3 Программное обеспечение ПК 2012

1

3Программное обеспечение персонального компьютера

3.1Назначение и классификация программных средств ПК

Программные средства (программное обеспечение) - все или часть программ,

процедур, правил и относящаяся к ним документация системы обработки данных. В компьютерном сленге часто используется слово софт от английского слова software, которое впервые применил в статье в American Mathematical Monthly математик из Принстонского университета Джон Тьюки (англ. John W. Tukey) в 1958 г.

Все программное обеспечение (ПО) персональных компьютеров можно разделить на следующие основные группы:

1)системное программное обеспечение - программное средство, независимо от применения поддерживающее работу прикладных программных средств. Пример: операционная система;

2)инструментальное программное обеспечение – комплекс программного обеспечения для решения задач определенной предметной области;

3)прикладное программное обеспечение (прикладная программа) - программное средство или программа, специально предназначенная для решения прикладной задачи. Пример: программа для обработки электронных таблиц;

4)электронные документы – данные для прикладных, отдельно хранимые во внешней памяти компьютера. Пример: электронный документ текстового редактора

(txt, docx или doc файл).

ПО первой группы предназначено для организации всего вычислительного процесса и управления аппаратной частью компьютера. Основной ее частью является

операционная система и наборы системных программ-утилит для оптимизации работы ПК. Для персональных компьютеров используются следующие типы семейств операционных систем: MS DOS (в настоящее время используется только в промышленных

автоматизированного проектирования и расчетов (САПР), современные пакеты офисных программ.

Третья группа ПО является набором данных для решения конкретной математической или инженерной задачи, файлы с технической документацией в текстовом или графическом формате.

По назначению прикладные и системные программы дополнительно подразделяются а) служебная программа - программное средство или программа, которая способствует развитию, сопровождению или использованию других программных средств или обеспечивает возможности общего характера, независимые от применения. Пример:

компилятор, система управления базой данных; б) пакет программ - завершенная и документально оформленная совокупность

программ, поставляемая отдельным пользователям для общего или функционального применения.

Отдельно выделяют следующие типы программного обеспечения:

а) утилиты – специальные вспомогательные программы, входящие в состав пакета программ, обслуживающие вычислительный процесс или некоторое устройство;

б) драйверы – специальные программы, организующие управление некоторым аппаратным устройством или взаимодействие с другой программой.

Программное обеспечение имеет следующие характеристики:

1)аппаратная платформа (для операционных систем) или тип семейства операционных систем в которых она функционирует;

2)производительность или быстродействие – показывает затраты времени на выполнение расчета;

3)требования к аппаратным ресурсам компьютера (типу и частоте ЦПУ, объему оперативной памяти, типу видеоадаптера), которые подразделяют на два уровня: минимальные и рекомендуемые;

4)условия распространения: коммерческие, бесплатные (freeware), условно бесплатные (shareware), демонстрационные (demo), временные (trial);

2

5)простота освоения ПО пользователем;

6)надежность программы – устойчивость к программным и аппаратным сбоям, а также контроль возможных ошибок пользователя;

7)наличие дружественного, интуитивного интерфейса с пользователем;

8)способность к развитию программы – возможность подключения внешних модулей, расширяющих функциональность (плагинов);

9) стоимость покупки (для платных) или затраты на получение (для бесплатного ПО), а также затраты на обучение персонала.

Жизненный цикл программного обеспечения (ПО) — период времени, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания программного продукта и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации[1]. Этот цикл — процесс построения и развития ПО.

3.2 Операционные системы (ОС) ПК

Операционная система (ОС) является первой и наиболее важной программой любого компьютера. В общем случае, под операционной системой понимают комплекс программ, позволяющих управлять ресурсами (оперативной памятью, жестким диском, процессором, периферией) компьютера и обслуживающей вычислительный процесс.

Большая часть работы операционной системы заключается в том, чтобы скрыть от пользователей некоторые сложные и ненужные им детали. Без операционной системы невозможно запустить прикладную программу. Операционная система является базой, под которую разрабатываются различные приложения.

В общем случае всю в составе операционной системы можно выделить следующие основные части:

1)базовая система ввода-вывода (BIOS), хранящееся в ПЗУ компьютера,

предназначенная обслуживания основных и наиболее фундаментальных операций;

2)"загрузочная запись" (boot-record), находящаяся на первом секторе

системной дискеты или жесткого диска - это очень короткая и простая программа для операционной системы после включения компьютера или перезапуска;

3)ядро ОС — центральная часть, управляющая выполнением процессов, ресурсами вычислительной системы и предоставляющая процессам координированный доступ к основным ресурсам: процессорному времени, памяти и устройствам вводавывода. Доступ к файловой системе и сетевое взаимодействие также могут быть реализованы на уровне ядра, часть ядра загружается в оперативную память при запуске ПК;

4)файловая система, обеспечивающая иерархическую структуру хранения данных

во внешней памяти компьютера;

5)подсистема интерфейса ОС, реализующая диалог с пользователем, как самой системы, так и отдельных подпрограмм;

6)набор системных драйверов аппаратных устройств и для взаимодействия с

прикладными программами; 7) набор утилит и сервисных программ, для выполнения различных функций,

указываемых пользователем.

Функции операционных систем персонального компьютера:

1)генерация (старт) операционной системы при включении питания компьютера или перезагрузки;

2)управление аппаратными ресурсами компьютера на низком уровне, скрывая от пользовательских приложений детальную проработку команд управления;

3)организация вычислительного процесса для прикладных программ, распределение ресурсов между приложения пользователя;

4)организация дружественного интерфейса с пользователем;

5)администрирование пользователей для разграничения доступа к ресурсам ПК;

6)диагностика состояния аппаратной и программной части компьютера;

7)первоначальное обучение основам работы с операционной системой пользователя при помощи справочной системы и обучающих систем (тьюторов).

Основными характеристиками ОС являются:

1)тип компьютера: настольный ПК, мобильный ПК, смартфон, банкомант, промышленный робот и т.п.;

2)аппаратная платформа ЦП с системой команд;

3)разрядность арифметических операций ядра ОС;

3

4)поддерживаемые типы файловой системы;

5)тип интерфейса: командная строка, графический, интуитивный и т.п.

В настоящее время используются следующие основные семейства операционных систем для персональных компьютеров:

1)семейство Microsoft Windows;

2)семейство ОС Unix;

3)семейство ОС Linux, представленное разработками фирм и консорциумов

RedHat (Fedora Core), Mandrake (Mandriva), SuSE владелец (Novell), Debian и др.;

4)FreeBSD - бесплатная версия Unix-подобной ОС BSD;

5)устаревшая операционная MS-DOS и ее современная улучшенная модификация

FreeDOS 1.0;

6)MacOS - операционные системы для платформы ПК Apple Macintosh;

7)Gooogle Crome OS;

8)компактные операционные системы, умещающиеся на CD или флэш-драйве (например, Minuet имеет графический интерфейс умещается на одной дискете).

На одном компьютере может быть установлено несколько операционных систем. В этом случае загрузки определенной операционной системы по желанию пользователя

(примером является LILO). Необходимость в установке различных операционных системах может быть вызвана следующими причинами:

1)различным специализированным программным обеспечением компьютера (например часть программ используется в среде Linux, а вторая в Windows);

2)различными режимами работы компьютера: режим офисного компьютера (когда

удобно использовать Windows) и режим специальной управляющей машины для управления технологическим процессом (использует различные клоныUnix);

3)необходимостью обеспечения лучшей совместимости со старым программным обеспечением (например, с официально не поддерживаемой Windows 98);

4)учебными и образовательными целями.

В ряде случаев для запуска программного обеспечения, ориентированного на использование в иной операционной системе, используются специальные программыэмуляторы, которые программно моделируют ее функции. Так для запуска Windows приложений внутри Linux используется эмулятор Wine. А для запуска иных операционных систем внутри Windows используется эмулятор виртуального компьютера

– Virtual PC, который позволяет программно моделировать в рамках Windows в отдельном окне работу иной операционной системы для заданной аппаратной конфигурации.

3.2.1 Семейство OC Windows

Корпорация Microsoft с середины 1990-х годов выпустила на рынок два семейства операционных систем:

1)Windows NT, развитием которой является Windows 2000 и Windows XP

Ее официальная поддержка корпорацией Microsoft закончилась в ноябре 2001 г. В Windows 98, вышедшей в 1998 г., исправлены многие недоработки Windows 95. Она фактически не поддерживается корпорацией Microsoft с 2003 г. Накануне 2000 г. выпущена последняя версия этого семейства Microsoft Windows Millennium Edition (ME).

В 1999 году вышла новая операционная система Windows 2000, которая явилась совместным развитием двух ранее существовавших семейств Windows 9x и Windows NT. Она впервые имела возможность работать с двумя типами файловых систем – FAT32 и NTFS.

25 октября 2001 г. официально вышла операционная система Windows XP, официальная поддержка которой должна закончиться в 2010 г. Существуют следующие версии:

6

Таблица 3.1 – Возможности версий Windows 7

3.2.4 Windows 8

Осенью 2012 г. Представлена последняя версия операционной системы семейства Windows 8, которая будет работать не только на десктопах и ноутбуках, но и на планшетах, а в качестве аппаратной платформы могут использоваться системы на базе ARM-архитектуры. Более того, специально для планшетов Microsoft разработала

32-битной версии достаточно процессора с таковой частотой 1 ГГц, видеокарты или видеоядра с поддержкой DirectX 9 и драйверов WDDM 1.0, 1 ГБ оперативной памяти и 16 ГБ дискового пространства. Таким образом, Windows 8 можно установить на большинство современных нетбуков, не говоря уже о ноутбуках и десктопных компьютерах (даже семилетней давности). Это, на наш взгляд, весьма символичный момент: прежде (вплоть до Windows Vista включительно) все развитие ОС шло по принципу «хочешь новый Windows — сделай апгрейд компьютера». Windows 8 теоретически совместима с приложениями, написанными для Windows Vista/7.

Среди нововведений - улучшение работы виртуализации, позволяющей виртуализировать всю операционную систему; тесной интеграции с мобильной версией операционной системы, поддержка распознавания жестов. Поддержка интерфейса USB

7

3.0, соединений Bluetooth 3.0, беспроводных и стереоскопических дисплеев, система распознавания лица пользователей посредством веб-камеры. Эта система сможет самостоятельно переводить ПК в разные режимы энергопотребления в зависимости от того, находится ли пользователь перед веб-камерой или нет

ВWindows 8 присутствуют инструменты для обеспечения безопасности, которые упростят диагностику и устранение неисправностей, а также встроен антивирус Windows Defender. функция «сброса системы» позволит переустановить Windows 8, сохранив при этом все пользовательские файлы. Windows 8 поддерживает акселерометры, шифрование жесткого диска, поддержку GPS в нетбуках и ноутбуках, использование WWAN-модулей.

ВWindows 8 применяется концепция Ribbon Interface, которая перенесѐт модульную ленту не только в отдельные программы системы (такие как WordPad, Paint

идругие), но и в проводник Windows. В Windows 8 отсутствует программная кнопка «Пуск» и классическое меню. Вместо неѐ используется специальный экран «Пуск» в стиле Metro, для доступа к которому предназначен «Активный угол» и кнопка Windows на клавиатуре. Internet Explorer 10 включен в настольном и сенсорном вариантах. Windows Store будет единственным способом покупки и загрузки Metro-приложений, а также приложений для рабочего стола в Windows 8 для ARM-устройств. Два новых метода для аутентификации пользователя: картинка-пароль, которая позволяет пользователю войти в систему с помощью трех касаний по картинке, и PIN-код, который позволяет войти в систему с помощью четырѐхзначного PIN-кода. Family Safety предназначен защиты детей в интернете.

Windows 8 использует новый интерфейс Metro. Также доступен вариант под названием «Рабочий стол». Вместо меню «Пуск» в новом интерфейсе используется «активный угол», нажатие на который вызывает новый пользовательский интерфейс. Вместо ярлыков используются плитки, которые можно двигать и группировать. Группы плиток можно именовать. Широкие плитки можно уменьшать и увеличивать.

Рисунок 3.3 - Вид стартового меню в Windows 8

3.3.4 Семейство операционных систем Linux

Данный класс операционных систем является свободно распространяемым Unixподобным клоном. Первые версии UNIX были созданы корпорацией AT&T как многозадачная система для миникомпьютеров и мэйнфреймов в середине 1970-ых годов. Первая версия Linux была разработана Линусом Торвальдсом (Linus Torvalds) на ассемблере в Университете Хельсинки (Финляндия) в середине 1991 г. Linux создан с помощью отдельных групп UNIX-программистов и энтузиастов, объединенных в несколько проектов посредством Internet. Ядро Linux не использует коды из коммерческих источников Unix, и большинство программ Linux разработаны в рамках

8

устройств, библиотеки, пользовательские программы и инструментальные средства распространяются свободно.

Linux включает поддержку национальных и стандартных клавиатур динамически загружаемыми драйверами клавиатур. Linux также поддерживает виртуальные консоли (virtual consoles), которые позволяют "переключать экраны" на консоли в текстовом режиме.

Linux поддерживает различные типы файловых систем для хранения данных. Некоторые файловые системы, такие как файловая система ext2fs, были созданы специально для Linux. Поддерживаются также другие типы файловых систем, такие как Minix-1 и Xenix. Реализована также файловая система FAT, позволяющая прямо обращаться к ее файлам на жестком диске. Поддерживается также файловые системы для работы с дисками CD и DVD. Linux обеспечивает набор протоколов TCP/IP для работы с компьютерными сетями.

Linux позиционируется как открытая система предназначенная:

1)бесплатного использования в учебных заведениях;

2)дешевая ОС для использования в корпоративной среде;

3)основная система для домашнего ПК.

Рисунок 3.4 – Состав пакета ОС Linux Mandriva Powerpack 2008

В отличие от большинства других операционных систем, Linux не имеет единой официальной комплектации, а поставляется в большом количестве дистрибутивов, в которых программы GNU соединяются с ядром Linux и другими программами. Дистрибутив — это набор программ для разных задач пользователей, объединѐнных едиными системами установки, управления и обновления пакетов, настройки и поддержки. В настоящее время наибольшее распространение получили следующие версии дистрибутивов Linux для ПК:

1)Fedora Core - поддерживается сообществом и корпорацией RedHat, предшествует выпускам коммерческой версии RHEL;

2)Ubuntu (на языке зулу приблизительно означает «человечность») - популярный дистрибутив на ядре Linux, ориентированный на лѐгкость в освоении и использовании, использующий среду Gnome. Является ответвлением от Debian. Основной разработчик и спонсор — компания Canonical, возглавляемая Майклом Шаттлвордом. Новая версия дистрибутива выходит каждые 6 месяцев, поддерживается обновлениями безопасности в течение 18 месяцев или 3 и 5 (Server Edition) лет для версий LTS (англ. Long Term Support — «долгосрочная поддержка»). Ubuntu поставляется с подборкой программного обеспечения для серверов и рабочих станций. Дистрибутив устанавливается c помощью LiveCD (версия «desktop») или текстового установщика (версия «alternate»);

3)Kubuntu — дистрибутив операционной системы Linux, производный от Ubuntu

ииспользующий графическое окружение KDE вместо GNOME. Разрабатывается компанией Canonical Ltd. Проект является частью проекта Ubuntu и использует ту же основу. Есть возможность установить как графическое окружение KDE (пакет kubuntudesktop), так и окружение GNOME (пакет ubuntu-desktop) одновременно, выбирая окружение для работы при запуске системы. Все операционные системы из проекта

9

Ubuntu, в том числе и Kubuntu, имеют общий репозиторий пакетов. ОС обновляется каждые полгода, синхронно с Ubuntu.;

4)Mandriva - французско-бразильский дистрибутив, объединение бывших

Mandrake и Conectiva;

5)Red Hat (англ. красная шляпа) — американская компания, выпускающая решения на основе GNU/Linux: Red Hat Enterprise Linux (распространяется по

годовой подписке) и Fedora (распространяется свободно), а также другие программные продукты и услуги на основе открытого исходного кода (в том числе среду компиляции и выполнения приложений GNU/Linux (POSIX) под ОС Microsoft Windows — Cygwin). До 2002 года основным продуктом Red Hat была операционная система общего назначения Red Hat Linux, в мае 2002 года состоялся выпуск корпоративной операционной системы Red Hat Linux Advanced Server 2.1 (позднее переименованной в Red Hat Enterprise Linux AS 2.1), разработанной на основе Red Hat Linux 7.2 в рамках отдельного проекта. В 2003 году Red Hat сменила политику выпуска дистрибутивов, отказавшись от выпуска коробочных версий Red Hat Linux (последняя коробочная версия Red Hat Linux 9) и превратив внутренний процесс разработки Red Hat Linux в открытый проект Fedora (англ. фетровая шляпа), не обеспечиваемый официальной поддержкой, но поддерживаемый сообществом разработчиков и экспертов по GNU/Linux, наиболее активную часть которого составляют сотрудники Red Hat. В результате корпоративное решение называется Red Hat Enterprise Linux, а свободно распространяемый открытый дистрибутив — Fedora, который задуман как тестовая площадка для новых технологий и компонентов системы;

6)openSuse - бесплатно распространяемая версия дистрибутива SuSE, принадлежащая компании Novell, отличающаяся удобством в настройке и обслуживании благодаря использованию утилиты YaST;

7)Slackware - один из старейших дистрибутивов, отличается консервативным подходом в разработке и использовании;

8)Gentoo - дистрибутив, ориентирован на экспертов и опытных пользователей, собираемый из исходных кодов, позволяющий гибко настраивать конечную систему и оптимизировать производительность (часто называется мета-дистрибутивом);

9)ALT Linux и ASPLinux (Россия).

Основное ядро Linux основывается на использовании текстовой консоли. Для

преимущественно под UNIX-подобными операционными системами, которые используют графическую подсистему X Window System. Новое поколение технологии KDE 4 частично работает на Microsoft Windows и Mac OS X. В состав KDE входит набор тесно интегрированных между собой программ для выполнения повседневной работы. Также в рамках проекта разрабатываются интегрированная среда разработки KDevelop и офисный пакет KOffice.

2) Gnome (от англ. GNU Network Object Model Environment («сетевая объектная среда GNU») - свободная среда рабочего стола для Unix-подобных операционных систем. Разработчики GNOME ориентируются на создание полностью свободной среды, доступной всем пользователям вне зависимости от их уровня технических навыков, физических ограничений и языка, на котором они говорят. В рамках проекта GNOME разрабатываются как приложения для конечных пользователей, так и набор инструментов для создания новых приложений, тесно интегрируемых в рабочую среду.

В настоящее время сфера применения Linux расширяется и понемногу теснит платформу ОС Windows. В ряде стран имеются государственные программы, способствующие переходу пользователей на Linux. В Тайване если пользователь при покупке персонального компьютера выбирает в качестве операционной системы Linux, тогда его стоимость не превышает 300 USD. Благодаря этому общий объем ОС Window в Тайване составляет менее 50% парка ПК.

3.2.5 Семейство Mac OS (Macintosh Operating System)

Mac OS X, разработана корпорацией Apple (ранее — Apple Computer), вторая по популярности в мире операционная система для линейки ПК Macintosh. В ней впервые был использован графический интерфейс с пользователем, представлена в 1984 году

10

вместе с ПК Macintosh 128K. Термин «Mac OS» в действительности официально используется с середине 1990-х годов, как все версии ОС ПК Макинтош. Ранние версии Mac OS были совместимы только с ПК, основанными на процессорах с архитектурой PowerPC (PPC), но с середины 2000-х Mac OS X стала совместима (после некоторых манипуляций) с архитектурой Intel x86, после использования ЦП Intel в ПК производства Apple. Apple официально разрешает устанавливать систему Mac OS только на компьютеры Apple.

24 марта 2000 года была представлена Mac OS X версии 10.0 (Гепард), базируемая на ОС NeXTSTEP. Mac OS X официально сертифицирована как UNIX-система. Последними версиями семейства Mac OS X являются:

-10.0 Cheetah;

-10.1 Puma;

-10.2 Jaguar;

-10.3 Panther;

-10.4 Tiger;

-10.5 Leopard (2007 год);

-10.6 Snow Leopard (с 28.08.2009 год), главная новация — полная поддержка 64-разрядности.

Рисунок 3.5 – Интерфейс ОС Mac OS X 10.6 Snow Leopard

3.2.6 Семейство FreeBSD

FreeBSD — свободная UNIX-подобная операционная система, потомок BSD, созданной в университете Беркли. FreeBSD работает на PC-совместимых системах семейства x86, включая Microsoft Xbox, а также на DEC Alpha, Sun UltraSPARC, IA64, AMD64, PowerPC, NEC PC-98, ARM. Готовится поддержка архитектуры MIPS.

FreeBSD разрабатывается как целостная операционная система. Исходный код ядра, драйверов устройств и базовых пользовательских программ (т. н. userland), таких как командные оболочки и т.п., содержится в одном дереве системы управления версиями (до 31 мая 2008 — CVS, сейчас — SVN). Это отличает FreeBSD от GNU/Linux,

в которой ядро разрабатывается одной группой разработчиков, а набор пользовательских программ — другими (например, проект GNU), а многочисленные группы собирают это всѐ в единое целое и выпускают в виде различных дистрибутивов

GNU/Linux.

FreeBSD хорошо зарекомендовала себя как система для построения интранет- и интернет-серверов. Она предоставляет достаточно надѐжные сетевые службы и эффективное управление памятью. FreeBSD широко представлена в списке веб-серверов с наибольшим временем непрерывной работы. FreeBSD популярна благодаря своей лицензии, которая существенно отличается от широко известной лицензий GNU GPL — она позволяет использовать код не только в свободном ПО, но в проприетарном. В отличие от GNU LGPL, которая тоже позволяет использовать свободный код в закрытой