ПО вычислительной системы
Классификация компьютерных программ по назначению
Прикладные программы
Прикладное (специальное) программное обеспечение предназначено для обеспечения решения профессиональных задач в различных сферах человеческой деятельности (редактирование текстов, создание таблиц, рисование картинок и др.)
Прикладные программы разработаны программистами таким образом, чтобы пользователь комфортно мог выполнять определённые действия за компьютером, не имея при этом чрезмерно больших навыков и специальных знаний в области программирования. Разработаны и используются десятки, сотни различных прикладных программ. Например, имеются программные обеспечения, предназначенные для использования в различных областях деятельности человека: сельское хозяйство, автомобилестроение, финансовая деятельность, медицинская отрасль, издательское дело, архитектура и т. д.
Прикладные программы объединяются в так называемые пакеты, «пакет прикладных программ». Пакет прикладных программ (ППП) – это наиболее известные инструментальные программные средства, такие, как текстовые редакторы, графические редакторы, электронные таблицы, системы управления базами данных и др. Самый популярный ППП – Microsoft Office. Основное назначение пакетов прикладных программ – максимальное упрощение процедуры общения пользователя с ЭВМ.
Текстовые редакторы (процессоры)
С появлением ПК на рынке инженеры и программисты стали создавать прикладные программные обеспечения – текстовый редактор (текстовый процессор). Текстовый редактор – это прикладное программное обеспечение, используемое для создания и редактирования текстовых документов. Назначение всех текстовых документов – сделать более удобной, менее трудоёмкой, работу с текстовой информацией.
Работая с текстовым редактором, пользователь создаёт документ. Документ - это не только письма или текстовые сообщения. Документ включает в себя кроме текста, таблицы, диаграммы, всевозможные расчёты, графическую информацию, фото и т. д.
Текстовых редакторов создано довольно много, наибольшую известность приобрели такие текстовые редакторы как: Лексикон, АБВ, Слово и дело, Multiedit, Chi Writer, WordPad, TeX, но особенно популярным в настоящее время является – MS Word.
В 1971 году у нас в стране был создан текстовый редактор – Лексикон. Вначале Лексикон работал под управлением операционной системы MS-DOS. В настоящее время, это многооконный текстовый редактор позволяющий работать с несколькими разными текстами. Лексикон предоставляет возможность форматировать и редактировать документ. Это полнофункциональный текстовый процессор, разработанный с учётом особенностей национального языка, содержащий более 100 тысяч слов русского языка.
Наиболее широко используемый во всём мире является текстовый процессор MS Word.
Табличные процессоры (Электронные таблицы)
Почти в любой области деятельности человека возникает необходимость производить различные математические расчёты. Очень часто необходимо предоставить числовые данные в виде таблицы, это более удобно и наглядно для последующей работы с числами.
Для проведения расчётов в компьютере были разработаны пакеты прикладных программ под названием электронная таблица (ЭТ) (табличный процессор). С появлением электронных таблиц работа ускорилась и стала более удобной.
Первая программа в виде электронной таблицы под названием VisiCalc была разработана в 1979 году американским студентом Д. Бриклином. Название VisiCalc от Visible Calculator (наглядный калькулятор).
Электронные таблицы (табличные процессоры) - это компьютерные программы, имеющий вид таблицы, в ячейках которых могут находиться данные различных типов: тексты, даты, формулы, числа и т. д. В первую очередь они предназначены для работы экономистов, бухгалтеров, инженеров, научных работников, менеджеров, т.е. всех тех, кому приходится работать с большими массивами числовой информации.
В 1982 году были созданы электронные таблицы: Lotus 1, 2, 3. Это была уже более совершенная программы с большим набором инструментов и большими возможностями. В последующем были разработаны программы Multiplan, SuperCalc, QuatroPro.
Наиболее известной и удобной электронной таблицей в настоящее время считают электронную таблицу MS Excel, которая была создана в 1987 году фирмой Microsoft. Эта программа имела большие возможности по сравнению с предыдущими, и упростило работу пользователей с электронными таблицами. Основная задача этих программ заключается в создании электронной таблицы, используя которую, можно легко и быстро ввести математическую формулу, произвести обработку числовой информации. Кроме того, MS Excel позволяет сохранить в определённых ячейках полученные результаты, скопировать, или перенести информацию из одной ячейки в другую.
Графические редакторы
Машинная (компьютерная) графика является одним из самых ярких и наглядных представлений информации в различных сферах деятельности человека. Впервые о компьютерной графике заговорили в 1951 году. Инженер компьютерной лаборатории (США) Джей У. Форрестер продемонстрировал впервые на экране монитора написанный небольшой текст. В 1963 году А. Сазерленд использовал световое перо. В эти годы были сделаны первые шаги по созданию трёхмерных изображений.
Машинная графика - это комплекс аппаратных и программных средств имеющий целью создания, хранения, обработки и наглядного представления графической информации с помощью компьютера.
Она широко применяется почти во всех отраслях промышленности, она необходима: конструкторам; архитекторам; дизайнерам; модельерам; медицинским работникам; создателям рекламы; создателям компьютерных игр и т. д.
Создаваемые при помощи компьютера модели могут описывать что угодно – молекулы и магнитные поля, висячие мосты и сверхзвуковые самолёты. Хирурги с помощью компьютерной графики отрабатывают пластические операции, проверяя правильность выбранных решений и анализируя полученные результаты ещё до начала операции. С помощью компьютерной графики создают рисунок будущего искусственного сустава, а затем на станке, под управлением компьютера изготавливается сам протез сустава.
Создавать всевозможные, удивительные рисунки на экране монитора можно с помощью графического редактора. Наиболее простой графический редактор - Paint, более мощные пакеты программ - CorelDraw, Photo Paint, Adobe PhotoShop и др.
Графический редактор – это программа, служащая для создания графических изображений, обработки и их просмотра. Основные задачи программы «графический редактор» - обеспечить создание изображений, их редактирование, сохранение во внешней памяти (ВЗУ), получение копий на бумаге, киноплёнке и т.д.
При работе с изображением различают растровую и векторную графику.
Растровая графика на экране монитора будет представлена в виде сетки, или растра, с множеством разноцветных точек – пикселей. Любой графический объект воспринимается компьютером, как набор пикселей. Пиксель – точечный элемент на экране дисплея. Информация о каждом пикселе хранится в специальной области ОЗУ – видеопамяти. Назначение видеопамяти – хранить видеоизображение.
Графические редакторы Paint, Adobe Photoshop использует растровую графику. В текстовом редакторе MS Word применяется векторная графика при создании различных автофигур, линий, овалов. Векторная графика используется в программе CorelDraw.
Системные программы
Системное (общее) программное обеспечение необходимо для управления ресурсами компьютера и их распределения между разными потребителями, для организации и контроля вычислительного процесса, для выполнения пользовательских программ и предоставления пользователю набора различных услуг (тестирование и подготовка оборудования к работе, создание архивных копий используемой информации и др.)
Операционная система – это набор программ, которые постоянно, в процессе работы компьютера, обеспечивают целостное функционирование всех устройств компьютера, поддерживает связь с программным обеспечением, с внутренней и внешней памятью.
Самая первая операционная система была разработана Дмином Амдалом в 1954 году для ЭВМ IBM 704. Все популярные ОС были созданы в Соединённых Штатах Америки.
Операционная система управляет всеми устройствами компьютера, запускает программы, предоставляет пользователю доступ и работу с магнитными накопителями, выводит данные на принтер и многое другое. От установки ОС в компьютере зависит производительность его работы. Операционная система является той программой, которая запускается каждый раз, как только пользователь включает ЭВМ в сеть.
ОС, может работать не с какими угодно командами, а только с теми, которые ей известны. Если программа будет создана в одной операционной системе, то в другой операционной системе она работать не будет. В этом случае говорят о программной несовместимости компьютера. Вот почему одной из причин широкого распространения ПК IBM PC было то, что многие фирмы стремились установить в своих компьютерах ту же операционную систему, что и в компьютерах фирмы IBM, т. е. чтобы они были совместимы с компьютерами IBM PC.
По числу выполняемых задач ОС делятся на однозадачные и многозадачные. Однозадачные ОС позволяют управлять ресурсами машины в пределах одной строго определённой задачи. Пользователю приходится ждать окончания задачи или прервать её, прежде чем приступить к другой задаче (примером является MS-DOS). Многозадачная ОС способна одновременно выполнять несколько не связанных между собой программ (операционная система UNIX, OS/2, Windows 95, 98, XP и др.).
Программы - оболочки
Программы - оболочки (файловые менеджеры) позволяют облегчить работу пользователя в MS-DOS. Они упрощают работу пользователя с файлами и каталогами. Наиболее популярные программы оболочки: Norton Commander, Norton Navigator, Volkov Commander, Victoria и др. Самая популярная, и широко известная программа, с которой работают большинство пользователей, является программа оболочка Norton Commander (NC). NС, была разработана американской фирмой Peter Norton Computing в 1982 году. Работая в Norton Commander, можно управлять компьютером, и работать с программами при помощи функциональных клавиш(F1–F10).
Драйверы
Драйверы (англ. driver – управлять, управляющая программа) расширяют возможность операционной системы. Это специально созданные программы, расширяющие возможности операционной системы по управлению обслуживания имеющихся внешних устройств компьютера.
Обычно в компьютере установлены программы-драйверы, которые поддерживают связь пользователя с периферийным оборудованием: клавиатурой, мышью, дисплеем, принтером, сканером и т. д. Драйверы загружаются в память компьютера в момент загрузки операционной системы; их имена указываются в специальном файле (config.sys). Каждый драйвер должен учитывать специфику работы внешнего устройства. Значит, каждому внешнему устройству должен соответствовать свой драйвер. Для управления внешними устройствами используются встроенные в компьютер и устанавливаемые драйверы. Встроенные драйверы обеспечивают работу компьютера со стандартным обязательным оборудованием (клавиатура, монитор, НГМД и НЖМД).
Устанавливаемые драйверы обеспечивают связь с принтером, со сканером и т. д. Если, например, устанавливается новая модель принтера в ПК, то необходимо для него установить свой драйвер, что бы компьютер мог воспринимать его. Значит, программы-драйвера обеспечивают управление внешними устройствами.
Утилиты
Утилиты дополняют возможности операционных систем. Большей частью утилиты поставляются отдельно от операционной системы. Утилиты (вспомогательные программы) – это программы предоставляющие возможность пользователю более комфортно работать с компьютером.
К утилитам относятся программы – русификаторы.
Русификатор – это программа, приспосабливающая другую программу для работы с русскими буквами. Кроме того, русификатор настраивает операционную систему для корректной обработки русских букв, преобразование их из прописных букв в строчные и обратно.
В третью группу утилит входят программы – архиваторы. Архиваторы предназначены для упаковки файлов на диске путём сжатия информации в них. Сжать можно один или несколько файлов. Затем они помещаются в архивный файл (архив). Используется упаковка файлов с целью обеспечения более компактного размещения информации на диске. Работать, т. е. запускать, просматривать содержимое с упакованными файлами, нельзя. Их вначале необходимо разархивировать (распаковать).
Программы, которые осуществляют упаковку и распаковку файлов называются программами – архиваторами. Наиболее часто используются программы – архиваторы: ARJ, WinZip, WinRar и др.
На схеме ниже представлена программная конфигурация компьютера:
По схеме видно, что программное обеспечение (ПО) состоит из нескольких уровней. Базовое ПО сосредоточено в микросхеме ПЗУ. Этот комплекс программ называется базовой системой ввода – вывода (BIOS). Система BIOS содержит программы, необходимые для проверки компьютера при его запуске, а также программы, необходимые для обслуживания прерываний процессора, поступающих от контроллеров системной платы.
Отдельным классом программ являются языки программирования. На сегодняшний день существуют тысячи языков программирования.
Языки (системы) программирования - это инструмент для программиста. Они позволяют разрабатывать, вводить в компьютер, отлаживать, и исполнять программы, используя машинные языки (языки программирования). Системы программирования обеспечивают создание новых программ для компьютера.
В 1952 году американец А. Э. Гленн для облегчения работы с ЭВМ «Марк-1» впервые разработал машинный язык под названием «Автокод». Автокод позволял пользоваться программисту в программах математическими формулами. Первые программисты исполняли роль посредников между человеком и ЭВМ. Они контролировали доступ к новым, популярным и немного загадочным машинам.
Работа программистов сложная и ответственная. Цена их ошибок может быть весьма высокой. (Это может подтвердить случай с космическим аппаратом «Фобос-1», с которым было неожиданно потеряна связь, и тем самым перечёркнут весь комплекс намеченных исследований. Это произошло вследствие одной пропущенной буквы в программе. Ошибка привела к потере верной ориентации аппарата в пространстве. Солнечные батареи стали получать меньше энергии, необходимой в первую очередь для работы передатчика. Все попытки устранить последствия ошибки положительных результатов не дали. В 1962 году в США из-за пропуска дефиса в программе пришлось подорвать космическую ракету, стартовавшую с мыса Кеннеди к Венере. Такая, казалось бы «мелочь», обошлась стране – 17,5 млн. долларов.)
Языки программирования – это специально разработанные искусственные языки, которые предназначены для записи алгоритмов, исполнение которых поручается ЭВМ. Языков программирования, как и естественных языков человеческого общения, насчитывается несколько сотен. С помощью языков программирования происходит общение человека с компьютером. Каждый язык программирования имеет свой алфавит, действуют чёткие правила образования слов и фраз на этом языке. Для каждого языка разработана система записи определённых команд, имеется свой набор служебных слов, свои правила написания на алгоритмических языках. Если машинный язык предназначен, например, экономистам, то в его словаре много терминов, которыми пользуются бухгалтеры, но нет слов, в которых нуждаются биологи или архитекторы.
Чаще всего используются несколько десятков наиболее удачных и удобных языков программирования.
- Бейсик – был разработан профессорами Дартмутского колледжа Дж. Кемени и Т. Курцом. В 1964 году (BASIC – универсальный символьный код для начинающих). Это самый популярный язык программирования и общения с ЭВМ среди начинающих пользователей.
- Фортран - является первым и одним из распространённых языков программирования в 50 – 60 годах прошлого века. Он более сложный язык программирования, чем Бейсик. Создан был группой программистов фирмы IBM в 1956 году. Название Фортран происходит от сокращённых слов: ФОРмулярный и ТРАНслятор, т. е. переводчик формул. Он специально предназначался для работы с формулами, используемыми в математике и других научно-технических дисциплинах.
- Алгол, создан в 1958 году (ALGOL, означает алгоритмический язык.). Этот язык предназначен для записи алгоритмов, которые строятся в виде последовательности процедур, применяемых для решения поставленной задачи. Используют его в исследовательских и научно-технических расчётах, при программировании вычислительных задач в математике, физике и т. д.
- Паскаль (Pascal) получил своё название в честь французского математика Блеза Паскаля. Он так же является популярным языком и его, как и язык Бейсик, изучают в школах, различных учебных заведениях. Создан он был в 1969 году швейцарским учёным Никлаусом Виртом в Цюрихе. Он прост и доступен для обучения приёмам программирования.
- Ада. Был создан в 1979 году, его назвали в честь Агаты Ады Лавлейс, математика и писателя XIX в., дочери великого английского поэта лорда Байрона. Её заслуженно называют первым программистом, составив алгоритм и программу вычисления чисел Бернулли. Она внесла большой вклад в описание Аналитической машины Чарльза Бэббиджа.
- Кобол (Cobol, сокращённое английское слово, означает – язык, ориентированный на обработку коммерческой информации). Это универсальный язык, предназначенный для бизнеса. Был разработан специалистами фирмы IBM в 1960 году.
- Лисп (LISP – обработка списков), это более ограниченный язык для логического программирования. Разработан был математиком Дж. Маккарти (США) в 60-х годах. Язык Лиспа оказался полезен в опытах искусственного интеллекта (ИИ).
- Пролог (PROLOG – программирование в логике) был создан в 1972 году во Франции для логического программирования. Этот язык принят в качестве рабочего языка для ЭВМ пятого и шестого поколения. Пролог это язык доказательств, который хорошо подходит для задач, связанных с манипулированием знаниями.
- Лого. В 60-х годах под руководством профессора математики Сеймура Пейперта был разработан язык Лого (что, по-гречески означает – слово). Учёный был убеждён, что для учеников начальных классов сложно овладеть языком Бейсик. И он создал на основе языка Лиспа, язык Лого. По инициативе Пейперта, в язык было добавлено понятие черепашки. Сначала использовалась механическая черепашка, ползущая по полу, а затем её условное изображение было представлено на экране дисплея, это для детей придавало языку притягательность. Лого является языком обучения детей понятиям математики, геометрии, программирования.
(Языки программирования помогают учёным проводить исследования и открытия. В 1985 году программисты, используя три языка: Си, Форт и язык ассемблера, предоставили возможности всему миру впервые увидеть океанский лайнер «Титаник», который затонул около 100 лет назад в водах Атлантического океана. Изображения затонувшего корабля передавалось в цифровом виде по глубоководному кабелю с подводного аппарата «Арго», находящегося на глубине 4 км, на исследовательское судно «Кнорр», которое находилось на поверхности океана. Прожекторы, видеокамеры и другая техника, установленная на борту «Арго», управлялась несколькими компьютерами, каждый из которых был запрограммирован на своём машинном языке. Компьютер на борту судна «Кнорр» был запрограммирован на языке «Си». Связь между ними осуществлялась с помощью программ обработки изображений и управления видеокамерами, написанных на трёх машинных языках).
Необходимо отметить, что огромное разнообразие языков программирования только помогает программистам создавать различные программы. Не существует самого лучшего языка программирования, как и не существует и самого лучшего естественного языка, на которых говорят люди, живущие на земле. Выбор языка программирования должен определяться целями его предполагаемого применения.
Многообразие систем программирования связано с бесконечно большим количеством возможных вычислительных задач. Для одних задач лучше подходят одни языки программирования, для других – другие. Даже для задач одного класса, в зависимости от размера алгоритма, какие-то языки могут быть эффективны более или менее, а какие – то неприменимы вообще. Для языков программирования существует своя классификация. До недавнего времени использовалось, в основном, структурное программирование (языки Basic, Pascal), которое основано на модульной структуре программного продукта и типовых управляющих структурах алгоритмов обработки данных различных программных модулей. Такие языки еще называют алгоритмическими или процедурными. В настоящее время лидерство переходит к объектно – ориентированным технологиям в области программирования. Программный продукт, созданный с помощью инструментальных средств объектно – ориентированного программирования (например, Visual Basic), содержит объекты с характерными свойствами, для которых разработан графический интерфейс пользователя.