Что такое программное обеспечение? Виды программного обеспечения

И программных документов, необходимых для эксплуатации этих программ.

Также - совокупность программ, процедур и правил, а также документации, относящихся к функционированию системы обработки данных .

Программное обеспечение является одним из видов обеспечения вычислительной системы , наряду с техническим (аппаратным), математическим, информационным, лингвистическим, организационным и методическим обеспечением

Классификация программного обеспечения

Классификация программного обеспечения

Программное обеспечение принято по назначению подразделять на системное , прикладное и инструментальное , а по способу распространения и использования на несвободное/закрытое , открытое и свободное . Свободное программное обеспечение может распространяться, устанавливаться и использоваться на любых компьютерах дома, в офисах, школах, вузах, а также коммерческих и государственных учреждениях без ограничений.

Системноепрограммноеобеспечение - это комплекс программ, которые обеспечивают эффективное управление компонентами компьютерной системы , такими как процессор , оперативная память , устройства ввода-вывода , сетевое оборудование , выступая как «межслойный интерфейс», с одной стороны которого аппаратура, а с другой - приложения пользователя. В отличие от прикладного программного обеспечения , системное не решает конкретные прикладные задачи, а лишь обеспечивает работу других программ, управляет аппаратными ресурсами вычислительной системы и т. д

Операционные системы

Операционная система - комплекс системных программ, расширяющий возможности вычислительной системы, а также обеспечивающий управление её ресурсами, загрузку и выполнение прикладных программ, взаимодействие с пользователями. В большинстве вычислительных систем ОС являются основной, наиболее важной (а иногда единственной) частью системного ПО.

Понятие операционной системы

Существуют две группы определений ОС: «совокупность программ, управляющих оборудованием» и «совокупность программ, управляющих другими программами». Обе они имеют свой точный технический смысл, который, однако, становится ясен только при более детальном рассмотрении вопроса о том, зачем вообще нужны операционные системы.

Есть приложения вычислительной техники, для которых ОС излишни. Например, встроенные микрокомпьютеры содержатся сегодня во многих бытовых приборах, автомобилях (иногда по десятку в каждом), сотовых телефонах и т. п. Зачастую такой компьютер постоянно исполняет лишь одну программу, запускающуюся по включении. И простые игровые приставки - также представляющие собой специализированные микрокомпьютеры - могут обходиться без ОС, запуская при включении программу, записанную на вставленном в устройство «картридже» или компакт-диске . Тем не менее, некоторые микрокомпьютеры и игровые приставки всё же работают под управлением особых собственных ОС. В большинстве случаев, это UNIX-подобные системы (последнее особенно верно в отношении программируемого коммутационного оборудования: файрволов , маршрутизаторов ).

Основные идеи ОС

Предшественником ОС следует считать служебные программы (загрузчики и мониторы), а также библиотеки часто используемых подпрограмм , начавшие разрабатываться с появлением универсальных компьютеров 1-го поколения (конец 1940-х годов ). Служебные программы минимизировали физические манипуляции оператора с оборудованием, а библиотеки позволяли избежать многократного программирования одних и тех же действий (осуществления операций ввода-вывода , вычисления математических функций и т. п.).

В 1950 - 60-х годах сформировались и были реализованы основные идеи, определяющие функциональность ОС: пакетный режим, разделение времени и многозадачность, разделение полномочий, реальный масштаб времени, файловые структуры и файловые системы .

Функции ОС

Основные функции (простейшие ОС):

§ Загрузка приложений в оперативную память и их выполнение.

§ Стандартизованный доступ к периферийным устройствам (устройства ввода-вывода ).

§ Управление оперативной памятью (распределение между процессами, виртуальная память ).

§ Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жёсткий диск , компакт-диск и т. д.), организованным в той или иной файловой системе .

§ Пользовательский интерфейс.

§ Сетевые операции, поддержка стека протоколов.

Дополнительные функции:

§ Параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность ).

§ Взаимодействие между процессами: обмен данными, взаимная синхронизация.

§ Защита самой системы, а также пользовательских данных и программ от действий пользователей (злонамеренных или по незнанию) или приложений.

§ Разграничение прав доступа и многопользовательский режим работы (аутентификация , авторизация ).

Встроенные программы

Встроенные программы или firmware - это программы, "зашитые" в цифровые электронные устройства.

Утилиты

Утилиты (англ. utility или tool ) - программы, предназначенные для решения узкого круга вспомогательных задач.

Иногда утилиты относят к классу сервисного программного обеспечения .

Утилиты используются для:

§ Мониторинга показателей датчиков и производительности оборудования - мониторинг температур процессора, видеоадаптера; чтение S. M.A. R.T. жёстких дисков;

§ Управления параметрами оборудования - ограничение максимальной скорости вращения CD-привода; изменение скорости вращения вентиляторов .

§ Контроля показателей - проверка ссылочной целостности; правильности записи данных.

§ Расширения возможностей - форматирование и/или переразметка диска с сохранением данных, удаление без возможности восстановления.

Типы утилит

§ Дисковые утилиты

¨ Дефрагментаторы

¨ Проверка диска - поиск неправильно записанных либо повреждённых различным путём файлов и участков диска и их последующее удаление для эффективного использования дискового пространства.

¨ Очистка диска - удаление временных файлов, ненужных файлов, чистка «корзины».

¨ Разметка диска - деление диска на логические диски, которые могут иметь различные файловые системы и восприниматься операционной системой как несколько различных дисков.

¨ Резервное копирование - создание резервных копий целых дисков и отдельных файлов, а также восстановление из этих копий.

¨ Сжатие дисков - сжатие информации на дисках для увеличения вместимости жёстких дисков.

§ Утилиты работы с реестром

§ Утилиты мониторинга оборудования

§ Тесты оборудования

§ ассемблеры - компьютерные программы, осуществляющие преобразование программы в форме исходного текста на языке ассемблера в машинные команды в виде объектного кода .

§ трансляторы - программы или технические средства, выполняющее трансляцию программы.

§ компиляторы - Программы, переводящие текст программы на языке высокого уровня, в эквивалентную программу на машинном языке.

§ интерпретаторы - Программы (иногда аппаратные средства), анализирующие команды или операторы программы и тут же выполняющие их

§ компоновщики (редакторы связей) - программы, которые производят компоновку - принимают на вход один или несколько объектных модулей и собирают по ним исполнимый модуль.

§ препроцессоры исходных текстов - это компьютерные программы, принимающие данные на входе, и выдающие данные, предназначенные для входа другой программы, например, такой, как компилятор

§ Отладчик (debugger)- является модулем среды разработки или отдельным приложением, предназначенным для поиска ошибок в программе.

§ текстовые редакторы - компьютерные программы, предназначенные для создания и изменения текстовых файлов, а также их просмотра на экране, вывода на печать, поиска фрагментов текста и т. п.

§ специализированные редакторы исходных текстов - текстовые редакторы для создания и редактирования исходного кода программ. Специализированный редактор исходных текстов может быть отдельным приложением, или быть встроен в интегрированную среду разработки (IDE).

§ библиотеки подпрограмм - сборники подпрограмм или объектов, используемых для разработки программного обеспечения.

§ Редакторы графического интерфейса

Системы управления базами данных

Системауправлениябазамиданных (СУБД) - специализированная программа (чаще комплекс программ), предназначенная для организации и ведения базы данных.

Так как системы управления базами данных не являются обязательным компонентом вычислительной системы, зачастую их не относят к системному программному обеспечению. Часто СУБД осуществляют лишь служебную функцию при работе других видов программ (веб-серверы, серверы приложений), поэтому их не всегда можно отнести к прикладному программному обеспечению. Поэтому СУБД иногда относят к промежуточному программному обеспечению (Middleware )

Основные функции СУБД

§ управление данными во внешней памяти (на дисках);

§ управление данными в оперативной памяти с использованием дискового кэша ;

§ журнализация изменений , резервное копирование и восстановление базы данных после сбоев;

§ поддержка языков БД (язык определения данных, язык манипулирования данными).

Классификация СУБД по способу доступа к БД

§ Файл-серверные

В файл-серверных СУБД файлы данных располагаются централизованно на файл-сервере . Ядро СУБД располагается на каждом клиентском компьютере. Доступ к данным осуществляется через локальную сеть. Синхронизация чтений и обновлений осуществляется посредством файловых блокировок. Преимуществом этой архитектуры является низкая нагрузка на ЦП сервера, а недостатком - высокая загрузка локальной сети.

На данный момент файл-серверные СУБД считаются устаревшими.

Примеры : Microsoft Access , Paradox , dBase .

§ Клиент-серверные

Такие СУБД состоят из клиентской части (которая входит в состав прикладной программы) и сервера

Примеры : Firebird , Interbase , IBM DB2 , MS SQL Server , Sybase , Oracle , PostgreSQL , MySQL , ЛИНТЕР , MDBS.

§ Встраиваемые

Встраиваемая СУБД - библиотека , которая позволяет унифицированным образом хранить большие объёмы данных на локальной машине.

Примеры: OpenEdge , SQLite , BerkeleyDB , один из вариантов Firebird , один из вариантов MySQL , Sav Zigzag , Microsoft SQL Server Compact , ЛИНТЕР .

Прикладная программа или приложение - программа , предназначенная для выполнения определенных пользовательских задач и рассчитанная на непосредственное взаимодействие с пользователем. В большинстве операционных систем прикладные программы не могут обращаться к ресурсам компьютера напрямую, а взаимодействуют с оборудованием и проч. посредством операционной системы. Также на простом языке - вспомогательные программы.

К прикладному программному обеспечению (application software) относятся компьютерные программы , написанные для пользователей или самими пользователями, для задания компьютеру конкретной работы. Программы обработки заказов или создания списков рассылки - пример прикладного программного обеспечения. Программистов, которые пишут прикладное программное обеспечение, называют прикладными программистами.

Классификация

По типу

§ программные средства общего назначения

§ Текстовые редакторы

§ Системы компьютерной вёрстки

§ Графические редакторы

§ СУБД

§ программные средства специального назначения

§ Экспертные системы

§ Мультимедиа приложения (Медиаплееры , программы для создания/редактирования видео, звука, Text-To-Speech и пр.)

§ Гипертекстовые системы (Электронные словари , энциклопедии, справочные системы)

§ Системы управления содержимым

§ программные средства профессионального уровня

§ САПР

§ АРМ

§ АСУ

§ АСУ ТП

§ АСНИ

§ Геоинформационные системы

§ Биллинговые системы

§ CRM

По сфере применения

§ Прикладное программное обеспечение предприятий и организаций. Например, финансовое управление, система отношений с потребителями, сеть поставок. К этому типу относится также ведомственное ПО предприятий малого бизнеса, а также ПО отдельных подразделений внутри большого предприятия. (Примеры: Управление транспортными расходами, Служба IT поддержки)

§ Программное обеспечение обеспечивает доступ пользователя к устройствам компьютера.

§ Программное обеспечение инфраструктуры предприятия. Обеспечивает общие возможности для поддержки ПО предприятий. Это системы управления базами данных, серверы электронной почты, управление сетью и безопасностью.

§ Программное обеспечение информационного работника. Обслуживает потребности индивидуальных пользователей в создании и управлении информацией. Это, как правило, управление временем, ресурсами, документацией, например, текстовые редакторы , электронные таблицы , программы-клиенты для электронной почты и блогов, персональные информационные системы и медиа редакторы.

§ Программное обеспечение для доступа к контенту. Используется для доступа к тем или иным программам или ресурсам без их редактирования (однако может и включать функцию редактирования). Предназначено для групп или индивидуальных пользователей цифрового контента. Это, например, медиа-плееры , веб-браузеры , вспомогательные браузеры и др.

§ Образовательное программное обеспечение по содержанию близко к ПО для медиа и развлечений, однако в отличие от него имеет четкие требования по тестированию знаний пользователя и отслеживанию прогресса в изучении того или иного материала. Многие образовательные программы включают функции совместного пользования и многостороннего сотрудничества.

§ Имитационное программное обеспечение. Используется для симуляции физических или абстрактных систем в целях научных исследований, обучения или развлечения.

§ Инструментальные программные средства в области медиа. Обеспечивают потребности пользователей, которые производят печатные или электронные медиа ресурсы для других потребителей, на коммерческой или образовательной основе. Это программы полиграфической обработки, верстки , обработки мультимедиа, редакторы HTML , редакторы цифровой анимации, цифрового звука и т. п.

§ Прикладные программы для проектирования и конструирования. Используются при разработке аппаратного («Железо») и программного обеспечения. Охватывают автоматизированный дизайн (computer aided design - CAD), автоматизированное проектирование (computer aided engineering - CAE), редактирование и компилирование языков программирования, программы интегрированной (Integrated Development Environments), интерфейсы для прикладного программирования (Application Programmer Interfaces).

Проприетарное программное обеспечение ( англ. proprietarysoftware ; от proprietary - частное , патентованное, в составе собственности http://ru. wikipedia. org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%B5%D1%82%D0%B0%D1%80%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BE%D0%B1%D0%B5%D1%81%D0%BF%D0%B5%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5 - cite_note-slov-0и software - программное обеспечение) - программное обеспечение , являющееся частной собственностью авторов или правообладателей и не удовлетворяющее критериям свободного ПО (наличия открытого программного кода недостаточно). Правообладатель проприетарного ПО сохраняет за собой монополию на его использование, копирование и модификацию, полностью или в существенных моментах. Обычно проприетарным называют любое несвободное ПО, включаяполусвободное .

Несвободное ПО, которое разрешает практически неограниченное использование, распространение и изменение (в том числе с распространением изменённых версий) ПО в некоммерческих целях.

Свободное программное обеспечение

Свободное программное обеспечение (СПО) - широкий спектр программных решений , в которых права пользователя («свободы») на неограниченную установку, запуск, а также свободное использование, изучение, распространение и изменениеб (совершенствование) http://ru. wikipedia. org/wiki/%D0%A1%D0%B2%D0%BE%D0%B1%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BE%D0%B1%D0%B5%D1%81%D0%BF%D0%B5%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5 - cite_note-gnu. org-0 программ защищены юридически авторскими правами при помощи свободных лицензий . Обычно СПО доступно без всякой оплаты, но может иметь цену, например, в форме взимания платы за компакт-диски или другие носители. Чтобы распространяемое ПО было свободным, получателям должны быть доступны его исходные коды, из которых можно получить исполняемые файлы, с соответствующими лицензиями.

Движение СПО зародилось в 1983 году, когда Ричард Столлман сформировал идею о необходимости дать программную свободу (англ. softwarefreedom ) пользователям. В 1985 году Столлман основал Фонд свободного программного обеспечения , чтобы обеспечить организационную структуру для продвижения своей идеи.

Бизнес-модели СПО как правило основаны на принципе расширения возможностей, например новые объекты применения, обучение, интеграция, настройка или сертификация. В то же время, некоторые бизнес-модели, которые работают с проприетарным программным обеспечением, не совместимы со свободным программным обеспечением, особенно те, которые заставляют пользователей платить за лицензию, чтобы законно использовать программный продукт.

§ Программу можно свободно использовать с любой целью («нулевая свобода »).

§ Можно изучать, как программа работает, и адаптировать её для своих целей («первая свобода »). Условием этого является доступность исходного текста программы.

§ Можно свободно распространять копии программы - в помощь товарищу («вторая свобода »).

§ Программу можно свободно улучшать и публиковать свою улучшенную версию - с тем, чтобы принести пользу всему сообществу («третья свобода »). Условием этой третьей свободы является доступность исходного текста программы и возможность внесения в него модификаций и исправлений.

Возможность исправления ошибок и улучшения программ - самая важная особенность свободного и открытого программного обеспечения, что просто невозможно для пользователей закрытых частных программ даже при обнаружении в них ошибок и дефектов, количество которых, как правило, неизвестно никому.

Только удовлетворяющая всем четырём перечисленным принципам программа может считаться свободной программой, то есть гарантированно открытой и доступной для модернизации и исправления ошибок и дефектов, и не имеющей ограничений на использование и распространение. Нужно подчеркнуть, что эти принципы оговаривают только доступность исходных текстов программ для всеобщего использования, критики и улучшения, и права пользователя, получившего исполнимый или исходный код программы, но никак не оговаривают связанные с распространением программ денежные отношения, в том числе не предполагают и бесплатности . В англоязычных текстах здесь часто возникает путаница, поскольку слово «free» по-английски означает не только «свободное», но и «бесплатное», и нередко употребляется по отношению к бесплатному программному обеспечению , которое распространяется без взимания платы за использование, но недоступно для изменения сообществом, потому что его исходные тексты не опубликованы. Такое бесплатное ПО вовсе не является свободным. Наоборот, свободное ПО вполне можно распространять (и распространяют), взимая при этом плату, однако соблюдая при этом критерии свободы: каждому пользователю предоставляется право получить исходные тексты программ без дополнительной платы (за исключением цены носителя), изменять их и распространять далее. Всякое программное обеспечение, пользователям которого не предоставляется такого права, является несвободным - независимо от любых других условий.

Открытый доступ к исходным текстам программ является ключевым признаком свободного ПО, поэтому предложенный несколько позднее Эриком Реймондом термин «open source software» (ПО с открытым исходным текстом) некоторым представляется даже более удачным для обозначения данного феномена, чем изначально предложенный Столлманом «free software». Столлман настаивает на различии этих двух понятий, так как слова «open source» указывают лишь на наличие одного, не самого важного (хотя и необходимого для реализации двух из четырёх свобод), по его мнению, из свойств, присущих свободному ПО - возможности увидеть исходный код.

Открытое программное обеспечение ( англ. open-sourcesoftware ) - программное обеспечение с открытым исходным кодом . Исходный код таких программ доступен для просмотра, изучения и изменения, что позволяет пользователю принять участие в доработке самой открытой программы , использовать код для создания новых программ и исправления в них ошибок - через заимствование исходного кода, если это позволяет совместимость лицензий, или через изучение использованных алгоритмов, структур данных, технологий, методик и интерфейсов (поскольку исходный код может существенно дополнять документацию, а при отсутствии таковой сам служит документацией).

Термин opensource (англ. открытое программное обеспечение ) был создан вместе с определением в 1998 году Эриком Реймондом и Брюсом Перенсом , которые утверждали, что термин freesoftware (свободное программное обеспечение ) в английском языке неоднозначен и смущает многих коммерческих предпринимателей .

Подавляющее большинство открытых программ является одновременно свободными . Определения открытого и свободного ПО не полностью совпадают друг с другом, но близки, и большинство лицензий соответствуют обоим.

Отличие между движениями открытого ПО и свободного ПО заключается в основном в приоритетах. Сторонники термина «open source» делают упор на эффективность открытых исходников как метода разработки, модернизации и сопровождения программ. Сторонники термина «free software» считают, что именно права на свободное распространение, модификацию и изучение программ являются главным достоинством свободного открытого ПО.

Существуют программы, имеющие открытый исходный код, но не являющиеся свободными, например, UnRAR, распаковщик RAR -архивов. Его исходный код находится в открытом доступе, но лицензия запрещает использовать его для создания RAR-совместимых архиваторов. Так же существует целый класс программ, называемых коммерческим ПО с открытым исходным кодом или Open Core, которые используют термин «Open Source» применительно к несвободному программному обеспечению .

Исходные коды открытых программ выпускаются либо как общественное достояние , либо на условиях «свободных» лицензий - как, например, GNU General Public License или BSD License . Свободная лицензия позволяет использовать исходный код программы для своих нужд с минимальными ограничениями, не противоречащими определению OpenSource. org. Таким ограничением может быть требование ссылаться на предыдущих создателей или требование сохранять свойство открытости при дальнейшем распространении той же самой или модифицированной открытой программы (копилефт ). В некоторых случаях (например, Apache или FreeBSD ) эти ограничения очень малы, в других (например, GNU General Public License ) достаточно распространять ПО вместе с исходным кодом и текстом лицензии, не изменяя её.

Системное программирование

1. Программы и программное обеспечение

Программа - это данные, предназначенные для управления конкретными компонентами системы обработки информации (СОИ) в целях реализации определенного алгоритма.

Определения даются по: ГОСТ 19781-90. Обеспечение систем обработки информации программное. Термины и определения. - М.:Изд-во стандартов, 1990.

Обратить внимание : программа - это данные. Один из основных принципов машины фон Неймана - то, что и программы, и данные хранятся в одной и той же памяти. Сохраняемая в памяти программа представляет собой некоторые коды, которые могут рассматриваться как данные. Возможно, с точки зрения программиста программа - активный компонент, она выполняет некоторые действия. Но с точки зрения процессора команды программы - это данные, которые процессор читает и интерпретирует. С другой стороны программа - это данные с точки зрения обслуживающих программ, например, с точки зрения компилятора, который на входе получает одни данные - программу на языке высокого уровня (ЯВУ), а на выходе выдает другие данные - программу в машинных кодах.

Программное обеспечение (ПО) - совокупность программ СОИ и программных документов, необходимых для их эксплуатации

Существенно, что ПО - это программы, предназначенные для многократного использования и применения разными пользователями. В связи с этим следует обратить внимание на ряд необходимых свойств ПО.

Необходимость документирования. По определению программы становятся ПО только при наличии документации. Конечный пользователь не может работать, не имея документации. Документация делает возможным тиражирование ПО и продажу его без его разработчика. По Бруксу ошибкой в ПО является ситуация, когда программное изделие функционирует не в соответствии со своим описанием, следовательно, ошибка в документации также является ошибкой в программном изделии.

Эффективность. ПО, рассчитанное на многократное использование (например, ОС, текстовый редактор и т.п.) пишется и отлаживается один раз, а выполняется многократно. Таким образом, выгодно переносить затраты на этап производства ПО и освобождать от затрат этап выполнения, чтобы избежать тиражирования затрат.

Надежность. В том числе:

• Тестирование программы при всех допустимых спецификациях входных данных

  Защита от неправильных действий пользователя

  Защита от взлома - пользователи должны иметь возможность взаимодействия с ПО только через легальные интерфейсы.

Готье: "Ошибки в системе возможны из-за сбоев аппаратуры, ошибок ПО, неправильных действий пользователя. Первые - неизбежны, вторые - вероятны, третьи - гарантированы". Появление ошибок любого уровня не должно приводить к краху системы. Ошибки должны вылавливаться диагностироваться и (если их невозможно исправить) превращаться в корректные отказы.

Системные структуры данных должны сохраняться безусловно. Сохранение целостности пользовательских данных желательно.

Возможность сопровождения. Возможные цели сопровождения - адаптация ПО к конкретным условиям применения, устранение ошибок, модификация.
Во всех случаях требуется тщательное структурирование ПО и носителем информации о структуре ПО должна быть программная документация.
Адаптация во многих случаях м.б. передоверена пользователю - при тщательной отработке и описании сценариев инсталляции и настройки.
Исправление ошибок требует развитой сервисной службы, собирающей информацию об ошибках и формирующей исправляющие пакеты.
Модификация предполагает изменение спецификаций на ПО. При этом, как правило, должны поддерживаться и старые спецификации. Эволюционное развитие ПО экономит вложения пользователей.

Системное программирование

Системная программа - программа, предназначенная для поддержания работоспособности СОИ или повышения эффективности ее использования.

Прикладная программа - программа, предназначенная для решения задачи или класса задач в определенной области применения СОИ.

В соответствии с терминологией, системное программирование - это процесс разработки системных программ (в т.ч., управляющих и обслуживающих).

С другой стороны, по определению Гегеля система - единое целое, состоящее из множества компонентов и множества связей между ними . Тогда системное программирование - это разработка программ сложной структуры.

Эти два определения не противоречат друг другу, так как разработка программ сложной структуры ведется именно для обеспечения работоспособности или повышения эффективности СОИ.

Зафиксированное в ГОСТ подразделение ПО на системное и прикладное является до некоторой степени устаревшим. Сегодняшнее деление предусматривает по меньшей мере три градации ПО:

Системное

Промежуточное

Прикладное

Промежуточное ПО (middleware) мы определяем как совокупность программ, осуществляющих управление вторичными (конструируемыми самим ПО) ресурсами, ориентированными на решение определенного (широкого) класса задач. К такому ПО относятся менеджеры транзакций, серверы БД, серверы коммуникаций и другие программные серверы. С точки зрения инструментальных средств разработки промежуточное ПО ближе к прикладному, так как не работает на прямую с первичными ресурсами, а использует для этого сервисы, предоставляемые системным ПО. С точки зрения алгоритмов и технологий разработки промежуточное ПО ближе к системному, так как всегда является сложным программным изделием многократного и многоцелевого использования и в нем применяются те же или сходные алгоритмы, что и в системном ПО.

Современные тенденции развития ПО состоит в снижении объема как системного, так и прикладного программирования. Основная часть работы программистов выполняется в промежуточном ПО. Снижение объема системного программирования определено современными концепциями ОС, объектно-ориентированной архитектурой и архитектурой микроядра, в соответствии с которыми большая часть функций системы выносится в утилиты, которые можно отнести и к промежуточному ПО. Снижение объема прикладного программирования обусловлено тем, что современные продукты промежуточного ПО предлагают все больший набор инструментальных средств и шаблонов для решения задач своего класса.

Значительная часть системного и практически все прикладное ПО пишется на языках высокого уровня, что обеспечивает сокращение расходов на их разработку/модификацию и переносимость.

Системное ПО подразделяется на системные управляющие программы и системные обслуживающие программы.

Управляющая программа - системная программа, реализующая набор функций управления, который включает в себя управление ресурсами и взаимодействие с внешней средой СОИ, восстановление работы системы после проявления неисправностей в технических средствах.

Программа обслуживания (утилита) - программа, предназначенная для оказания услуг общего характера пользователям и обслуживающему персоналу СОИ.

Управляющая программа совместно с набором необходимых для эксплуатации системы утилит составляют операционную систему (ОС).

Кроме входящих в состав ОС утилит могут существовать и другие утилиты (того же или стороннего производителя), выполняющие дополнительное (опционное) обслуживание. Как правило, это утилиты, обеспечивающие разработку программного обеспечения для операционной системы.

Система программирования - система, образуемая языком программирования, компилятором или интерпретатором программ, представленных на этом языке, соответствующей документацией, а также вспомогательными средствами для подготовки программ к форме, пригодной для выполнения.

Этапы подготовки программы

При разработке программ, а тем более - сложных, используется принцип модульности, разбиения сложной программы на составные части, каждая из которых может подготавливаться отдельно. Модульность является основным инструментом структурирования программного изделия, облегчающим его разработку, отладку и сопровождение.

Программный модуль - программа или функционально завершенный фрагмент программы, предназначенный для хранения, трансляции, объединения с другими программными модулями и загрузки в оперативную память.

При выборе модульной структуры должны учитываться следующие основные соображения:

Функциональность - модуль должен выполнять законченную функцию

Несвязность - модуль должен иметь минимум связей с другими модулями, связь через глобальные переменные и области памяти нежелательна

Специфицируемость - входные и выходные параметры модуля должны четко формулироваться

На рисунке показаны этапы, которые проходит программа от своего написания до выполнения

П
рограмма пишется в виде исходного модуля, на рисунке - файл ИМ.

Исходный модуль - программный модуль на исходном языке, обрабатываемый транслятором и представляемый для него как целое, достаточное для проведения трансляции.

Первым (не для всех языков программирования обязательным) этапом подготовки программы является обработка ее Макропроцессором (или Препроцессором). Макропроцессор обрабатывает текст программы и на выходе его получается новая редакция текста (на рис. - ИМ"). В большинстве систем программирования Макропроцессор совмещен с транслятором, и для программиста его работа и промежуточный ИМ" "не видны". Следует иметь в виду, что Макропроцессор выполняет обработку текста, это означает, с одной стороны, что он "не понимает" операторов языка программирования и "не знает" переменных программы, с другой, что все операторы и переменные Макроязыка (тех выражений в программе, которые адресованы Макропроцессору) в промежуточном ИМ" уже отсутствуют и для дальнейших этапов обработки "не видны". Так, если Макропроцессор заменил в программе некоторый текст A на текст B, то транслятор уже видит только текст B, и не знает, был этот текст написан программистом "своей рукой" или подставлен Макропроцессором.

Следующим этапом является трансляция.

Трансляция - преобразование программы, представленной на одном языке программирования, в программу на другом языке программирования, в определенном смысле (логическом, функциональном) равносильную первой.

Как правило, выходным языком транслятора является машинный язык целевой вычислительной системы. (Целевая ВС - та ВС, на которой программа будет выполняться.)

Машинный язык - язык программирования, предназначенный для представления программы в форме, позволяющей выполнять ее непосредственно техническими средствами обработки информации.

Трансляторы - общее название для программ, осуществляющих трансляцию. Они подразделяются на Ассемблеры и Компиляторы - в зависимости от исходного языка программы, которую они обрабатывают. Ассемблеры работают с Автокодами или языками Ассемблера, Компиляторы - с языками высокого уровня.

Автокод - символьный язык программирования, предложения которого по своей структуре в основном подобны командам и обрабатываемым данным конкретного машинного языка.

Язык Ассемблера - язык программирования, который представляет собой символьную форму машинного языка с рядом возможностей, характерных для языка высокого уровня (обычно включает в себя макросредства).

Язык высокого уровня - язык программирования, понятия и структура которого удобны для восприятия человеком.

Объектный модуль - программный модуль, получаемый в результате трансляции исходного модуля.

Поскольку результатом трансляции является модуль на языке, близком к машинному, в нем уже не остается признаков того, на каком исходном языке был написан программный модуль. Это создает принципиальную возможность создавать программы из модулей, написанных на разных языках. Специфика исходного языка, однако, может сказываться на физическом представлении базовых типов данных, способах обращения к процедурам/функциям и т.п. Для совместимости разноязыковых модулей должны выдерживаться общие соглашения.

Большая часть объектного модуля - команды и данные машинного языка именно в той форме, в какой они будут существовать во время выполнения программы. Однако, программа в общем случае состоит из многих модулей. Поскольку транслятор обрабатывает только один конкретный модуль, он не может должным образом обработать те части этого модуля, в которых запрограммированы обращения к данным или процедурам, определенным в другом модуле. Такие обращения называются внешними ссылками. Те места в объектном модуле, где содержатся внешние ссылки, транслируются в некоторую промежуточную форму, подлежащую дальнейшей обработке. Говорят, что объектный модуль представляет собой программу на машинном языке с неразрешенными внешними ссылками.

Разрешение внешних ссылок выполняется на следующем этапе подготовки, который обеспечивается Редактором Связей (Компоновщиком). Редактор Связей соединяет вместе все объектные модули, входящие в программу. Поскольку Редактор Связей "видит" уже все компоненты программы, он имеет возможность обработать те места в объектных модулях, которые содержат внешние ссылки. Результатом работы Редактора Связей является загрузочный модуль.

Загрузочный модуль - программный модуль, представленный в форме, пригодной для загрузки в оперативную память для выполнения.

Загрузочный модуль сохраняется в виде файла на внешней памяти. Для выполнения программа должна быть перенесена (загружена) в оперативную память. Иногда при этом требуется некоторая дополнительная обработка (например, настройка адресов в программе на ту область оперативной памяти, в которую программа загрузилась). Эта функция выполняется Загрузчиком, который обычно входит в состав операционной системы.

Возможен также вариант, в котором редактирование связей выполняется при каждом запуске программы на выполнение и совмещается с загрузкой. Это делает Связывающий Загрузчик. Вариант связывания при запуске более расходный, т.к. затраты на связывание тиражируются при каждом запуске. Но он обеспечивает:

большую гибкость в сопровождении, так как позволяет менять отдельные объектные модули программы, не меняя остальных модулей;

экономию внешней памяти, т.к. объектные модули, используемые во многих программах не копируются в каждый загрузочный модуль, а хранятся в одном экземпляре.

Вариант интерпретации подразумевает прямое исполнение исходного модуля.

Интерпретация - реализация смысла некоторого синтаксически законченного текста, представленного на конкретном языке.

Интерпретатор читает из исходного модуля очередное предложение программы, переводит его в машинный язык и выполняет. Все затраты на подготовку тиражируются при каждом выполнении, следовательно, интепретируемая программа принципиально менее эффективна, чем транслируемая. Однако, интерпретация обеспечивает удобство разработки, гибкость в сопровождении и переносимость.

Примеры интерпретаторов: языки процедур (sell, REXX), JVM.

Не обязательно подготовка программы должна вестись на той же вычислительной системе и в той же операционной среде, в которых программа будет выполняться. Системы, обеспечивающие подготовку программ в среде, отличной от целевой называются кросс-системами. В кросс-системе может выполняться вся подготовка или ее отдельные этапы:

Макрообработка и трансляция

Редактирование связей

Типовое применение кросс-систем - для тех случаев, когда целевая вычислительная среда просто не имеет ресурсов, необходимых для подготовки программ, например, встроенные системы.

Программные средства, обеспечивающие отладку программы на целевой системе можно также рассматривать как частный случай кросс-системы.

Программное обеспечение (ПО, software) представляет собой набор специальных программ, позволяющих организовать обработку информации с использованием ПК.

Поскольку без ПО функционирование ПК невозможно в принципе, оно является неотъемлемой составной частью любого ПК и поставляется вместе с его аппаратной частью (hardware ).

Программа – полное и точное описание последовательности действий (инструкций) компьютера по обработке информации, написанное на языке, понятном компьютеру.

Программное обеспечение (ПО) – совокупность специальных программ, облегчающих процесс подготовки задач к выполнению на ЭВМ и организующих прохождение их через машину, а также процедур, описаний, инструкций и правил вместе со всей связанной с этими компонентами документацией, используемых при эксплуатации вычислительной системы.

Обрабатывают информацию, управляют работой компьютера программы , а не устройства.

Новинки программного обеспечения уже давно доминируют над новыми аппаратными разработками. Комплект ПО по стоимости превосходит (иногда в несколько раз) стоимость компьютера адекватного класса.

Для эффективного использования компьютера должно соблюдаться соответствие между уровнем развития вычислительной техники и программного обеспечения. С одной стороны, ПО определяет функциональные возможности компьютера. С другой, установка конкретного ПО может быть ограничена конструктивными особенностями компьютера.

Назначение ПО:

• обеспечение работоспособности компьютера;
• облегчение взаимодействия пользователя с компьютером;
• сокращение цикла от постановки задачи до получения результата;
• повышение эффективности использования ресурсов компьютера.

Программное обеспечение позволяет:

• усовершенствовать организацию работы вычислительной системы с целью максимального использования ее возможностей;
• повысить производительность и качество труда пользователя;
• адаптировать программы пользователя к ресурсам конкретной вычислительной системы;
• расширить ПО вычислительной системы.

Максимальное использование возможностей вычислительной системы достигается, во-первых , за счет выделения каждому пользователю или задаче минимально необходимых ресурсов для своевременного и качественного решения его задач, во-вторых , за счет подключения к ресурсам вычислительной системы большого числа пользователей (в том числе и удаленных), в-третьих , путем перераспределения ресурсов между различными пользователями и задачами в зависимости от состояния системы и запросов на обработку.

Повышение производительности и качества труда пользователей происходит за счет автоматизации процедур расчетного и оформительского характера, реализуемых с помощью разнообразных средств программирования (алгоритмических языком, пакетов прикладных программ) и удобных устройств ввода-вывода информации.

Адаптируемость программ пользователя к ресурсам конкретной вычислительной системы обеспечивается тем, что операционная система содержит средство обслуживания большого диапазона машинных конфигураций. Кроме того, операционная система позволяет создавать и легко настраивать существующие программы на различные устройства ввода-вывода.

Расширение существующего ПО предполагает наличие следующих возможностей:

• создание пользователем собственных программ и пакетов, реализующих как конкретные расчетные задачи, так и процессы управления отдельными устройствами и всей вычислительной системой в целом;
• дополнение существующего ПО программами, позволяющими расширять возможности операционной системы, работать с новыми типами внешних устройств, новыми вычислительными системами (компьютерами), в новых областях применения.

ПО ориентировано на использование вычислительных систем в различных сферах деятельности и должно обеспечивать своевременное и адекватное поставленным задачам решение. Это вызывает необходимость соблюдения ряда требований при разработке компонентов ПО , основными из которых являются:

• модульность;
• наращиваемость и развитие;
• надежность;
• предсказуемость;
• удобство и эргономичность;
• гибкость;
• эффективность;
• совместимость.

Основные принципы разработки современного программного обеспечения:

• параметрическая универсальность;
• функциональная избыточность;
• функциональная избирательность.

Программы на компьютер можно установить двумя способами:

• Инсталляцией с дистрибутива
• Простым копированием

Первый (низший) уровень иерархии занимает внутреннее программное обеспечение ПЭВМ, сохраняемое в ее постоянной памяти. С его помощью ПЭВМ выполняет основные функции, определяемые аппаратной структурой. Программы внутреннего ПО работают непосредственно с аппаратными модулями компьютера. Вследствие этого они функционально связаны с ними и при замене определенного аппаратного модуля требуется заменить и программу внутреннего ПО, предназначенную для работы с ним.

Программы, обслуживающие аппаратные модули, называются драйверными программами или драйверами . Они позволяют при замене или подключении нового аппаратного модуля не производить изменений в других программах ПЭВМ, а только сменить драйвер соответствующего аппаратного модуля.

Внутреннее ПО представляет собой программный интерфейс, обеспечивающий взаимосвязь работы компьютера со всеми остальными программами. Доступ к программам внутреннего ПО производится только через систему программных прерываний.

Внутреннее ПО выполняет следующие основные функции:

• управляет широким набором периферийных устройств;
• осуществляет быструю проверку работоспособности ПЭВМ при ее включении;
• устанавливает отдельные аппаратные модули в исходное состояние;
• загружает программы ОС.

Основными элементами внутреннего ПО служат драйверы ввода-вывода, программа самопроверки и программа первоначальной загрузки . Внутреннее ПО взаимодействует, с одной стороны, с функциональными модулями ПЭВМ, а с другой стороны, реализует программный интерфейс операционной системы.

Программа самопроверки предназначена для проверки функциональных модулей ПЭВМ, т.е. установки схем компьютера в начальное состояние путем загрузки программных регистров необходимой информацией. При проверке отдельных функциональных модулей ПЭВМ в них могут быть обнаружены неисправности. Программа самопроверки сообщает пользователю об обнаруженных неисправностях с помощью сообщений на экране и (или) звукового сигнала.

При обнаружении ошибки проверку компьютера можно продолжить с помощью диагностических программ, загружаемых с дискеты. Если ошибка не нарушает работоспособности ПЭВМ, то по желанию пользователя ею можно пренебречь. Если в состав ПЭВМ включается новый функциональный модуль, то к общей программе самопроверки добавляется программа самопроверки данного модуля.

При успешном завершении самопроверки ПЭВМ готова к работе. Управление через программное прерывание передается программе начальной загрузки. Эта программа предназначена для считывания в оперативную память остальных компонентов операционной системы. При успешном выполнении этой операции управление передается только что считанной программе.

Драйверы ввода-вывода используются для обслуживания периферийных устройств ПЭВМ. Эти программы работают непосредственно с соответствующими контроллерами, что позволяет пользователю не знать физической организации конкретного устройства и работать только с командами драйвера, реализующими его обслуживание.

Драйверы имеют следующие особенности:

• открытую структуру, что позволяет добавлять в систему новые драйверы;
• гибкость организации доступа к драйверам через программные прерывания, что позволяет не фиксировать их в строго определенных областях памяти, быстро и легко их заменять;
• настраиваемую структуру, ориентирующую драйверные программы на определенный класс периферийных устройств, параметры которых размещены в специальных таблицах. Драйверы настраиваются на конкретные периферийные устройства при помощи изменений значений в этих таблицах;
• резидентное размещение в оперативной памяти, позволяющее использовать драйвер в любой момент времени из любой программы.

К основным драйверным программам относятся: драйвер жесткого диска, драйвер видеоадаптера, драйвер клавиатуры, драйвер печатающего устройства, системные драйверы (установка таймера, проверка конфигурации компьютера, определение емкости ОЗУ), дополнительные драйверы (драйвер связи и др.).

Операционная система занимает второй (средний) уровень иерархии ПО. Она управляет ресурсами компьютерной системы, к которым относятся оперативная и внешняя память, устройства ввода-вывода и программы пользователя. ОС взаимодействует с компьютером через интерфейс внутреннего ПО. Это дает возможность ПЭВМ, имеющим аппаратные различия, работать с одной и той же операционной системой.

ОС представляет собой набор программ управления ПЭВМ.

Состав ПО определяется кругом задач, которые пользователь предполагает решать с помощью компьютера.

По назначению, т.е. в зависимости от класса решаемых задач, ПО обычно разделяют на две основные группы: Общее (базовое) и прикладное.

Классификация программного обеспечения по функциональному назначению

Схема общей классификации ПО

– совокупность программ, обеспечивающих работоспособность компьютера; комплекс программ, которые осуществляют организацию вычислительного процесса и управление ресурсами компьютера.

– совокупность программных средств, позволяющих разрабатывать программы.

– совокупность программ, предназначенных для решения задач из различных сфер человеческой деятельности.

Существует два основных типа программного обеспечения: системное (называемое также общим) и прикладное (называемое специальным). Каждый тип программного обеспечения выполняет различные функции. Системное программное обеспечение – это набор программ, которые управляют компонентами компьютера, такими как процессор , коммуникационные и периферийные устройства. Программистов, которые создают системное программное обеспечение , называют системными программистами. К прикладному программному обеспечению относятся программы, написанные для пользователей или самими пользователями, для задания компьютеру конкретной работы. Программы обработки заказов или создания списков рассылки – примеры прикладного программного обеспечения. Программистов, которые пишут прикладное программное обеспечение , называют прикладными программистами.

Оба типа программного обеспечения взаимосвязаны и могут быть представлены в виде диаграммы, изображенной на рис.2.1 . Как видно, каждая область тесно взаимодействует с другой. Системное программное обеспечение обеспечивает и контролирует доступ к аппаратному обеспечению компьютера. Прикладное программное обеспечение взаимодействует с аппаратными компонентами через системное. Конечные пользователи в основном работают с прикладным программным обеспечением. Чтобы обеспечить аппаратную совместимость, каждый тип программного обеспечения разрабатывается для конкретной аппаратной платформы.

Рис. 2.1.

Системное ПО , в состав которого входят операционная система , трансляторы языков и обслуживающие программы, управляет доступом к аппаратному обеспечению. Прикладное ПО , такое как языки программирования и различные пользовательские приложения, работает с аппаратным обеспечением через слой системного ПО . Пользователи, в свою очередь , взаимодействуют с прикладным программным обеспечением.

Программные системы можно классифицировать по различным признакам. Рассмотрим классификацию, в которой основополагающим признаком является сфера (область) использования программных продуктов:

• аппаратная часть автономных компьютеров и сетей ЭВМ;
• функциональные задачи различных предметных областей;
• технология разработки программ.

Для поддержки информационной технологии в этих областях выделяют соответственно три класса программных продуктов, представленных на рис.2.2 :

• системное программное обеспечение;
• прикладное программное обеспечение;
• инструментальное программное обеспечение.

Системное программное обеспечение ( System Software ) – совокупность программ и программных комплексов, предназначенная для обеспечения работы компьютера и сетей ЭВМ. Системное программное обеспечение выполняет следующие задачи:

• создание операционной среды функционирования других программ;
• обеспечение надежной и эффективной работы самого компьютера и вычислительной сети;
• проведение диагностики, локализации сбоев, ошибок и отказов и профилактики аппаратуры компьютера и вычислительных сетей;
• выполнение вспомогательных технологических процессов (копирование, архивирование, восстановление файлов программ и баз данных и т.д.).

Данный класс программных продуктов тесно связан с типом компьютера и является его неотъемлемой частью. Программные продукты в основном ориентированы на квалифицированных пользователей – профессионалов в компьютерной области: системного программиста, администратора сети, прикладного программиста, оператора. Однако знание базовой технологии работы с этим классом программных продуктов требуется и конечным пользователям персонального компьютера, которые самостоятельно не только работают со своими программами, но и выполняют обслуживание компьютера, программ и данных.

Программные продукты данного класса носят общий характер применения, независимо от специфики предметной области . К ним предъявляются высокие требования по надежности и технологичности работы, удобству и эффективности использования.

Прикладное программное обеспечение представляет собой комплекс взаимосвязанных программ, предназначенный для решения задач определенного класса конкретной предметной области . Пакеты прикладных программ ( ППП ) общего назначения служат программным инструментарием решения функциональных задач и являются самым многочисленным классом программных продуктов. В данный класс входят программные продукты, выполняющие обработку информации различных предметных областей.

Установка пакетов прикладных программ на компьютер выполняется системными администраторами, системными программистами, а также (в некоторых случаях) квалифицированными пользователями. Непосредственную эксплуатацию программных продуктов осуществляют, как правило, конечные пользователи – потребители информации, во многих случаях деятельность которых весьма далека от компьютерной области. Данный класс программных продуктов может быть весьма специфичным для отдельных предметных областей.

Инструментарий технологии программирования представляет собой совокупность программ и программных комплексов, обеспечивающих технологию разработки, отладки и внедрения создаваемых программных продуктов .

Инструментарий технологии программирования включает специализированные программные продукты, которые являются инструментальными средствами разработчика. Программные продукты данного класса поддерживают все технологические этапы процесса проектирования, программирования (кодирования), отладки и тестирования создаваемых программ. Пользователями технологии программирования являются системные и прикладные программисты.

Системное программное обеспечение (рис.2.3) можно разделить на базовое программное обеспечение , которое, как правило, поставляется вместе с компьютером, и сервисное программное обеспечение , которое может быть приобретено дополнительно.

Базовое программное обеспечение ( base software ) – минимальный набор программных средств, обеспечивающих работу компьютера. Сервисное программное обеспечение включает программы и программные комплексы, которые расширяют возможности базового программного обеспечения и организуют более удобную среду работы пользователя.

В базовое программное обеспечение входят:

• операционная система;
• операционные оболочки (обычно текстовые и графические);
• сетевая операционная система.

Операционная система предназначена для управления выполнением пользовательских программ, планирования и управления вычислительными ресурсами ЭВМ.

Наиболее традиционное сравнение ОС осуществляется по следующим характеристикам процесса обработки информации:

• управление памятью (максимальный объем адресуемого пространства, типы памяти, технические показатели использования памяти);
• функциональные возможности вспомогательных программ (утилит) в составе операционной системы;
• наличие компрессии диска;
• возможность архивирования файлов;
• поддержка многозадачного режима работы;
• поддержка сетевого программного обеспечения;
• наличие качественной документации;
• условия и сложность процесса инсталляции;
• мобильность (переносимость), безопасность, надежность и др.

Операционные системы, учитывая их центральное положение в программном обеспечении компьютеров, подробно рассматриваются в следующей главе учебника.

Операционные оболочки – специальные программы, предназначенные для облегчения общения пользователя с командами операционной системы. Операционные оболочки имеют текстовый и графический варианты интерфейса конечного пользователя, а в будущем возможны варианты речевого интерфейса и распознавание рукописного ввода данных. Эти программы существенно упрощают задание управляющей информации для выполнения команд операционной системы, уменьшают напряженность и сложность работы конечного пользователя.

Расширением базового программного обеспечения компьютера является набор сервисных, дополнительно устанавливаемых программ (или программ, поставляемых непосредственно с операционными системами), которые можно классифицировать по функциональному признаку следующим образом:

• программы диагностики работоспособности компьютера;
• антивирусные программы, обеспечивающие защиту компьютера, обнаружение и восстановление зараженных файлов;
• программы обслуживания дисков, обеспечивающие проверку качества поверхности магнитного диска, контроль сохранности файловой системы на логическом и физическом уровнях, сжатие дисков, создание страховых копий дисков, резервирование данных на внешних носителях и др.;
• программы архивирования данных, которые обеспечивают процесс сжатия информации в файлах с целью уменьшения объема памяти для ее хранения;
• программы обслуживания сети.

Эти программы часто называются утилитами. Утилиты – программы, служащие для выполнения вспомогательных операций обработки данных или обслуживания компьютеров (диагностики, тестирования аппаратных и программных средств, оптимизации использования дискового пространства, восстановления разрушенной на магнитном диске информации и т. п.).

В современных операционных системах такие утилиты могут быть представлены, как, например, в Windows , группами программ "стандартные" и "служебные". В них входит ряд полезных программ: калькулятор, звукозапись, блокнот и др. В группе "служебные" имеется ряд программ, расширяющих возможности операционной системы: очистка и дефрагментация диска, восстановление системы и т.п.