Предмет и основные задачи информатики

Измерение информации

 

В настоящее время во всех вычислительных машинах информация представляется, как уже было сказано, с помощью электрических сигналов. При этом возможны две формы ее представления – в виде непрерывного сигнала и в виде нескольких сигналов.

Первая форма представления информации называется аналоговой, или непрерывной. Величины, представленные в такой форме, могут принимать принципиально любые значения в определенном диапазоне.

Вторая форма представления информации называется дискретной (цифровой). Такие величины, принимающие не все возможные, а лишь вполне определенные значения, называются дискретными (прерывистыми). В отличие от непрерывной величины, количество значений дискретной величины всегда будет конечным.

Для автоматизации работы с информацией, относящейся к различным типам, очень важно унифицировать их форму представления – для этого обычно используется прием кодирования, то есть выражение данных одного типа через данные другого. Естественные человеческие языки есть не что иное, как системы кодирования понятий для выражения мыслей посредством речи. В качестве примеров кодирования в отдельных областях науки и техники можно привести телеграфную азбуку, морскую флажковую азбуку, система записи математических выражений и т.д.

Своя система существует и в вычислительной технике – она называется двоичной системой счисления и основана на представлении данных последовательностью всего двух знаков: 0 и 1. Эти знаки называются двоичными цифрами, по-английски – bi nary digi t al или, сокращенно, bit (бит ). Одним битом могут быть выражены два понятия: 0 или 1 (да или нет, черное или белое, истина или ложь и т.п.). Если количество битов увеличить до двух, то уже можно выразить четыре различных понятия: 00, 01, 10, 11.

Увеличивая на единицу количество разрядов в системе двоичного кодирования, мы увеличиваем в два раза количество значений, которое может быть выражено в данной системе, то есть общая формула имеет вид:

N = 2 ^m,

где N – количество разрядов;

m – разрядность двоичного кодирования, принятая в данной системе.

Содержательный подход при измерении информации

Как отмечалось выше, если после получения какого-то сообщения неопределенность знаний уменьшается в два раза, то это сообщение несет в себе 1 бит информации, т.е. если событие имеет два исхода, то при наступлении каждого из них неопределенность знаний уменьшается в два раза. Количество информации в сообщении о том, что наступило одно из этих событий, равно 1 биту.

Таким образом, количество информации, полученное из сообщения о том, что наступило одно из N равновозможных событий, можно вычислить по формуле:

х = log ₂ N,

где х – количество информации в сообщении (в битах);

N – количество равновозможных (равновероятных) событий, только одно из которых наступило.

Пример 1. Бросают игральный кубик. Найти количество информации в сообщении о том, что выпало число 5.

N = 6.

х = log₂ N = log₂6» 2,58 бит.

 

Системы счисления

Система счисления – это способ представления чисел цифровыми знаками и соответствующие ему правила действий над числами.

Системы счисления можно разделить:

1) непозиционные системы счисления;

2) позиционные системы счисления.

В непозиционной системе счисления значение (величина) символа (цифры) не зависит от положения в числе.

Самой распространенной непозиционной системой счисления является римская. Алфавит римской системы записи чисел состоит из символов: I – один, V – пять, X – десять, L – пятьдесят, C – сто, D – пятьсот, M – тысяча.
Величина числа определяется как сумма или разность цифр в числе (например, II – два, III – три, XXX – тридцать, CC – двести).

Если же большая цифра стоит перед меньшей цифрой, то они складываются (например, VII – семь), если наоборот – вычитаются (например, IX – девять).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Таким образом, в данной лекции были рассмотрены основные задачи и структура дисциплины информатика, понятие информации и ее свойства.

Подробно изложены основы кодирования и измерения информации, а также перевода чисел из одной позиционной системы счисления в другую и наоборот.

Введение

 

Истоки информатики можно искать в глубине веков. Много столетий тому назад потребность выразить и запомнить информацию привела к появлению речи, письменности и счета. До сих пор сохранились свидетельства попыток наших далеких предков сохранять информацию – примитивные наскальные рисунки, записи на берестяной коре и глиняных дощечках, затем рукописные книги.

Появление в XVI веке печатного станка позволило значительно увеличить возможности человека обрабатывать и хранить нужные сведения. Это явилось важным этапом развития человечества. Развивались и способы передачи информации. Примитивный способ передачи посланий от человека к человеку сменился более прогрессивной почтовой связью. Почтовая связь давала достаточно надежный способ обмена информацией. Однако не следует забывать, что таким образом могли передаваться только сообщения, написанные на бумаге. А главное - скорость передачи сообщения была соизмерима только со скоростью передвижения человека. Изобретение телеграфа и телефона дало принципиально новые возможности обработки и передачи информации.

Рассмотрим более подробно основные исторические этапы развития электронно-вычислительной техники, а также совершенствование элементов ее внешней и внутренней архитектуры.

 

В своем неосуществленном проекте аналитической машины он создал около 200 чертежей узлов машины, таких как хранилище для чисел, устройство для произведения арифметических действий над числами, устройство управления операциями машины в нужной последовательности, устройства для ввода и вывода чисел.

Ада Байрон (в замужестве графиня Лавлейс) (1815-1852) увлекалась музыкой, математикой. А. Лавлейс составила первую в мире компьютерную программу для аналитической машины, с помощью которой можно решить уравнение Бернулли.

Беббидж и первая программистка Ада Лавлейс воплотили идею программного управления. В аналитической машине предполагалось использование перфокарт для ввода и вывода информации. Был предусмотрен способ изменения хода вычислений (команда условного перехода), введены понятия цикла.

Сергей Алексеевич Лебедев (1902-1974) – академик АН СССР с 1953 г.

Специалист в области электротехники и вычислительной техники. Разработал и построил первый советский компьютер, основал советскую компьютерную промышленность.

Джон фон Нейман (1903-1957) – американский математик.

Сформулировал основную концепцию логической организации ЭВМ (хранение команд компьютера в его собственной внутренней памяти), что послужило огромным толчком к развитию электронно-вычислительной техники, основоположник теории автоматов.

Конрад Цузе (1910-1995) – немецкий инженер. Награжден титулом «изобретатель компьютера». В 1934 г. Цузе придумал модель автоматического калькулятора, которая состояла из устройства управления, вычислительного устройства и памяти, ее архитектура осталась и в компьютерах.

Алексей Андреевич Ляпунов (1911-1973) – математик, член-корреспондент АН СССР по Отделению математики. Разработал теорию операторных методов для абстрактного программирования и основал советскую кибернетику и программирование.

В 1996 г. награжден медалью «Пионер компьютерной техники».

Алан Матисон Тьюринг (1912-1954) – английский математик.

Тьюринг ввел математическое понятие абстрактного эквивалента алгоритма – машина Тьюринга. Это один из основателей информатики и теории искусственного интеллекта.

В 1966 г. Ассоциация вычислительной техники (Association for Computing Machinery, ACM) учредила премию им. А.Тьюринга – престижную награду в области информатики и высоких технологий.

Башир Искандарович Рамеев (1918-1994). 4 декабря 1948 г. Рамеев совместно с Бруком получили первое в СССР авторское свидетельство на изобретение цифровой ЭВМ.

В 1962 г. Б.И. Рамееву была присвоена ученая степень доктора технических наук без защиты диссертации.

Виктор Михайлович Глушков (1923-1982) – математик, специалист в области кибернетики. Академик АН СССР по Отделению математики (в том числе, вычислительная математика) с 26 июня 1964 г. Основал первый в СССР Институт кибернетики на Украине, разработал теорию цифровых автоматов и компьютерной архитектуры, а так же рекурсивный макроконвейерный процессор. В 1996 г., в связи с 50-летним юбилеем компьютеров, награжден медалью «Пионер компьютерной техники».

Никлаус Вирт (1934) – швейцарский ученый, специалист в области информатики, один из известнейших теоретиков в области разработки языков программирования.

Участвовал в разработке языков программирования: Euler, Algol-W, PL/360, Pascal, Modula-2, Oberon, Oberon-2, Component Pascal. В соавторстве с Э. Дейкстрой и Э. Хоаром разработал технологию структурного программирования. Лауреат премии Тьюринга в 1984 г.

Питер Нортон (1943) – американский ученый и бизнесмен.

Основатель утилит, автор широко известных программ The Norton Commander, The Norton Utilities, The Norton AntiVirus, The Norton Backup, The Norton DiskLock, The Norton Administrator for Networks.

Тим Бернес-Ли (1955) – английский ученый, является автором-разработчиком языка HTML (Hupertext Markup Langauge – язык разметки гипертекста), который является основным форматом web-документов. Изобретатель всемирной паутины (совместно с Робертом Кайо).

Автор идеологии гиперссылок и переходов без единой центральной базы данных.

Фил Циммерман (1954) – автор системы шифрования сообщений с открытым ключем (1991; PGP – Pretty Good Privacy).

Схема RSA (по инициалам авторов – Ривест, Шамир и Адельман), на которой основана PGP, была им запатентована в 1983г.

Очевидно, что развитие электронно-вычислительной техники непосредственно связано с основными этапами развития микроэлектроники и во многом определяется ее уровнем и достигнутыми результатами. Этапы создания и развития технологии микроэлектроники находят отражение в смене поколений ЭВМ.

Первое поколение (50-е гг.) характеризуется созданием первых ЭВМ на электронных вакуумных лампах. Первые цифровые вычислительные машины (ЦВМ) на ламповых схемах появились в США в 1946-48 гг. Первые отечественные ЭВМ появились в 1951 г. в Киеве – МЭСМ (Малая Электронная Счетная Машина) и в 1953 г. в Москве – БЭСМ-1 (Большая Электронная Счетная Машина).

ЭВМ отличались большими габаритами, большим потреблением энергии, малым быстродействием и низкой надежностью.

Языков программирования как таковых еще не было, и для кодирования своих алгоритмов программисты использовали машинные команды или ассемблеры. Это усложняло и затягивало процесс программирования.

К концу 50-х годов средства программирования претерпевают принципиальные изменения: осуществляется переход к автоматизации программирования с помощью универсальных языков и библиотек стандартных программ.

Второе поколение (60-е гг.) характеризуется переходом к транзисторной элементарной базе. Наблюдается улучшение всех технических характеристик по сравнению с первым поколением. Для программирования используются алгоритмические языки.

Совершенствуется технология выполнения программ на ЭВМ: создаются специальные программные средства – системное ПО, позволяющее обеспечить ускорение и упрощение перехода процессором от одной задачи к другой.

Среди отечественных ЭВМ второго поколения наиболее известны Минск-2, Минск-22, Минск-32, БЭСМ-6. При работе с ними использовались бумажные носители информации – перфоленты и перфокарты.

Третье поколение (70-е гг.) – появление ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции (сотни – тысячи транзисторов в одном корпусе).

Происходит создание многомашинных систем, поскольку значительного увеличения быстродействия на базе одной ЭВМ достичь уже не удавалось. Расширение функциональных возможностей ЭВМ увеличило сферу их применения, что вызвало рост объема обрабатываемой информации и поставило задачу хранения данных в специальных базах данных. Так появились первые системы управления базами данных (СУБД).

В нашей стране данное поколение представлено машинами единой системы ЕС ЭВМ: ЕС-1022, ЕС-1035, ЕС-1066.

Четвертое поколение (с начала 80-х гг.). Элементная база – БИС (большие интегральные схемы), микропроцессоры (сверхбольшие интегральные схемы).

Наиболее значительным стало появление персональных ЭВМ, что позволило приблизить ЭВМ к своему конечному пользователю. Первый персональный компьютер (ПК) с восьмиразрядным микропроцессором 8080 был разработан фирмой Intel в 1975 г.

Один из первых персональных компьютеров Apple был разработан в США в Силиконовой долине Стивом Джобсом и Стивом Возняком. В 1977 г. этот компьютер появился на рынке.

В 1981 г. фирма IBM выпустила свою первую модель, которая на многие годы стала эталоном ПК во всем мире.

Пятое поколение (90-е гг.) – появление ЭВМ на сверхсложных параллельно работающих микропроцессорах, выполняющих одновременно десятки последовательных команд. Одновременно с появлением более совершенных компьютеров произошло существенное снижение их стоимости. Это привело к тому, что компьютеры стали массовым инструментом, и, как следствие этого, заметно расширилась сфера применения новых информационных технологий.

Шестое и последующие поколения (ХХI в.) – разработка оптоэлектронных ЭВМ с нейронной структурой, моделирующей структуру биологических систем. В России создан Научный центр нейрокомпьютеров. В феврале 1999 г. состоялась первая всероссийская конференция «Нейрокомпьютеры и их применение».

В настоящее время мир находится на второй стадии информатизации, основная цель которой – связать те услуги, которые раньше предлагались отдельно. Для этого все виды информации, от телефонных сообщений и телепрограмм до электронных сообщений, должны передаваться по одному общему кабелю. В перспективе каждый абонент кабельной сети должен получать несколько услуг одновременно. Также ведется создание компьютеров с большими функциональными возможностями:

• компьютеров с высокой степенью параллелизма обработки информации, в которых одновременно выполняют сложные операции десятки-сотни процессоров;
• нейрокомпьютеров, работа которых аналогична функционированию мозга;
• компьютеров с передачей информации на основе использования световых импульсов.

Результатом процесса информатизации является создание информационного общества, где манипулируют не материальными объектами, а идеями, интеллектом и знаниями. Для каждой страны движение от индустриального этапа развития к информационному определяется степенью информатизации.

Классификация ЭВМ

Существует достаточно много систем классификации компьютеров. Рассмотрим лишь те, о которых наиболее часто упоминают в технической литературе и средствах массовой информации.

Классификация по назначению

Классификация по назначению – один из наиболее ранних методов классификации. Он связан с тем, как компьютер применяется. По этому принципу различают большие ЭВМ, мини-ЭВМ, микро-ЭВМ и ПК, которые, в свою очередь, подразделяются на массовые, деловые, портативные, развлекательные и рабочие станции.

Большие ЭВМ. Это самые мощные компьютеры. Их применяют для обслуживания очень крупных организаций и даже целых отраслей народного хозяйства. За рубежом компьютеры этого класса называют мэйнфреймами. В России за ними закрепился термин большие ЭВМ. Штат обслуживания большой ЭВМ достигает многих десятков человек. На базе таких суперкомпьютеров создают вычислительные центры, включающие в себя несколько отделов или групп.

Мини-ЭВМ. От больших ЭВМ компьютеры этой группы отличаются уменьшенными размерами и, соответственно, меньшей производительностью и стоимостью. Такие компьютеры используются крупными предприятиями, научными учреждениями и некоторыми высшими учебными заведениями, сочетающими учебную деятельность с научной. Для организации работы с мини-ЭВМ тоже требуется вычислительный центр, хотя и не такой многочисленный, как для больших ЭВМ.

Микро-ЭВМ. Компьютеры данного класса доступны многим предприятиям. Организации, использующие микро-ЭВМ, обычно не создают вычислительные центры. Для обслуживания такого компьютера им достаточно небольшой вычислительной лаборатории в составе нескольких человек. В число сотрудников вычислительной лаборатории обязательно входят программисты, хотя напрямую разработкой программ они не занимаются. Программисты занимаются внедрением приобретенного или заказанного программного обеспечения, выполняют его доводку и настройку, согласовывают его работу с другими программами и устройствами компьютера.

Персональные компьютеры (ПК). Эта категория компьютеров получила особо бурное развитие в течение последних двадцати пяти лет. Из названия видно, что такой компьютер предназначен для обслуживания одного рабочего места. Несмотря на свои небольшие размеры и относительно невысокую стоимость, современные ПК вполне способны удовлетворить большинство потребностей малых предприятий и отдельных лиц.

ПК до последнего времени рассматривались в двух категориях: бытовые и профессиональные. В связи с достигнутым в последние годы резким удешевлением средств вычислительной техники границы между профессиональными и бытовыми моделями в значительной степени стерлись, и сегодня в качестве бытовых нередко используются высокопроизводительные профессиональные модели, а профессиональные модели, в свою очередь, комплектуют устройствами для воспроизведения мультимедийной информации, что ранее было характерно для бытовых устройств.

Архитектура ЭВМ

В 1946-48 гг. в Принстонском университете (США) коллектив исследователей под руководством Джона фон Неймана разработал проект ЭВМ, который никогда не был реализован, но его идеи используются и по сей день. Этот проект получил название машины фон Неймана. В его состав входили схема, или, как говорят, архитектура (рис. 1) и принципы функционирования вычислительной машины:

1. Принцип программного управления: работа ЭВМ регламентируется программой, что позволяет, вводя разные программы, решать разные задачи. Команды, из которых состоит программа, интерпретируются специально введенным в схему устройством – устройством управления.
2. Принцип условного перехода: команды из программы не всегда выполняются одна за другой. Возможно присутствие в программе команд условного перехода, которые меняют последовательное выполнение команд в зависимости от значения данных.
3. Принцип размещения программ в памяти: программа, требуемая для работы ЭВМ, предварительно размещается в памяти компьютера, а не вводится команда за командой.
4. Принцип иерархии памяти: память ЭВМ не однородна. Для часто используемых данных выделяется память меньшего объема, но большего быстродействия; для редко используемых данных выделяется память большего объема, но меньшего быстродействия.

Принцип двоичной системы счисления для внутреннего представления данных и программ в памяти ЭВМ.

Различают внутреннюю и внешнюю архитектуру ЭВМ.

Внешняя архитектура ЭВМ – это то, что можно наблюдать визуально при работе на персональном компьютере.

Внутренняя архитектура ЭВМ – это то, из чего состоит ЭВМ и на чем основаны накопление, обработка и передача информации внутри ЭВМ.

Кратко рассмотрим назначение отдельных элементов представленной схемы (см. рис. 1) и их взаимосвязь в процессе функционирования ЭВМ.

 

Через устройство ввода в память вводится программа – набор команд, предписывающих ЭВМ выполнять требуемые действия.

После размещения программы в памяти устройство управления выбирает последовательно команду за командой из памяти и интерпретирует ее по определенным правилам.

Устройство вывода выводит информацию из ЭВМ и преобразует ее из внутреннего представления во внешнее.

Запоминающее устройство, представляющее собой набор ячеек, предназначено для хранения информации и команд программы. Каждая ячейка имеет свой адрес, по которому к ней можно обратиться.

Устройство управления (УУ) предназначено для управления ходом вычислительного процесса и осуществления связи между пользователем и компьютером.

В современных компьютерах блоки УУ и арифметико-логическое устройство (АЛУ) объединены в блок, называемый процессором, который предназначен для выполнения арифметических и логических операций.

В основу современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип.

Обмен информацией между отдельными устройствами компьютера производится по образующим магистраль многоразрядным шинам (многопроводным линиям связи), соединяющим все модули.

Системная шина включает в себя:

1) шину данных – для передачи данных;

2) шину адреса – для передачи адресов ячеек основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства;

3) шину управления – для передачи управляющих сигналов;

4) шину питания – для подключения блоков ПК к системе энергопитания.

 

1) системный блок;

2) монитор;

3) клавиатура;

4) мышь.

Конфигурацию компьютера можно менять, дополнять внешними (периферийными) устройствами, к которым относятся:

• принтер;
• модем;
• сканер;
• колонки и др.

Аппаратная часть компьютера

Упрощенно блок-схема, отражающая основные функциональные компоненты ПЭВМ и их связи, изображена на рисунке 3. Рассмотрим более подробно назначение и функциональные характеристики основных устройств.

Заключение

 

Таким образом, в данной лекции были рассмотрены основные исторические этапы развития компьютерной техники, классификация электронно-вычислительных машин, а также состав и назначение основных элементов персонального компьютера.

Приведены состав и назначение компонентов внешней и внутренней архитектуры ЭВМ, особенности и классификация запоминающих устройств, а также устройств ввода и вывода информации. Рассмотрены основы алгебры логики.

Введение

 

Какими бы совершенными ни были электронно-вычислительные машины, без набора соответствующих программ компьютеры превращаются в бесполезную груду стекла, пластмассы и металла. Успех применения ЭВМ в любой области человеческой деятельности зависит, прежде всего, от того, есть ли в наличии программы для решения возникающих задач и насколько эти программы совершенны.

Компьютерная программа представляет собой последовательность команд, записанных в двоичной форме на машинном языке, понятном процессору компьютера. Компьютерная программа является формой записи алгоритмов решения поставленных задач. Совокупность готовых к исполнению программ, хранящихся в оперативной и внешней памяти компьютера, называется его программным обеспечением (ПО).

Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и в непрерывном взаимодействии.

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, т.е. мы можем говорить о межпрограммном интерфейсе. Возможность существования такого интерфейса тоже основана на существовании технических условий и протоколов взаимодействия, а на практике он обеспечивает распределение ПО на несколько взаимодействующих между собой уровней.

Уровни ПО представляют собой пирамидальную конструкцию. Каждый следующий уровень опирается на ПО предшествующих уровней. Такое членение удобно для всех этапов работы с вычислительной системой, начиная с установления программ до практической эксплуатации и технического обслуживания.

В рамках данной лекции рассмотрим классификацию и назначение основных видов программного обеспечения вычислительной системы.

Понятие и классификация программного обеспечения вычислительной техники

Поскольку ЭВМ применяются для решения все новых и новых задач, программное обеспечение постоянно развивается.

Все программное обеспечение в зависимости от вида создаваемой им среды принято разделять на три класса (рис. 1).

Поскольку между прикладным ПО и системным существует непосредственная взаимосвязь (первое опирается на второе), то можно утверждать, что универсальность вычислительной системы, доступность прикладного программного обеспечения и широта функциональных возможностей компьютера напрямую зависят от типа используемой операционной системы, от того, какие системные средства содержит ее ядро, как она обеспечивает взаимодействие триединого комплекса человек – программа – оборудование.

Программы, с помощью которых пользователь непосредственно решает свои информационные задачи, не прибегая к программированию, называется прикладными программами.

Очевидно, что системы программирования нужны далеко не всем, тогда как системное и прикладное ПО незаменимо и необходимо любому пользователю.

1. Системное программное обеспечение

Системное программное обеспечение подразделяется на базовое и сервисное. Операционная система (ОС) представляет собой совокупность программ (их называют системными) и является посредником между аппаратными средствами, т. е. непосредственно самой ЭВМ с соответствующим машинным языком и пользователем.

Наиболее популярны три семейства операционных систем для персональных компьютеров: Windows и UNIX для IBM-совместимых компьютеров и MacOS для компьютеров Macintosh. Операционные системы Windows выпускаются корпорацией Microsoft, системы семейства UNIX предлагаются различными производителями, в том числе и бесплатно. Широко используемая операционная система Linux входит в состав семейства UNIX. MacOS поставляется фирмой Apple.

Многие специалисты считают, что операционные системы семейства UNIX более надежны и производительны, чем Windows. К недостаткам систем UNIX относятся сложность установки и настройки, а также меньшее, по сравнению с Windows, количество предназначенных для нее прикладных программ.

Современные операционные системы персональных компьютеров предназначены для решения практически одних и тех же задач с использованием оборудования с похожими характеристиками, поэтому сами операционные системы похожи друг на друга по структуре и набору выполняемых функций.

Файлы операционной системы хранятся во внеш­ней, долговременной памяти (на жестком, гибком или лазерном диске). Однако программы могут выполнять­ся, только если они находятся в оперативной памяти, поэтому файлы операционной системы необходимо за­грузить в оперативную память.

Диск (жесткий, гибкий или лазерный), на котором находятся файлы операционной системы и с которого производится ее загрузка, называется системным.

После включения компьютера производится тестирование компьютера, а затем специальная программа, содержащаяся в BIOS, начинает поиск на имеющихся в компьютере дисках программы программы-загрузчика операционной системы (MasterBoot).

После того как эта программа будет найдена, она загрузится в оперативную память и ей будет передано управление работой компьютера. Программа ищет файлы операционной системы на системном диске и загружает их в оперативную память в качестве программных модулей.

После окончания загрузки операционной системы управление передается командному процессору. В случае использования интерфейса командной строки на экране появляется приглашение системы, в противном случае загружается графический интерфейс операционной системы.

Операционная оболочка – это специальные программы, предназначенные для облегчения общения пользователя с командами ОС. Имеют текстовый и графический варианты интерфейса конечного пользователя.

Наиболее известными и популярными операционными оболочками в настоящее время являются:

• Norton Commander фирмы Symantic;
• DOS Navigator;
• Far Manager;
• Windows 3.11 и др.

Сервисное программное обеспечение включает программы:

• диагностики работоспособности компьютера;
• обслуживания сети;
• обслуживания дисков и архивирования данных;
• антивирусные и т.д.

Важным классом системных программ являются драйверы. Они расширяют возможности ОС, например, позволяя ей работать с тем или иным внешним устройством, обучая ее новому протоколу обмена данными и т.д. Большинство ОС содержит немало драйверов в комплекте своей поставки, и программа установки ОС устанавливает (задействует) те драйверы, которые нужны для поддержки устройств и функций ОС, указанных пользователем. Драйверы для различных ОС часто поставляются и вместе с новыми устройствами или контроллерами.

Значительная часть сервисных программ входит в стандартный комплект поставки современных операционных систем. Кроме того, существует широкий набор сервисных программ – утилит, которые могут устанавливаться дополнительно:

1) программы резервирования – позволяют быстро скопировать нужную информацию, находящуюся на жестком диске компьютера, на дискеты, съемные диски или кассеты стримера;

2) антивирусные программы – предназначены для предотвращения заражения компьютерным вирусом и ликвидации последствий заражения;

3) программы-упаковщики (архиваторы) позволяют за счет применения специальных методов «упаковки» информации сжимать информацию на дисках, т.е. создавать копии файлов меньшего размера, а также объединять копии нескольких файлов в один архивный файл;

4) программы-русификаторы приспосабливают другие программы (обычно ОС) для работы с русскими буквами (текстами, пользователями и т.д.);

5) программы для диагностики компьютера позволяют проверить конфигурацию компьютера и работоспособность его устройств;

6) программы-кэши убыстряют доступ к информации на дисках путем организации в оперативной памяти кэш-буфера, содержащего наиболее часто используемые участки диска;

7) программы для оптимизации дисков позволяют обеспечить более быстрый доступ к информации на диске за счет оптимизации размещения данных на диске;

8) программы динамического сжатия дисков создают псевдодиски, информация которых хранится в сжатом виде на обычных (настоящих) дисках компьютера, что позволяет хранить больше объемы данных;

9) программы ограничения доступа позволяют защитить хранящиеся на компьютере данные от нежелательных или неквалифицированных пользователей.

1.1. Операционные системы персональных компьютеров. История развития операционных систем

В первых вычислительных машинах операционных систем не было. Пользователи имели полный доступ к машинному языку, и все программы писали непосредственно в машинных кодах.

1 этап (50-е гг. XX в.)

Считается, что первую операционную систему создала в начале 50-х гг. для своих компьютеров исследовательская лаборатория фирмы GeneralMotors. Операционные системы 50-х гг. были разработаны с целью ускорения и упрощения перехода с задачи на задачи. До создания этих операционных систем много машинного времени терялось в промежутках между завершением выполнения одной задачи и вводом в решение следующей. Это было начало систем пакетной обработки, которые предусматривали объединение отдельных задач в группы, или пакеты. Запущенная в решение задача получала в свое полное распоряжение все ресурсы машины. После завершения каждой задачи управление ресурсами возвращалось операционной системе, которая обеспечивала ввод и запуск в решение следующей задачи.

В то время операционные системы использовались главным образом на крупных ЭВМ. Многие из малых машин общего назначения работали без операционной системы. Пользователи подобных малых машин, как правило, производили загрузку собственной системы управления вводом-выводом – небольшого пакета программ, управляющего осуществлением операций ввода-вывода.

2-й этап (60-е гг. ХХ в.)

В это время в технической базе вычислительных машин произошел переход от отдельных полупроводниковых элементов типа транзисторов к интегральным микросхемам, что открыло путь к появлению следующего поколения компьютеров. В этот период были реализованы практически все основные механизмы, присущие современным операционным системам:

• мультипрограммирование[1];
• поддержка многотерминального многопользовательского режима;
• виртуальная память;
• файловые системы;
• разграничение доступа;
• работа в сети.

Мультипрограммные системы разделения времени были рассчитаны на многотерминальные системы, когда каждый пользователь работает за своим терминалом[2]. Вариант мультипрограммирования, применяемый в системах разделения времени, был нацелен на создание для каждого отдельного пользователя иллюзии единоличного владения вычислительной машиной за счет периодического выделения каждой программе своей доли процессорного времени.

3-й этап (70-80-е гг. ХХ в.)

В начале 70-х. гг. появились первые сетевые операционные системы, которые в отличие от многотерминальных ОС позволяли не только рассредоточить пользователей, но и организовать распределенное хранение и обработку данных между несколькими компьютерами, объединенными каналами связи. Любая сетевая операционная система, с одной стороны, выполняет все функции локальной операционной системы, а с другой стороны, обладает некоторыми дополнительными средствами, позволяющими ей взаимодействовать по сети с операционными системами других компьютеров. Программные модули, реализующие сетевые функции, появлялись в операционных системах постепенно, по мере развития сетевых технологий, аппаратной базы компьютеров и возникновения новых задач, требующих сетевой обработки.