Классификация и характеристика программного обеспечения

Рассматривая информационные технологии как совокупность методов и программно-технических средств, следует остановиться еще на одной из ее составляющих – программном обеспечении (ПО).

Программное обеспечение на данный момент составляет сотни тысяч программ, которые предназначены для обработки самой разнообразной информации с различными целями. В зависимости от того, какие задачи выполняет программное обеспечение, его разделяют на следующие группы: базовое программное обеспечение; трансляторы; языки программирования; инструмента-льные средства; прикладное программное обеспечение.

К базовому программному обеспечению относят операционные системы и оболочки операционных систем. Операционной системой называют совокупность программ, которая координирует работу компьютера и управляет размещением программ и данных в оперативной памяти компьютера, интерпретирует команды, управляет периферийными устройствами, распределяет аппаратные ресурсы. Оболочки операционных систем обеспечивают удобный интерфейс (способ общения) для пользователя, программиста и компьютера. Операционных систем и оболочек операционных систем довольно много, они различаются интерфейсом, набором возможностей, способами защиты от вирусов (программ, которые портят другие программы), способами управления ресурсами памяти, периферийными устройствами. Различия ОС обоснованы обычно свойствами и назначением самих компьютеров, спецификой их использования. Можно назвать наиболее распространенные операционные системы: это MS DOS, UNIX, Windows 98, Windows XP и далее, WindowsNT, Window 2000 и др. Оболочки операционных систем дают возможность вводить команды операционных систем в более удобном для человека виде, с помощью выбора команд в предложенном оболочкой меню. Наиболее распространенными являются оболочки Norton Commander, Windows Commander и др.

К трансляторам относят программы, которые преобразуют команды программ, написанных на языках высокого уровня, таких, как Qbasic, Pascal, С, Prolog, Ada и других, в команды записанные в машинных кодах, использующих двоичный алфавит. Эти программы можно назвать программами-переводчи-ками с языков программирования высокого уровня на машинный язык. Трансляторы бывают двух видов: интерпретаторы и компиляторы. Оба вида трансляторов выполняют одну и ту же операцию, но делают это по-разному. Интерпретаторы, преобразуя команду, записанную на каком-либо языке программирования, в команду на машинном языке, сразу же дают указание машине выполнить ее, не записывая перевод. Так происходит с каждой командой программы. Программа будет выполнена машиной только при наличии интерпретатора, который от строки к строке переводит команды и сразу же их выполняет. Поэтому, когда встанет необходимость опять выполнить данную программу, сделать это можно будет только имея интерпретатор языка программирования, на котором она записана, что не всегда удобно. Компилятор же не выполняет команды, а просто переводит всю программу на машинный язык и записывает свой перевод в специальную, так называемую исполняемую программу. Интерпретатор удобно использовать на этапе написания и отладки программы, так как он позволяет отслеживать ошибки, допущенные программистом при написании программы, а компилятор используется для преобразования уже готовой, отлаженной, выверенной программы. Компилированная программа будет выполняться быстрее, так как машине не нужно перед выполнением команды осуществлять перевод, а если учесть, что языков программирования на данный момент очень много, как и программистов, причем последние выбирают для создания программ самые разные языки программирования, согласуясь со своими вкусами, возможностями и назначением программы, то можно представить, как неудобно было бы пользоваться программами, требующими присутствия интерпретаторов. Каждый пользователь должен был бы иметь большой набор интерпретаторов различных языков.

Языки программирования – основа разработки любого программного обе-спечения, составляющие спектр, на одном конце которого находятся машинно-ориентированные, а на другом – ориентированные на человека языки. Традиционные языки, такие, как FORTRAN, COBOL, BASIC, Pascal и С, попадают в третье поколение языков, в то время как машинные языки относятся к первому поколению, а символьные языки, такие, как Assembler, – ко второму. К языкам четвертого поколения (4GLs) относятся те из них, которые сокращают требования к кодированию посредством добавления макрокоманд для задач общего характера, делая их таким образом более удобными для кодирования. Программное обеспечение многих БД имеет командные языки 4GLs для создания баз данных специально для конкретной прикладной задачи.

В языках программирования, связанных с обработкой информации, существуют две новые тенденции. Первая тенденция представляет собой парадигму программирования не просто как кодирования, а как основы для моделирования реального мира. Такую основу содержит объектно-ориентированный подход. Вторая тенденция направлена на развитие стандарта для языка SQL (языка структурированных запросов), разработанного исключительно для обработки информации в базах данных. SQL является языком поиска и запросов, впервые разработанным IBM для обработки реляционных БД. Постепенно он был расширен и фактически стал стандартом в индустрии ИТ.

Инструментальные средства, которые называют еще утилитами (от англ. utility – полезность, удобство), включают в себя набор небольших вспомогательных специализированных обслуживающих программ, каждая из которых выполняет какую-либо одну рутинную, но необходимую операцию по обслуживанию какого-либо из устройств компьютера. Например, утилита печати текстов, утилиты восстановления удаленных файлов (программ и текстов, хранящихся на внешних носителях информации) или их архивации (сжатия), утилиты ремонта, обслуживания дисков и т. д.

Программы, которые еще называют информационными и вычислительными системами, предназначенные для обработки больших массивов информации различного рода и для расчета больших массивов чисел и которые могут быть применены к любому виду человеческой деятельности, составляют группу прикладных программ. Несмотря на внешние различия, все программы должны выполнять некоторые общие основополагающие функции, такие, как:

- хранить информацию в ОЗУ;

- помнить, где она находится;

- извлекать ее определенным образом;

- записывать информацию на внешние носители;

- предъявлять ее для непосредственного восприятия и др.

Среди наиболее важных функций прикладных программ можно выделить: обработку текстов; проведение вычислений; организацию информации; управление вводом-выводом. Обычно различные функции настолько тесно переплетаются друг с другом, что трудно сказать, где кончается одна и начинается другая. Хотя большинство функций в той или иной степени используется в любой программе, одна из них всегда преобладает, что позволяет классифицировать прикладные программы по доминирующей целевой функции на:

– текстовые редакторы;

– графические редакторы;

– электронные таблицы;

– системы управления базами данных;

– музыкальные редакторы;

– интегрированные пакеты прикладных программ.

Текстовые редакторы предназначены для набора, редактирования, запоминания, воспроизведения и распечатки текстов. Такие редакторы называют еще системами обработки текстовой информации. Зачастую и сейчас большая часть машинного времени персональных компьютеров используется для обработки именно текстовой информации, для подготовки разнообразных документов: писем, статей, служебных документов (справок, договоров, приказов), отчетов, рекламных материалов и тому подобное.

Программ для обработки текстов существует множество: от программ для подготовки текстов простой структуры до программ для полной подготовки к типографскому изданию книг, журналов. Редакторы текстов документов ориентированы на работу с текстами, имеющими структуру документов, т. е. состоящими из разделов, страниц, абзацев, предложений, слов. Среди текстовыхредакторов выделяют группу, предназначенную для создания сложных документов высокого качества (рекламных буклетов, журналов, книг). Эти редакторы получили название издательских систем. Печать документов, подготовленных с помощью издательских систем, производится с помощью лазерного принтера или специальных фотонаборных аппаратов. Все издательские системы построены по принципу WYSWYG (What you see w whet you get – Что ты видишь, то ты и получишь). Издательские системы имеют больший набор возможностей по сравнению с обычными текстовыми редакторами. В России получили распространение (на различных исторических отрезках) текстовые редакторы Lexicon, Multi Edit, WinWord и издательские системы Page Maker, Venture Publisher.

Графические редакторы предназначены для создания, редактирования и получения графических изображений как в виде твердых копий, так и в виде текстов программ, которые можно затем встраивать в другие программы или хранить для дальнейшего редактирования. Современные графические редакторы ориентированы на создание не только статичных, но и анимационных изображений. Существуют графические редакторы для создания двух- и трехмерных изображений. Примером графических редакторов, наиболее распространенных в России, можно назвать Autodesk Animator, Corel Drаw, Paintbrash, PictureMaker, TruеSpacе и др.

Электронные таблицы – эффективный инструмент расчета, анализа, визуального представления числовой информации. Примером электронных таблиц, широко использующихся в настоящий момент в России, являются таблицы Lotus 1-2-3, SuperCalk, Excel.

Системы управления базами данных (СУБД) обеспечивают ввод, поиск, сортировку данных, составление отчетов. Они имеют возможность сопряжения с табличными процессорами для специфической обработки и графического представления данных. В настоящее время практически невозможно представить информационную поддержку современной компании без применения настольных или профессиональных СУБД, таких, как MS Access, Visual FoxPro, Oracle и др.

Основные функции систем управления базами данных:

1. Управление данными во внешней памяти. Функция управления данными во внешней памяти включает в себя обеспечение необходимых структур внешней памяти как для хранения непосредственных данных, так и для служебных целей, например, для ускорения доступа к данным.

2. Управление буферами оперативной памяти. СУБД обычно работают с базами данных значительных размеров, превышающих доступный объем оперативной памяти. Очевидно, что если при обращении к любому элементу данных будет производиться обмен с внешней памятью, то вся система будет работать со скоростью внешней памяти. Единственным способом реального увеличения скорости является буферизация данных в оперативной памяти. В развитых СУБД поддерживается собственный набор буферов оперативной памяти со своей дисциплиной замены буферов. При управлении буферами необходимо разрабатывать и применять согласованные алгоритмы буферизации, журнализации и синхронизации. Заметим, что существует собственное направление СУБД, которое ориентировано на постоянное присутствие всей БД в оперативной памяти. Это направление основывается на предположении, что в предвидимом будущем объем оперативной памяти может быть настолько велик, что позволит не беспокоиться о буферизации.

3. Управление транзакциями. Транзакция – это последовательность операций с БД, рассматриваемых СУБД как единое целое. Либо транзакция успешно выполняется, и СУБД фиксирует изменения БД, произведенные ею во внешней памяти, либо ни одно из этих изменений никак не отражается в состоянии БД. Транзакция необходима для поддержания логической целостности. Подробнее об этой и других функциях СУБД будет рассмотрено в последующих главах.

4. Журнализация и восстановление БД после сбоев. Поддержание надежного хранения данных в базе требует избыточности объема памяти для хранения данных, причем та их часть, которая используется для восстановления, должна храниться особо надежно. Наиболее распространенный метод поддержания такой избыточности – это ведение журнала изменений базы данных.

5. Поддержание языков БД. Для работы с БД используются специальные языки, называемые языками баз данных. В ранних СУБД поддерживалось несколько специализированных по своим функциям языков. В современных СУБД обычно поддерживается единый интегрированный язык, содержащий все необходимые средства для работы с БД, начиная от ее создания, обеспечивающий базовый пользовательский интерфейс с базами данных.

В связи с широким распространением сетевых технологий к современным системам управления базами данных предъявляется требование возможности работы с удаленными и распределенными ресурсами, находящимися на серверах всемирной компьютерной сети.

Музыкальные редакторы предназначены для редактирования, создания, сохранения и исполнения различных звуковых комбинаций, музыкальных произведений.

Интегрированные пакеты – программы, сочетающие в себе возможность работать с различными видами информации. Они могут объединять в себе возможности текстового редактора, электронной таблицы, базы данных, программы деловой графики. Наибольшую популярность получил интегрированный пакет MS Office.