Понятие данных и информации

3. Технические и  программные средства  реализации информационных  процессов

Состав вычислительной системы называют конфигурацией. Конфигурация вычислительной системы включает аппаратные и программные средства, которые представляют собой отдельно аппаратную конфигурацию и программную конфигурацию. 

3.3. Программная конфигурация  вычислительной системы

Программа – это упорядоченная  последовательность команд. Конечная цель любой компьютерной программы – управление аппаратными средствами. Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и в непрерывном взаимодействии. Состав программного обеспечения вычислительной системы называют программной конфигурацией. В программной конфигурации между её программами существует взаимосвязь, то есть имеет место межпрограммный интерфейс. Возможность существования такого интерфейса основана на существовании технических условий и протоколов взаимодействия. На практике межпрограммный интерфейс (взаимодействие) обеспечивается путём распределения программного обеспечения по нескольким взаимодействующим между собой уровням. Эти уровни представляют собой пирамидальную конструкцию. Каждый следующий уровень опирается на программное обеспечение предшествующих уровней. Уровни программного обеспечения подразделяются на: базовый, системный, служебный и прикладной уровни.

Базовый уровень – самый низкий уровень программного обеспечения представляет базовое программное обеспечение. Оно отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами и, как правило, программные средства входят непосредственно в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхемах ПЗУ. Программы и данные записываются в микросхемы ПЗУ на этапе производства и не могут быть изменены в процессе эксплуатации.

Системный уровень – переходной. 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. Конкретные программы, отвечающие за взаимодействие с конкретными устройствами, называются драйверами устройств. Они входят в состав программного обеспечения системного уровня. Программы, отвечающие за взаимодействие с пользователем, называют средствами обеспечения пользовательского интерфейса. Совокупность программного обеспечения системного уровня образует ядро операционной системы компьютера. Если компьютер оснащён программным обеспечением системного уровня, то он уже подготовлен к установке программ более высоких уровней, к взаимодействию программных средств с оборудованием и с пользователем. Наличие ядра операционной системы – непременное условие для возможности практической работы человека с вычислительной системой.

Служебный уровень – это служебные программы, обеспечивающие взаимодействие с программами базового и системного уровней. Служебные программы (утилиты) предназначены для автоматизации работ по проверке, наладке и настройке компьютерной системы.

Классификация служебных программ

1. Диспетчеры файлов (файловые менеджеры), которые выполняют операции, связанные с обслуживанием файловой структуры: копирование, перемещение и переименование файлов, создание каталогов (папок), удаление файлов и каталогов, поиск файлов и навигация в файловой структуре.
2. Средства сжатия данных (архиваторы), которые предназначены для создания архивов. Архивирование данных упрощает их хранение, повышает эффективность использования носителя (устройства памяти) за счёт того, что архивные файлы обычно имеют повышенную плотность записи информации. Архиваторы часто используют для создания резервных копий ценных данных.
3. Средства просмотра и воспроизведения, предназначенные для просмотра и воспроизведения документов без загрузки их в “родительскую” прикладную систему.
4. Средства диагностики, предназначенные для автоматизации процессов диагностики аппаратного и программного обеспечения.
5. Средства контроля (мониторинга), предназначенные для того, чтобы следить за процессами, происходящими в компьютерной системе.
6. Мониторы установки, предназначенные следить за тем, чтобы не происходило нарушений работоспособности прочих программ при установке и удалении программного обеспечения.
7. Средства коммуникации (коммуникационные программы), предназначенные для установления соединений с удалёнными компьютерами. Для обслуживания передачи сообщений электронной почты, обеспечения пересылки факсимильных сообщений и множества других операций в компьютерных сетях.
8. Средства обеспечения компьютерной безопасности – это средства пассивной и активной защиты данных от повреждения, несанкционированного доступа, просмотра и изменения данных.

Прикладной  уровень – комплекс прикладных программ, с помощью которых на рабочем месте обеспечивается выполнение конкретных задач.

Классификация прикладных программ:

1. Текстовые редакторы, предназначенные для ввода и редактирования текстовых данных.
2. Текстовые процессоры, обеспечивающие ввод, редактирование текста и форматирование (оформление) документов, предназначенных для печати, а также электронных документов, предназначенных для отображения на экране.
3. Графические редакторы, предназначенные для создания и (или) обработки графических изображений.
4. Системы управления базами данных (СУБД), предназначенные для создания структуры базы данных, предоставления средств для заполнения этой структуры или импорта данных из таблиц других баз данных, обеспечения возможности доступа к данным, а также предоставления средств поиска и фильтрации данных.
5. Электронные таблицы – это комплексные средства для хранения различных типов данных и их обработки.
6. Системы автоматизированного проектирования (CAD-системы), предназначенные для проектно-конструкторских работ.
7. Настольные издательские системы, предназначенные для автоматизации процесса вёрстки полиграфических изданий.
8. Экспертные системы, предназначенные для анализа данных, содержащихся в базах значений, и выдачи рекомендаций по запросу пользователя.
9. Редакторы HTML (Web-редакторы), предназначенные для создания и редактирования Web-документов (Web-страниц Интернета).
10. Браузеры – это программные средства, предназначенные для просмотра электронных документов, выполненных в формате HTML.
11. Интегрированные системы делопроизводства, предназначенные для автоматизации рабочего места руководителя (создания, редактирования и форматирования простейших документов, централизации функций электронной почты, факсимильной и телефонной связи, диспетчеризации и мониторинга документооборота предприятия, координации деятельности подразделений, оптимизации административно-хозяйственной деятельности и поставки по запросу оперативной и справочной информации).
12. Бухгалтерские системы – это специализированные системы, сочетающие в себе функции текстовых и табличных редакторов, электронных таблиц и систем управления базами данных.
13. Финансовые аналитические системы, предназначенные для банковских и биржевых структур.
14. Геоинформационные системы (ГИС), предназначенные для автоматизации картографических и геодезических работ на основе информации, полученной топографическими или аэрокосмическими методами.
15. Системы видеомонтажа, предназначенные для цифровой обработки видеоматериалов (монтажа, создания видеоэффектов, устранения дефектов, наложения звука, титров и субтитров).
16. Обучающие, развивающие, справочные и развлекательные системы и программы, представляющие отдельные категории прикладных программных средств и обладающие своими развитыми внутренними системами классификации.

4.1. Общие сведения  об операционных  системах 

Операционная  система представляет комплекс системных  и служебных программных средств. С одной стороны, она опирается  на базовое программное обеспечение компьютера, входящее в его систему BIOS (базовая система ввода-вывода), с другой стороны, она сама является опорой для программного обеспечения более высоких уровней – прикладных и большинства служебных приложений. Приложениями операционной системы принято называть программы, предназначенные для работы под управлением данной системы.

Основная функция  всех операционных систем – посредническая. Она заключается в обеспечении  нескольких видов интерфейса:

• интерфейса между пользователем и программно-аппаратными средствами компьютера (интерфейс пользователя);
• интерфейса между программным и аппаратным обеспечением (аппаратно-программный интерфейс);
• интерфейса между разными видами программного обеспечения (программный интерфейс).

     Все операционные системы способны обеспечивать как пакетный, так и диалоговый режим работы с пользователем.

     В пакетном режиме операционная система  автоматически исполняет заданную последовательность команд.

     В диалоговом режиме операционная система  находится в состоянии ожидания команды пользователя и, получив её, приступает к исполнению, а, исполнив, возвращает отклик и ждёт очередной команды.

     По  реализации интерфейса пользователя различают  неграфические и графические  операционные системы.

     Неграфические операционные системы реализуют интерфейс командной строки. Основным устройством управления в данном случае является клавиатура. Именно эти системы и обеспечивают диалоговый режим работы.

Графические операционные системы реализуют более сложный  тип интерфейса, в котором в качестве органа управления кроме клавиатуры используется мышь или адекватное устройство позиционирования. Работа с графической операционной системой основана на взаимодействии активных и пассивных экранных элементов управления. В качестве активного элемента управления выступает указатель мыши – графический объект, перемещение которого на экране синхронизировано с перемещением мыши. В качестве пассивных элементов управления выступают графические элементы управления приложений (экранные кнопки, значки, переключатели, флажки, раскрывающиеся списки, строки меню и многие другие).

Все операционные системы обеспечивают свой автоматический запуск. 

4.2. Файловая структура  операционных систем 

Все современные  дисковые операционные системы обеспечивают создание файловой структуры, предназначенной для хранения данных на дисках и обеспечения доступа к ним. Принцип организации файловой структуры – табличный. Поверхность жёсткого диска рассматривается как трёхмерная матрица, измерениями которой являются номера поверхности, цилиндра и сектора. Под цилиндром понимается совокупность всех дорожек, принадлежащих разным поверхностям и находящихся на равном удалении от оси вращения. Данные о том, в каком месте диска записан тот или иной файл, хранятся в системной области диска в специальных таблицах размещения файлов (FAT-таблицах). К FAT-таблице предъявляются очень высокие требования по её надёжности, поскольку нарушение FAT-таблицы приводит к нарушению доступа к данным, записанным на диске. Поэтому FAT-таблица создаётся в двух экземплярах, идентичность которых регулярно контролируется средствами операционной системы.

Наименьшей физической единицей хранения данных является сектор. Ёмкость сектора составляет 512 Кбайт. Поскольку ёмкость FAT-таблицы ограничена, то для дисков, ёмкость которых превышает 32 Мбайта, обеспечить адресацию к каждому отдельному сектору невозможно. С целью устранения этого недостатка секторы условно объединяются в кластеры. Кластер – это наименьшая единица адресации к данным. Ёмкость кластера не фиксирована и зависит от ёмкости диска.

Несмотря на то, что сведения о местоположении файлов хранятся в табличной структуре, пользователю они представляются в  виде иерархической структуры, а  все необходимые преобразования берёт на себя операционная система.

Под управлением операционной системы осуществляются следующие функции обслуживания файловой структуры:

• создание файлов и присвоение им имён;
• создание каталогов (папок) и присвоение им имён;
• копирование и перемещение файлов между дисками и между каталогами (папками) одного диска;
• удаление файлов и каталогов (папок);
• навигация по файловой структуре с целью доступа к заданному файлу, каталогу (папке);
• управление атрибутами файлов.

   Файл  – это именованная последовательность байтов произвольной длины. Поскольку  файл может иметь нулевую длину, то создание файла состоит в присвоении ему имени и регистрации его в файловой структуре – это одна из функций операционной системы. По способам именования файлов различают “короткое” и “длинное” имя.

   Короткое  имя файла состоит из двух частей: собственно имени (длина имени от 1 до 8 символов) и расширения имени (длина 3 символа). Имя от расширения отделяется точкой. Как имя, так и расширение могут состоять только из алфавитно-цифровых символов латинского (английского) алфавита. Основным недостатком таких имён является их низкая содержательность, так как несколькими символами не всегда удаётся выразить характеристику файла. С появлением операционных систем серии Windows (начиная с Windows 95) стало возможным создавать длинные имена файлов.

   Длинное имя может содержать до 256 символов. Этого вполне достаточно для создания содержательных имён файлов. Длинное  имя может содержать любые  символы, кроме девяти специальных: \ / : * ? “ < > |. В имени разрешается использовать пробелы и несколько точек. Расширением имени считаются все символы, идущие после последней точки.

   В современных  операционных системах Windows использование длинных имён файлов имеет ряд особенностей:

• в корневой папке диска (на верхнем уровне иерархической файловой структуры) нежелательно хранить файлы с длинными именами, так как в этой папке ограничено количество единиц хранения, поэтому, чем длиннее имена, тем меньше файлов можно разместить в корневой папке;
• существует жёсткое ограничение на длину полного имени файла (в него кроме собственного имени файла входит путь доступа к файлу, начиная от вершины иерархической структуры). Полное имя не может быть длиннее 260 символов;
• разрешается использовать символы любых алфавитов, в том числе и русского;
• прописные и строчные буквы не различаются операционной системой;
• во многих случаях выбор расширения имени файла не является частным делом пользователя. Приложения операционных систем предлагают выбрать только основную часть имени и указать тип файла, а соответствующее расширение имени создаётся автоматически.

Кроме имени  файла операционная система хранит для каждого файла дату его  создания (изменения) и его атрибуты – это дополнительные параметры, определяющие свойства файлов. Операционная система позволяет их контролировать и изменять. Состояние атрибутов учитывается при проведении автоматических операций с файлами. К основным атрибутам относятся следующие четыре:

• только для чтения (Read only), то есть файл не предназначен для внесения изменений;
• скрытый (Hidden), то есть файл не отображается на экране при проведении файловых операций. Это мера защиты против случайного повреждения файла;
• системный (System) – это файлы, обладающие важными функциями в работе самой операционной системы;
• архивный (Archive) в прошлом использовался для работы программ резервного копирования. В современных операционных системах утратил практическое значение, так как используются другие средства для резервного копирования.