Виды программного обеспечения

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Древние пифагорейцы считали число основой всех существующих вещей. Математики средневековья утверждали, что вселенная создана творцом по математическому плану, в XVIII веке появилось определение математики как “королевы наук”. Математика не замыкается в рамках собственных интересов. Она находится в постоянном контакте с науками описательными и экспериментальными. Благодаря способности придавать знаниям количественный характер, систематизировать их, она позволяет применять эти знания к явлениям, которые протекают в масштабах гораздо больших, чем масштабы лабораторных установок. И действительно, достижения современной цивилизации были бы совершенно немыслимы без этой сухой и строгой науки.

Инженеры, ученые, экономисты, компьютерщики – это далеко не полный список тех профессий, представителям которых постоянно приходится выполнять самые разнообразные расчеты. Современная цивилизация в значительной степени держится на математических вычислениях, хотя неспециалисты об этом думают редко. Математическое вторжение на “нечисловую” территорию и ее эффективное “завоевание” стали возможными благодаря революции, произведенной компьютерами. Все мы учились в школе, многие были студентами, поэтому проблема решения уравнения или нахождения интеграла знакома практически всем. Но использовать для подобной работы компьютер могут очень немногие.

А между тем в последние годы появился целый ряд программ, позволяющих выполнить расчет практически любой сложности. И ломать голову над тем же уравнением в XXI веке столь же неоправданно, как, например, делить столбиком, имея на столе калькулятор. Ряд задач экономики требует для своего решения применения математических методов. Некоторые из этих методов встроены в виде отдельных функций в пакеты общего назначения, например, Microsoft Excel. Однако для этих целей имеются и специализированные пакеты математической обработки данных: MathCad, MatLab, Mathematica, Maple, Gause, Reduce, Eureka и др. Специализированные пакеты для математической обработки в последнее время все больше расширяют свою нишу на рынке компьютерных программ. И это обоснованно, т.к. специалисты в различных областях начинают понимать, что с помощью компьютеров математика может начать работать все в больших областях знаний. В частности, это касается и экономических наук, где математические расчеты и исследования дают вполне ощутимые результаты. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Виды программного обеспечения

Программное обеспечение (ПО) – комплекс программ обеспечивающих обработку или передачу данных предназначенных для многократного использования и применения разными пользователями.

Программное обеспечение – совокупность программ системы обработки информации и программных документов, необходимых для их эксплуатации.

Под программным обеспечением (Software) понимается совокупность программ, выполняемых вычислительной системой.

Программа – это упорядоченные последовательности команд.

Конечная цель любой компьютерной программы – управление аппаратными средствами. Даже если на первый взгляд программа никак не взаимодействует с оборудованием, не требует никакого ввода данных с устройств ввода и нее осуществляет вывод данных на устройство вывода все равно ее работа основана на управлении аппаратными устройствами компьютера.

Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и в непрерывном взаимодействии.

Состав программного обеспечения вычислительной системы называют программной конфигурацией.

Между программами, как и между физическими узлами и блоками существует взаимосвязь – многие программы работают, опираясь на другие программы более низкого уровня, т.е. мы можем говорить о межпрограммном интерфейсе. Возможность существования такого интерфейса тоже основана на существовании технических условий и протоколов взаимодействия, а на практике он обеспечивает распределение ПО на несколько взаимодействующих между собой уровней.

Уровни ПО представляют собой пирамидальную конструкцию. Каждый следующий уровень опирается на ПО предшествующих уровней (рисунок 1). Такое членение удобно для всех этапов работы с вычислительной системой, начиная с установления программ до практической эксплуатации и технического обслуживания. Каждый вышележащий уровень повышает функциональность всей системы. Так, например, вычислительная система с ПО базового уровня не способна выполнять большинство функций, но позволяет установить системное ПО.

Рисунок 1. Иерархия ПО

 

Базовый уровень – самый низкий уровень ПО представляет базовое ПО. Оно отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Как правило, базовые программные средства непосредственно входят в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхемах, называемых постоянными запоминающими устройствами (ПЗУ – Read Only Memory – ROM). Программы и данные записываются («прошиваются») в микросхемах ПЗУ на этапе производства и не могут быть изменены в процессе эксплуатации.

В тех случаях, когда изменение базовых программных средств во время эксплуатации является технически целесообразным, вместо микросхем ПЗУ применяют перепрограммируемые ПЗУ (ППЗУ – Erasable and Programmable Read Only Memory, EPROM). В этом случае изменение содержания ПЗУ можно выполнять как непосредственно в составе вычислительной системы (такая технология называется флэш-технологией) так и вне ее, на специальных устройствах, называемых программаторами [3,105].

Системный уровень – переходный. Программы, работающие на этом уровне, обеспечивают взаимодействие прочих программ компьютерной системы с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обеспечением, то есть выполняют «посреднические» функции.

Системные программы - программы общего пользования, выполняемая вместе с прикладными программами и служащая для управления ресурсами компьютера: центральным процессором, памятью, вводом-выводом.

Системные программы – это программы предназначенные:

- для поддержания работоспособности системы обработки информации;

- для повышения эффективности  ее использования.

Различают программы:

- системные управляющие;

- системные обслуживающие.

Системные программы - это программы общего пользования, которые предназначены для всех пользователей компьютера. Системное программное обеспечение разрабатывается так, чтобы компьютер мог эффективно выполнять прикладные программы.

Среди десятков тысяч системных программ особое место занимают операционные системы, которые обеспечивают управление ресурсами компьютера с целью их эффективного использования.

Важными классами системных программ являются также программы вспомогательного назначения - утилиты (лат. utilitas - польза). Они либо расширяют и дополняют соответствующие возможности операционной системы, либо решают самостоятельные важные задачи. Некоторые разновидности утилит:

- программы контроля, тестирования  и диагностики, которые используются  для проверки правильности функционирования  устройств компьютера и для  обнаружения неисправностей в процессе эксплуатации; указывают причину и место неисправности;

- программы-драйверы, которые расширяют  возможности операционной системы  по управлению устройствами ввода-вывода, оперативной памятью и т.д.; с  помощью драйверов возможно подключение к компьютеру новых устройств или нестандартное использование имеющихся;

- программы-упаковщики (архиваторы), которые позволяют записывать  информацию на дисках более  плотно, а также объединять копии  нескольких файлов в один архивный  файл;

- антивирусные программы, предназначенные для предотвращения заражения компьютерными вирусами и ликвидации последствий заражения вирусами;

- программы оптимизации и контроля  качества дискового пространства;

- программы восстановления информации, форматирования, защиты данных;

- коммуникационные программы, организующие  обмен информацией между компьютерами;

- программы для управления памятью, обеспечивающие более гибкое  использование оперативной памяти;

- программы для записи CD-ROM, CD-R и  многие другие.

Часть утилит входит в состав операционной системы, а другая часть функционирует независимо от нее, т.е. автономно.

От программного обеспечения этого уровня во многом зависят эксплуатационные показатели всех вычислительной системы в целом. Так, например, при подключении к вычислительной системе нового оборудования на системном уровне должна быть установлена программа, обеспечивающая для других программ взаимосвязь с этим оборудованием. Конкретные программы, отвечающие за взаимодействие с конкретными устройствами, называются драйверами устройств – они входят в состав программного обеспечения системного уровня.

Другой класс программ системного уровня отвечает за взаимодействие с пользователем. Именно благодаря им он получает возможность вводить данные в вычислительную систему, управлять ее работой и получать результат в удобной для себя форме. Эти программные средства называют средствами обеспечения пользовательского интерфейса. 

 

2. Системные уровни  программного  обеспечения

Совокупность программного обеспечения системного уровня образует ядро операционной системы компьютера. Если компьютер оснащен программным обеспечением системного уровня, то он уже подготовлен к установке программ более высоких уровней, к взаимодействию программных средств с оборудованием и, самое главное, к взаимодействию с пользователем. То есть наличие ядра операционной системы – непременное условие для возможности практической работы человека с вычислительной системой [6,115].

Служебный уровень. Программное обеспечение этого уровня взаимодействует как с программами базового уровня, так и с программами системного уровня. Основное назначение служебных программ (их также называют утилитами) состоит в автоматизации работ по проверке, наладке и настройке компьютерной системы. Во многих случаях они используются для расширения или улучшения функций системных программ. Некоторые служебные программы (как правило, это программы обслуживания) изначально включают в состав операционной системы, но большинство служебных программ являются для операционной системы внешними и служат для расширения ее функций.

В разработке и эксплуатации служебных программ существует два альтернативных направления: интеграция с операционной системой и автономное функционирование. В первом случае служебные программы могут изменять потребительские свойства системных программ, делая их более удобными для практической работы. Во втором случае они слабо связаны с системным программным обеспечением, но предоставляют пользователю больше возможностей для персональной настройки их взаимодействия с аппаратным и программным обеспечением.

Прикладной уровень. Программное обеспечение прикладного уровня представляет собой комплекс прикладных программ, с помощью которых на данном рабочем месте выполняются конкретные задания. Спектр этих заданий необычайно широк – от производственных до творческих и развлекательно-обучающих. Огромный функциональный диапазон возможных приложений средств вычислительной техники обусловлен наличием прикладных программ для разных видов деятельности.

Поскольку между прикладным ПО и системным существует непосредственная взаимосвязь (первое опирается на второе), то можно утверждать, что универсальность вычислительной системы, доступность прикладного программного обеспечения и широта функциональных возможностей компьютера напрямую зависят от типа используемой операционной системы, от того, какие системные средства содержит ее ядро, как она обеспечивает взаимодействие триединого комплекса человек – программа – оборудование.

Программы, с помощью которых пользователь непосредственно решает свои информационные задачи, не прибегая к программированию, называется прикладными программами.

Очевидно, что системы программирования нужны далеко не всем, тогда как системное и прикладное ПО незаменимо и необходимо любому пользователю.

 

 

 

 

 

 

3. Программные средства для математической обработки данных

Электронные таблицы, пакеты прикладных программ (ППП) для статистической обработки данных, специализированные математические ППП. Электронные таблицы (SuperCalc, Excel, Lotus, QuattroPro, SDSSSpreadsheet, VistaCalc, GS-Calc и др.) относятся к классу систем обработки числовой информации, называемых Spreadsheet. Буквальный перевод термина "spreadsheet" c английского языка означает "расстеленный лист (бумаги)". Области применения электронных таблиц: бухгалтерский и банковский учет; планирование распределения ресурсов; проектно-сметные работы; инженерно-технические расчеты; статистическая обработка больших массивов информации; исследование динамических процессов.

Табличный процессор - это комплекс взаимосвязанных программ, предназначенный для обработки электронных таблиц.

Электронная таблица - это компьютерный эквивалент обычной таблицы, состоящей из строк и граф, на пересечении которых располагаются клетки, в которых содержится числовая информация, формулы или текст.

Электронные таблицы представляют комплексные средств для хранения типов данных и их обработки. В некоторой степени они аналогичны системам управления базами данных, но основной акцент смещен не на хранение массивов данных и обеспечение к ним доступа, а на преобразование данных, причем в соответствии с их внутренним содержанием.

В отличие от баз данных, которые обычно содержат широких спектр типов данных (от числовых и текстовых до мультимедийных), для электронных таблиц характерна повышенная сосредоточенность на числовых данных.

Основное свойство электронных таблиц состоит в том, что при изменении содержания любых ячеек таблицы может происходить автоматическое изменение содержания во всех прочих ячейках, связанных с изменениями соотношением заданным математическими или логическими выражениями (формулами). Простота и удобство работы с электронными таблицами снискали им широкое применение в сфере бухгалтерского учета, в качестве универсальных инструментов анализа финансовых, сырьевых и товарных рынков, доступных средств обработки результатов технических испытаний, то есть всюду, где необходимо автоматизировать регулярно повторяющиеся вычисления достаточно больших объемов числовых данных.

Самые популярные табличные процессоры - Microsoft Excel, Access и Lotus 1-2-3. В Microsoft Excel автоматизированы многие рутинные операции, специальные шаблоны помогают создавать отчёты, импортировать данные и многое другое.

Lotus 1-2-3 - профессиональный процессор  электронных таблиц. Широкие графические  возможности и удобный интерфейс пакета позволяют быстро ориентироваться в нём. С его помощью можно создать любой финансовый документ, отчёт для бухгалтерии, составить бюджет, а затем разместить все эти документы в базах данных.

Основные возможности электронных таблиц: решение расчетных задач, проведение вычислений по формулам, заданным пользователем; решение оптимизационных задач; анализ и моделирование на основе результатов вычислений; оформление таблиц, отчетов; построение диаграмм требуемого вида; распространение и просмотр электронных таблиц всеми участниками рабочей группы и другое [2,150].

Элементами таблицы являются столбцы, строки, ячейки, блоки ячеек. Прямоугольная область таблицы называется блоком (диапазоном, интервалом) ячеек. Блок задается адресами верхней левой и правой нижней ячеек блока, перечисленными чаще всего через двоеточие.

Преимущества использования ЭТ при решении задач:

1. решение задач с помощью  электронных таблиц освобождает  от составления подробного алгоритма  решения задачи и отладки соответствующей программы.

2. при использовании однотипных  формул используется копирование  формулы в нужные ячейки.

3. изменение содержимого любой  ячейки приводит к автоматическому  пересчету значений всех ячеек  таблицы, в которых есть ссылки  на данную.

4. исходные данные и результаты расчетов можно анализировать как в числовом виде, так и представить их с помощью деловой графики.  Изменение данных, по которым строились графики, автоматически отразится в изменении графического образа.

Помимо рассмотренных выше коммерческих продуктов существует альтернативное свободное программное обеспечение для работы с электронными таблицами: OpenOffice.orgCalc, Gnumeric.

Gnumeric - это свободный табличный  процессор, поддерживается на GNU/Linux, MacOS, Microsoft Windows и других ОС. Gnumeric является частью GNOME Office, набора офисных приложений с некоторой долей интеграции. Разработчики стараются обеспечить поддержку полнофункциональных электронных таблиц и простой переход для пользователей и организаций с несвободных программ. Некоторые специалисты утверждают, что он обеспечивает больше функций и намного большую точность вычислений, чем Microsoft Excel. Gnumeric поддерживает систему подключаемых модулей, позволяющая расширять функциональность - добавлять функции, использовать иные форматы ввода-вывода и возможности обработки данных в реальном времени [1,211].

Математические пакеты (Eureka, Mathcad, MathcadProfessional, Matlab, Maple, Mathematica и др.) позволяют решить практически любую математическую задачу и представить результаты расчетов в табличном или графическом виде. Многие математические пакеты имеют развитые средства построения трехмерных поверхностей, задаваемых с помощью функций.

Mathematica разработана компанией WolframResearchInc, позволяет упрощать алгебраические выражения, дифференцировать, вычислять различные интегралы, суммы, произведения, решать алгебраические и дифференциальные уравнения и системы, раскладывать функции в ряды и находить пределы. Mathematica решает численными методами задачи, которые не поддаются аналитическому решению, а также задачи оптимизации и математической статистики [3,117].

В основу системы Matlab (MATrixLABoratory - матричная лаборатория) положен принцип расширяемости, позволяющей адаптировать систему под задачи пользователя. Сущность этого принципа заключается в том, что пользователь может создавать практически неограниченное число собственных функций, которые хранятся на жестком диске ЭВМ. Matlab имеет средства для расчета и проектирования аналоговых и переходных характеристик и таких же характеристик для линейных электрических цепей, средства для спектрального анализа и синтеза. Для решения задач моделирования программа Matlab дополнена пакетом Simulinkc визуально-ориентированным программированием.

Отличительной чертой Mathcad является использование в ней общепринятых в математике символов для обозначения операций интегрирования, дифференцирования, вычисления рядов и т.д. возможность использования латинских, греческих букв, верхних и нижних индексов позволяет получать формулы в привычном виде. Mathcad является интегрирующей системой, позволяющей создавать проекты, в которых данных циркулируют по системе Matlab, электронным таблицам MSExcelb пакету научной графики Axum.

 

 

Заключение

В настоящее время для рутинных расчетов на компьютере чаще используются не традиционные языки программирования (Basic, Pascal, Fortran) а электронные таблицы и специальные математические программы. Говоря об электронных таблицах, мы обычно имеем в виду Microsoft Excel. Математическая же программа у нас часто ассоциируется в основном с пакетом MathCad. Оба эти пакета задумывались как средства работы на компьютере пользователей, не желавших или не умевших «возиться» с языками программирования при решении финансовых, научно-технических и прочих прикладных задач (программирование без программирования). MathCad – это гибкий инструмент для математических, инженерных, научных и финансовых вычислений более высокого уровня, чем электронные таблицы, так как он создавался на основе электронных таблиц.

В последних выпусках MathCad видна устойчивая тенденция к тесной интеграции с общераспространенными настольными приложениями. В отличие от других высокофункциональных пакетов, например Mathematica, которые выполняют роль основного инструмента специалиста, MathCad вполне пригоден и в качестве вспомогательного средства. Так, пользователь, которого не удовлетворяют графика или программистские возможности Microsoft Excel, может использовать более мощные средства MathCad, предоставляющего вместо жестких сеток Excel среду для создания сложных документов.

Ядро MathCad напоминает рабочую тетрадь с интерфейсом в стиле текстового редактора и имеет готовые инструменты для числовых и символьных вычислений и построения графиков, дающие в совокупности гораздо более мощные и гибкие возможности, чем электронные таблицы. MathCad обладает несравнимо более высоким потенциалом в сфере обработки экспериментальных данных (интерполяции, регрессии, экстраполяции), поэтому, даже если результаты измерений были записаны в виде электронной таблицы, строить на их основе графики и диаграммы лучше в MathCad. Технология работы в средах Microsoft Excel и MathCad имеет много общего. Так, процесс создания «программы» идет параллельно с ее отладкой и оптимизацией. Отладочные фрагменты (не только числа, но и графики, а также анимационные клипы) можно оставить в готовой таблице или в MathCad-документе для того, чтобы убедиться в правильности хода решения задачи. В Microsoft Excel и в MathCad встроено большое количество математических операторов и функций. И в среде Microsoft Excel, и в среде MathCad математический аппарат можно расширять, создавая пользовательские операторы, функции и процедуры. Следовательно, в силу своей схожести, эти пакеты могут работать совместно [5,158].

Экспортировать данные из таблицы Microsoft Excel в матрицу MathCad можно просто скопировав их и вставив затем в пустую таблицу ввода. Однако провести обратную операцию, то есть данные из матрицы MathCad экспортировать в Microsoft Excel, используя таблицу ввода, невозможно. Для выполнения этой задачи следует задействовать таблицу Microsoft Excel как компонент MathCad. Идея совместной работы реализована в среде программы MathConnex, входящей в состав MathCad. MathConnex позволяет интегрировать различные приложения Windows (Excel, MathCad, MatLab, Axum) и организовывать передачу данных между ними. На рабочем столе MathConnex находятся три компоненты: вверху – электронная таблица Excel с одним выходом; в середине – MathCad-документ (там комментарии прописаны ярким шрифтом, а рабочие формулы – блеклым) с одним входом и одним выходом; одна электронная таблица Excel внизу с одним входом. Входы и выходы компонент пользователь соединяет линиями с помощью протяжки мышью.

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

1. Акулов О.А. Информатика: учебник / О.А. Акулов, Н.В. Медведев. – М.: Омега-П, 2012. – 270 с.

2. Алексеев А.П. Информатика 2011 / А.П. Алексеев. – М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2011. – 608 с.

3. Вьюхин В.В. Информатика и вычислительная  техника: учеб. пособие для инженерных  специальностей / В.В. Вьюхин; под ред. В.Н. Ларионова. - М.: Дрофа, 2012. – 286 с.

4. Гейн А.Г. Основы информатики  и вычислительной техники / А.Г. Гейн. - М.: Просвещение, 2012. – 245 с.

5. Макарова Н.В. Информатика: учеб. пособие для вузов / Н.В. Макарова, Н.В. Бройдо. – М.: Академия, 2013. – 768 с.

6. Л.Л. Босова, Н.И. Михайлова. – М.: Бином, 2012. – 400 с.