Лекция 3 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ

Лекция 3
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ
ТЕХНОЛОГИИ
Для реализации информационных технологий необходимы две составляющие:
• аппаратное обеспечение (Hardware);
• программное обеспечение (Software).
Программное обеспечение — совокупность программ обработки данных и необходимых для их эксплуатации документов.
Программа — упорядоченная последовательность команд (инструкций) компьютера
для решения задачи.
Классификация программных продуктов
Программные продукты для обеспечения информационной технологии по сфере их использования делятся на три больших класса (рис. 3.1):
• системное программное обеспечение (System Software) — совокупность программ и
программных комплексов для обеспечения работы компьютера и сетей ЭВМ;
• инструментарий технологии программирования — совокупность программ и программных комплексов для разработки, отладки и внедрения создаваемых программных продуктов;
• прикладное программное обеспечение (пакеты прикладных программ) — комплекс
взаимосвязанных программ для решения задач в конкретной предметной области. Прикладные программы являются самым многочисленным классом программных продуктов.
Системное программное обеспечение предназначено для:
• обеспечения надежной и эффективной работы компьютера и вычислительной сети;
• создания операционной среды функционирования других программ;
• проведения диагностики и профилактики аппаратуры компьютера и вычислительных
сетей;
• выполнения вспомогательных технологических операций (копирования, архивирования, восстановления файлов программ и баз данных и т. д.).
Системное программное обеспечение подразделяется на базовое и сервисное программное обеспечение.
Базовое программное обеспечение — минимальный набор программных средств, обеспечивающих работу компьютера; к нему относятся операционные системы и операционные
оболочки.
Сервисное программное обеспечение — программы и программные комплексы, которые
расширяют возможности базового программного обеспечения и организуют более удобную
среду работы пользователя. Сервисное программное обеспечение включает программы:
• диагностики работоспособности компьютера;
• обслуживания сети;
• обслуживания дисков и архивирования данных;
• антивирусные и др.
1
Значительная часть сервисных программ входит в стандартный комплект поставки современных операционных систем. Кроме того, существует широкий набор сервисных программ (утилит), которые могут устанавливаться дополнительно, например, Norton Utilities,
Norton Antivirus, Antiviral Toolkit Pro (AVP — антивирус Касперского), антивирусный комплект Диалог Наука (Доктор Web) и др.
Операционные системы и операционные оболочки
Операционная система (ОС) — это совокупность программ для организации диалога
пользователя и компьютера, для управления аппаратурой и ресурсами, для запуска программ
и выполнения некоторых других функций.
Функции операционных систем:
1) обеспечение всех программ единым и стандартным доступом к устройствам вводавывода информации. Важнейшей частью ввода-вывода информации является создание файловой системы;
2) запуск других программ;
3) организация диалога между компьютером и человеком;
4) управление выполнением одной или нескольких одновременно запущенных программ и обменом информации между ними и др.
В настоящее время наибольшее распространение имеют следующие операционные системы:
MS DOS (Microsoft Disk Operation System) — выпускается фирмой Microsoft с 1981 г.;
она работает в текстовом режиме; известны также ее разновидности от других фирмразработчиков: DR DOS, PC DOS;
• OS/2 — разрабатывается фирмой IBM;
• Unix — создана корпорацией Bell Laboratory;
• МасОС — выпускается фирмой Apple для компьютеров типа Macintosh;
• NetWare — сетевая операционная система, выпускается фирмой Novell;
. Windows 95/98/NT/2000/XP/2003 - разрабатываются фирмой Microsoft.
Операционная система MS DOS в настоящее время установлена на подавляющем
большинстве персональных компьютеров.
Сравнение системы MS DOS с широко используемыми в настоящее время операционными системами, например Windows, позволяет отметить следующие недостатки MS DOS (и
DOS-приложений):
• отсутствие стандартов в интерфейсе;
• однозадачный режим работы;
• неэффективное использование оперативной памяти;
• зависимость прикладных программ от характеристик внешних устройств;
• необходимость текстового ввода команд.
Изначально система MS DOS разрабатывалась в однозадачном текстовом режиме и
предусматривала ввод команд в виде текста в командной строке, что вызывало затруднения у
многих пользователей.
Многочисленные приложения, разработанные в системе MS DOS (DOS-приложения),
имеют разнородный интерфейс без каких-либо стандартов. Использование каждой DOSпрограммы или приложения требует от пользователя первоначального (иногда непростого)
освоения приемов работы с этой программой.
Появление операционной оболочки Norton Commander (NC) существенно упростило
использование MS DOS.
Несмотря на отмеченные недостатки, операционная система MS DOS и DOSприложения все еще применяются достаточно широко, особенно в тех случаях, когда отсутствует возможность работать на современной достаточно мощной вычислительной технике
или нет необходимости использовать графический режим — в банках, на торговых терминалах и в ряде других областей.
Большинство приложений MS DOS, кроме тех, в которых использованы какие-либо эк2
зотические методы управления памятью или другие ухищрения, нормально работает под
управлением Windows. Однако эти приложения в общем случае не могут пользоваться преимуществами Windows и работают медленнее, чем непосредственно под управлением MS
DOS.
Операционная (файловая) оболочка — специальная программа, предназначенная для
облегчения взаимодействия пользователя с операционной системой. Наиболее известными и
популярными операционными оболочками в настоящее время являются:
• Norton Commander фирмы Symantic;
• Volkov Commander;
• DOS Navigator;
• Far Manager;
• Windows 3.11 — графическая оболочка фирмы Microsoft, которая кардинально изменила среду взаимодействия пользователя с компьютером, расширила набор основных и сервисных функций, обеспечила возможность использования интегрированных пакетов прикладных программ и т. п.
Для Windows 95 и последующих версий этой ОС разработаны несколько оболочек,
аналогичных Norton Commander, например Windows Commander (рис. 3.2), DISCo
Commander, созданная российской фирмой DISCo. Ее демо-версию с ограниченными возможностями можно получить на Web-сервере (http://www/ars/ ru/products).
Среди сетевых операционных систем наибольшее распространение получили системы
Novell NetWare, OS/2 Warp 4.0, Unix, Windows NT/2000 и др.
Сетевая операционная система Novell NetWare используется в сетях фирмы Novell, которая контролирует значительную часть рынка компьютерных сетей.
Операционная система Unix (Unimplexed Information and Computting System) создана в
корпорации Bell Laboratory (Bell Labs) в 1971 г. Денисом Ритчи и Кеном Томпсоном, авторами и разработчиками языка программирования Си.
В настоящее время система Unix имеет много модификаций, выпускаемых различными
фирмами и, по мнению многих, является самой удачной операционной системой за всю историю развития компьютерной техники.
Операционная система Unix — это мощнейшая 32- или 64-разрядная многозадачная,
многопользовательская, высокопроизводительная и высоконадежная сетевая операционная
система.
Различные модификации ОС Unix могут иметь разные файловые системы, например
NFS, Unix System V или Unix BSD. Все эти варианты полностью совместимы между собой.
Unix является открытой системой, ее компоненты доступны в исходных кодах для любого пользователя. К тому же некоторые ее версии, например Free BSD, распространяются
3
бесплатно (официальным путем). Поэтому самые новые идеи и возможности первыми появляются именно в этой системе.
Система обеспечения безопасности многопользовательского режима реализована в
Unix на чрезвычайно высоком уровне. Не случайно в военных и правительственных учреждениях для работы с информацией государственной важности всегда используются Unixсистемы.
Система Unix получила распространение для суперкомпьютеров, профессиональных
ПК, рабочих станций, а также используется в популярном Web-сервере Apache, с помощью
которого организовано более 30 % всех Web-серверов мира. Согласно прогнозам, использование ОС Unix будет существенно возрастать, особенно с расширением систем телекоммуникаций и переходом к сетевым технологиям.
В нашей стране наибольшее распространение имеют операционные системы, разрабатываемые фирмой Microsoft — Windows 95/98/NT/2000/XP/2003.
Особенности операционных систем семейства Windows
1. ОС Windows представляют собой замкнутую рабочую среду. Практически все операции (запуск прикладной программы, форматирование дискет, печать текстов и т. д.) могут
быть выполнены без выхода из Windows.
2. ОС Windows имеют графический интерфейс. Основными элементами пользовательского интерфейса являются Рабочий стол, окно, значок (пиктограмма, иконка), меню и
Панель задач. Windows в переводе с английского означает «окна».
3. Windows — интегрированная среда, под ее управлением могут работать не только
специальные программы, разработанные под Windows (Windows-приложения), но и другие
программы, в том числе многочисленные DOS-приложения. Кроме того, Windows обеспечивает эффективный и комфортабельный обмен информацией между отдельными программами и приложениями, работающими под ее управлением. Для обмена данными между различными приложениями и документами используется достаточно простое, но очень эффективное средство — буфер обмена, а также технология связывания и внедрения объектов —
OLE (Object Linking and Embedding — связь и внедрение объектов).
OLE — это технология работы с объектами, которые созданы в различных приложениях, универсальный механизм для создания и обработки составных документов, содержащих
одновременно объекты различного происхождения, разной природы, например текст, таблицы, фотографии, звук и т. п.
4. С понятием интегрированности связывают также возможность совместного использования различными программами ресурсов компьютера. Windows обеспечивает оптимальное управление оперативной памятью и эффективный оперативный контроль за работающими приложениями.
С точки зрения управления выполнением приложений различают однозадачные и многозадачные операционные системы.
Однозадачные ОС, например MS DOS, передают все ресурсы вычислительной системы
одному исполняемому приложению и не допускают ни параллельного выполнения другого
приложения, ни его приостановки и запуска другого приложения.
Одной из важнейших особенностей Windows является ее многозадачность, т. е. способность одновременно работать с несколькими программами и легко переключаться с одной программы на другую, а также многопоточность — свойство ОС разделять работающие программы на несколько частей (потоков), самостоятельно претендующих на процессорное время, и обеспечивать одновременное выполнение программой нескольких не связанных друг с другом операций (потоков).
5. Последние версии Windows реализуют возможность без проблем подключать новые
внешние устройства и обеспечивать самонастройку системы под аппаратные средства
(технология Plug and Play — «Включи и работай»).
6. В Windows предусмотрена возможность широкого представления мультимедийных
средств — от воспроизведения звуковых файлов до работы с видеофильмами.
4
7. Начиная с Windows 3.11 все последующие версии Windows обеспечивают возможность эффективной работы в локальной сети. Причем ОС Windows имеет вполне законченные средства для работы ПК как в качестве сервера, так и рабочей станции.
8. В состав последних версий Windows входят пакеты программ, которые обеспечивают широкие возможности работы в телекоммуникационных средах и в Интернете, например
Microsoft Internet Explorer и др.
Версии ОС Windows
Появление операционной оболочки Windows 3.11, предназначенной для использования
на персональных компьютерах класса IBM PC, явилось закономерным результатом развития
командного интерфейса операционной системы MS DOS. Многие основополагающие принципы и понятия среды Windows не отличаются от соответствующих принципов и понятий
MS DOS.
В конце лета 1995 г. после почти трехлетних разработок фирма Microsoft выпустила
графическую операционную систему Windows 95, разработанную в новой концепции. Появление Windows 95 означало качественно новый этап в разработке операционных систем и
послужило основой для дальнейшего развития современных информационных технологий.
В конце 1998 г. появилась версия Windows 98, которая в основном аналогична версии
Windows 95 с пакетом дополнения OSR2 и, кроме того, Windows 98 включает программуобозреватель — Internet Explorer 4.0.
Windows 98 более стабильна и надежна, чем Windows 95, имеет новый улучшенный интерфейс, повышенное быстродействие, более высокий уровень совместимости с другими аппаратными средствами, широкий набор средств для обслуживания дисков, расширенные
возможности средств мультимедиа и интегрированной поддержки работы в сети Интернет.
Windows 98 может работать с более совершенной файловой системой FAT32, которая
существенно сокращает потери дискового пространства при хранении маленьких файлов на
дисках большой емкости (больше 500 Мбайт) и позволяет обращаться к дискам больше 2
Гбайт как к единому тому.
В 1999 г. выпущена обновленная версия Windows 98 — Windows 98 Second Edition
(SE).
Windows Millennium Edition (ME) — дальнейшее развитие Windows 98 для домашних
пользователей. Эта версия содержит больше дополнительного программного обеспечения, в
частности, утилиты для записи и монтажа видео на компьютере, улучшенные сервисные
программы, усовершенствованный интерфейс для настройки домашней локальной сети,- а
также новую версию обозревателя Internet Explorer 5.5.
В течение нескольких последних лет параллельно с развитием Windows 95 и Windows
98 фирма Microsoft вела разработки операционной системы Windows NT (New Technology),
имеющей принципиально другую архитектуру, чем Windows 95 и 98.
В середине 2000 г. на базе Windows NT выпущена русскоязычная версия Windows 2000
(Windows NT 5.0).
Последние разработки компании Microsoft — Windows XP и Windows 2003 также базируются на технологии NT.
Основные характеристики Windows NT
Windows NT (New Technology) — операционная система, которая предназначена для
мощных настольных компьютеров и работы в локальных сетях.
Windows NT не связана с MS DOS и использует собственную файловую систему NTFS
— надежную файловую систему, которая способна предоставлять быстрый доступ к информации на носителях большой емкости. Использование файловой системы NTFS позволяет
обеспечить более высокий уровень безопасности и защиты данных, чем используемая в
Windows 95 файловая система FAT16.
Windows NT имеет принципиальные отличия от других операционных систем, такие,
как:
5
• высокая скорость работы;
• высокая стабильность и надежность;
• повышенный уровень безопасности.
Высокая скорость работы обусловлена тем, что Windows NT является полностью 32разрядной многопроцессорной ОС (Windows 95 и Windows 98, так же, как OS/2 и МасОС, не
являются полностью 32-разрядными системами).
При работе в MS DOS и предшествующих версиях Windows вышедшая из строя или
«зависшая» программа могла привести к потере многих данных, в том числе и тех, которые
получены с помощью других приложений.
Windows NT не позволяет подобной программе нанести ущерб другим приложениям и
документам, так как каждая из программ работает в своей отдельной области памяти, доступ в которую для других программ полностью заблокирован. Ни одно приложение не может
записать данные в область памяти другого приложения. Таким образом, все 32-разрядные
Windows-приложения защищены от ошибок друг друга.
Windows NT имеет встроенную систему безопасности, которая обеспечивает высокий
уровень защиты данных, что особенно важно при работе в сетях или при работе на одном
компьютере нескольких пользователей. При использовании одного компьютера несколькими
пользователями каждый зарегистрированный пользователь имеет возможность работать на
отдельном Рабочем столе, оформлять его по своему вкусу и защищать собственные данные.
Доступ к каждому Рабочему столу обеспечивается путем ввода имени пользователя и пароля. Чтобы защитить свои данные при временном прерывании работы, зарегистрированный
пользователь может, не выключая компьютера, установить его блокировку. Для этого следует нажать одновременно клавиши Ctrl+Alt+Del и в появившемся окне Безопасность
Windows NT (Windows NT Security) выбрать пункт Блокировка.
Windows NT имеет пять средств обеспечения безопасности:
• учетные записи;
• права;
• разрешения;
• группы;
• журналы аудита.
Учетные записи в сети регистрируют компьютеры и пользователей сети. Они содержат
имя и пароль, также могут содержать время разрешения входа в сеть, частоту смены пароля
и др.
Права контролируют, какие действия может выполнять конкретный пользователь, например доступ к конкретному компьютеру в сети, архивирование файлов, изменение системного времени, возможность запустить и выполнить определенную программу или выбрать определенную команду и т. д.
Разрешения используются для управления доступом к отдельным объектам. Они определяют, что можно и чего нельзя делать с диском, папкой, файлом или принтером, которые в
NT называются ресурсами.
Группы содержат предопределенный набор прав и разрешений. Все пользователи подразделяются на несколько основных групп, имеющих различный уровень прав и разрешений,
например:
• администратор — имеет права на доступ к любому файлу и на выполнение любой
программы, т. е. имеет возможность полного контроля над системой;
• операторы ввода — могут обходить защиту файлов для выполнения архивирования;
• обычные пользователи;
• опытные пользователи — имеют большие права, чем обычные;
• гости — имеют ограниченные права.
Кроме перечисленных групп, система позволяет создавать и новые группы. Один и тот
же пользователь может одновременно находиться в нескольких группах.
Журналы аудита позволяют вносить изменения в разрешения и сменять владельца ресурса, а также отслеживать определенные события — действия и изменения, которые совершают пользователи с ресурсами.
6
Для работы с журналами используется программа Просмотр событий, которая формирует записи о важных событиях в системе. Запустить программу Просмотр событий можно
с помощью команды ПУСК=>Программы=>Администрирование (общее)=>Просмотр
событий. Просмотр событий используют, когда появляются сложности с программным или
аппаратным обеспечением или для того, чтобы контролировать безопасность системы.
В комплект поставки Windows NT Workstation 4.0, кроме самой операционной системы,
входят:
• набор стандартных программ — Калькулятор, Блокнот, графический редактор
Paint, текстовый редактор WordPad, Папка обмена, Таблица символов, Просмотр рисунков, Телефон, — в котором можно создать небольшую базу данных для часто используемых
номеров и т. д
• служебные и сервисные программы — Internet Explorer, Microsoft Back Office
— набор программных продуктов для клиент-серверных сетей, служба узла Web, Администратор дисков (для разбиения нового жесткого диска на разделы), программы Диагностика, Архивации данных и др. Windows NT поддерживает как все 32-разрядные приложения,
разработанные для Windows 95 и 98, так и многие 16-разрядные приложения, хотя в целом
уровень совместимости Windows NT 4.0 с программами DOS и периферийными устройствами ниже, чем у Windows 95 и Windows 98.
Windows NT нуждается в существенно больших аппаратных ресурсах, чем ОС Windows
95/98 (табл. 3.1). Причем значительная доля оперативной памяти затрачивается на обеспечение работы самой системы, которая отличается не только высокой надежностью и стабильностью, но и качественно новым уровнем сложности.
Таблица 3.1. Характеристики операционных систем семейства Windows
Операционная система Год Требуемый объем ОЗУ, Мбайт Память на ЖМД, Мбайт
(без приложений)
выпуска
Windows 95 1995
8-12
30-85
Windows 98 1999
16—24 (оптимально — 32)
Более 100
Windows NT 1996
16—32 (оптимально — 48)
90-120
Windows 2000 2000 64 (оптимально — 128 и более)
600-650
Windows XP 2001
128 и более
1000-1500 и более
Windows 2003 2003
128 и более
1500 и более
Следует иметь в виду, что, кроме требований к емкости памяти на жестком диске для
самой операционной системы, при установке и использовании приложений (с учетом памяти
для создаваемых файлов-документов) потребуется существенно больший объем дискового
пространства.
Например, для комфортной работы с основными приложениями Windows — Word,
Excel, PowerPoint и Access при использовании Windows 95/98/NT потребуется около 200
Мбайт свободного дискового пространства, а полная установка MS Office 2000 занимает
около 400 Мбайт.
В настоящее время используются следующие версии Windows NT:
• Windows NT Workstation 4.0 — для рабочих станций, используется в качестве операционной системы, главным образом на мощных ПК, применяемых в крупных фирмах и
организациях, где на одном компьютере работает большое количество пользователей, а также для обслуживания мощных баз данных;
• Windows NT Server 4.0 — применяется в качестве серверов локальных компьютерных сетей с большим числом клиентов;
• Windows NT Server, Enterprise Edition — специальная версия, оптимизированная
для управления компьютерными сетями крупных организаций;
• Windows NT;
• Server, Terminal Server Edition — для использования на рабочих местах, оборудованных терминалами — компьютерами с минимальными рабочими характеристиками.
7
Особенности Windows 2000
Windows 2000 фактически является очередной версией Windows NT (NT 5.0), которая
имеет усовершенствованный интерфейс и систему безопасности, улучшенную систему помощи, дополнена средствами автоматической настройки оборудования, интегрированной
поддержки Интернета и др.
Windows 2000 работает с файловыми системами FAT 16, FAT32, NTFS и NTFS5.
Настройка интерфейса программы Windows 2000 производится в окне Мой компьютер
с помощью команды СЕРВИС^ Свойства папки установкой или снятием соответствующих
переключателей на вкладках Общие и Вид (см. рис. 1.3 и 1.4).
Семейство Windows 2000 состоит из четырех ОС:
Windows 2000 Professional — для рабочих станций (аналог Windows NT Workstation);
Windows 2000 Server — для серверов (аналог Windows NT Server);
Windows 2000 Advanced Server — для управления крупными компьютерными сетями;
Windows 2000 Datacenter Server.
Windows NT и 2000, несмотря на их существенные преимущества при профессиональной работе в многопользовательском режиме, имеют некоторые ограничения в использовании оборудования, DOS-приложений и средств мультимедиа (звука, видео и т. п.), применяемых в современных компьютерных играх. Поэтому для индивидуальных (домашних)
пользователей более привлекательной все еще является Windows 98 (SE) и Windows
Millenium (ME).
Windows XP и Windows 2003
Последние разработки компании Microsoft — Windows XP и Windows 2003 — имеют
новый интерфейс, облегчающий работу пользователя, и расширенные возможности использования сетевых и мультимедийных средств. Для борьбы с нелегальными копиями программного обеспечения в этих ОС разработан новый механизм.
Русифицированная версия Windows XP была представлена 25 октября 2001 г. В этой
ОС сделана попытка объединить две ранее существовавшие независимо линейки W9x и NT.
Windows 2000, XP и 2003 — это полностью 32-разрядные ОС с приоритетной многозадачностью. В их основе лежат те же принципы, на которых базируются все NT. Первоначально этот проект назывался Whisler, но сейчас он разделился на две линии: Windows XP,
позиционирующуюся на замену W9x и W2kPro, и Windows.NET для замены NT Server всех
видов.
Операционная система Windows XP поставляется в следующих вариантах:
Windows XP Home — разработана на смену линейки Windows 9x;
Windows XP Professional — как развитие Windows 2000 Professional;
Widows.NET Server — поддерживает четыре процессора;
Windows.NET Advanced Server — поддерживает восемь процессоров;
Windows.NET Datacenter Server — поддерживает 32 процессора.
Вопросы для самоконтроля
1. Перечислите и охарактеризуйте основные классы программных продуктов.
2. Каково назначение системного программного обеспечения?
3. Каковы основные функции операционных систем?
4. Какие функции выполняют операционные (файловые) оболочки?
5. Каковы основные особенности операционных систем семейства
Windows?
6. Для чего в ОС Windows используется технология OLE?
7. Что такое многозадачность и многопоточность операционной системы?
8. Назовите основные версии операционной системы Windows.
9. Каковы основные характеристики Windows NT? Каким образом в этой ОС
обеспечивается высокая скорость и безопасность работы?
10. Каковы основные особенности операционных систем Windows 2000,
Windows XP и Windows 2003?
8