Теоретические основы информатики кандидат технических наук, доцент Полупанов

средства реализации информационных процессов

лицензирования компьютерных приложений и исследовать аспекты правовой охраны ПО;
рассмотреть основные

компоненты системного ПО;
изучить основные свойства операционных систем;
дать понятие файловой системы и изучить её основные характеристики;
рассмотреть основные виды прикладного ПО;
изучить основные понятия инструментального ПО.

на ПК, называется программным обеспечением. Состав  программного обеспечения ПК называют

программной конфигурацией. Программное обеспечение, можно условно разделить на три категории:
системное ПО (программы общего пользования), выполняющие различные вспомогательные функции, например создание копий используемой информации, выдачу справочной информации о компьютере, проверку работоспособности устройств компьютера и т.д.
прикладное ПО, обеспечивающее выполнение необходимых работ на ПК: редактирование текстовых документов, создание рисунков или картинок, обработка информационных массивов и т.д.
инструментальное ПО (системы программирования), обеспечивающее разработку  новых программ для компьютера на языке программирования.

выполнять пользователю те или иные операции, т.е применять компьютер в

своей деятельности
Компьютерные приложения можно разделить на
Коммерческое ПО;
Бесплатное и условно-бесплатное ПО.

– ограниченное число запусков или отсутсвие возможности пользоваться результатами программы;
Demo

– ознакомление с меню, внешним видом и документацией.

бесплатное пользование ПО на определенный срок;
Donateware – ПО распространяется бесплатно,

но автор указывает, что любой пользователь может помочь распространению программы

продукта и запрет на распространения этих копий;
Copyleft - «развитие ПО

невозможно, если мы не можем разделить свои достижения с другими специалистами, чтобы они продолжили наше дело, чтобы развивали и исходили уже из того, что развили другие»
Свобода программного обеспечения состоит из
свободы читать (изучать) код;
свободы писать (модифицировать) код;
свободы распространять (публиковать, тиражировать) код.

чтобы можно было обойтись без ПО, которое не является свободным.

Пользователь в праве:
свободно копировать и распространять программу;
изменять или совершенствовать её исходный код (поставляемый с программой);
свободно распоряжаться измененной версией.
Пользователь не в праве:
при дальнейшем распространении скрыть исходный код программы, объявив себя её владельцем.

конкретным применением ПК и выполняют различные вспомогательные функции, например:
управление ресурсами

компьютера;
создание копий используемой информации;
проверка работоспособности устройств компьютера;
выдача справочной информации о компьютере и др.

К системному ПО относятся:
операционные системы (эта программа загружается в ОЗУ при включении ПК)
операционные оболочки (обеспечивают более удобный и наглядный способ общения с ПК, это -интерфейсные системы, которые используются для создания графических интерфейсов, мультипрограммирования и.т.
драйверы (программы, предназначенные для управления портами периферийных устройств, обычно загружаются в оперативную память при запуске ПК)
утилиты (вспомогательные или служебные программы, которые представляют пользователю ряд дополнительных услуг)
средства контроля (совокупность программно-аппаратных средств для обнаружения ошибок в процессе работы ПК).

которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между устройствами вычислительной

системы и прикладными программами, а с другой — предназначены для управления устройствами, управления вычислительными процессами, эффективного распределения вычислительных ресурсов между вычислительными процессами и организации надёжных вычислений. Это определение применимо к большинству современных ОС общего назначения.
В логической структуре типичной вычислительной системы ОС занимает положение между устройствами с их микроархитектурой, машинным языком и, возможно, собственными (встроенными) микропрограммами — с одной стороны — и прикладными программами с другой

действий, которые являются общими для большинства программ и часто встречаются

почти во всех программах (ввод и вывод данных, запуск и остановка других программ, выделение и освобождение дополнительной памяти и др.).
Загрузка программ в оперативную память и их выполнение.
Стандартизованный доступ к периферийным устройствам (устройства ввода-вывода).
Управление оперативной памятью (распределение между процессами, организация виртуальной памяти).
Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жёсткий диск, оптические диски и др.), организованным в той или иной файловой системе.
Обеспечение пользовательского интерфейса.
Сетевые операции, поддержка стека сетевых протоколов. Выполнение по запросу программ тех достаточно элементарных (низкоуровневых) действий, которые являются общими для большинства программ и часто встречаются почти во всех программах (ввод и вывод данных, запуск и остановка других программ, выделение и освобождение дополнительной памяти и др.).
Загрузка программ в оперативную память и их выполнение.
Стандартизованный доступ к периферийным устройствам (устройства ввода-вывода).
Управление оперативной памятью (распределение между процессами, организация виртуальной памяти).
Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жёсткий диск, оптические диски и др.), организованным в той или иной файловой системе.
Обеспечение пользовательского интерфейса.
Сетевые операции, поддержка стека сетевых протоколов.

вычислительной системы между процессами.
Разграничение доступа различных процессов к ресурсам.
Организация надёжных

вычислений (невозможности одного вычислительного процесса намеренно или по ошибке повлиять на вычисления в другом процессе), основана на разграничении доступа к ресурсам.
Взаимодействие между процессами: обмен данными, взаимная синхронизация.
Защита самой системы, а также пользовательских данных и программ от действий пользователей (злонамеренных или по незнанию) или приложений.
Многопользовательский режим работы и разграничение прав доступа.

эти задачи, нуждаются в сохранении данных и обмене ими. Из

этого следует необходимость универсального механизма сохранения данных; в подавляющем большинстве случаев ОС отвечает на неё реализацией файловой системы. Современные ОС, кроме того, предоставляют возможность непосредственно «связать» вывод одной программы со вводом другой, минуя относительно медленные дисковые операции;
различные программы нуждаются в выполнении одних и тех же рутинных действий. Например, простой ввод символа с клавиатуры и отображение его на экране может потребовать исполнения сотен машинных команд, а дисковая операция — тысяч. Чтобы не программировать их каждый раз заново, ОС предоставляют системные библиотеки часто используемых подпрограмм (функций);
между программами и пользователями системы необходимо распределять полномочия, чтобы пользователи могли защищать свои данные от несанкционированного доступа, а возможная ошибка в программе не вызывала тотальных неприятностей;
необходима возможность имитации «одновременного» исполнения нескольких программ на одном компьютере (даже содержащем лишь один процессор), осуществляемой с помощью приёма, известного как «разделение времени». При этом специальный компонент, называемый планировщиком, делит процессорное время на короткие отрезки и предоставляет их поочерёдно различным исполняющимся программам (процессам);
наконец, оператор должен иметь возможность так или иначе управлять процессами выполнения отдельных программ. Для этого служат операционные среды, одна из которых — оболочка и набор стандартных утилит — является частью ОС (прочие, такие, как графическая операционная среда, образуют независимые от ОС прикладные платформы)

данным),
многопользовательские (с разделением полномочий),
многозадачные (с разделением времени).

процессов, ресурсами вычислительной системы и предоставляющая процессам координированный доступ к

этим ресурсам. Основными ресурсами являются процессорное время, память и устройства ввода-вывода. Доступ к файловой системе и сетевое взаимодействие также могут быть реализованы на уровне ядра.

Как основополагающий элемент ОС, ядро представляет собой наиболее низкий уровень абстракции для доступа приложений к ресурсам вычислительной системы, необходимым для их работы. Как правило, ядро предоставляет такой доступ исполняемым процессам соответствующих приложений за счёт использования механизмов межпроцессного взаимодействия и обращения приложений к системным вызовам ОС.

Объекты ядра ОС:
Процессы
Файлы
События
Потоки
Семафоры
Мьютексы
Каналы
Файлы, проецируемые в память

от Microsoft) — коммерческая операционная система фирмы Microsoft для IBM

PC-совместимых персональных компьютеров. MS-DOS — самая известная ОС из семейства DOS, ранее устанавливавшаяся на большинство IBM PC-совместимых компьютеров.
Разработана в 1980 г. , активно применялась до середины 1990 гг.
Основные характеристики:
однозадачность (выполняется только одна программа в данный момент);
ограничения на максимальный размер оперативной памяти (640 КБ);
сложный процесс установки нового оборудования;
отсутствие графического интерфейса;
ориентация на подготовленного пользователя.

на применение графического интерфейса при управлении. Изначально были представлены многофункциональными

надстройками для MS-DOS.
В настоящее время под управлением операционных систем семейства Windows работает около 90% персональных компьютеров

настройка компьютерных устройств;
Windows 98 – оптимизирована для работы в сети

Internet;
Windows NT – повышенная безопасность данных, предназначена для работы в компьютерных сетях;
Windows 2000 – профессиональная ОС, совмещает достоинства Win 98 и Win NT;
Windows ME – расширены мультимедийные возможности, повышены меры обеспечения безопасности;
Windows XP – профессиональный и домашний вариант, увеличена скорость работы, повышена надежность;
Windows Vista – эффективное отражение атак из сети, более привлекательный интерфейс, но завышенные минимальные требования для ПК;
Windows 7 – новшества в интерфейсе и во встроенных программах, автоматическая пристыковка браузера и клиента электронной почты.

Существующие ОС семейства Windows

с графическим интерфейсом, поддерживает технологии Plug and Play, Drag and

Drop и OLE. Последние ОС семейства существуют и как 64-разрядные.
Технология «Plug and Play» облегчает установку новых компьютерных устройств в ПК. В общем случае, достаточно вставить устройство в гнездо компьютера и далее ОС сама найдет и установит соответствующий драйвер.
Технология «Drag and Drop» ускоряет ввод определенной информации в ПК. Пользователь с помощью мыши может «отбуксировать» (перетащить) графический объект на экране в иное место и тем самым дать требуемую команду компьютеру. Данная технология используется, например, для копирования и удаления файлов.
Технология OLE (Object Linking and Embedding) обеспечивает обмен информацией и взаимосвязь между различными программами. Например, можно вставить рисунок в текстовый документ. Другое определение OLE - это технология работы с документами, составные части которого (объекты) разработаны в различных приложениях. Для последующей работы с внедренными объектами Windows автоматически загрузит нужное приложение.

классу Unix-подобных ОС.

по открытой лицензии GNU;
большое количество приложений входит в дистрибутив системы;
возможность

использовать несколько графических оболочек, внутри каждой оболочки – несколько рабочих столов.

(позволяют увеличить количество информации на диске за счет ее динамического

сжатия)
средства просмотра и воспроизведения
средства коммуникаций (коммуникационные программы) предназначены для организации обмена информацией между компьютерами
средства обеспечения компьютерной безопасности (резервное копирование, антивирусное ПО).

Средства контроля - совокупность программно-аппаратных средств ЭВМ для обнаружения ошибок в процессе работы компьютера. Они предназначены для проверки работоспособ­ности отдельных узлов, блоков и всей машины в целом.
Средства диагностики обеспечивают автоматический поиск ошибки и выявление неисправностей с определенной локали­зацией их в ЭВМ и ее отдельных модулях.
Программно-логический контроль основан на использовании избыточного кода исходных и промежуточных данных ЭВМ (дополнительный разряд при контроле на четность и нечет­ность, код Хэмминга), что позволяет находить ошибки при изменении значения отдельных битов данных.
Тестовый контроль осуществляется с помощью специальных тестов для проверки правильности работы ЭВМ или ее частей.
Аппаратный контроль осуществляется автоматически с помощью встроенного в ЭВМ оборудования.
Программно-аппаратный контроль включает программный и аппаратный контроль.

Служебное системное ПО

структуру, что позволяет добавлять в систему новые драйверы;
гибкость организации доступа

к драйверам через програм­мные прерывания, что позволяет не фиксировать их в строго определенных областях памяти, быстро и легко их заменять;
настраиваемую структуру, ориентирующую драйверные программы на определенный класс периферийных устройств, параметры которых размещены в специальных таблицах (драйверы настраиваются на конкретные периферийные устройства при помощи изменений значений в этих таблицах);
резидентное размещение в ОП, позволяющее использовать драйвер в любой момент времени из любой программы.

хранения и именования данных на носителях информации. Она определяет формат

физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов. Конкретная файловая система определяет размер имени файла (папки), максимальный возможный размер файла и раздела, набор атрибутов файла. Некоторые файловые системы предоставляют сервисные возможности, например, разграничение доступа или шифрование файлов.

логической модели файловой системы на физическую организацию хранилища данных;
организация устойчивости

файловой системы к сбоям питания, ошибкам аппаратных и программных средств;
содержание параметров файла, необходимых для правильного его взаимодействия с другими объектами системы (ядро, приложения и пр.).

вычислительной технике: сущность, позволяющая получить доступ к какому-либо ресурсу вычислительной

системы и обладающая рядом признаков:
фиксированное имя (последовательность символов, число или что-то иное, однозначно характеризующее файл);
определённое логическое представление и соответствующие ему операции чтения/записи.
В информатике используется следующее определение: файл — поименованная совокупность байтов произвольной длины, находящихся на носителе информации

о том, в каком месте на диске записан хранится в

таблице размещения файлов файл, (File Allocation Table, FAT). Эта таблица размещается в начале тома. В целях защиты тома на нем хранятся две копии FAT. В случае повреждения первой копии FAT дисковые утилиты могут воспользоваться второй копией для восстановления тома.
Наименьшей физической единицей хранения данных является сектор. Размер сектора 512 байт. Поскольку размер FAT – таблицы ограничен, то для дисков, размер которых превышает 32 Мбайт, обеспечить адресацию к каждому отдельному сектору не представляется возможным. В связи с этим группы секторов условно объединяются  в кластеры. Кластер является наименьшей единицей адресации к данным. Размер кластера, в отличие от размера сектора, не фиксирован и зависит от емкости диска.

(менее 16 Мбайт) использовалась 12-разрядная версия FAT
FAT16- ОС MS

DOS, Win 95, Win NT реализуют 16 – разрядные поля в таблицах размещения файлов.
FAT32 - была введена в Windows 95 OSR2 и поддерживается в Windows 98 и Windows 2000. FAT32 представляет собой усовершенствованную версию FAT, предназначенную для использования на томах, объем которых превышает 2 Гбайт.
NTFS (New Technology File System – файловая система новой технологии)с длинными именами файлов и надежной системой безопасности. Объем раздела NTFS не ограничен. В NTFS минимизируется объем дискового пространства, теряемый вследствие записи небольших файлов в крупные кластеры. Кроме того, NTFS позволяет экономить место на диске, сжимая сам диск, отдельные папки и файлы.

необходимых работ на ПК: редактирование текстовых документов, создание рисунков или

картинок, создание электронных таблиц и т.д. Прикладные программы могут использоваться  автономно или в составе программных комплексов или пакетов.
Пакеты прикладных программ (ППП) – это система программ, которые по сфере применения делятся на проблемно – ориентированные, пакеты общего назначения и интегрированные пакеты.

текстов;
обработки табличных данных – табличные процессоры;
подготовки документов типографского качества –

издательские системы;
обработки массивов информации – системы управления базами данных;
подготовки презентаций;
программы экономического анализа – бухгалтерские программы, программы финансового состояния, правовые базы данных и т.д.;
программы для создания рисунков, анимации и видеофильмов – графические редакторы;
программы статистического анализа данных;
образовательные программы - обучающие и контролирующие знания, электронные справочники;
CAD – системы (системы автоматизированного проектирования);
редакторы HTML или Web – редакторы;
браузеры – средства просмотра Web - страниц
компьютерные игры и пр.

системы для автоматизации разработки новых программ на языке программирования. Системы программирования

содержат программные средства, предназначенные для реализации операционных алгоритмов (программ) в виде некоторой последовательности распознаваемых компьютером инструкций (кодов, команд). Система программирования включает систему команд процессора, периферийных устройств, трансляторы, компиляторы и интерпретаторы различных языков программирования. По степени зависимости исходного программного кода от конкретной вычислительной системы различают машинные коды, машинно-зависимые и машинно-независимые средства программирования. При этом под средством программирования понимается как алгоритмический язык, определяющий синтаксис набора инструкций, так и программа преобразования этих инструкций в машинные коды.

которых положен машинно-ориентированный алгоритмический язык.
Машинно-независимые программные средства строятся на

основе алгоритмических языков высокого уровня и предназна­чены для автоматизации процесса программирования, снижения трудоемкости разработки программ и повышения их надежности.

В самом общем случае для создания программы на выбранном языке программирования (языке системного программирования) нужно иметь следующие компоненты:
Текстовый редактор для создания файла с исходным текстом программы.
Компилятор или интерпретатор. Исходный текст с помощью программы-компилятора переводится в промежуточный объектный код. Исходный текст большой программы состоит из нескольких модулей (файлов с исходными текстами). Каждый модуль компилируется в отдельный файл с объектным кодом, которые затем надо объединить в одно целое.
Редактор связей или сборщик, который выполняет связывание объектных модулей и формирует на выходе работоспособное приложение – исполнимый код. Исполнимый код – это законченная программа, которую можно запустить на любом компьютере, где установлена операционная система, для которой эта программа создавалась. Как правило, итоговый файл имеет расширение .ЕХЕ или .СОМ.
В последнее время получили распространение визуальный методы программирования (с помощью языков описания сценариев), ориентированные на создание Windows-приложений. Этот процесс автоматизирован в средах быстрого проектирования. При этом используются готовые визуальные компоненты, которые настраиваются с помощью специальных редакторов.