Лекции по "Информатике"

Прикладная программа – это  любая конкретная программа, способствующая решению какой-либо задачи в пределах данной проблемной области. Например, там, где на компьютер возложена задача контроля за финансовой деятельностью какой-либо фирмы, прикладной будет программа подготовки платежных ведомостей. Прикладные программы могут носить и общий характер, например, обеспечивать составление и печатание документов и т.п.  Прикладные программы могут использоваться либо автономно, то есть решать поставленную задачу без помощи других программ, либо в составе программных комплексов или пакетов.

31) Системное ПО: Это программы общего пользования не связаны с конкретным применением ПК и выполняют традиционные функции: планирование и управление задачами, управления вводом-выводом и т.д. Другими словами, системные программы выполняют различные вспомогательные функции, например, создание копий используемой информации, выдачу справочной информации о компьютере, проверку работоспособности устройств компьютера и т.п. К системному ПО относятся: операционные системы (эта программа загружается в ОЗУ при включении компьютера).  программы – оболочки (обеспечивают более удобный и наглядный способ общения с компьютером, чем с помощью командной строки DOS, например, Norton Commander); операционные оболочки – интерфейсные системы, которые используются для создания графических интерфейсов, мультипрограммирования; Драйверы (программы, предназначенные для управления портами периферийных устройств, обычно загружаются в оперативную память при запуске компьютера); утилиты (вспомогательные или служебные программы, которые представляют пользователю ряд дополнительных услуг). К утилитам относятся: диспетчеры файлов или файловые менеджеры; средства динамического сжатия данных (позволяют увеличить количество информации на диске за счет ее динамического сжатия); средства просмотра и воспроизведения; средства диагностики; средства контроля позволяют проверить конфигурацию компьютера и проверить работоспособность устройств компьютера, прежде всего жестких дисков; средства коммуникаций (коммуникационные программы) предназначены для организации обмена информацией между компьютерами;  средства обеспечения компьютерной безопасности (резервное копирование, антивирусное ПО). Необходимо отметить, что часть утилит входит в состав операционной системы, а другая часть функционирует автономно. Большая часть общего (системного) ПО входит в состав ОС. Часть общего ПО входит в состав самого компьютера (часть программ ОС и контролирующих тестов записана в ПЗУ или ППЗУ, установленных на системной плате). Часть общего ПО относится к автономными программам и поставляется отдельно.

32) Операционные системы MS DOS и Windows'95/98 состоят из двух частей. Первая часть - базовая система ввода и вывода - BIOS (англ. Basic Input-Output System) размещается в постоянном запоминающем устройстве. Вторая - основная часть операционной системы представляет собой набор файлов, находящихся на одном из дисков, называемом системным. BIOS обеспечивает считывание с диска основной части операционной системы. Действительно, после включения питания компьютер должен "знать", что ему делать дальше. Эта информация и записана в BIOS. В частности, там содержатся команды по считыванию с диска остальной части операционной системы. Если бы вся операционная система была записана на диске, ее невозможно было бы оттуда считать, загрузить в оперативную память, а значит и запустить компьютер. Причина очевидна - ведь операционная система сама и обеспечивает работу с устройствами компьютера, включая диски, а значит и считывание информации с них. Размещение операционной системы на диске целиком было бы похоже на следующую ситуацию: сейф захлопнут, а ключи от него остались внутри. Очевидно, ключи от сейфа нужно оставить снаружи. Их роль и играет BIOS. Операционные системы, особенно последние разработки, достаточно громоздкие программы. Их размещение в постоянном запоминающем устройстве целиком привело бы к необходимости увеличения объема ПЗУ и, следовательно, к удорожанию компьютера. Кстати в компьютерах Macintosh фирмы Apple сделано именно так. Программа, управляющая работой какого-то из устройств ЭВМ называется драйвером. Драйверы входят в состав операционной системы. Существуют драйверы памяти, дисплея, клавиатуры, принтера и других устройств. Драйверы расширяют возможности ОС, например, позволяя ей работать с тем или иным внешним устройством, обучая ее новому протоколу обмена данными и т.д. Операционные системы Windows'95/98 содержат немало драйверов в комплекте своей поставки, и программа установки ОС устанавливает (задействует) те драйверы, которые нужны для поддержки устройств и функций ОС, указанных пользователем. 4 августа 1995 года в продажу поступила новая операционная система Windows 95 и оказалась в центре всеобщего внимания. Это самое важное обновление системы Windows со времени появления в 1990г. Windows 3.0. Пользователи теперь получили преимущества объектно-ориентированного интерфейса, включая настоящий «рабочий стол» и пиктограммы, копирование и удаление техникой перетаскивания (drag-and-drop), вложенные папки и легко доступный диалог для задания свойств. Файловая система распознает длинные имена файлов и хорошо соответствует метафоре «рабочего стола». Windows 95 внесла значительные улучшения в архитектуру Windows, в том числе истинно 32-разрядный интерфейс прикладного программирования (API), защищенные адресные пространства для ее собственных 32-разрядных прикладных программ, вытесняющую многозадачность, разделение прикладных программ на потоки и более широкое использование виртуальных драйверов устройств. Модель защиты памяти реализована с серьезными компромиссами, целью которых было достигнуть совместимости с существующими 16-разрядными прикладными программами и драйверами устройств. Но на практике устойчивость системы оказывается лучше, чем у Windows 3.1х. Производительность же Windows 95 на удивление высока. На медленных системах, оснащенных ОЗУ не более 4 Мбайт, ее показатели почти такие же, а иногда и лучше результатов Windows 3.1х, в зависимости от выполняемой операции. На более быстродействующих системах с большей памятью она остается весьма конкурентоспособной в одно- и многозадачном режимах работы.

33)  Основная функция всех ОС - посредническая. Она заключается в обеспечении интерфейсов:1) пользователя (между пользователем и программно-аппаратными средствами). По реализации интерфейса пользователя ОС подразделяются на графические и неграфические. Неграфические используют интерфейс командной строки, основным устройством управления которого является клавиатура. Управляющие команды вводятся в поле командной строки. Графические ОС реализуют более сложный тип интерфейса. Работа в графическом интерфейсе основана на взаимодействии активных и пассивных экранных элементов управления. В качестве активного элемента выступает указатель мыши, а в качестве пассивных выступают графические элементы управления приложением: кнопки, значки, переключатели, флажки, меню и т.д. 2)между программным и аппаратным обеспечением 3)между разными видами программного обеспечения. Обеспечение автоматического запуска. Все ОС обеспечивают свой автоматический запуск. Для дисковых ОС в специальной(системной) области диска создаётся запись программного кода. Обращение к этому коду происходит из BIOS. Завершая свою работу, программы BIOS дают команду на загрузку и исполнение системной области диска. Диск с системной областью называется системным. На компьютере должен быть как минимум один системный диск. Организация файловой системы. Все дисковые ОС обеспечивают создание файловой системы, предназначенной для хранения данных на дисках и обеспечения доступа к ним. Принцип организации файловой системы - табличный. Физический адрес на диске характеризуется тремя параметрами: № поверхности, № цилиндра и № сектора. Под цилиндром понимается совокупность всех дорожек, принадлежащих разным поверхностям и равноудалённых от оси вращения. Наименьшей единицей хранения данных является сектор, его размер 512 байт. Группы секторов объединяются в кластеры. Кластер является наименьшей единицей адресации при обращении к данным. Размер кластера зависит от ёмкости диска. ОС семейства MS DOS _ Windows используют файловую систему на основе таблиц размещения файлов(FAT - File Allocation Table). Начиная с Windows 98 ОС системы семейства Windows поддерживают FAT32 - с 32 разрядными полями в таблице размещения файлов. ОС Windows NT и Windows XP способны поддерживать совершенно другую файловую систему -NTFS. В ней служебная информация хранится в главной таблице файлов MFT. В этой системе размер кластеров не зависит от размера диска и для больших дисков она работает более эффективно, чем FAT32. Обслуживание файловой структуры. К функциям обслуживания относятся: 1)создание файлов. Файл - именованная последовательность байтов произвольной длины. Создание файла состоит в присвоении ему имени и регистрации его в файловой системе. Имена файлов могут быть короткими и длинными. В ОС MSDOS имена файлов состояли максимум из 8 символов. В современных ОС полное имя файла (путь к файлу/имя файла.расширение) может содержать до 260 символов. Расширение имени файла указывает пользователю, исполняющей программе и ОС к какому типу относятся данные, содержащиеся в файле и в каком формате они записаны. 2)создание каталогов(директорий). Каталоги -важные элементы файловой структуры, необходимые для обеспечения удобного доступа к файлам. Каталоги низких уровней вкладываются в каталоги более высоких уровней, каталог самого верхнего уровня - корневой каталог диска. Имена каталогов задаются по тем же правилам, что и имена файлов, но в отличие от файлов, им не требуются расширения, т.к. в каталогах сохраняется информация для ОС зарегистрированных в данном каталоге файлах и каталогах. В графических системах каталоги называют также папками, каждому каталогу на диске соответствует папка в ОС. 3)навигация по файловой структуре. В иерархических структурах данных адрес объекта задаётся маршрутом(путём доступа), ведущим от вершины  структуры к объекту. При записи пути доступа к файлу, проходящего через систему вложенных каталогов, все  промежуточные каталоги разделяются символом "\"(обратный слэш) в ОС Windows. 4) переименование файлов и каталогов, копирование и перемещение файлов и каталогов, управление атрибутами файлов. Кроме имени и расширения файлов ОС хранит для каждого файла дату его создания(изменения) и несколько флаговых величин, называемых атрибутами файла. Взаимодействие с аппаратным обеспечением. Средства аппаратного обеспечения отличаются гигантским многообразием. Существуют сотни различных моделей видеокарт, звуковых карт, принтеров, сканеров и т.д. Ни один разработчик программного обеспечения не может предусмотреть все варианты взаимодействия своей программы, например, с принтером. Поэтому каждый разработчик оборудования прикладывает к нему специальные программы-драйверы. Управление взаимодействием прикладных программ с драйверами - одна из функций ОС. Обслуживание компьютера. Обслуживание компьютера - одна из важных функций ОС.

Средства проверки диска бывают двух типов - проверка целостности файловой структуры и проверка физической поверхности диска. Ошибки файловой структуры устраняются средствами ОС. Физические дефекты ОС локализует и исключает их из активной работы. Возможность ошибок файловой системы  зависит от её типа. Кроме основных функций ОС могут предоставлять дополнительные, например, возможность поддерживать локальную компьютерную сеть, обеспечение доступа к основным службам Интернета и т.д.

34) Все программы и данные хранятся в долговременной (внешней) памяти компьютера в виде файлов. Файл - это определенное количество информации (программа или данные), имеющее имя и хранящееся в долговременной (внешней) памяти. Имя файла состоит из двух частей, разделенных точкой: собственно имя файла и расширение, определяющее его тип (программа, данные и так далее). Собственно имя файлу дает пользователь, а тип файла обычно задается программой автоматически при его создании.

В различных операционных системах существуют различные форматы имен файлов. В операционной системе MS-DOS собственно имя файла должно содержать  не более 8 букв латинского алфавита, цифр и некоторых специальных знаков, а расширение состоит из трех латинских  букв, например: proba.txt. В операционной системе Windows имя файла может иметь длину до 255 символов, причем можно использовать русский алфавит, например: Единицы измерения информации.doc

Программы exe, com

Текстовые файлы txt, doc

Графические файлы bmp, gif, jpg и др.

Звуковые файлы wav, mid

Видеофайлы avi

Программы на языках программирования bas, pas и др.

Файловая система. На каждом носителе информации (гибком, жестком или  лазерном диске) может храниться  большое количество файлов. Порядок  хранения файлов на диске определяется используемой файловой системой. Каждый диск разбивается на две области: область хранения файлов и каталог. Каталог содержит имя файла и указание на начало его размещения на диске. Если провести аналогию диска с книгой, то область хранения файлов соответствует ее содержанию, а каталог - оглавлению. Причем книга состоит из страниц, а диск - из секторов. Для дисков с небольшим количеством файлов (до нескольких десятков) может использоваться одноуровневая файловая система, когда каталог (оглавление диска) представляет собой линейную последовательность имен файлов. Такой каталог можно сравнить с оглавлением детской книжки, которое содержит только названия отдельных рассказов. Если на диске хранятся сотни и тысячи файлов, то для удобства поиска используется многоуровневая иерархическая файловая система, которая имеет древовидную структуру. Такую иерархическую систему можно сравнить, например, с оглавлением данного учебника, которое представляет собой иерархическую систему разделов, глав, параграфов и пунктов. Начальный, корневой каталог содержит вложенные каталоги 1-го уровня, в свою очередь, каждый из последних может содержать вложенные каталоги 2-го уровня и так далее. Необходимо отметить, что в каталогах всех уровней могут храниться и файлы. Например, в корневом каталоге могут находиться два вложенных каталога 1-го уровня (Каталог_1, Каталог_2) и один файл (Файл_1). В свою очередь, в каталоге 1-го уровня (Каталог_1) находятся два вложенных каталога второго уровня (Каталог_1.1 и Каталог_1.2) и один файл (Файл_1.1). Файловая система - это система хранения файлов и организации каталогов.  Представление файловой системы с помощью графического интерфейса. Иерархическая файловая система MS-DOS, содержащая каталоги и файлы, представлена в операционной системе Windows с помощью графического интерфейса в форме иерархической системы папок и документов. Папка в Windows является аналогом каталога MS-DOS. Однако иерархическая структура этих систем несколько различается. В иерархической файловой системе MS-DOS вершиной иерархии объектов является корневой каталог диска, который можно сравнить со стволом дерева, на котором растут ветки (подкаталоги), а на ветках располагаются листья (файлы). В Windows на вершине иерархии папок находится папка Рабочий стол. Следующий уровень представлен папками Мой компьютер, Корзина и Сетевое окружение (если компьютер подключен к локальной сети).

Если мы хотим ознакомиться с  ресурсами компьютера, необходимо открыть  папку Мой компьютер. Графический  интерфейс Windows позволяет проводить операции над файлами с помощью мыши с использованием метода Drag&Drop (перетащи и оставь). Существуют также специализированные приложения для работы с файлами, так называемые файловые менеджеры: Norton Commander, Windows Commander, Проводник и др.

35)Состав: 1)загрузчик ОС-это небольшая программа, которая находится в секторе О загрузочного диска, ее задачи: загрузить в память основную часть ОС; 2)система распределения памяти; 3)система ввода и вывода(DIOS=Basic Input and Output System) в микросхеме флеш-памяти на материнской плате(тестирование при запуске, чтение и запись на диске, настройки данного компьютера) 4)командный процессор-выполняет команды, введенные с клавиатуры, обеспечивает загрузку и выполнение других программ. 5)утилита-это служебные программы для проверки и настройки компьютера(разбивка диска на разделы, форматирование диска, тестирование диска, проверка соединения) 6)драйвер-это программа, которая постоянно находится в памяти и обеспечивает обмен данными с внешними устройствами(драйвер видеокарты, принтера, сетевой карты). Важнейшим достоинством большинства ОС является модульность. Это свойство позволяет объединить в каждом модуле определенные логически связанные группы функций. Если возникает необходимость в замене или расширении такой группы функций, это можно сделать путем замены или модификации лишь одного модуля, а не всей системы. Большинство ОС состоит из следующих основных модулей: базовая система ввода-вывода (BIOS – Basic Input Output System); загрузчик операционной системы (Boot Record); ядро ОС; драйверы устройств; командный процессор; внешние команды (файлы). Базовая система ввода-вывода (BIOS) – это набор микропрограмм, реализующих основные низкоуровневые (элементарные) операции ввода-вывода. Они хранятся в ПЗУ компьютера и записываются туда при изготовлении материнской платы. Данная система, по сути, «встроена» в компьютер и является одновременно его аппаратной частью и частью операционной системы. Первая функция BIOS – автоматическое тестирование основных компонентов компьютера при его включении. При обнаружении ошибки на экран выводится соответствующее сообщение и / или выдается звуковой сигнал. Далее BIOS осуществляет вызов блока начальной загрузки операционной системы, находящейся на диске (эта операция выполняется сразу по окончании тестирования). Загрузив в ОЗУ этот блок, BIOS передает ему управление, а он в свою очередь загружает другие модули ОС. Еще одна важная функция BIOS – обслуживание прерываний. При возникновении определенных событий (нажатие клавиши на клавиатуре, щелчок мыши, ошибка в программе и т.д.) вызывается одна из стандартных подпрограмм BIOS по обработке возникшей ситуации. Загрузчик операционной системы – это короткая программа, находящаяся в первом секторе любого загрузочного диска (дискеты или диска с операционной системой). Функция этой программы заключается в считывании в память основных дисковых файлов ОС и передаче им дальнейшего управления ЭВМ. Ядро ОС реализует основные высокоуровневые услуги, загружается в ОЗУ и остается в ней постоянно. В ядре ОС выделяют несколько подсистем, каждая из которых отвечает за выполнение той или иной задачи: