дисплея) и видеоконтроллера.

Для ПК используются мониторы следующих типов:

- На основе электроннолучевой трубки (ЭЛТ);

- На основе жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ, LCD - Liguid Crystal Display);

- Плазменные мониторы (PDP - Plasma Display Panels);

- Электролюминесцентные мониторы (FED - Field Emission Display);

- Самоизлучающие мониторы (LEP - Light Emission Plastics).

Основные характеристики мониторов:

Размер экрана монитора - задается величиной диагонали в дюймах. Домашние ПК оснащаются мониторами с размерами 15 или 17 дюймов, а для профессиональной работы, требующей отображения мелких деталей, используются мониторы с размерами 21 и 22 дюйма.

Разрешающая способность - определяется числом пикселей (световых точек) по горизонтали и вертикали. Стандартные значения разрешающей способности современных мониторов следующие: 800 х 600, 1024 х 768, 1800 х 1440, 2048 х 1536 и др. Значение разрешающей способности определяет качество изображения на экране.

Рабочая частота кадровой развертки - определяет скорость смены кадров изображения. Она влияет на утомляемость глаз при продолжительной работе на компьютере. Чем выше частота кадровой развертки, тем меньше утомляемость глаз. Частота смены кадров во многом зависит от разрешающей способности экрана: чем выше разрешающая способность, тем меньше частота смены кадров. Например, при разрешении 800 х 600 максимальная частота смены кадров может составить 120 Гц, а при разрешении 1600 х 1200 - 67 Гц.

На разрешающую способность монитора и качество изображения влияет объем видеопамяти. Современные видеоконтроллеры для хранения цвета каждого пикселя расходуют 4 байт памяти, для чего необходимо иметь объем видеопамяти от 32 до 128 Мбайт. Больший объем видеопамяти позволяет устанавливать более высокий режим разрешения и большее число цветов для каждого пикселя.

Мониторы на основе ЭЛТ используют электроннолучевые трубки, применяемые в обычный телевизионных приемниках, и устройство, формирующее на экране точки (пиксели). Для цветных мониторов цвет точки создается смещением тех основных цветов (красного, зеленого и синего) и зависит от интенсивности каждого электронного луча. Цветной монитор может отображать до 16 млн. оттенков в каждой точке.

Мониторы на жидкокристаллических индикаторах представляют собой плоские панели. Эти мониторы используют специальную, прозрачную жидкость, которая при определенных напряжениях электростатического поля кристаллизируется, при этом изменяется ее прозрачность и коэффициент преломления световых лучей. Эти эффекты используются для формирования изображения. Эти мониторы имеют лучшую яркость и предоставляют возможность смотреть на экран даже с отклонением до 45^о от вертикали.

В плазменных мониторах изображение формируется светом, выделяемым при газовом разряде в каждом пикселе экрана. Большими преимуществами таких мониторов являются высокая яркость и контрастность, отсутствие дрожания изображения, а также большой угол отклонения от нормали, при котором изображение сохраняет высокое качество. К недостаткам можно отнести недостаточную пока разрешающую способность и достаточно быстрое (пять лет при офисном использовании) ухудшение качества люминофора. Пока такие мониторы используют только для конференций и презентаций.

Электролюминесцентные мониторы состоят из двух пластин, с ортогонально нанесенными на них прозрачными проводниками. На одну из пластин нанесен слой люминофора, который начинает светится при подаче напряжения на проводники в точке их пересечения, образуя пиксель.

Самоизлучающие мониторы используют матрицу пикселей, построенную на основе полупроводникового материала, излучающего свет при подаче на него напряжения (светодиод). На сегодняшний день имеются монохромные самоизлучающие дисплеи с желтым свечением, но они уступают по сроку службы LCD мониторам. Достоинства таких мониторов заключаются в том, что они обеспечивают 180-градусный обзор, работают при низком напряжении питания и имеют малый вес.

Устройства ввода информации

Клавиатура. Клавиатурой называется устройство для ручного ввода информации в компьютер. Современные типы клавиатур различаются, в основном, принципом формирования сигнала при нажатии клавиши.

Среди современных типов клавиатур можно отметить беспроводную, в которой передача информации в компьютер происходит с помощью датчика инфракрасного излучения, аналогично пультам управления различной бытовой техники. Такая клавиатура позволяет работать в любом удобном для пользователя месте, не привязываясь к расположению системного блока. Можно также отметить гибкую резиновую клавиатуру, которая работает бесшумно, защищена от механических и химических разрушающих воздействий, очень тонкая и может быть свернута в виде цилиндра.

Клавиатурный процессор, который обрабатывает сигналы от клавиатуры, определяет номер клавиши, которая была нажата, так называемый скан-код, а сервисные программы операционной системы определяют, какой именно символ или команда были введены. Такой подход позволяет сопоставлять каждой клавише больше одного символа.

Манипулятор типа «мышь». В качестве дополнительных устройств для ручного ввода информации наиболее широко используются устройства графического ввода типа «мышь» и устройства для ввода информации в игровые программы - джойстики.

Манипулятор «мышь» представляет необходимое средство для работы с компьютером. Мышь представляет собой электронно-механическое устройство, внешний вид которой и принцип действия весьма разнообразны. Наиболее популярные типы мыши, применяемые в настольных компьютерах, имеют вид небольшой коробочки, сверху которой находятся две кнопки управления командами мыши и колесико скроллинга, применяемого для прокрутки информации в некоторых приложениях. На нижней части находится механическое или электронное устройство, отслеживающее перемещение мыши по поверхности. В портативных компьютерах мышь вмонтирована в его корпус и представляет собой площадку с сенсорами, которые отслеживают движение пальца по площадке и силу его давления и перемещают курсор по экрану или, при более сильном нажатие, выполняют команду. Такие устройства получили название трекпоинты или трекпады. Выпускаются мыши, передающие информацию в компьютер по инфракрасному каналу. У таких мышей отсутствует «хвостик», связывающий ее с компьютером, из-за которого она и получила свое имя.

Джойстик. Манипулятор типа является основным устройство для управления многочисленными компьютерными играми. Простейший джойстик представляет собой основание с укрепленной на нем рукояткой, на которой размещены четыре кнопки и двухпозиционный курок. Функции всех кнопок и положения рукоятки программируются и для разных игр могут иметь разные действия. Джойстики обеспечивают больший контроль над игрой и значительно полнее передают реальную игровую ситуацию. Для подключения джойстика используется стандартный вход, размещаемый обычно на разъеме звуковой карты, или другой стандартный вход компьютера.

Устройства печати

Существует несколько типов устройств, обеспечивающих получение твердой копии электронного документа на бумаге или другой материале. Наиболее распространены два типа таких устройств: принтеры и плоттеры.

Печатающие устройства (принтеры) предназначены для вывода информации на бумагу. Все принтеры могут выводить текстовую информацию, многие из них могут выводить также рисунки и графики, а некоторые принтеры могут выводить и цветные изображения. Существует несколько тысяч моделей принтеров, которые могут использоваться с IBM PC. Как правило, применяются принтеры следующих типов: матричные, струйные и лазерные, однако встречаются и другие (светодиодные, термопринтеры и т.д.).

Основной характеристикой принтера, определяющей качество бумажного документа, является разрешающая способность, измеряющаяся числом элементарных точек, которые помещаются на одном дюйме. Чем выше разрешающая способность, тем точнее воспроизводятся детали изображения. Современные принтеры обеспечивают разрешение от 200 до 2880 dpi.

Еще одной важной характеристикой является производительность принтера, которая измеряется количеством страниц, изготавляемый принтером в минуту. Обычно производительность указывается для страниц формата А4.

Матричные (или точечно-матричные) принтеры - наиболее распространенный, до недавнего времени тип принтеров для IBM PC . Принцип печати этих принтеров таков: печатающая головка принтера содержит вертикальный ряд тонких металлических стержней (иголок). Головка движется вдоль печатаемой строки, а стержни в нужный момент ударяют по бумаге через красящую ленту. Это и обеспечивает формирование на бумаге символов и изображений. В дешевых моделях принтеров используется печатающая головка с 9 стержнями. Качество печати у таких принтеров посредственное, но его можно несколько улучшить с помощью печати в несколько проходов (от двух до четырех). Более качественная и быстрая печать обеспечивается принтерами с 24 печатающими иголками (24-точечными принтерами). Бывают принтеры и с 48 иголками, они обеспечивают еще более качественную печать. Скорость печати точечно-матричных принтеров - от 60 до 10 с на страницу, печать рисунков может выполняться медленнее - до 5 мин на страницу. Разрешающая способность составляет 200 - 300 dpi. Достоинством является низкая стоимость расходных материалов (красящей ленты) и возможность печати одновременно нескольких копий документа. К недостаткам относится низкая скорость и шум при печати.

Струйные принтеры. В этих принтерах изображение формируется микрокаплями специальных чернил, выдуваемых на бумагу с помощью сопел. Число сопел составляет от 12 до 64. Струйные принтеры выполняют и цветную печать. Качество цветной печати получает очень высокое и практически неотличимо от типографского.

Достоинства: высокое разрешение, которое зависит от числа сопел в головке и составляет от 300 до 1200 dpi; высокая скорость печати (до 10 ppm); бесшумность работы.

Основной недостаток - высокая стоимость расходных материалов и возможность засыхания красителя в сопле, что приведет к замене всего печатающего блока.

Лазерные принтеры обеспечивают в настоящее время наилучшее качество печати. В этих принтерах для печати используется принцип ксерографии: изображение переносится на бумагу со специального барабана, к которому электрически притягиваются частички краски. Отличие от обычного ксерокопировального аппарата состоит в том, что печатающий барабан электризуется с помощью лазера по командам из компьютера.

К достоинствам можно отнести высокую скорость печати лазерных принтеров - от 15 до 5 с на страницу ( до 40 ppm) при выводе текстов (страницы с рисунками могут выводиться значительно дольше), а также низкую себестоимость копии и бесшумность работы.

Плоттеры. Плоттеры, или графопостроители, используются, в основном, для вывода графической информации - чертежи, схемы диаграммы и т.п. Основное достоинство заключается в том, что они предназначены для получения изображения на бумаге большого формата, например, А1.

Плоттеры делятся два больших класса: векторные и растровые. В векторных плоттерах пишущих узел перемещается относительно бумаги сразу по вертикали и горизонтали, вычерчивая на бумаге непрерывные кривые в любом направлении. В растровых - пишущий узел перемещается относительно бумаги только в одном направлении. Изображение формируется строка за строкой из последовательности точек.

Векторные плоттеры используют для рисования узел, который называется пером. В качестве пера, используются перья с чернилами, фибровые и пластиковые стержни (фломастеры), карандашные грифели и мелки или шариковые узлы однократного и многократного действия. Перьевые плоттеры обеспечивают высокое качество изображений, но имеют невысокую скорость работы. Постепенно перьевые и шариковые узлы плоттеров вытесняются струйными узлами, аналогичными узлам струйных принтеров.

Растровые плоттеры могут иметь струйный или лазерный пишущий узел. Их основное отличие от принтеров с подобным принципом работы в ширине обрабатываемого изображения.

Сканеры являются наиболее распространенными устройства для решения задачи перевода бумажных документов в электронные копии. Их можно классифицировать по целому ряду признаков. Прежде всего, сканеры бывают черно-белые и цветные.

Важной характеристикой сканеров является разрешающая способность, измеряющаяся количеством различаемых точек на дюйм изображения, и составляет от 75 до 1600 dpi. Для нормального распознавания образов, в частности, текстов, вполне достаточно 300-600 dpi. Разрешение необходимо выбирать индивидуально для каждого конкретного использования сканируемого изображения.

Увеличение разрешения резко увеличивает размер файла.

Конструктивно сканеры делятся на три типа: ручные, планшетные и роликовые. Ручные сканеры имеют малые габариты и низкую стоимость и позволяют сканировать изображения любого размера, но могут возникать искажения при совмещении частей изображения.

Планшетные сканеры - наиболее распространенный тип. В них сканирующая головка движется относительно неподвижного оригинала, который помещается на прозрачное стеклянное основание. Достоинство таких сканеров заключается в том, что с их помощью можно сканировать и листовые и сброшюрованные документы (книги). Скорость сканирования составляет 2 - 10 с на страницу формата А4. К недостаткам можно отнести необходимость ручного позиционирования каждой страницы оригинала.

Роликовые сканеры используются для пакетной обработки листовых документов. В них подача очередного листа для сканирования происходит автоматически. Сканирующая головка в таких сканерах неподвижна, а лист оригинала перемещается относительно нее. К недостаткам можно отнести проблему выравнивания листов и сложность работы с листами нестандартного размера.

3. Программные средства реализации информационных процессов

3.1 Классификация программного обеспечения

Программы -- это упорядоченные последовательности команд. Конечная цель любой компьютерной программы -- управление аппаратными средствами. Даже если на первый взгляд программа никак не взаимодействует с оборудованием, не требует никакого ввода данных с помощью устройств ввода и не осуществляет вывод данных на устройства вывода, все равно ее работа основана на управлении аппаратными устройствами компьютера.

Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и в непрерывном взаимодействии.

Состав программного обеспечения вычислительной системы называют программной конфигурацией. Между программами, как и между физическими узлами и блоками существует взаимосвязь -- многие программы работают, опираясь на другие программы более низкого уровня, то есть, мы можем говорить о межпрограммном интерфейсе. Возможность существования такого интерфейса тоже основана на существовании технических условий и протоколов взаимодействия, а на практике он обеспечивается распределением программного обеспечения на несколько взаимодействующих между собой уровней. Уровни программного обеспечения представляют собой пирамидальную конструкцию. Каждый следующий уровень опирается на программное обеспечение предшествующих уровней. Такое членение удобно для всех этапов работы с вычислительной системой, начиная с установки программ до практической эксплуатации и технического обслуживания. Обратите внимание на то, что каждый вышележащий уровень повышает функциональность всей системы. Так, например, вычислительная система с программным обеспечением базового уровня не способна выполнять большинство функций, но позволяет установить системное программное обеспечение.

3.1.1 Системное программное обеспечение компьютера

Системный уровень ПО -- переходный. Программы, работающие на этом уровне, обеспечивают взаимодействие прочих программ компьютерной системы с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обеспечением, то есть выполняют “посреднические” функции.

От программного обеспечения этого уровня во многом зависят эксплуатационные показатели всей вычислительной системы в целом. Так, например, при подключении к вычислительной системе нового оборудования на системном уровне должна быть установлена программа, обеспечивающая для других программ взаимосвязь с этим оборудованием. Конкретные программы, отвечающие за взаимодействие с конкретными устройствами, называются драйверами устройств -- они входят в состав программного обеспечения системного уровня.

Другой класс программ системного уровня отвечает за взаимодействие с пользователем. Именно благодаря им он получает возможность вводить данные в вычислительную систему, управлять ее работой и получать результат в удобной для себя форме. Эти программные средства называют средствами обеспечения пользовательского интерфейса. От них напрямую зависит удобство работы с компьютером и производительность труда на рабочем месте.

Совокупность программного обеспечения системного уровня образует ядро операционной системы компьютера. Если компьютер оснащен программным обеспечением системного уровня, то он уже подготовлен к установке программ более высоких уровней, к взаимодействию программных средств с оборудованием и, самое главное, к взаимодействию с пользователем. То есть наличие ядра операционной системы -- непременное условие для возможности практической работы человека с вычислительной системой.

3.1.2 Операционная система. Назначение и основные функции ОС

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

ОС - комплекс программ, обеспечивающих:

· управление ресурсами, т.е. согласованную работу всех аппаратных средств компьютеров;

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

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

ОС наиболее машинно-зависимый вид программного обеспечения, ориентированный на конкретные модели компьютеров, поскольку они напрямую управляют их устройствами, т.е. обеспечивают интерфейс между пользователем и аппаратной частью компьютера. ОС образует автономную среду, не связанную ни с одним языком программирования. Любая же прикладная программа связана с ОС и может эксплуатироваться только на тех компьютерах, где имеется аналогичная системная среда. Прикладные программные средства, разработанные в среде одной ОС, не могут быть использованы для работы в среде другой ОС, если нет конвертора, позволяющего сделать это. В таком случае говорят о программной несовместимости компьютеров.

Обычно ОС хранится на жестком диске. При включении компьютера ОС автоматически загружается с диска в оперативную память.

3.1.3 Эволюция ОС

ОС за все время существования компьютеров претерпели значительную эволюцию.

1. Первые операционные системы были однопользовательскими и однозначными. Они характеризуются невысокой эффективностью использования ресурсов компьютера из-за простоев всех, кроме одного работающего периферийного устройства. Например, при вводе данных простаивал центральный процессор, устройства вывода и внешние запоминающие устройства.

2. Однопользовательские и многозадачные - обеспечивают постановку заданий в очередь на выполнение, параллельное выполнение заданий, разделение ресурсов компьютера между выполняющимися заданиями. Например, одно задание может выполнять ввод данных, другое - выполняться центральным процессором, третье - выводить данные, четвертое - стоять в очереди. Такие возможности обеспечивают контролеры внешних устройств (собственные процессоры).

При многозадачном режиме:

· в оперативной памяти находится несколько заданий пользователей;

· время работы процессора разделяется между программами, находящимися в ОП и готовыми к обслуживанию процессором;

· параллельно с работой процессора происходит обмен информацией с различными внешними устройствами.

3. Наиболее совершенны и сложны многопользовательские многозадачные ОС. Они предусматривают одновременное выполнение многих заданий многих пользователей, обеспечивают разделение ресурсов компьютера в соответствии с приоритетами пользователей и защиту данных каждого пользователя от несанкционированного доступа. В этом случае ОС работает в режиме разделенного времени, т.е. обслуживает многих пользователей, работающих каждый со своего терминала.

В настоящее время используется много типов различных ОС для ЭВМ различных видов. В их структуре существуют общие принципы. В составе многих ОС можно выделить ядро - некоторую часть, являющуюся основой всей системы. В состав ядра входят наиболее часто используемые модули: модуль управления системой прерываний, средства по распределению основных ресурсов - ОП и процессор. Программы, входящие в состав ядра при загрузке ОС помещаются в ОЗУ, где постоянно находятся и используются при функционировании ЭВМ (такие программы являются резидентными). Важной частью ОС является командный процессор - программа, отвечающая за интерпретацию и использование простейших команд пользователя, и его взаимодействие с ядром ОС. К ОС следует относить и богатый набор утилит - небольших программ, обслуживающих различные устройства компьютера (форматирования магнитных дисков, восстановление удаленных файлов и т.д.).

Наиболее популярные ОС MS DOS и Windows фирмы Microsoft, UNIX.

3.1.4 Пользовательские интерфейсы

По реализации интерфейса пользователя различают неграфические и графические операционные системы. Неграфические операционные системы реализуют интерфейс командной строки. Основным устройством управления в данном случае является клавиатура. Управляющие команды вводят в поле командной строки, где их можно и редактировать. Исполнение команды начинается после ее утверждения, например, нажатием клавиши Enter. Для компьютеров платформы IBMPC интерфейс командной строки обеспечивается семейством операционных систем под общим названием MS-DOS (версии от MS-DOS 1.0 до MS-DOS 6.2).

Графические операционные системы реализуют более сложный тип интерфейса, в котором в качестве органа управления кроме клавиатуры может использоваться мышь или адекватное устройство позиционирования. Работа с графической операционной системой основана на взаимодействии активных и пассивных экранных элементов управления.

В качестве активного элемента управления выступает указатель мыши - графический объект, перемещение которого на экране синхронизировано с перемещением мыши.

В качестве пассивных элементов управления выступают графические элементы управления приложений (экранные кнопки, значки, переключатели, флажки, раскрывающиеся списки, строки меню и многое другое).

Характер взаимодействия между активными и пассивными элементами управления выбирает сам пользователь. В его распоряжении приемы наведения указателя мыши на элемент управления, щелчки кнопками мыши и другие средства.

3.2 ОС Windows

3.2.1 32 - разрядная архитектура

Первая 32-разрядная ОС для компьютеров IBM PC - Windows 95. Она появилась в результате слияния ОС MS-DOS и ее графической оболочки Windows 3.1. Операционная система Windows ориентирована на работу 32-разрядных программ, многие ее компоненты являются 32-разрядными. Разрядность - это максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым одновременно может выполняться машинная операция, в т.ч. и операция передачи информации; чем больше разрядность, тем, при прочих равных условиях, будет больше и производительность ПК.

Большинство программ для ОС MS DOS относилось к 16-разрядным программам, которые использовали реальный режим работы микропроцессора. Реальный режим значительно ограничивает возможности программы, т.к. в этом режиме затруднен доступ в верхние (свыше 1 Мбайта) области памяти. MS-DOS не имеет средств для поддержки 32-разрядных программ, работающих в защищенном режиме микропроцессора. Чтобы такие программы могли работать в среде MS-DOS, требуется дополнительное программное обеспечение, расширяющее функции MS-DOS. Возможен так же вариант, когда дополнительные функции, обеспечивающие защищенный режим, включаются непосредственно в код программы, увеличивая тем самым ее объем.

ОС Windows полностью обеспечивает работу 32-разрядных программ, причем она спроектирована таким образом, что использование 32-разрядных программ в ее среде является наиболее оптимальным. В среде Windows также успешно функционируют 16-разрядные программы, но они не могут задействовать все ресурсы системы.

32-разрядные программы занимают больше оперативной и дисковой памяти, чем 16-разрядные. Но это компенсируется, во-первых, увеличением скорости работы программы, во-вторых, удешевлением всех видов памяти, в т.ч. и электронной.

3.2.2 Многозадачность и многопоточность

ОС Windows является многозадачной (мультизадачной), т.е. она способна «одновременно» выполнять несколько программ. На самом деле один МП может выполнять инструкции только одной программы. Однако ОС настолько оперативно реагирует на потребности той или иной программы, что создается впечатление одновременности их работы. Например, в процессе подготовки текстового документа можно параллельно печатать содержимое какого-либо файла и проверять на вирус жесткий диск.

Многозадачность может быть кооперативной и вытесняющей. При кооперативной многозадачности ОС не занимается решением проблемы распределения процессорного времени. Распределяют его сами программы. Причем активная программа (т.е. та, с которой работают в настоящий момент) самостоятельно решает, отдавать ли процессор другой программе. Момент передачи управления здесь зависит от хода выполнения задачи. Таким моментом должен быть системный вызов, т.е. обращение к системе за какой-либо услугой (ввод или вывод на внешнее устройство и пр.). Фоновым задачам выделяется процессорное время при простое приоритетной задачи (ожидание нажатия клавиши и др.).

Кооперативная многозадачность была реализована в среде Windows 3.1. В Windows кооперативная многозадачность обеспечивается для 16-разрядных приложений, т.к. эти приложения, созданные для Windows 3.1., умеют самостоятельно распределять процессорное время.

При вытесняющей многозадачности распределением процессорного времени между программами занимается ОС. Она выделяет каждой задаче фиксированный квант времени процессора. По истечении этого кванта времени система вновь получает управление, чтобы выбрать другую задачу для ее активизации. Если задача обращается к ОС до истечения ее кванта времени, то это также служит причиной переключения задач. Такой режим многозадачности Windows реализует для 32-разрядных приложений, а также для программ, написанных для MS-DOS.

Многопоточность операционной системы означает, что работающие программы (процессы) могут разделяться на несколько частей. При этом каждая часть самостоятельно претендует на процессорное время. Это обеспечивает одновременное выполнение программой нескольких не связанных друг с другом операций. Например, в ТП вычисления в разных ячейках благодаря многопоточности могут выполняться одновременно, причем параллельно с вычислениями могут быть организованны ввод данных в ячейки, их вывод на печатающее устройство и т.п.

3.2.3 Графический пользовательский интерфейс

Пользовательский интерфейс Windows использует графический режим видеомонитора. Основу нового графического интерфейса пользователя составляет хорошо продуманная система окон, располагающаяся на экране монитора и включающая множество разнородных графических объектов для управления работой компьютера. Тем самым реализуется идея создания электронного рабочего стола пользователя, на котором размещаются электронные документы. Принятая концепция графического пользовательского интерфейса характерна для всех программных продуктов под Windows . Это обеспечивает комфортную среду работы пользователя (более подробно этот вопрос мы рассмотрим позже).

3.2.4 Подключение новых периферийных устройств по технологии Plug and Play

Для подключения нового периферийного устройства в среде ОС MS-DOS пользователь должен обладать профессиональными знаниями: например, уметь написать файл конфигурации, знать структуру команды подключения необходимого драйвера.

В среде Windows эта задача решается достаточно просто. Система самостоятельно создает и изменяет файлы конфигурации, распознает конкретное техническое устройство и производит его автонастройку. Подобная технология получила название Plug and Play - «включай и работай».

Дополнительное устройство подключается специальными программами - мастерами, которые могут распознать любое устройство, поддерживающие технологию Plug and Play. Если устройство не поддерживает эту технологию, программы - мастера запрашивают дополнительную информацию в наиболее удобной для пользователя форме, благодаря чему процесс подключения устройств упрощается.

3.2.5 Использование виртуальной памяти

Извечная компьютерная проблема - нехватка оперативной памяти - решается в среде Windows с помощью виртуальной (реально не существующей) памяти.

Виртуальная память - расширение адресного пространства задачи, полученное за счет использования части внешней памяти.

В оперативной памяти всегда находится часть виртуального пространства, выделяемого для решения задачи, остальная его часть располагается на дисковой памяти. Если оперативной памяти не хватает для обеспечения работы текущего (активного) приложения, то приложение или его часть, которые не используют в данный момент микропроцессор, выгружаются (вытесняются) из оперативной памяти на диск. На их место в оперативную память загружается (подкачивается) необходимый фрагмент активного приложения. Когда одному из выгруженных приложений передается управление, оно вновь загружается в оперативную память, что может привести к выгрузке на диск другого, пассивного в данный момент приложения. Т.о., программы циркулируют между диском и оперативной памятью.

Поддержка виртуальной памяти позволяет открыть большое количество приложений одновременно, но выгрузка на диск и загрузка с диска снижают производительность компьютера.

Используемая для этой цели часть внешней памяти называется файлом подкачки, а описанный процесс подкачки - свопингом. Объем файла подкачки может в несколько раз превышать объем оперативной памяти.

Файл подкачки - файл на жестком диске, используемый для организации виртуальной памяти.

Настройка виртуальной памяти производится автоматически и вручную. Вручную выполнять настройку может только квалифицированный пользователь. Доступ к настройке виртуальной памяти осуществляется через Панель управления, после открытия значка Система.

По умолчанию задан автоматический вариант настройки, т.е. Windows самостоятельно выбирает размер виртуальной памяти, в зависимости от реальной потребности текущей задачи.

3.2.6 Совместимость с ранее созданным программным обеспечением

Под совместимостью с ПО понимают способность ОС исполнять программные продукты, созданные в др. ОС. В большинстве случаев ОС Windows обеспечивает такую совместимость на IBM - подобных компьютерах не только для программ ранних версий, но и для программ операционной системы MS-DOS.

3.2.7 Наличие коммуникационных программных средств

Важнейшим направлением развития Windows является включение в ее структуру широко используемых и специальных программных средств для поддержки различных коммуникаций и компьютерных сетей.

Сетевые средства ОС Windows позволяют:

· Обеспечить передачу данных между двумя соединенными кабелями компьютерами с помощью программы Direct Cable Connection;

· Организовать электронную почту в локальной и глобальной сети с помощью программы Microsoft Exchange;

· Выполнить факсимильную передачу с помощью программы Microsoft Fax;

· Обменяться файлами с удаленным компьютером и подключиться к глобальной сети с помощью программы Hyper Terminal;

· Организовать одноранговую компьютерную сеть из нескольких компьютеров, причем компьютеры сети могут управляться как Windows 95 , так и Windows 3.1.;

· Подключиться к компьютерной сети с выделенным сервером.

3.2.8 Наличие средств мультимедиа

ОС Windows 95 обеспечивает интерактивную работу с высококачественным звуком и видео при помощи специальных аппаратных и программных средств. Мультимедиа - компьютер непременно должен иметь звуковую плату, которая обеспечивает преобразование звука в компьютерную форму и обратно, и видео-плату, которая преобразует видеоинформацию в компьютерную и обратно. К звуковой плате подключаются различные акустические системы.

Для работы со звуком и видео на компьютере разработано множество программных средств. Минимально необходимый набор таких приложений входит в состав Windows 95. Они обеспечивают проигрывание аудио - компакт - дисков, воспроизведение, запись и редактирование звуковых файлов, просмотр видео- клипов.

Информация мультимедиа (т.е. графика, аудио, видео информация) занимает очень много места. Поэтому такая информация, как правило, распространяется на компакт - дисках, и для ее воспроизведения необходимо, чтобы на компьютере был установлен накопитель CD - ROM.

3.2.9 Интеграция с глобальной сетью Интернет

Разработчики ОС Windows в последующих версиях (начиная с версии Windows 98) особое внимание уделили развитию ее коммуникационных возможностей. Наиболее ярким внешним новшеством по сравнению с предыдущей версией явилась интеграция ОС с обозревателем Internet Explorer 4.0, предназначенным для просмотра Web-страниц в сети Интернет. Интерфейс пользователя Windows можно настроить на работу в Интернет. В этом случае рабочий стол принимает вид Web-страницы, а ярлыки действуют как Web-ссылки, которые могут указывать не только на файлы компьютера, но и на данные в сети Интернет. Подобный интерфейс является дополнением к традиционному интерфейсу Windows.

В число программ, реализующих интеграцию с Интернет, входят: программа Подключения к Интернет, программа электронной почты Outlook Express, программа организации телеконференций и телефонных разговоров по цифровым каналам NetMeeting, редактор Web-страниц Front Page Express.

3.2.10 Повышение надежности и качества управления

Повышение надежности обеспечивают как новые, так и модернизированные старые служебные программы, которые выполняют: проверку системных файлов, очистку и проверку диска, автоматическое техническое обслуживание, проверку реестра, архивацию данных и др.

Появилась возможность поддержки нескольких мониторов для расширения рабочего стола, выполнение разных программ на разных мониторах, а также возможность выполнения многоэкранных программ или игр.

Работа с Windows облегчается за счет таких средств управления, как запуск одним щелчком, выделение значков, кнопки «Вперед» и «Назад» и удобного для настройки Главного меню.

Компьютер, оснащенный операционной системой Windows, может работать круглосуточно, выполняя многие функции самостоятельно:

Почистить жесткие диски и удалить с них накопившийся за день «мусор»;

Проверить состояние жестких дисков и устранить иеющиеся дефекты файловой структуры;

Выполнить резервное копирование важнейшей информации;

Проверить состояние сжатого тома, провести его переупаковку, повысить степень сжатия редко используемых данных и программ;

Обслужить жесткие диски и провести дефрагментацию таким образом, чтобы файлы, последовательно загружающиеся при запуске программ, располагались на диске в порядке их вызова и др.

3.2.11 Повышение надежности

Система Windows 98 и последующие версии более производительны по сравнению с предшествующими операционными системами (включая Windows 95). Это обеспечивается благодаря тому, что файловая система FAT-32 позволяет более рационально по сравнению с системой FAT-16 использовать диски. На дисках FAT-32 формируются кластеры меньших размеров, чем на дисках FAT-16, в результате чего повышается эффективность использования диска. В состав Windows 98 (и последующих версий) включена специальная программа, которая позволяет быстро и безопасно преобразовать на диске файловую систему FAT-16 в файловую систему FAT-32.

3.3 Обслуживание файловой структуры

3.3.1 Функции ОС по обслуживанию файловой структуры

Несмотря на то, что данные о местоположении файлов хранятся в табличной структуре, пользователю они представляются в виде иерархической структуры. Все необходимые преобразования берет на себя операционная система. К функции обслуживания файловой структуры относятся следующие операции, происходящие под управлением операционной системы:

· Создание файлов и присвоение им имен;

· Создание каталогов (папок) и присвоение им имен;

· Переименование файлов и каталогов (папок);

· Копирование и перемещение файлов между дисками компьютера и между каталогами (папками) одного диска;

· Удаление файлов и каталогов;

· Навигация по файловой структуре с целью доступа к заданному файлу, каталогу (папке);

· Управление атрибутами файлов.

3.3.2 Создание и именование файлов

Файл - это поименованная последовательность байтов произвольной длины. Поскольку из этого определения вытекает, что файл может иметь нулевую длину, то фактически создание файла состоит в присвоении ему имени и регистрации его в файловой системе - это одна из функций ОС. Даже когда мы создаем файл, работая в какой-то прикладной программе, в общем случае для этой операции привлекаются средства ОС.

По способам именования файлов различают «короткое» и «длинное» имя. До появления ОС Windows 95 общепринятым способом именования файлов на компьютерах IBM PC было соглашение 8.3. Согласно этому соглашению, принятому в MS-DOS, имя файла состоит из двух частей: собственно имени и расширения имени.

На имя отводится 8 символов, а на его расширение - 3 символа. Имя от расширения отделяется точкой. Как имя, так и расширение могут включать только алфавитно-цифровые символы латинского алфавита.

Основным недостатком «коротких» имен является их низкая содержательность. Далеко не всегда удается выразить несколькими символами характеристику файла, поэтому с появлением ОС Windows 95 было введено понятие «длинного» имени. Такое имя может содержать до 256 символов. «Длинное» имя может содержать любые символы, кроме девяти специальные: \ / : * ? “ < > |. В имени разрешается использовать пробели и несколько точек. Расширением имени считаются все символы, идущие после последней точки.

Наряду с «длинным» именем ОС Windows создают также и короткое имя файла - оно необходимо для возможности работы с данным файлом на рабочих местах с устаревшими операционными системами.

3.3.3 Особенности Windows

Использование «длинных» имен файлов в операционной системе Windows имеет ряд особенностей.

1. Если «длинное» имя файла включает пробелы, то в служебных операциях его надо заключать в кавычки. Рекомендуется не использовать пробелы, а заменять их символами подчеркивания.

2. В корневой папке диска (на верхнем уровне иерархической файловой структуры) нежелательно хранить файлы с длинными именами - в отличие от прочих папок в ней ограничено количество единиц хранения, причем, чем длиннее имена, тем меньше файлов можно разместить в корневой папке.

3. Кроме ограничения на длину имени файла (256 символов) существует гораздо более жесткое ограничение на длину полного имени файла (в него входит путь доступа к файлу, начиная от вершины иерархической структуры). Полное имя не может быть длиннее 260 символов.

4. Разрешается использовать символы любых алфавитов, в том числе и русского.

5. Прописные и строчные буквы не различаются операционной системой. Для нее имена Письмо.txt и письмо.txt соответствуют одному и тому же файлу. Однако, символы разных регистров отображаются ОС и прописные буквы можно использовать.

6. Программисты давно научились использовать расширение имени файла для передачи операционной системе, исполняющей программе или пользователю информации о том, к какому типу относятся данные, содержащиеся в файле, и о формате, в котором они записаны. В ранних ОС этот факт использовался мало. В современных ОС любое расширение имени файла может нести информацию для операционной системы. Системы Windows имеют средства для регистрации свойств типов файлов по расширению их имени, поэтому во многих случаях выбор расширения имени файла не является частным делом пользователя. Приложения этих систем предлагают выбрать только основную часть имени и указать тип файла, а соответствующее расширение имени приписывают автоматически.

3.4 Служебное программное обеспечение

3.4.1 Общая характеристика программ служебного уровня

Программное обеспечение этого уровня взаимодействует как с программами базового уровня, так и с программами системного уровня. Основное назначение служебных программ (их также называют утилитами) состоит в автоматизации работ по проверке, наладке и настройке компьютерной системы. Во многих случаях они используются для расширения или улучшения функций системных программ. Некоторые служебные программы (как правило, это программы обслуживания) изначально включаются в состав операционной системы, но большинство служебных программ являются для операционной системы внешними и служат для расширения ее функций.

В разработке и эксплуатации служебных программ существует два альтернативных направления: интеграция с операционной системой и автономное функционирование. В первом случае служебные программы могут изменять потребительские свойства системных программ, делая их более удобными для практической работы. Во втором случае они слабо связаны с системным программным обеспечением, но предоставляют пользователю больше возможностей для персональной настройки их взаимодействия с аппаратным и программным обеспечением.

3.4.2 Классификация служебного программного обеспечения

Диспетчеры файлов (файловые менеджеры). С помощью программ данного класса выполняется большинство операций, связанных с обслуживанием файловой структуры: копирование, перемещение и переименование файлов, создание каталогов (папок), удаление файлов и каталогов, поиск файлов и навигация в файловой структуре. Базовые программные средства, предназначенные для этой цели, обычно входят в состав программ системного уровня и устанавливаются вместе с операционной системой (Например, программа «Проводник»). Для повышения удобства работы с компьютером большинство пользователей устанавливают дополнительные служебные программы.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Средства обеспечения компьютерной безопасности. К этой весьма широкой категории относятся средства пассивной и активной защиты данных от повреждения, а также средства защиты от несанкционированного доступа, просмотра и изменения данных.

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

3.5 Прикладное программное обеспечение

3.5.1 Классификация прикладного программного обеспечения

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

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

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

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

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

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

...