Программное обеспечение компьютера. Действия, выполняемые современными вычислительными машинами, определяются командами программы

Действия, выполняемые современными вычислительными машинами, определяются командами программы. Такая организация работы машины называется принципом программного управления. Согласно этому принципу никакая вычислительная машина сама задач не решает: она лишь выполняет действия, заложенные разработчиками программ. Для современных систем обработки информации характерна многоуровневая, т.е. иерархическая организация программного управления. Более низким уровнем в этой организации является микропрограммирование.

Микропрограммирование – это упорядоченный метод кодового управления отдельными элементами машины; такими как: триггеры, транзисторы, вентили, интегральные схемы и т.п., — для выполнения элементарных операций. Элементарные операции, происходящие в устройстве машины, называются микрооперациями. К ним относятся: передача информации с одного регистра на другой; выполнение одноразрядных сдвигов в пределах регистра и др. Из этих микроопераций складываются уже более крупные операции, называемые микрокомандами. Последовательность микрокоманд, управляющих выполнением более крупной по логическому содержанию операцией, называется микропрограммой. Заменяя одну микропрограмму другой, можно менять состав операций, выполняемых машиной. Микропрограммы обычно располагаются в постоянной памяти машины, в которой информация запаивается заводом-изготовителем машины. В такую память пользователь ничего записать не может, и стереть тоже ничего не может, из нее можно только считывать информацию. В последнее время появились и полупостоянные запоминающие микропрограммные устройства, в которые можно специальными техническими средствами или специальными программами записать новую информацию.

Следующий, более высокий уровень в иерархии программного управления – это программирование на машинном языке, т.е. в кодах машины, представляющих собой набор закодированных элементарных операций машины, таких как: сложение, вычитание, умножение, деление, сравнение, ввод-вывод информации и др. Язык машины неудобен и сложен для человека. Он очень сильно отличается не только от привычного человеческого языка, но и от общепринятой математической символики, используемой для записи формул. Кроме того, различные машины имеют свой набор элементарных операций, а, следовательно, и свой машинный язык. А значит программа, написанная на машинном языке одной машины, не может выполняться машиной другого типа. Программирование в машинных кодах достаточно трудоемкий процесс. Однако, именно с него начиналась эра программирования. Облегчать этот процесс стали макрокоманды, каждая из которых соответствует определенной совокупности машинных команд. Однако макрокоманды ориентированы по-прежнему в большей степени на машины, чем на пользователя. Они также привязаны к особенностям конкретной машины.

Более высоким уровнем в иерархии программирования являются алгоритмические языки.

Программное обеспечение ЭВМ и его основные компоненты.

В современных вычислительных машинах ряд функций выполняется аппаратурой и составляет аппаратное или техническое обеспечение ЭВМ (hardware), а ряд – комплексом программ, называемым программным обеспечением (software)).

Программное обеспечение вычислительной машины – это совокупность программ и документации на них, позволяющих осуществить автоматизированную обработку информации на ЭВМ. Если бы аппаратное оборудование предоставляло пользователям такие возможности, какие им необходимы, надобность в программном обеспечении отпала бы. Однако, в настоящее время форма работы с аппаратным оборудованием для пользователя не совсем удобна, и при конструировании ЭВМ создают комбинацию программных и аппаратных средств. Это позволяет найти оптимальный вариант сочетания затрат на создание ЭВМ и их возможностей. С точки зрения пользователя можно говорить о виртуальной (кажущейся) ЭВМ, обладающей некоторыми свойствами, реализованными совокупностью аппаратных и программных средств.

Основной принцип построения программного обеспечения заключается в выделении отдельных его функций и оформлении их в виде стандартизованных блоков, функционирование которых зависит от значения входов и выходов в этот блок и не зависит от других блоков. Такие программные блоки называют модулями, а принцип называется модульным. По выполняемым функциям программное обеспечение можно разделить на две большие группы: системное и прикладное.

Системное программное обеспечение – это совокупность программ, рассчитанных на широкий круг пользователей и предназначенных для организации вычислительного процесса и (или) решения часто встречающихся задач. К системному программному обеспечению относят операционную систему и ее окружение, системы программирования, вспомогательные программы. По мере усложнения ЭВМ появилась необходимость в выделении части системного программного обеспечения, которое стало называться операционной системой.

Операционная система (ОС) – это комплекс программ, предназначенных для управления всеми аппаратными ресурсами машины, и всеми компонентами программного обеспечения, для организации их наиболее эффективного использования с учетом решаемых прикладных задач, а также организации взаимодействия с пользователем. Программы, расширяющие возможности операционной системы и упрощающие работу с ней, называются окружением операционной системы.

Система программирования (СП) представляет собой совокупность средств разработки компьютерных программ. Она обеспечивает создание и преобразование программ, написанных на языках программирования или машинно-ориентированном языке. Эта часть операционной системы представляется такими ее программными компонентами, как трансляторы с языков программирования, средства отладки программ и др. На персональных компьютерах используются системы программирования на алгоритмических языках Бейсик, Паскаль, Си, PL/М, Пролог и др. Вспомогательные программы обслуживания позволяют проводить тестирование оборудования, проверку качества магнитных дисков.

Прикладное программное обеспечение — совокупность программ, предназначенных для решения специальных задач. Среди них большую группу составляют пакеты прикладных программ, которые могут быть как общего назначения, так и ориентированы на реализацию либо некоторых методов, либо некоторых проблем. Сюда входят и уникальные программы, т.е. программы пользователя.

Пакеты прикладных программ (ППП) — комплекс программ для решения задач по некоторой теме или предмету и оформленные согласно требованиям к такому продукту. Например, пакеты бухгалтерских программ. Программы пользователя, или уникальные программы — это чаще всего программы, созданные пользователем и не оформленные по стандарту в виде программного продукта. По мере развития они иногда переходят в предыдущие группы. Различают пакеты прикладных программ общего и специального назначения. Пакеты специального назначения делятся на методо-ориентированные и проблемно-ориентированные. В основе методо-ориентированных ППП лежит реализация того или иного математического метода решения задачи: математического программирования (линейного, динамического, статистического и др.); сетевого планирования и управления; теории массового обслуживания. Проблемно-ориентированные решают конкретные задачи из некоторой предметной области, например, транспорта, медицины, банковского дела, бухучёта и т.п. С их помощью можно создавать автоматизированные рабочие места для специалистов разного профиля. ППП общего назначения ориентированы на автоматизацию широкого класса задач пользователя. К этому классу относятся: текстовые процессоры; табличные процессоры; системы презентации; графические процессоры; системы управления базами данных; интегрированные системы; системы автоматизации проектирования; оболочки экспертных систем, систем поддержки принятия решений.

Текстовым редактором называется программный продукт, служащий для создания и изменения текстового документа. ППП для текстовой обработки позволяют значительно ускорить процесс подготовки справок, отчётов, больших текстовых документов, писем и др. Стандартными функциями пакетов являются: задание формата страницы и форматирование абзаца; ввод и модификация текста; удаление и вставка строки, нумерация страниц; работа с фрагментами текста, включая выделение слова, предложения и текстового блока; контекстный поиск и замена; использование в тексте различных шрифтов, выделение слова (фразы) на экране и при печати подчёркиванием, курсивом, жирным шрифтом.

Электронная таблица – это компьютерный эквивалент обычной таблицы, в клетках (ячейках) которой записаны данные различных типов: даты, тексты, формулы, числа. Электронная таблица является самой распространенной и мощной технологией для работы с данными. Для управления электронной таблицей созданы специальные программные продукты – табличные процессоры. Главное достоинство электронной таблицы – это возможность быстрого пересчета всех данных, связанных формульными зависимостями при изменении значения любого операнда. Объектом табличной обработки является динамическая таблица (SpreadSheet) – электронный эквивалент обычного бумажного бланка, который содержит ряд строк и столбцов. Основными областями применения таких пакетов являются экономика и планирование, подготовка отчётов, сводок и т.д.

База данных – это совокупность данных, организованных по определенным правилам, предусматривающая общие принципы описания, хранения и манипулирования данными, независимо от прикладных программ. Создавая базу данных, пользователь стремится упорядочить информацию по различным признакам, чтобы впоследствии быстро делать выборку с произвольным сочетанием признаков. Для управления данными в базе данных, ведения базы данных и обеспечения взаимодействия с прикладными программами используются системы управления базами данных (СУБД).

Для построения графиков, диаграмм, чертежей, иллюстраций существуют графические редакторы. Графики и диаграммы в них можно строить непосредственно, без создания таблицы и введения в неё числовых значений. Наибольшее распространение на ПЭВМ получили пакеты деловой и демонстрационной графики. Деловая графика является универсальным средством отображения в графическом виде закономерностей изменения числовых данных, которые могут вводиться с клавиатуры или передаваться из баз данных и динамических таблиц. Поэтому программные средства деловой графики часто применяются совместно с другими пакетами: табличной обработки, накопления и хранения данных, статистической обработки.

Современные пакеты деловой графики обладают следующими основными показателями: настройка представления данных под формат бумаги и устройство вывода; автоматическое масштабирование и индикация масштабной сетки; автоматические условные обозначения; горизонтальная (вертикальная) ориентация графика; выбор цвета; несколько типов и размеров шрифтов; возможность регулирования размера страницы.

Пакеты графической обработки, как правило, обеспечивают построение графиков следующих типов: столбиковая вертикальная/горизонтальная и круговая диаграммы; линейный график и график рассеивания; диаграмма соотношения площадей.

В настоящее время среди прикладного программного обеспечения общего характера наиболее известны текстовые процессоры, табличные процессоры и системы управления базами данных. В этих областях разработано много программ, и они продолжают развиваться. У них появляется много новых функций и возможностей. Управление этими программами отличается друг от друга: используются различные функциональные клавиши, функции одинаковых команд у них часто различные и т.д., к тому же часто различные программы имеют различный формат рабочих файлов, поэтому файлы, записанные в одной программе, не воспринимаются другой и приходится создавать дополнительные программы для обеспечения совместимости данных.

Чтобы решить эти проблемы создаются интегрированные системы. В них сделано следующее: ограничено множество функций прикладных областей до такого их количества, которое наиболее часто используется на практике; выполнена интеграция, объединяющая в единое целое все модули системы под единой операционной средой; осуществлена внутренняя совместимость модулей друг с другом и внешняя совместимость с другими программами. В результате этого все модули, входящие в интегрированную систему, имеют единую конструктивную организацию.

Интегрированная система – программный продукт, представляющий совокупность функционально различных компонентов, способных взаимодействовать между собой путём передачи информации, и объединенных единым пользовательским интерфейсом. Современные интегрированные системы содержат обычно пять функциональных компонентов: электронную таблицу, текстовый редактор, систему управления базами данных, графический редактор, коммуникационный модуль.