Программное обеспечение современных компьютеров и других средств информатизации

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ  ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

Институт  Нефти и Газа

Кафедра «Топливообеспечение и горючесмазочные материалы» 

РЕФЕРАТ 
 
 

Программное обеспечение современных компьютеров и других средств информатизации 
 
 
 
 

           Студент                                   ________       

        подпись, дата

               Преподаватель                        _________            

         подпись, дата 

Красноярск 20__ 

Содержание

1. Введение
2. Классификация ПО
3. Системное ПО
1. BIOS
2. Операционная система
1. ОС общего назначения
2. ОС реального времени
3. Сетевая ОС
4. Встраиваемая ОС
5. Загрузчик операционной системы
6. Драйвер устройства
4. Прикладное ПО
1. Офисное приложение
1. Текстовый редактор
2. Текстовый процессор
3. Табличный процессор
2. Система автоматизированного проектирования (САПР)
3. Информационные системы
1. Геоинформационная система (ГИС)
2. Система управления IT-инфраструктурой
5. Инструментальное ПО
1. Средство разработки программного обеспечения
1. Среда разработки
2. RAD
3. SDK
2. Система управления базами данных (СУБД)
1. Реляционная (DB2, Informix, Interbase, Firebird, Microsoft SQL, Oracle, PostgreSQL, Server, MySQL, ЛИНТЕР и др.)
2. Объектно-ориентированная (Versant Object Database, ObjectStore и т.д.)
3. Иерархическая (IMS и т.д.)
4. Сетевая (IDS и т.д.)

1. Введение

     Программное обеспечение (ПО) — совокупность программ системы и программных документов, необходимых для эксплуатации этих программ. Также — совокупность программ, процедур и правил, а также документации, относящихся к функционированию системы обработки данных.

     Программное обеспечение является одним из видов  обеспечения вычислительной системы, наряду с техническим (аппаратным), математическим, информационным, лингвистическим, организационным и методическим обеспечением.

     Мы  знаем, что программное обеспечение  компьютеров делится на три вида: 
- системное; 
- прикладное и 
- инструментальное.

     До  сих пор мы говорили о программах, решавших какие-либо конкретные задачи - прикладных. Среди множества прикладных программ общего назначения и специализированных мы выбираем те, что помогут выполнить  нужную нам работу. Но есть программа, без которой компьютер вообще не сможет работать. Это центральная  часть системного ПО - операционная система (ОС).

     В задачи операционной системы входит: 
- управление работой устройств компьютера; 
- работа с файлами; 
- управление программами (запуск, выделение памяти и других ресурсов и т. п.);

     Взаимодействие  с пользователем. Операционная система начинает свою работу сразу после включения компьютера. Поэтому, в отличие от других программ, как минимум часть ее должна храниться в постоянной памяти. После проверки исправности оперативной памяти и других узлов с диска загружаются основные модули ОС. И все время пока компьютер работает, некоторая часть операционной системы (ее называют резидентной) находится в оперативной памяти. Другие же ее части подгружаются по мере надобности.

     В состав современного компьютера могут  входить самые разнообразные  внешние устройства. Каждое из них  имеет свой набор команд - "разговаривает  на своем языке". Чтобы можно  было использовать любое из существующих устройств, прибегают к помощи "переводчиков". Такая программа, управляющая конкретным устройством, называется драйвером.

     Рабочий экран программы-оболочки для MS-DOS "Volkov Commander"

     Удобство  работы с операционной системой зависит, в первую очередь, от интерфейса, предоставляемого командным процессором. Одни системы  управляются с помощью командной  строки (каждая команда набирается "по буквам" на клавиатуре), в других более современных используется графический интерфейс. Его преимущество в гораздо большей наглядности и простоте освоения. Пользователю нет нужды запоминать написание множества различных команд. Поэтому и для ОС, изначально управляемых из командной строки, созданы программы - "оболочки" с графическим интерфейсом.

     Операционные  системы позволяют пользователю выполнять различные операции с  файлами: 
- сохранять данные на диске и загружать их с диска в оперативную память; 
- просматривать каталоги файлов; 
- перемещать файлы из одного каталога в другой; 
- копировать файлы с одного устройства на другое; 
- переименовывать и уничтожать файлы.

     Для того чтобы можно было использовать магнитный диск, его предварительно нужно отформатировать - нанести  особую магнитную разметку. Это тоже выполняет операционная система.

     В состав ОС обычно входит некоторый  набор вспомогательных программ - утилит. Они предназначены для  обслуживания дисков, проверки компьютера, настройки тех или иных параметров и т. п.

     В зависимости от того, сколько пользователей  и сколько программ может одновременно работать на компьютере, операционные системы делятся на однопользовательские и многопользовательские, однозадачные и многозадачные. Примером однопользовательской однозадачной ОС является MS-DOS50, однопользовательской многозадачной - MacOS51, OS/252 и MS Windows ME, многопользовательской  многозадачной - UNIX53.

     Интерфейс командной строки используется в MS-DOS и UNIX, командная строка может использоваться в Windows.

     Идея  графического интерфейса родилась в PARC (Palo - Alto Research Center) Xerox, затем была реализована Apple в Mac OS, а несколько позже Microsoft в Windows.

     Многие  пользователи даже не задумываются, что  голубые панели Norton Commander - не часть MS-DOS, а вспомогательная программа, написанная совсем другой фирмой.

     Microsoft Disk Operating System. Для PC-совместимых компьютеров.  Практически вытеснена Windows-95/98/ME. 
Macintosh Operating System.

     Operating System 2nd generation. Операционная система фирмы IBM для PC-совместимых компьютеров.

     Операционная  система, используемая для рабочих станций и серверов. Версии UNIX существуют практически для всех компьютеров. UNIX-компьютеры составляют основу сети Интернет. Все большую популярность приобретает Linux, также относящаяся к семейству UNIX-подобных ОС. Последняя версия Mac OS - Mac OS X - также основана на UNIX.

2. Классификация ПО

     Программное обеспечение принято по назначению подразделять на системное, прикладное и инструментальное, а по способу  распространения и использования делятся на несвободное (закрытое) и свободное (открытое). Свободное программное обеспечение может распространяться, устанавливаться и использоваться на любых компьютерах дома, в офисах, школах, вузах, а также коммерческих и государственных учреждениях без ограничений.

3. 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.

1. BIOS

     BIOS- реализованная в виде микропрограмм часть системного  программного обеспечения, которая предназначается для обеспечения операционной системы API доступа к аппаратуре компьютера и подключенным к нему устройствам.

     В персональных IBM PC-совместимых компьютерах, использующих микро-архитектуру x86, BIOS представляет собой набор записанных в микросхему EEPROM (ПЗУ) персонального  компьютера микропрограмм (образующих системное программное обеспечение), обеспечивающих начальную загрузку компьютера и последующий запуск операционной системы.

     Для новых платформ, компания Intel на замену традиционному BIOS предлагает Extensible Firmware Interface.

     Для компьютеров на базе иных платформ для обозначения встроенного  ПО, используются другие термины. Например в архитектуре SPARC, такой набор  микропрограмм может называться PROM, или Boot.

2. Операционная система

     Операционная система-комплекс управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между устройствами вычислительной системы и прикладными программами, а с другой стороны — предназначены для управления устройствами, управления вычислительными процессами, эффективного распределения вычислительных ресурсов между вычислительными процессами и организации надёжных вычислений.

     В логической структуре типичной вычислительной системы операционная система занимает положение между устройствами с  их микро-архитектурой, машинным языком и, возможно, собственными (встроенными) микропрограммами-с одной стороны - и прикладными программами с другой.

     Разработчикам программного обеспечения операционных систем позволяет абстрагироваться от деталей реализации и функционирования устройств, предоставляя минимально необходимый  набор функций.

     В большинстве вычислительных систем операционная система является основной, наиболее важной (а иногда и единственной) частью системного программного обеспечения. С 1990-х годов наиболее распространёнными  операционными системами являются системы семейства Microsoft Windows и системы  класса UNIX (особенно Linux и Mac OS).

1. ОС общего назначения.

     Различают три типа операционных систем (ОС) общего назначения: поддерживающие однопрограммный  режим работы и диалоговый способ общения, обеспечивающие пакетную обработку  задач в режиме мультипрограммирования и операционные системы разделения времени.

     Операционные  системы общего назначения, поддерживающие однопрограммный режим работы и  диалоговый способ общения включают в себя средства, обеспечивающие ввод и вывод информации, управляют  работой системных обрабатывающих программ - трансляторов, редакторов, предоставляют  пользователю сведения о ходе выполнения задач, обеспечивают работу с библиотеками. Обычно такие операционные системы  называют мониторными. Они не повышают производительности ЭВМ, но позволяют  программисту вмешиваться в ход  выполнения задания, что резко повышает производительность его работы, особенно на этапе отладки программ.

     Операционные  системы общего назначения, обеспечивающие пакетную обработку задач в режиме мультипрограммирования, применяются в ВС. средней и большой производительности. В RAM ЭВМ одновременно находится несколько системных и пользовательских задач, и когда одна из них обрабатывается процессором, то для остальных осуществляются необходимые обмены с внешним устройством (ВУ).

     Эффективность использования ВС. при этом во многом зависит от состава пакета задач, подлежащих выполнению, так как могут  возникать ситуации, когда все  задачи находятся в состоянии  ожидания и процессор простаивает ( в условиях потока отладочных задач, каждая из которых характеризуется  многократными обменами и незначительным временем, затрачиваемым собственно на счет). Эффективность работы пользователя при этом невысокая, так как в условиях пакетной обработки задач он не имеет возможности вмешиваться в процесс выполнения своей программы.

2. Операционная система реального времени

     ОСРВ - тип операционной системы. Есть много определений термина, по сути похожих друг на друга.

     Самые распространённые из них:

• Операционная система, в которой успешность работы любой программы зависит не только от её логической правильности, но и от времени, за которое она получила этот результат. Если система не может удовлетворить временным ограничениям, должен быть зафиксирован сбой в её работе;
• Стандарт POSIX 1003.1 даёт определение: «Реальное время в операционных системах — это способность операционной системы обеспечить требуемый уровень сервиса в определённый промежуток времени»;
• Операционная система, реагирующая в предсказуемое время на непредсказуемое появление внешних событий;
• Интерактивные системы постоянной готовности. В категорию ОСРВ их относят, исходя из маркетинговых соображений, и если интерактивную программу называют «работающей в реальном времени», то это лишь означает, что запросы от пользователя обрабатываются с задержкой, незаметной для человека.
3. Сетевая операционная система

     Операционная  система со встроенными возможностями  для работы в компьютерных сетях. К таким возможностям можно отнести:

• поддержку сетевого оборудования
• поддержку сетевых протоколов
• поддержку протоколов маршрутизации
• поддержку фильтрации сетевого трафика
• поддержку доступа к удалённым ресурсам, таким как принтеры, диски и т. п. по сети
• поддержку сетевых протоколов авторизации
• наличие в системе сетевых служб позволяющей удалённым пользователям использовать ресурсы компьютера

     Примеры сетевых операционных систем:

• Novell NetWare
• LANtastic
• Microsoft Windows (95, NT, XP, Vista, Seven)
• Различные UNIX системы, такие как Solaris, FreeBSD
• Различные GNU/Linux системы
• IOS
• ZyNOS компании ZyXEL

     Главными  задачами являются разделение ресурсов сети (например, дисковые пространства) и администрирование сети. С помощью сетевых функций системный администратор определяет разделяемые ресурсы, задаёт пароли, определяет права доступа для каждого пользователя или группы пользователей.

     Отсюда  деление:

• Сетевые ОС для серверов;
• Сетевые ОС для пользователей.

     Существуют  специальные сетевые ОС, которым  приданы функции обычных систем (Windows NT) и обычные ОС (Windows XP), которым  приданы сетевые функции. Сегодня  практически все современные  ОС имеют встроенные сетевые функции.

4. Встраиваемая система (встроенная система)

     Специализированная компьютерная система управления, концепция разработки которой заключается в том, что такая система будет работать, будучи встроенной непосредственно в устройство, которым она управляет.

     То  есть устройство строится на базе встроенного  компьютера, который в то же время  не воспринимается пользователем устройства как компьютер (так как не имеет  обычного монитора и клавиатуры, не отображает привычной ОС и другого  ПО).

     В связи с тем, что система управления будет размещаться внутри более  сложного устройства, при её разработке ключевую роль играют следующие факторы:

• минимальное собственное энергопотребление (возможно автономное питание);
• минимальные собственные габариты и вес;
• собственная защита (корпус) минимальна и обеспечивается прочностью и жёсткостью конструкции и применёнными элементами;
• функции отвода тепла (охлаждения) обеспечивают минимум требований тепловых режимов. Если плотность теплового потока (тепловой поток, проходящий через единицу поверхности) не превышает 0,5 мВт/см², перегрев поверхности устройства относительно окружающей среды не превысит 0,5 °C, такая аппаратура считается не теплонагруженной и не требует специальных схем охлаждения.
• Микропроцессор и системная логика, а также ключевые микросхемы по возможности совмещены на одном кристалле
• Специальные военно-космические требования по радиационной и электромагнитной стойкости, работоспособность в вакууме, гарантированное время наработки, срок доступности решения на рынке и т.д. Основой построения простых встроенных систем часто служат одноплатные (однокристальные) ЭВМ (микроконтроллер), специализированные или универсальные микропроцессоры, ПЛИС. Для построения некоторых видов встроенных систем широко используют микропроцессоры архитектуры ARM.

     Широко  распространено непосредственное использование  или обеспечение значительной степени  совместимости с морально устаревшими  за долгое время выпуска (десятки  лет) устройствами и интерфейсами (например, процессорами семейств Intel 8086, i386, i486, Pentium и их аналогами; шиной ISA и т. п.) из-за низкой стоимости разработки конкретного решения.

     Областью  применения встроенных систем являются:

• Средства автоматического регулирования и управления техпроцессами, например контроль доступа.
• станки с ЧПУ.
• банкоматы, платёжные терминалы.
• телекоммуникационное оборудование.
5. Загрузчик операционной системы.

     Системное программное обеспечение, обеспечивающее загрузку операционной системы непосредственно  после включения компьютера. Загрузчик операционной системы:

• обеспечивает необходимые средства для диалога с пользователем компьютера (например, загрузчик позволяет выбрать операционную систему для загрузки);
• приводит аппаратуру компьютера в состояние, необходимое для старта ядра операционной системы (например, на не-x86 архитектурах перед запуском ядра загрузчик должен правильно настроить виртуальную память);
• загружает ядро операционной системы в ОЗУ. Загрузка ядра операционной системы не обязательно происходит с жесткого диска. Загрузчик может получать ядро по сети. Ядро может храниться в ПЗУ или загружаться через последовательные интерфейсы (это может пригодиться на ранней стадии отладки создаваемой компьютерной системы);
• формирует параметры, передаваемые ядру операционной системы (например, ядру Linux передаются параметры, указывающие способ подключения корневой файловой системы);
• передаёт управление ядру операционной системы.

     На  компьютерах архитектуры IBM PC запуск загрузчика осуществляется программным обеспечением BIOS, записанной в ПЗУ компьютера, после успешного окончания процедуры POST. Опишем процедуру, с помощью которой происходит загрузка с НЖМД IBM PC: BIOS производит чтение 512 байт первого сектора НЖМД (MBR) в ОЗУ по адресу 0x00007C00 (0x07C0:0x0000 в формате реального режима), затем прочитанному коду передаётся управление. Этот код читает и анализирует таблицу разделов жёсткого диска, а затем, в зависимости от вида загрузчика, либо передаёт управление загрузочному коду активного раздела жёсткого диска, либо самостоятельно загружает ядро с диска в оперативную память и передаёт ему управление. Первоначально загрузчик работает в режиме реальной адресации при отключенной адресной линии A20, что создает определенные трудности при написании загрузчиков.

6. Драйвер устройства.

     Программа, позволяющая конкретному устройству, такому как модем, сетевая плата  или принтер, взаимодействовать  с Windows. Например, без драйверов последовательного  порта сетевые подключения не могут использовать модем для  соединения с сетью. Даже установленное  в системе устройство может не распознаваться Windows до установки и  настройки соответствующего драйвера. Если устройство включено в список совместимого оборудования, то драйвер  такого устройства обычно входит в  состав Windows. Драйверы устройств загружаются  автоматически при запуске компьютера и с этого момента выполняются, оставаясь невидимыми.

4. Прикладное  ПО

     Прикладные  программы могут использоваться  автономно или в составе программных комплексов или пакетов. Прикладное ПО – программы,  непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых работ на ПК: редактирование текстовых документов, создание рисунков или картинок, создание электронных таблиц и т.д.

     Пакеты  прикладных программ – это система  программ, которые по сфере применения делятся на проблемно – ориентированные, пакеты общего назначения и интегрированные  пакеты. Современные интегрированные  пакеты содержат до пяти функциональных компонентов: тестовый и табличный  процессор, СУБД, графический редактор, телекоммуникационные средства.

     К прикладному программному обеспечению (application software) относятся компьютерные программы, написанные для пользователей или самими пользователями, для задания компьютеру конкретной работы. Программы обработки заказов или создания списков рассылки — пример прикладного программного обеспечения. Программистов, которые пишут прикладное программное обеспечение, называют прикладными программистами.

1. Офисное приложение.

     Офисным называется приложение цель (задача) которого упростить (и/или ускорить) повседневную офисную работу т.е. набор, распечатка, редактирование текста и/или графики.

1. Текстовый редактор.

     Компьютерная  программа, предназначенная для  обработки текстовых файлов, такой  как создание и внесение изменений.

     Условно выделяют два типа редакторов: потоковые  текстовые редакторы и интерактивные.

     Потоковые текстовые редакторы представляют собой компьютерные программы, которые  предназначены для автоматизированной обработки входных текстовых  данных, полученных из текстового файла, в соответствии с заранее заданными  пользователями правилами. Чаще всего  правила представляют собой регулярные выражения, на специфичном для данного  конкретного текстового редактора  диалекте. Примером такого текстового редактора может служить редактор Sed.

     Интерактивные текстовые редакторы — это семейство компьютерных программ предназначенных для внесения изменений в текстовый файл в интерактивном режиме. Такие программы позволяют отображать текущее состояние текстовых данных в файле и производить над ними различные действия.

     Часто интерактивные текстовые редакторы  содержат значительную дополнительную функциональность, призванную автоматизировать часть действий по редактированию, или внести изменение в отображение  текстовых данных, в зависимости  от их семантики. Примером функциональности последнего рода может служить подсветка  синтаксиса.

2. Текстовый процессор

     Текстовый процессор — вид прикладной компьютерной программы, предназначенной для производства (включая набор, редактирование, форматирование, иногда печать) любого вида печатной информации. Иногда текстовый процессор называют текстовым редактором второго рода.

     Текстовыми  процессорами в 1970-е — 1980-е годы называли предназначенные для набора и печати текстов машины индивидуального и офисного использования, состоящие из клавиатуры, встроенного компьютера для простейшего редактирования текста, а также электрического печатного устройства. Позднее наименование «текстовый процессор» стало использоваться для компьютерных программ, предназначенных для аналогичного использования.

     Текстовые процессоры, в отличие от текстовых  редакторов, имеют больше возможностей для форматирования текста, внедрения  в него графики, формул, таблиц и  других объектов. Поэтому они могут  быть использованы не только для набора текстов, но и для создания различного рода документов, в том числе официальных. Наиболее известным примером текстового процессора является Microsoft Word.

3. Табличный процессор.

     Электронная таблица — компьютерная программа, позволяющая проводить вычисления с данными, представленными в виде двухмерных массивов, имитирующих бумажные таблицы.

     Электронные таблицы (ЭТ) представляют собой удобный  инструмент для автоматизации вычислений. Многие расчёты, в частности в  области бухгалтерского учёта , выполняются  в табличной форме: балансы, расчётные  ведомости, сметы расходов и т. п. Кроме того, решение численными методами целого ряда математических задач удобно выполнять именно в табличной  форме. Использование математических формул в ЭТ позволяет представить  взаимосвязь между различными параметрами  некоторой реальной системы. Решения  многих вычислительных задач, которые  раньше можно было осуществить только с помощью программирования, стало  возможно реализовать через математическое моделирование в электронной  таблице.