Информационное и математическое обеспечение вычислительных систем. Состав и свойство вычислительных систем.

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

Наука и технический прогресс, на сегодняшний день, достигли очень больших результатов. Наша повседневная жизнь уже стала невозможной без компьютерных технологий и стала неотъемлемой частью. Большинство людей не представляют себя без участия компьютера. Персональные компьютеры используются во всех категориях отраслей. Компьютерные приложения окружают нас везде: в торговле, в медицине, в обучении и многих других местах.

В данной курсовой работе мы рассмотрим состав и свойство вычислительных систем, а так же информационное и математическое обеспечение вычислительных систем.

1. СОСТАВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

Состав вычислительной системы обычно называют конфигурацией. Аппаратные и программные средства вычислительной техники всегда рассматривают отдельно. Поэтому, отдельно рассматривают аппаратную конфигурацию вычислительных систем, а так же, их программную конфигурацию.

Для информатики такой принцип разделения имеет особое значение, ведь очень часто решение одних и тех же задач может обеспечиваться как аппаратными, так и программными средствами. Критерии выбора аппаратного или программного решения - это производительность и эффективность. Обычно считается, что аппаратные решения, по средним показателям, оказываются дороже, но реализация программных решений требует более высокой квалификации персонала.

1.1. АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

К аппаратному обеспечению вычислительных систем относят устройства и приборы, которые образуют аппаратную конфигурацию. Современные компьютеры и вычислительные комплексы имеют блочно-модульную конструкцию — аппаратную конфигурацию, которая необходима для исполнения конкретных видов работ, которую можно собирать из готовых узлов и блоков.

Различают внутренние и внешние устройства по способу расположения устройств относительно центрального процессорного устройства (ЦПУ— Central Processing Unit, CPU). Внешними, обычно, являются большинство устройств ввода-вывода данных (так же их называют периферийными устройствами) и некоторые устройства, которые предназначены для более длительного хранения данных.

Согласование между отдельными узлами и блоками выполняют с помощью переходных аппаратно-логических устройств, которые называются аппаратными интерфейсами. В вычислительной технике, стандарты на аппаратные интерфейсы, называют протоколами. Совокупность технических условий, которые должны быть обеспечены разработчиками устройств, для успешного согласования их работы с другими устройствами называются протоколами.

Любая вычислительная система имеет многочисленны интерфейсы, которые присутствуют в архитектуре любой вычислительной системы. Разделяются они на две большие группы: последовательные и параллельные.

Через последовательный интерфейс данные передаются последовательно, бит за битом. Через параллельный — одновременно группами битов. Количество битов, участвующих в одной посылке, определяется разрядностью интерфейса, например, восьмиразрядные параллельные интерфейсы передают один байт (8 бит) за один цикл.

Хоть и параллельные интерфейсы имеют более сложное устройство, чем последовательные, но они обеспечивают высокую производительность. Применяются они обычно там, где имеет важность скорость передачи данных, например, для подключения печатающих устройств, либо устройств ввода графической информации, устройств записи данных на внешний носитель. Производительность параллельных интерфейсов измеряют байтами в секунду (байт/с; Кбайт/с; Мбайт/с).

Последовательные интерфейсы устроены проще. Для них не надо синхронизировать работу передающего и принимающего устройства, (поэтому их часто называют асинхронными интерфейсами), но вот пропускная способность их намного меньше, а коэффициент полезного действия ниже, ведь отсутствие синхронизации посылок, полезные данные проверяют и завершают посылками служебных данных, то есть на один байт полезных данных могут приходиться 1-3 служебных бита (состав и структуру посылки определяет конкретный протокол).

Производительность последовательных устройств измеряют битами в секунду (бит/с, Кбит/с, Мбит/с).

Кажется простым, перевод единиц измерения скорости последовательной передачи, в единицы измерения скорости параллельной передачи данных путем механического деления на 8, но такой пересчет не выполняется, ведь он не корректен, потому что присутствуют служебные данные. Иногда, с поправкой на служебные данные, скорость последовательных устройств выражают в знаках в секунду или, что тоже самое, в символах в секунду (с/с), но эта величина имеет не технический, а справочный характер.

Последовательные интерфейсы получили широкое применение в подключения «медленных» устройств (простейших устройств печати низкого качества, устройств ввода и вывода знаковой и сигнальной информации, контрольных датчиков, малопроизводительных устройств связи и т. д.), а также тогда, когда нет возможности существенных ограничений по продолжительности обмена данными (большинство цифровых фотокамер).

1.2. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Упорядоченная последовательность команд называется программой. Управление аппаратными средствами является целью любой компьютерной программы. Иногда на первый взгляд кажется, что программа никак не взаимодействует с оборудованием, не требует никакого ввода данных с устройств ввода и не осуществляет вывод данных на устройства вывода, но все равно ее работа основана на управлении аппаратными устройствами компьютера.

Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и в непрерывном взаимодействии. Несмотря на то, что мы рассматриваем эти две категории отдельно, нельзя забывать, между ними существует диалектическая связь, и раздельное их рассмотрение является по меньшей мере условным.

Состав программного обеспечения вычислительной системы называют программной конфигурацией. Между программами, как и между физическими узлами и блоками, существует взаимосвязь — многие программы работают, опираясь на другие программы более низкого уровня, то есть, можно говорить о межпрограммном интерфейсе. Возможность существования такого интерфейса тоже основана на существовании технических условий и протоколов взаимодействия, а на практике он обеспечивается распределением программного обеспечения на несколько взаимодействующих между собой уровней. Пирамидальную конструкцию представляют собой уровни программного обеспечения. Последующие уровни опираются на программное обеспечение предшествующих уровней. Такое разбиение уровней удобно для всех этапов работы с вычислительной системой, начиная с установки программ, до практической эксплуатации и технического обслуживания. Важно, что каждый вышележащий уровень, повышает функциональность всей системы. Так, например, вычислительная система с программным обеспечением базового уровня не способна выполнять большинство функций, но позволяет установить системное программное обеспечение.

1.2.1. УРОВНИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Существует несколько уровней программного обеспечения.

Самым низким уровнем программного обеспечения является базовый уровень, который представляет собой базовое программное обеспечение, отвечающее за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Обычно, базовые программные средства, непосредственно входят в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхемах, которые называют постоянными запоминающими устройствами (ПЗУ— Read Only Memory, ROM). Программы и данные записываются («прошиваются») в микросхемы ПЗУ на этапе производства и не могут быть изменены в процессе эксплуатации.

Тогда, когда изменение базовых программных средств во время эксплуатации является технически целесообразным, вместо микросхем ПЗУ применяют перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства (ППЗУ — Erasable and Programmable Read Only Memory, EPROM). В этом случае изменение содержания ПЗУ можно выполнять как непосредственно в составе вычислительной системы (такая технология называется флэш-технологией), так и вне ее, на специальных устройствах, называемых программаторами.

Системный уровень. Системный уровень — переходный. Программы, которые работают на этом уровне, обеспечивают взаимодействие других программ компьютерной системы с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обеспечением, то есть выполняют функции «посредника».

Эксплуатационные показатели всей вычислительной системы в целом, зависят во многом от программного обеспечения этого уровня. Как пример можно привести подключение к вычислительной системе нового оборудования. Для этого на системном уровне должна быть установлена программа, которая обеспечивает для других программ взаимосвязь с этим оборудованием. В состав программного обеспечения системного уровня входят драйверы устройств, это конкретные программы, которые отвечают за взаимодействие с конкретными устройствами.

Другой класс программ системного уровня отвечает за взаимодействие с пользователем. Только благодаря им, он получает возможность вводить данные в вычислительную систему, управлять ее работой и получать результат в форме, которая ему удобна. От программных средств обеспечения пользовательского интерфейса, всегда зависит удобство работы с компьютером и производительность труда на рабочем месте.

Совокупность программного обеспечения системного уровня образует ядро операционной системы компьютера. Если компьютер имеет программное обеспечение системного уровня, то он уже готов к установке программ более высоких уровней, к взаимодействию программных средств с оборудованием и, самое главное, к взаимодействию с пользователем. То есть наличие ядра операционной системы —обязательное условие для возможности практической работы человека с вычислительной системой.

Служебный уровень. Программное обеспечение этого уровня взаимодействует с программами базового уровня, а так же с программами системного уровня. Главное назначение служебных программ (еще их называют утилитами) состоит в автоматизации работ по проверке, наладке и настройке компьютерной системы. Очень часто они используются для расширения или (обычно, это программы обслуживания) изначально включают в состав операционной системы, но большинство служебных программ являются для операционной системы внешними и служат для расширения ее функций.

В разработке и эксплуатации служебных программ существует два направления: интеграция с операционной системой и автономное функционирование. В случае интеграции операционной системы служебные программы могут изменять потребительские свойства системных программ, делая их удобнее для практической работы. В случае автономного функционирования, они хуже связаны с системным программным обеспечением, хотя предоставляют для пользователя больше возможностей для персональной настройки их взаимодействия с аппаратным и программным обеспечением.

Прикладной уровень. Комплекс прикладных программ, с помощью которых, на определенном рабочем месте выполняются определенные задания, называется программным обеспечением прикладного уровня. Перечень этих заданий очень широк — от производственных до творческих и развлекательно-обучающих. Большой функциональный диапазон средств вычислительной техники обусловлен наличием прикладных программ для разных видов деятельности.

Обычно утверждают, что универсальность вычислительной системы, доступность прикладного программного обеспечения и широта функциональных возможностей компьютера, напрямую зависят от типа операционной системы, которая используется в данный момент, а так же от того, какие системные средства содержит ее ядро, как она обеспечивает взаимодействие между комплексом человек — программа — оборудование. Данное утверждение происходит из за того, что между прикладным программным обеспечением и системным существует непосредственная взаимосвязь (первое опирается на второе).

2. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ

Текстовый редактор является одной из прикладных программ.

Ввод и редактирование текстовых данных – это основная функция данного класса. Автоматизация процессов ввода и редактирования – это дополнительные функции. Вызывается и используется системное программное обеспечение для операций ввода, вывода и сохранения данных текстовых редакторов . Характерно это не только для текстовых редакторов, но и для всех прочих видов прикладных программ, и в дальнейшем можно не акцентировать внимание специально на этом.

Первичные навыки взаимодействия с компьютерной системой, а так же знакомство с классом прикладных программ, как правило, начинается со знакомства с программным обеспечением.

Текстовые процессоры. Главное отличие текстовых процессоров от текстовых редакторов в том, что с их помощью можно не только вводить и редактировать текст, но и форматировать его, то есть оформлять в нужный для пользователя вид, изменяя шрифт, отступы, различные положения на странице. Основными средствами текстовых редакторов можно считать средства обеспечения взаимодействия текста, графики, таблиц и других объектов, которые составляют итоговый документ, а к дополнительным — средства автоматизации процесса форматирования.

На сегодняшний момент времени, современный стиль работы с документами, имеет два альтернативных подхода. Первое – это работа с бумажными документами и работа с электронными документами. Поэтому, говорят о форматировании документов средствами текстовых процессоров, то имеется в виду два принципиально разных направления — форматирование документов, предназначенные для печати, и форматирование электронных документов, предназначенных для отображения на экране. Приемы и методы в этих случаях имеют большое отличие. Соответственно, различаются и текстовые процессоры, хотя многие из них очень хорошо сочетают в себе оба подхода.

Графические редакторы. Это широкий класс программ, которые предназначены для создания и или обработки графических изображений. На три категории подразделяется данный класс: растровые редакторы, векторные редакторы и программные средства для создания и обработки трехмерной графики (3D-редакторы).

Когда графический объект представлен в виде комбинации точек, которые образуют растр и обладают свойствами яркости и цвета, применяется растровый редактор. В случае, когда графическое изображение имеет много полутонов и информация о цвете элементов, составляющих объект, важнее, чем информация об их форме, используется данный подход. Характерно это для фотографических и полиграфических изображений. Растровые редакторы имеют широкое применение в области обработки изображений, их ретуши, создания фотоэффектов и художественных композиций (коллажей).

Возможности создания новых изображений средствами растровых редакторов имеют некоторые ограничения и не всегда удобны. Большинство художником предпочитают пользоваться привычными инструментами, после чего, вводят рисунок в компьютер с помощью специальных аппаратных средств (сканеров) и завершают работу с помощью растрового редактора с помощью применения спецэффектов.

Способ представления данных об изображении – это главное отличие векторных и растровых редакторов. Линия, а не точка, является элементарным объектом векторного изображения. Данный вид изображения свойственен для чертежно-графических работ, в которых форма линий имеет большее значение, чем информация о цвете отдельных точек, составляющих ее. В векторных редакторах каждая линия рассматривается как математическая кривая третьего порядка и, соответственно, представляется не комбинацией точек, а математической формулой (в компьютере хранятся числовые коэффициенты этой формулы). Такое представление намного меньше занимает места, чем растровое, соответственно данные занимают намного меньше места, однако, построить какой либо объект, можно выполнением не простых отображений точек на экране, а сопровождением непрерывных пересчетов параметров кривой в координаты экранного или печатного изображения. Исходя из вышесказанного, работа с векторной графикой требует большей производительности вычислительных систем.

Готовые композиции создаются из элементарных объектов. Десятки тысяч простейших объектов, взаимодействующих друг с другом, содержатся в художественной иллюстрации, выполненной средствами векторной графики.

Для создания изображений удобны векторные редакторы. Они практически не используются для обработки готовых рисунков. Векторные редакторы применяются для оформления обложек полиграфических изданий и нашли свое широкое применение в рекламном бизнесе. А так же в таких направлениях бизнеса, где стиль художественной работы очень близок к чертежному.

Для создания трехмерных композиций используются редакторы трехмерной графики, имеющие две характерные для них особенности. Первой из них является то, что они позволяют гибко управлять взаимодействием свойств поверхности изображаемых объектов со свойствами источников освещения, и, вторая особенность заключается в создании трехмерной анимации. Поэтому довольно часто редакторы трехмерной графики называют также ЗО-аниматорами.

Системы управления базами данных. Базами данных называют большие массивы данных, организованные в табличные структуры. Основными функциями систем управления базами данных считают:

1. создание пустой (незаполненной) структуры базы данных;

2. предоставление средств ее заполнения или импорта данных из таблиц другой базы;

3. обеспечение возможности доступа к данным, а также предоставление средств поиска и фильтрации.

Очень многие системы управления базами данных дополнительно предоставляют возможности проведения простейшего анализа данных и их обработки. В результате, существует возможность создания новых таблиц баз данных на основе уже имеющихся. Из-за широкого распространения сетевых технологий, к современным системам управления базами данных, предъявляют также требование возможности работы с удаленными и распределенными ресурсами, которые находятся на серверах всемирной компьютерной сети.

Электронные таблицы. Электронные таблицы – это комплексные средства для хранения различных типов данных и их обработки. В какой то мере они аналогичны системам управления базами данных, но основной акцент указывает не на хранение массивов данных и обеспечение к ним доступа, а на преобразование данных, причем в соответствии с их внутренним содержанием.

В отличие от баз данных, содержащих широкий спектр типов данных (от числовых и текстовых до мультимедийных), электронные таблицы, имеют повышенную сосредоточенность на числовых данных. Но электронные таблицы предоставляют более широкий спектр методов для работы с данными числового типа.

Основным свойством электронных таблиц является то, что при изменении содержания любых ячеек таблицы происходит автоматическое изменение содержания во всех прочих ячейках, связанных с измененными соотношением, заданным математическими или логическими выражениями (формулами). Простота и удобство работы с электронными таблицами нашли свое широкое применение в сфере бухгалтерского учета, как универсальный инструмент анализа финансовых, сырьевых и товарных рынков, доступных средств обработки результатов технических испытаний, то есть везде, где нужно автоматизировать часто повторяющиеся вычисления, имеющие достаточно большие объемы числовых данных.

Системы автоматизированного проектирования (CAD-системы). Данные системы предназначены для автоматизации проектно-конструкторских работ. Часто применяются в машиностроении, приборостроении, архитектуре. Кроме чертежно-графических работ эти системы также позволяют проводить простейшие расчеты (например, расчеты прочности деталей) и выбор готовых конструктивных элементов из обширных баз данных.

Отличительной особенностью CAD-систем является автоматическое обеспечении на всех этапах проектирования технических условий, норм и правил, это дает свободу в действиях конструктора (или архитектора) от работ нетворческого характера. Например, в машиностроении CAD-системы способны на базе сборочного чертежа изделия автоматически выполнить рабочие чертежи деталей, подготовить необходимую технологическую документацию с указанием последовательности переходов механической обработки, назначить необходимые инструменты, станочные и контрольные приспособления, а также подготовить управляющие программы для станков с числовым программным управлением (ЧПУ), промышленных роботов и гибких автоматизированных линий. Сегодня системы автоматизированного проектирования являются необходимым компонентом, без которого теряется эффективность реализации гибких производственных систем (ГПС) и автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП).

Настольные издательские системы. Программы этого класса предназначены для автоматизации процесса верстки полиграфических изданий. Данный класс программного обеспечения занимает промежуточное положение между текстовыми процессорами и системами автоматизированного проектирования.

Исходя из теории, текстовые процессоры предоставляют средства для внедрения в текстовый документ объектов другого направления, например объектов векторной и растровой графики, а также позволяют управлять взаимодействием между параметрами текста и параметрами внедренных объектов. Однако на практике для изготовления полиграфической продукции эти средства либо функционально недостаточны, с точки зрения требований полиграфии, либо недостаточно удобны для производительной работы.

От текстовых процессоров настольные издательские системы отличаются расширенными средствами управления взаимодействием текста с параметрами страницы и с графическими объектами. С другой стороны, они отличаются пониженными функциональными возможностями по автоматизации ввода и редактирования текста. Частый прием использования настольных издательских систем состоит в том, что их применяют к документам, прошедшим предварительную обработку в текстовых процессорах и графических редакторах.

Экспертные системы. Предназначены эти системы для анализа данных, которые содержатся в базах знаний, и выдачи рекомендаций по запросу пользователя. Такие системы применяют в тех случаях, когда исходные данные достаточно хорошо формализуются, но для принятия решения необходимы обширные специальные знания. Области использования экспертных систем характерны для юриспруденции, медицины, фармакологии, химии. Зная разные признаки какого-либо заболевания, медицинские экспертные системы помогают установить диагноз и назначить лекарства, дозировку и программу лечебного курса. По совокупности признаков события юридические экспертные системы могут дать правовую оценку и предложить порядок действий как для обвиняющей стороны, так и для защищающейся.

Особенность, которая характерна для экспертных систем, это их способность к саморазвитию. Исходные данные хранятся в базе знаний в виде фактов, между которыми с помощью специалистов-экспертов устанавливается определенная система отношений. Если на этапе тестирования экспертной системы устанавливается, что она дает некорректные рекомендации и заключения по конкретным вопросам или не может дать их вообще, это означает либо отсутствие важных фактов в ее базе, либо нарушения в логической системе отношений. И том и в другом случае экспертная система сама может сгенерировать достаточный набор запросов к эксперту и автоматически повысить свое качество.

С использованием экспертных систем связана особая область научно-технической деятельности, называемая инженерией знаний. Инженеры знаний — это специалисты особой квалификации, выступающие в качестве промежуточного звена между разработчиками экспертной системы (программистами) и ведущими специалистами в конкретных областях науки и техники (экспертами).

Редакторы HTML (Web-редакторы). Это особый класс редакторов, которые объединяют в себе свойства текстовых и графических редакторов. Данный класс предназначен для создания и редактирования так называемых Web-документов (Web-страниц Интернета). Web-документы — это электронные документы, при подготовке которых учитывается ряд особенностей, связанных с приемом либо передачей информации в интернете.

Обычно, теоретически, для создания Web-документов можно использовать простые текстовые редакторы и процессоры, а также некоторые из графических редакторов векторной графики, но Web-редакторы обладают рядом полезных функций, повышающих производительность труда Web-дизайнеров. Эффективно используются программы этого класса можно для подготовки электронных документов и мультимедийных изданий.

Броузеры (обозреватели, средства просмотра Web-страниц). К данной категории относят программные средства, которые предназначены для просмотра электронных документов, выполненных в формате HTML (документы этого формата используются в качестве Web-документов). Современные броузеры воспроизводят не только текст и графику. Также они могут воспроизводить музыку, человеческую речь, обеспечивать прослушивание радиопередач в интернете, просмотр видеоконференций, работу со службами электронной почты, с системой телеконференций, а также многое другое.

Интегрированные системы делопроизводства. Представляют собой программные средства которые автоматизируют рабочее место руководителя. Основными функциями подобных систем являются функции создания, редактирования и форматирования простейших документов, централизация функций электронной почты, факсимильной и телефонной связи, диспетчеризация и мониторинг документооборота предприятия, координация деятельности подразделений, оптимизация административно-хозяйственной деятельности и поставка по запросу оперативной и справочной информации.

Бухгалтерские системы. Это специализированные системы, которые сочетают в себе функции текстовых и табличных редакторов, электронных таблиц и систем управления базами данных. Предназначены данные системы для автоматизации подготовки первичных бухгалтерских документов предприятия и их учета, для ведения счетов плана бухгалтерского учета, а также для автоматической подготовки регулярных отчетов по итогам производственной, хозяйственной и финансовой деятельности в форме, которая предоставляется в налоговые органы, внебюджетные фонды и органы статистического учета. Несмотря на то, что все функции теоретически, характерные для бухгалтерских систем, можно исполнять и другими вышеперечисленными программными средствами, использование бухгалтерских систем удобно благодаря интеграции разных средств в одной системе.

При решении о внедрении на предприятии автоматизированной системы бухгалтерского учета учитывается необходимость наличия в ней средств адаптации при изменении нормативно-правовой базы. Из-за того, что в данной области нормативно-правовая база в России отличается крайней нестабильностью и подвержена частым изменениям, возможность гибкой перенастройки системы является обязательной функцией, хотя это требует от пользователей системы больших навыков.

Финансовые аналитические системы. Программы этого класса используются в банковских и биржевых структурах. С помощью данных программ контролируются и прогнозируются ситуации на финансовых, товарных и сырьевых рынках, производится анализ текущих событий, готовятся сводки и отчеты.

Геоинформационные системы (ГИС). Предназначены для автоматизации картографических и геодезических работ на основе информации, которая получена топографическими или аэрокосмическими методами.

Системы видеомонтажа. Предназначены для цифровой обработки видеоматериалов, их монтажа, создания видеоэффектов, устранения дефектов, наложения звука, титров и субтитров.

Отдельные категории прикладных программных средств, обладающие своими развитыми внутренними системами классификации, представляют обучающие, развивающие, справочные и развлекательные системы и программы. Отличительной особенностью этих классов программного обеспечения являются повышенные требования к мультимедийной составляющей (использование музыкальных композиций, средств графической анимации и видеоматериалов).

3. КЛАССИФИКАЦИЯ СЛУЖЕБНЫХ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ

Диспетчеры файлов (файловые менеджеры). С помощью программ данного класса выполняется большинство операций, которые связаны с обслуживанием файловой структуры, а именно, копирование, перемещение и переименование файлов, создание каталогов (папок), удаление файлов и каталогов, поиск файлов и навигация в файловой структуре. Базовые программные средства, которые предназначены для этой цели, обычно входят в состав программ системного уровня и устанавливаются вместе с операционной системой. Но зачастую, для повышения удобства работы с компьютером большинство пользователей устанавливают дополнительные служебные программы.

Средства сжатия данных (архиваторы). Предназначены для создания архивов. Архивирование данных упрощает их хранение за счет того, что большие группы файлов и каталогов сводятся в один архивный файл. При этом повышается и эффективность использования носителя за счет того, что архивные файлы обычно имеют повышенную плотность записи информации. Архиваторы часто используют для создания резервных копий ценных данных, а так же для сжатия и передачи по сети файлов с большим размером.

Средства просмотра и воспроизведения. Обычно для работы с файлами данных необходимо загрузить их в «родительскую» прикладную систему, с помощью которой они были созданы. Это дает возможность просмотра документов и изменения в данных файлах. Но в тех случаях, когда требуется только просмотр без редактирования, удобно использовать более простые и более универсальные средства, которые позволяют просматривать документы разных типов.

Средства диагностики. Предназначены для автоматизации процессов диагностики программного и аппаратного обеспечения. Они выполняют необходимые проверки и выдают собранную информацию в удобном и наглядном виде. Они используются не только для устранения неполадок, но и для оптимизации работы компьютерной системы.

Средства контроля (мониторинга). Программные средства контроля иногда называют мониторингом. С их помощью можно следить за процессами, которые происходят в компьютерной системе. При этом есть два подхода: наблюдение в реальном режиме времени или контроль с записью результатов в специальном протокольном файле. Первый подход обычно используется для нахождения путей, которые оптимизируют работу вычислительной системы и повышают ее эффективность. Второй подход используется тогда, когда мониторинг выполняется автоматически и/или на дистанции. В последнем случае результаты мониторинга возможно передать удаленной службе технической поддержки, которая установит причину конфликтов в работе программного и аппаратного обеспечения.

Средства мониторинга, которые работают в режиме реального времени, очень полезны для практического изучения приемов работы с компьютером, ведь они позволяют наглядно отображать те процессы, которые, как правило, скрыты от глаз пользователя.

Мониторы установки. Программы данной категории предназначены для контроля за установкой программного обеспечения. Данное программное обеспечение необходимо для того, чтобы между различными категориями программного обеспечения была возможность устанавливать связи. Вертикальные связи (между уровнями) – это главное условие функционирования всех компьютеров. Горизонтальные связи (внутри уровней) характерны для компьютеров, которые работают с операционными системами, поддерживающими принцип совместного использования одних и тех же ресурсов разными программными средствами. В том и другом случае, при установке или удалении программного обеспечения, может происходить нарушение работоспособности различных иных программ.

За состоянием и изменением окружающей программной среды следят мониторы установки, а так же отслеживают и протоколируют образование новых связей и позволяют восстанавливать связи, которые были утрачены в при удалении программ, установленных раньше.

Самые простые средства, которые управляют установкой и удалением программ, входят обычно в состав операционной системы и размещаются на системном уровне программного обеспечения, хотя они редко бывают достаточны. Из-за этого в вычислительных системах, которые требуют повышенной надежности, используют дополнительные служебные программы.

Средства коммуникации (коммуникационные программы). Когда появились электронная связь и компьютерные сети, программы данного класса, приобретают огромное значение. Они позволяют устанавливать соединения с удаленными компьютерами, обслуживают передачу сообщений электронной почты, работу с телеконференциями (группами новостей), обеспечивают пересылку факсимильных сообщений и выполняют огромное множество иных операций в компьютерных сетях.

Средства обеспечения компьютерной безопасности. К этой, достаточно широкой категории, относятся средства пассивной и активной защиты данных от повреждения, а также средства защиты от несанкционированного доступа, просмотра и изменения данных.

В качестве средств пассивной защиты используют служебные программы, которые предназначены для резервного копирования. Нередко они обладают и базовыми свойствами диспетчеров архивов (архиваторов). Как активную защиту от различных вредоносных программ, используют антивирусное программное обеспечение. Для защиты данных от несанкционированного доступа, их просмотра и изменения используются специальные системы, которые основываются на криптографии.

4. ПОНЯТИЕ ОБ ИНФОРМАЦИОННОМ И МАТЕМАТИЧЕСКОМ ОБЕСПЕЧЕНИИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

На одном уровне с аппаратным и программным обеспечением средств вычислительной техники, иногда, имеет смысл рассматривать информационное обеспечение, под которым понимают совокупность программ и предварительно подготовленных данных, необходимых для работы данных программ.

Как пример, можно рассмотреть систему автоматической проверки орфографии в тексте, который нужно отредактировать. Работа данной системы заключается в том, что лексические единицы исходного текста сравниваются с заранее заготовленным эталонным массивом данных (словарем). В этом случае для успешной работы системы есть необходимость иметь возможность подключения к специальным наборам словарей извне, ведь аппаратного и программного обеспечения специальных словарей недостаточно. Это пример информационного обеспечения вычислительной техники.

В специализированных компьютерных системах (бортовых компьютерах автомобилей, судов, ракет, самолетов, космических летательных аппаратов и т. п.) совокупность программного и информационного обеспечения называют математическим обеспечением. Как правило, оно «жестко» записывается в микросхемы ПЗУ и может быть изменено только путем замены ПЗУ или его перепрограммирования на специальном оборудовании.

4.1. МАТЕМТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМ

Математическое обеспечение – это совокупность программ и программных комплексов, с помощью которых преобразуются алгоритмы программ пользователя, которые записываются на алгоритмических языках высокого уровня, в последовательность команд, понимаемых электроникой ЭВМ, организуется автоматическое прохождение задач пользователей на ЭВМ, обеспечивается эффективное использование оборудования ЭВМ.

Необходимость повышения производительности труда программистов и специалистов, эксплуатирующих ЭВМ, повлекло за собой появление математического обеспечения. Ведь действительно, команды вычислительной машины представляют собой, с точки зрения возможности записи алгоритма, достаточно элементарные операции, и запись алгоритма в виде последовательности этих команд является трудоемкой работой. Это и явилось главным стимулом создания средств автоматизации программирования.

Происходило укрупнение операций, которые понимались электроникой машины, но это не помогло решить проблему. Даже у современных ЭВМ команды, обычно, представляют собой элементарные операции. Существенно больший успех был достигнут во время создания программных средств, которые облегчали программирование. Первым шагом было создание языка, который позволял программировать на автокоде. Программа на автокоде фактически представляет собой ту же последовательность команд ЭВМ, но записанных символическими обозначениями - в мнемоническом виде. Преобразование мнемонического кода программы в команды машины осуществляются специальными программами - ассемблерами. Затем появились макроассемблеры, дающие возможность использовать в текстах программ макрооператоры, которые обеспечивали выполнение группы команд машины.

Следующим этапом автоматизации программирования было создание алгоритмических языков высокого уровня. Существует свыше тысячи алгоритмических языков различного назначения, применение которых существенно сокращает затраты на разработку и создание программ.

Первым, кто получил широкое распространение, стал язык фортран. Затем появились языки алгол, алгамс, а в СССР и язык альфа, предназначенные в основном для проведения научно-технических расчетов.

Для записи алгоритмов обработки экономической информации был создан язык кобол.

Алголоподобный язык паскаль имеет средства для описания структуры данных.

Для работы с текстовой информацией предназначены языки лисп, снобол, амбит, сдл и другие.

Для описания алгоритмов проведения аналитических преобразований на ЭВМ получила широкое распространение система Reduce, а в СССР и язык аналитик. Как развитие и обобщение языков фортран, алгол и кобол появились языки ПЛ/1 и алгол-68.

4.2. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧНИЕ СИСТЕМ

С развитием языковых средств, так же на одном уровне велись работы по созданию библиотек стандартных программ.

Существуют тысячи подпрограмм, программ и программных комплексов, которые реализуют алгоритмы общего и специального назначения с использованием методов вычислительной математики. Это - вычисление элементарных и специальных функций, линейная алгебра, счет интегралов, численное решение обыкновенных дифференциальных уравнений и уравнений с частными производными, метод наименьших квадратов и т.д. Стандартные программы организовывались в виде библиотек подпрограмм, записывающихся на магнитные ленты или диски, и были легкодоступными. Для того чтобы вызвать подпрограмму, нужно просто поставить в программе, оператор обращения к ней.

Очень часто хранение применяемые подпрограммы происходит в видеостандартных модулях загрузки на языке, очень близоком к кодам ЭВМ. Как правило, трансляторы с алгоритмических языков, выдают результат своей работы в виде последовательности отдельных подпрограмм и процедур, которые записываются сразу же после трансляции во временную библиотеку, в виде стандартных модулей загрузки. Далее объединяется отдельная подпрограмма в рабочую программу в кодах ЭВМ с соответствующей настройкой, осуществляемую или перед началом счета, или во время счета в момент вызова конкретной подпрограммы. В некоторых системах объединение отдельных оттранслированных ранее частей программ в единую программу осуществляет редактор связей, а загрузчик только располагает готовую программу в памяти машины.

На одном уровне с пополнением библиотеки стандартных подпрограмм все большее распространение получает практика, при которой, происходит создание пакетов прикладных программ, рассчитанных на решение не отдельной задачи, а целого класса задач. Пакет программ представляет собой совокупность подпрограмм, работающих под управлением головной программы. Режим работы пакета задается посредством специализированного программно-ориентированного языка, чаще всего являющегося подмножеством обычного профессионального языка.

Современные ЭВМ наряду со средствами, облегчающими написание и отладку программ, оснащаются также программными комплексами, обеспечивающими эффективное использование самих ЭВМ путем организации автоматического прохождения задач (управление заданиями), управления данными, динамическим распределением памяти, внешних устройств (управления ресурсами). Совокупность этих программных средств называется операционной системой. Операционные системы стали важной неотъемлемой частью ЭВМ. Без операционной системы не будет возможности для функционирования ЭВМ, ведь управление работой внешних устройств, обмен информацией, организация взаимодействия отдельных элементов ЭВМ в значительной мере осуществляют программы, которые входят в операционную систему. Под управлением операционной системы функционируют трансляторы с алгоритмических языков, системы программ, облегчающих программирование и отладку (в том числе и в диалоговом режиме), а также которые обеспечивают работу с графической информацией.

Операционные системы предоставляют средства для работы с большими массивами данных, для ведения, создания баз данных и различного рода информационно-поисковых систем. Операционная система обеспечивает использование ЭВМ в составе многомашинных комплексов, в сетях ЭВМ. Кроме языковых средств, которые облегчают программирование, пользователю также предоставляется возможность управлять работой операционной системы с помощью управляющих операторов (перфокарт), вводимых в ЭВМ вместе с программой.

В зависимости от режима работы, который обеспечивается операционной системой, существует три типа использования ЭВМ.

1) Пакетная обработка программ заключается в автоматическом прохождении (решении) потоков задач на ЭВМ, в том числе и в мультипрограммном режиме. Примерами операционных систем, которые обеспечивают такой режим работы, являются операционная система ЕС и ДОС ЕС для машин единой серии и машин фирмы ИБМ; системы ДУБНА и ОСДИСПАК для БЭСМ-6 система NOS/BE для машин фирмы Control Data.

2) Режим разделения времени дает возможность одновременного обслуживания многих пользователей, которые работают с терминалов, связанных с ЭВМ, в том числе находящихся на больших расстояниях от нее. В качестве примеров операционных систем, которые обеспечивают работу в таком режиме, можно назвать одну из ранних экспериментальных систем MULTICS и систему TSS/360 для машин ИБМ. В крупных вычислительных системах режим разделения времени, обычно, обеспечивается операционными системами, одновременно ведущих счет и в режиме пакетной обработки. Взаимодействие с операционной системой, при этом, происходит с помощью специальных подсистем, которые работают под управлением основной операционной системы. В NOS/BE это – система Intercom, в ОС ДУБНА - мультитайп, в ОС ДИСПАК - система ДИМОН, в ОС ЕС - ДУУВЗ и СРВ.

При работе с терминалов на ЭВМ, ведущей счет в пакетном режиме, пользователям предоставляются в режиме разделения времени только средства для набора, редактирования программ и их запуска на счет. Трансляция программ и счет проходят в обычном режиме пакетной обработки, как правило, с высшим приоритетом. Пользователи имеют возможность просмотра результатов прохождения задач и, если есть такая необходимость, могут заново их отредактировать и вновь запустить на счет. У программы так же есть возможность обращаться к терминалу и в реальном времени, как к внешнему устройству ЭВМ, для ввода-вывода информации в режиме диалога.

Системы режима разделения времени очень часто оснащаются трансляторами, которые работают в режиме интерпретации, в тот момент как отдельная инструкция преобразуется в коды ЭВМ и выполняется сразу же после ее набора на терминале.

3) Операционные системы в реальном времени обеспечивают функционирование ЭВМ на линии с внешним оборудованием, посылающие в произвольные моменты времени в ЭВМ информацию, которая требует оперативной обработки в момент ее поступления. Операционные системы данного типа имеют сое предназначение в управлении экспериментальными и технологическими, установками, которые на данный момент работают на линии с ЭВМ. Достаточно часто в роли операционной системы в реальном времени выступают, соответствующим образом, доработанные операционные системы пакетного режима. ЭВМ, которые предназначены для работы на линии с оборудованием (управляющие ЭВМ), имеют технические и программные средства, которые облегчают создание программ и их функционирование в реальном времени.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На сегодняшний день, нет еще четкого понятия и терминологии математического обеспечения и системного программирования.

Раньше в состав операционной системы включались трансляторы, на сегодняшний момент большинство исследователей относят их к прикладным программам, которые работают под управлением операционных систем. Разными учеными название компонент операционных систем, а часто и разбиение операционных систем на отдельные компоненты делается по-разному. Это связано, главным образом, с быстрым развитием этой области науки и непрерывным появлением новых понятий.

Кроме рассмотренного выше математического и информационного обеспечения, ЭВМ общего назначения (операционные системы и прикладные пакеты общего назначения), существует и активно создается математическое обеспечение, которое нацелено на решение конкретных проблем в различных отраслях науки, техники и народного хозяйства. Программные проблемно-ориентированные комплексы создаются с использованием языковых средств и других возможностей, которые предоставляются операционными системами ЭВМ.

В основном, для управления и съема информации с экспериментальных установок, в крупных институтах ядерной физики и физики высоких энергий, широко используются десятки (а иногда более сотни) ЭВМ разного класса Для каждой такой установки созданы специальные операционные системы реального времени или разделения времени. Специализированные операционные системы обеспечивают работу не только ЭВМ, но и сложных электронно-механических систем. Огромные комплексы программ, которые управляются этими операционными системами, контролируют правильность работы аппаратуры, съем информации, ее обработку, сжатие, а так же накопление. Экспериментатору предоставляется широкий спектр средств диалогового-графического взаимодействия с системой.

Одна из частей системы работает в автоматическом режиме опознавания событий и их изображений. Кроме специальных операционных систем, в состав математического обеспечения экспериментов входят огромные комплексы программ, которые предназначены для обработки экспериментальной информации.

Не только для ядерной физики, а так же и для многих других отраслей науки и техники создавались большие проблемно-ориентированные комплексы программ. Среди них комплексы программ для обработки информации в молекулярной биологии и кристаллофизике, электро- (ЭПАК) и сейсморазведке(СЕИСПАК) полезных ископаемых, программные комплексы для автоматизации проектирования, для автоматизированных систем управления(АСУ) в народном хозяйстве и многие другие.

Обычно, создание программы для решения той или другой задачи, которая использует проблемно-ориентированную систему, заключается в подготовке ее описания на языке, который является управляющим, входным языком системы и построенным на основе определений и понятий, использующихся в данной области науки, техники.

ЛИТЕРАТУРА

1.Королев Л.Н., Структуры ЭВМ и их математическое обеспечение, 2изд.,М.,1978;

2.Криницкий Н.А., Миронов Г.А., Фролов Г.Д., Программирование и алгоритмические языки, 2изд., М., 1979;

3.Флорес А., Программное обеспечение,пер.сангл.,М.,1971;

4.Донован Д.Т., Системное программирование, пер.сангл.,М.,1975;

5.ГлушковВ.М. [идр.], "Кибернетика", 1971, №3, с.102-34;

6.Катцан Г. (мл.), Операционные системы, пер.сангл., М., 1978;

7.Вельбицкий И.В., Технология производства программ на базе Л-мета языка, вкн.: Системное и теоретическое программирование,т.1,Киш.,1974;

8. Система математического обеспечения ЕСЭВМ, М., 1974;

9.Мазный Г.Л., Программирование на БЭСМ-6 в системе "Дубна", М.,1978; 10.Усов С.А., Диалоговый монитор Димон, М., 1979; 11.Пеледов Г.В., РайковЛ.Д., вкн.: Вычислительная техника социалистических стран,в.2,М.,1977,с78-82; 12.Глушков В.М. Автоматизированные системы управления, вкн.:Тр.Всесоюзной конференции по программированию"ВКП-2",Новосиб.,1970; 13.Виленкин С.Я., Трахтенгерц Э.А., Математическое обеспечение управляющих вычислительных машин, М.,1972; 14.Мартин Дж., Программирование для вычислительных систем реального времени,пер.сангл.,М.,1975;

15.Тезисы докладов 1-го Всесоюзного симпозиума по математическому обеспечению вычислительных систем, работающих в реальном масштабе времени],К.,1972;

16.Говорун Н.Н., Иванченко 3.М., "Программирование",1976, №.4,с.52-65; 17.Сергиенко И.В., Парасюк И.Н., Тукалевская Н.И., Автоматизированные системы обработки данных,К.,1976;