Программное обеспечение внешних устройств

Компьютер – это электронное устройство, которое само по себе ничего не умеет. Чтобы использовать его для решения каких‐то задач, необходимо программное обеспечение (англ. software – «мягкое оборудование») – программы, в которых заложены алгоритмы ввода, обработки и вывода данных. Обычно выделяют три вида программного обеспечения (ПО): прикладные программы, системные программы и системы программирования. Пользователи решают свои задачи с помощью прикладных программ (к ним относятся текстовые и графические редакторы, электронные таблицы, базы данных, игры и т.п.). Системные программы выполняют вспомогательную роль – они обеспечивают пользователю и прикладным программам удобный интерфейс (способ обмена данными) с аппаратными средствами. К этой группе относятся операционные системы, драйверы (программы для управления внешними устройствами) и утилиты (служебные программы). Задача системных администраторов – настроить системное и прикладное ПО, чтобы пользователи смогли нормально работать. Программисты создают новые программы с помощью систем программирования (инструментальных средств). Системное программное обеспечение Что такое операционная система? Команды, которые умеет выполнять процессор представляют собой числовые коды. Чтобы он выполнил программу, нужно эту программу загрузить в память и передать процессору адрес первой команды. В принципе, это можно делать вручную, с помощью переключателей (1/0) или перфокарт, так и было на первых компьютерах. Однако в этом случае ввод программы будет значительно занимать больше времени, чем ее выполнение, поэтому процессор будет простаивать. Кроме того, для ввода и вывода данных нужно программировать внешние устройства, каждое из которых имеет собственный набор команд. В таких условиях с компьютером могут работать только высококвалифицированные специалисты. Ситуация еще более усложняется, если требуется записать данные на жесткий диск или обеспечить одновременную работу нескольких программ. Для решения всех этих проблем программисты разработали вспомогательные программы (точнее, программные системы, состоящие из многих программ), которые называются операционными системами. Операционная система (ОС) – это комплекс программ, обеспечивающих пользователю и прикладным программам удобный интерфейс (способ обмена информацией) с аппаратными средствами компьютера. Операционная система обеспечивает: • взаимодействие пользователя и аппаратных средств; • обмен данными между прикладными программами и устройствами компьютера; работу файловой системы (хранение данных в виде файлов и папок); • запуск и выполнение прикладных программ; • обработку ошибок, контроль за работой оборудования; • распределение ресурсов компьютера между несколькими одновременно работающими программами (время работы процессора, память, внешние устройства). Операционные системы бывают однозадачные (на компьютере в любой момент выполняется только одна программа) и многозадачными (пользователь может запустить несколько программ, которые будут выполняться одновременно). Все современные ОС – многозадачные. ОС распределяет время работы процессора между запущенными программами, выделяя каждой кванты (небольшие интервалы) времени, так что создается впечатление, что программы работают одновременно, даже если на компьютере установлен один процессор. В состав операционной системы обычно входят: • начальный загрузчик – небольшая программа, расположенная в первом секторе загрузочного диска; его задача – организовать загрузку в память ядра (основной части) ОС и передать ему управление; • система управления памятью; • система ввода и вывода, которая управляет внешними устройствами и файлами; она использует программы для обмена данными с дисководами, клавиатурой, монитором и принтером, записанные в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) микросхемы BIOS2, расположенной на материнской плате; • командный процессор – программа, которая выполняет команды пользователя, введенные в командной строке, и командные файлы – текстовые файлы, содержащие списки команд и даже программы на специальном языке программирования; • утилиты (лат. utilitas – польза) – служебные программы для проверки и настройки компьютера. Может ли компьютер работать без операционной системы? Да, в том случае, если он работает по одной единственной программе, которая хранится в ПЗУ или на диске, и автоматически запускается при включении питания. Например, микрокомпьютеры, встроенные в бытовые устройства, могут обходиться без операционной системы. Однако такой компьютер невозможно настраивать, поэтому во многих более сложных устройствах (игровых приставках, банковских терминалах и т.д.) используют операционные системы. Существует еще один класс операционных систем, от которых требуется не просто решать задачи, а делать это за определённый промежуток времени. Такие ОС называются операционными системами реального времени. Они применяются в тех случаях, когда задержка может привести к аварии, катастрофе или финансовым потерям: в системах аварийной защиты, системах управления роботами и самолетами, в военных приборах. Например, робот, снимающий деталь с конвейера, должен сделать это за маленький промежуток времени. Наиболее известные системы реального времени – QNX (www.qnx.com), Windows CE (www.microsoft.com), VxWorks (www.windriver.com) и LynxOS (www.lynuxworks.com/rtos). Многие современные операционные системы, включая Linux, Mac OS X, QNX, VxWorks, LynxOS, относятся к классу UNIX‐подобных ОС. ейчас система UNIX используется в основном для управления серверами. Все UNIX‐ подобные системы считаются очень надежными с точки зрения безопасности. Достаточно сказать, что для них практически неактуальна проблема компьютерных вирусов. Драйверы устройств Драйверы (англ. driver – водитель) – это программы специального типа, которые находятся в оперативной памяти и обеспечивают обмен данными между ядром ОС и внешними устройствами компьютера (звуковой картой, видеокартой, сетевой картой, принтером и т.п.). Драйверы обычно включают в подсистему ввода и вывода. Драйвер представляет собой набор процедур, которые вызываются ядром ОС при необходимости передать данные устройству или принять от него данные. Задача драйвера – преобразовать команды ввода‐вывода в команды конкретного устройства. Драйверы загружаются в память и фактически становятся частью ОС. Такая схема позволяет устанавливать и использовать устройства, которые были разработаны уже после выпуска операционной системы. Если драйвер не установлен, устройство работать не будет, потому что неизвестно, как к нему обращаться. Драйверы наиболее популярных устройств обычно включаются в дистрибутив (установочный пакет) операционной системы. Когда ОС обнаруживает новое устройство, она пытается найти подходящий драйвер в своей базе данных. Если такого драйвера нет, его можно установить вручную с диска, который прилагается к устройству. Кроме того, любой драйвер можно бесплатно скачать из Интернета с сайта производителя. Утилиты Утилиты решают вспомогательные задачи, расширяя возможности ОС. К утилитам относятся • программы для проверки дисков (chkdsk в Windows, fsck в Linux); • программы для разбивки жестких дисков, с помощью которых можно сделать несколько разделов на одном диске (Управление дисками в Windows; GNU Parted в Linux); • файловые менеджеры – программы для работы с файлами; самые известные файловые менеджеры для Windows – Проводник (входит в состав ОС), Total Commander (www.ghisler.com), Free Commander (www.freecommander.com), Far Manager (farmanager.com); в Mac OS X используется программа Finder, а в операционной системе Linux – файловые менеджеры Konqueror, Midnight Commander и др.; • антивирусные программы: AVP (www.kaspersky.ru), DrWeb), Nod32 (www.eset.com), McAfee (home.mcafee.com) и др.; • архиваторы и программы для сжатия данных; в ОС Windows чаще всего используются WinRAR (www.rarlab.com) и WinZip (www.winzip.com); в Linux – Ark (utils.kde.org) и File Roller (fileroller.sf.net); архиватор (www.7‐zip.org) распространяется бесплатно с исходными кодами для различных операционных систем; • программы для шифрования данных, например, PGP и ее версии для разных операционных систем (www.pgpru.com); • редакторы, позволяющие менять данные на диске и в оперативной памяти; например, программы HxD (mh‐nexus.de/en/hxd) и WinHex (www.winhex.com) для ОС Windows или hexedit (rigaux.org/hexedit.html) для Linux; • сетевые утилиты для проверки связи в локальной и глобальной сетях; например, утилиты ping, tracert, nslookup в Windows и Linux. Часто к утилитам относят также программы для записи CD и DVD‐дисков; в системе Windows наиболее популярны программы Nero Burning ROM (www.nero.com), CDBurnerXP (cdburnersp.se) и DeepBurner (www.deepburner.com); в Linux для этой цели используют утилиту K3b • программы для сканирования и распознавания текста; широко применяются коммерческая программа ABBYY FineReader (www.abbyy.ru) и бесплатная CuneiForm (www.cuneiform.ru). Прикладные программы Прикладное программное обеспечение предназначено для разработки и выполнения конкретных задач (приложений) пользователя. Пакет прикладных программ (ППП) – это комплекс программ, предназначенный для решения задач определенного класса. Типы прикладного ПО: 1) общего назначения; 2) методо-ориентированное ПО; 3) проблемно-ориентированное ПО; 4) ПО для глобальных сетей; 5) ПО для организации (администрирования) вычислительного процесса. Проблемно-ориентированное прикладное программное обеспечение – это программные продукты, предназначенные для решения какой-либо задачи в конкретной функциональной области. Онлайн-офис Бурное развитие Интернете привело к появлению «онлайн‐офисов» – специальных сайтов (Интернет‐сервисов), которые предоставляют основные возможности офисных пакетов: текстовый редактор, электронные таблицы, средства для создания презентаций. Для использования такой службы необходим компьютер с доступом в Интернет, причем не имеет значения, какая операционная система на нем установлена. Документы пользователей хранятся на сервере, для доступа к ним нужно ввести пароль. Самый известный «онлайн‐офис» – Google Docs. Одно из достоинств «онлайн‐офисов» – возможность совместной работы над документами через Интернет. Другим пользователям можно открыть доступ к отдельным документам для просмотра и/или изменения. Любой документ может быть экспортирован (сохранен) в файл на диске компьютера. «Онлайн‐офисы» используют технологию, известную под названием «облачные вычисления» Ее суть в том, что пользователь хранит свои данные на серверах Интернета и не должен заботиться о способе их хранения, операционной системе и программном обеспечении. Несмотря на удобства «облачных» сервисов, существуют опасения, что пользователь может потерять контроль над своими данными, и это чревато серьезными проблемами. Например, иногда не удается полностью удалить данные, которые человек сам же разместил. Кроме того, возможны утечки информации и потеря данных.