Программное обеспечение ЭВМ.

Современная вычислительная машина - это сложнейшее электронное устройство, которое позволяет значительно облегчить многие виды деятельности человека. Однако решать эти многообразные задачи ЭВМ может только с помощью специальных программ, хранящихся во внешней памяти машины. Вся информация во внешней памяти хранится на магнитных носителях (магнитных дисках или магнитной ленте). Различают жесткие диски (винчестеры), обладающие значительным объемом памяти от десятков МБт до единиц ГБт (эти диски встроены в ЭВМ) и гибкие диски (дискеты) - 5-ти (5,25) и 3-х (3,5) дюймовые в диаметре - объемом памяти до 1,5 МБт. Дискеты по мере надобности могут помещаться в дисковод ЭВМ и удаляться из него. Любая информация записывается на магнитный диск последовательно на круговые магнитные дорожки. Часть магнитных дорожек диска, на которых записана одна определенная законченная программа носит название файла. Каждый файл имеет имя, которое состоит из не более восьми символов и расширения из трех символов, как правило, символы в имени файла прописные латинские буквы или буквы и цифры. Формат имени файла: lekcy1.txt; stat.bat. Однородные по информации или назначению файлы объединяются в каталоги или подкаталоги. Каталоги также имеют имя, состоящее из заглавных букв латинского алфавита или заглавных букв и цифр, расширения они не имеют. Формат имени каталога: DOC, DOS, LEXICON, TEST1 и т.д. Подкаталог - это совокупность однородных файлов, объединенных единым именем внутри каталога. Формат имени подкаталога такой же как и самого каталога, например LOAD. В целом информацию на любом диске представляют в виде следующей структуры (рис. 3.6.1).

Чтобы войти в какой-либо файл, содержащийся в каталоге, нужно войти сначала в каталог, а затем в нужный файл, для его запуска, просмотра, редактирования и т.д. Каталог, с файлом которого пользователь собирается работать, называется текущим, а последовательность прохождения от корневого каталога до файла называется путь. Формат команды пути: C:>\CHART\LOAD\graf.bat. Это означает, что в файл graf.bat можно войти из корневого каталога на диске C через каталог CHART далее через подкаталог LOAD. На некоторые файлы можно выйти непосредственно из корневого каталога. Этот файл на рисунке структуры каталогов указан под номером 1.

 Программы для компьютеров можно разделить на три категории:

- системные программы, выполняющие вспомогательные функции (управление блоками ЭВМ, создание копий, выдача справочной информации и т.п.);

- прикладные программы, непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых пользователю работ (редактирование текстов, обработка информационных массивов, статистическая обработка информации, помощь врачу в постановке диагноза, моделирование биологических систем и др.);

- программы-упаковщики (архивные), коммуникационные (обмен информации с другими системами), антивирусные, для диагностики состояния блоков ЭВМ, программы для автономной печати и многие другие;

- вспомогательные программы (утилиты);

- инструментальные программы (системы программирования), обеспечивающие создание новых программ для компьютеров.

К системным программам следует отнести: операционные системы, драйверы, программы-оболочки.

Операционная система - это специальная программа, позволяющая пользователю диалог с компьютером, автоматическое управление блоками компьютера, распределение информации, запуск других программ, просмотр, копирование дисков, каталогов, файлов и т.д. В современных компьютерах такие программы называются DOS (дисковые операционные системы). DOS постоянно усовершенствуется, поэтому каждая ДОС имеет версии. DOS загружается при включении компьютера. На кафедре Вы будете пользоваться версией MS DOS 6.22, созданной фирмой Microsoft. Общение пользователя с DOS осуществляется в форме команд. После выдачи приглашения C:>\ (или A:>\), команда DOS набирается с клавиатуры и отражается в служебной строке после приглашения. Нажатие клавиши "ENTER" приводит к выполнению команды.

Примеры некоторых команд MS DOS:

1. dir (от слова directory) - команда производит распечатку информации каталогов, файлов. Формат команды C:>\dir C: - дается распечатка каталогов диска. C:>\dir C\LEXICON/P - дается распечатка файлов лексикона (текстового редактора), Р - постраничное листание.

2. TYPE - просмотр файлов. Формат команды: C:>\TYPE C:\LEXICON\ultr1.txt/P

3. COPY C:\ultr1.txt A:\ultr1.txt - копирование файла из каталога диска С в текущий каталог диска A с тем же имеем.

Все команды исполняются после нажатия клавиши ENTER.

Драйверы - это специальные программы, которые расширяют возможности DOS по управлению устройствами ввода-вывода компьютера, оперативной памятью, общение с новыми устройствами, подключающимися к компьютеру.

Пользование командами DOS требует значительного времени для набора команд и их редактирования, если в команде допущена ошибка. Поэтому, в современных компьютерах используются специальные программы-оболочки, которые позволяют значительно упростить диалог с компьютером и уменьшить время общения с машиной при выполнении той или иной команды. В современных персональных компьютерах чаще всего используются две программы оболочки NORTON COMMANDER (NC) или WINDOWS. При включении машины одновременно с DOS загружается программа-оболочка и на экране дисплея сразу появляется 2 панели, в каждой из которых даются списки каталогов и отдельных файлов, записанных на дисках A,B,C,D и т.д. Пользуясь функциональными клавишами F₁, F₂, F₃,..., F₁₀ и вспомогательными клавишами, клавишами со стрелками, Alt, Shift, Contrl и другими, можно легко и быстро производить различные операции над каталогами, файлами, производить поиск информации, не набирая имена файлов, копирование, переименование файлов и каталогов и др. Например, чтобы прочитать какой текст содержится в файле под именем abc1.txt, находящемся в каталоге LEKCIJ, нужно с помощью стрелок переместить выделение на каталог LEKCIJ и нажать клавишу ENTER. На экране монитора появится список файлов, находящихся в этом каталоге. Переместить выделение на файл abc1.txt и нажать клавишу F₃, на экране появится текст этой лекции.

Виды работы с файлами и каталогами и соответственно назначение функциональных клавиш F₁, F₂, F₃,..., F₁₀ определяются главным меню NC, которое указана внизу панелей: F₁ - помощь, F₂ - вызов, F₃ - чтение, F₄ - правка, F₅ - копия, F₆ - новое имя, F₇ - новый каталог, F₈ - удаление, F₉ - меню, F₁₀ - выход из NC. Нажатием соответствующей клавиши F₁, F₂, F₃,..., F₁₀ можно выполнять соответствующие действия над файлами или получить информацию о них. Пункт меню, вызываемый клавишей F₉, определяет основные управляющие пункты меню: левая, правая (панели), файлы, диск, команды. Выделяя эти пункты и нажимая клавишу "ENTER", мы получим подменю NC. Более подробно вы познакомитесь с этими пунктами на практических занятиях или в специальных руководствах. Для примера представим некоторые пункты подменю "левый" и "правый" панелей NC.

Краткий формат

Полный формат

Состояние

Дерево каталогов

Просмотр

Архив

Панель поиска

Если нажать и удерживать клавишу Alt или Ctrl, то назначение функциональных клавиш изменится. Поэтому, одновременное нажатие двух клавиш Alt-F₁ - Alt-F₁₀ или Ctrl-F₁ - Ctrl-F₉, позволяет выполнить другие действия над каталогами или файлами. Ниже в краткой форме описано назначение указанных комбинаций клавиш.

Alt-F₁ - выбор диска, изображаемого на левой панели;

Alt-F₂ - выбор диска, изображаемого на правой панели;

Alt-F₃ - просмотр текстового файла. Этот режим вызывается быстрее, но позволяет просматривать только текстовые файлы и не имеет некоторых возможностей, доступных при просмотре с помощью нажатия клавиши F₃;

Alt-F₄ - редактирование файла с помощью альтернативного редактора (если, при нажатии F₄, используется встроенный редактор Norton Commander, то при нажатии Alt-F₄ - внешний редактор и наоборот);

Alt-F₅ - сжатие выделенных файлов (помещение их в архив);

Alt-F₆ - извлечение файлов из выделенных архивов;

Alt-F₇ - поиск файла на диске;

Alt-F₈ - просмотр и повторное выполнение ранее введенных команд;

Alt-F₉ - переключение с 25 на 43 (для монитора EGA) или 50 (для монитора VGA) строк на экране и наоборот;

Alt-F₁₀ - быстрый переход в другой каталог.

Ctrl-F₁ - вывести или убрать левую панель;

Ctrl-F₂ - вывести или убрать правую панель;

Ctrl-F₃ - сортировать файлы в текущей панели по имени;

Ctrl-F₄ - сортировать файлы в текущей панели по расширению;

Ctrl-F₅ - сортировать файлы в текущей панели по времени;

Ctrl-F₆ - сортировать файлы в текущей панели по размеру;

Ctrl-F₇ - не сортировать файлы в текущей панели;

Ctrl-F₉ - напечатать выделенный файл или группу файлов.

Практически каждый пользователь компьютера встречается с необходимостью подготовки различных документов - писем, статей, отчетов, рекламных материалов, иллюстраций и т.д. Для этих целей в настоящее время создано большое число специальных программ-редакторов.

Программы-редакторы можно разделить на следующие виды:

1. Издательские системы - используются для оформления журналов, книг, монографий, подготовки рекламных буклетов.

2. Текстовые редакторы - для подготовки писем, статей, отчетов, таблиц и т.д.

3. Графические редакторы - для представления числовой информации в графическую форму, для рисования схем, чертежей, рисунков.

4. Программы-редакторы для изготовления форм документов, таблиц, отчетов.

Однако следует отметить, что приведенная классификация редакционных программ относительна в том смысле, что эти виды могут объединяться в одной программе или разбиваться на более специализированные. Для примера рассмотрим наиболее простой, в настоящее время широко распространенный текстовой редактор "LEXICON".

После входа в редактор, экран монитора будет представлен в следующем виде: Для входа в меню нажмите F₁₀ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0

ТекстЛексикаАбзацФрагментСтраницыНайтиЗаменитьМеткаПрыгШрифтДОСВыход

ДОК РАВ ПЕР ШРО D:\lex1.txt (472 198.44) РУС 25 мар 12:28

Первая строка состоит из комментариев к пунктам меню и номеров текущего окна. Вторая строка управляющее меню "LEXICON". Для входа в меню нажимается клавиша F10, при этом выделяется 1-ый пункт меню "текст". Передвижение по пунктам меню осуществляется клавишами с изображением стрелочек, запуск выделенного пункта меню осуществляется клавишей ENTER.

При нажатии ENTER, появляются подпункты меню, выделенного пункта меню. Их запуск и изменение осуществляется так же как и пункты основного меню. При работе с меню или подменю в первой строке появляются комментарии по виду действий с этими пунктами.

Третья строка информационная, в ней имеется четыре поля. В первом поле высвечиваются режимы работы редактора. Во втором - имя файла и координаты курсора. В третьем - режим языка ("РУС","ЛАТ"), переключение с русского на латинский текст и обратно осуществляется нажатием клавиши F 49 0. В четвертом поле - текущая дата и время.

Ниже третьей строки располагается окно LEXICON, в которое можно набирать текст с клавиатуры или редактировать текст, вызванный из файла. Причем в версии лексикона может быть до 10 окон. Переключение окон осуществляется клавишами ALT - 0, ALT - 1,..., ALT - 9. Номер текущего окна выделяется в верхней строке.

В последней строке на экране дается информация о номере окна, признак документа, диск и наименование окна и файла.

В информатике, программировании существует такое понятие базы данных. Под этим понятием понимают, как правило, обширные наборы данных, относящихся к определенной проблемной области, хранимые во внешней памяти ЭВМ в виде совокупности логически связанных между собой файлов. Комплекс программ, предназначенный для организации, введения и использования информации, хранящейся в базе данных, называют системой управления базой данных (СУБД). Предположим необходимо создать базу данных о существующих видах заболеваний, их диагностике и лечении (медицинская память). Пользователь должен описать количество полей, из которых состоит каждая запись, имена этих полей, их размер, характер информации, заносимой в то или иное поле, учесть возможность пополнения базы данных. Затем, вызывая последовательно эти поля, необходимо их заполнить конкретной информацией и вернуть их в базу данных.

СУБД позволяет активно работать с этой информацией:

- выполнить выборку записей, удовлетворяющих определенным условиям, сортировать,

- упорядочить и корректировать их. Например, выбрать всю информацию о заболеваниях сердечно-сосудистой системы, печени или других органов и систем.

В любой отрасли знаний пользователь встречается с необходимостью хранения информации в виде определенных таблиц. Например, сведения об успеваемости и дисциплине всех студентов ВУЗа. Программное обеспечение извлечения, систематизации и обработки этих данных носит название электронных таблиц. В любой момент пользователь может извлечь сведения о конкретном студенте, группе, курсе, факультете, определить средний балл, качество учебы, сравнить с предыдущими годами обучения, произвести графическую обработку и т.д.

Рабочей программой мы будем называть программу, которая позволяет решать определенную задачу (или группу однотипных задач) в конкретной области знаний, например, в экономике, социологии, физике, химии, биологии, медицине и др. Решение любой задачи с помощью ЭВМ, согласно теории программирования, включает несколько этапов.

1. Постановка задачи. Этот этап отражает цели, пути решения, трактовку результатов в терминах области знаний решаемой задачи. На этом этапе участвуют как специалисты в данной области знаний, так и инженер-программист.

2. Составление алгоритма решения. Алгоритм - это последовательность шагов, действий, операций, ведущих от исходных данных к результату. Алгоритм выполняется, как правило, графически с текстовым пояснением по определенным правилам теории программирования. Этот этап прерогатива программиста.

3. Собственно программирование. Дело в том, что алфавит любой машины состоит из двух цифр 0 и 1. Поэтому машина с помощью специальных команд, операторов переводит выражения, слова, буквы, символы в понятный ей двоичный код. Т. о. программирование есть перевод алгоритма на язык машины.

4. Отладка программы - это устранение ошибок (грамматических, тактических) и, по возможности, решение задачи на известных данных с известным результатом. Это трудоемкий процесс, поэтому, сейчас он решается не в ручную, а самой машиной с помощью специальных программ-трансляторов.

5. Решение задачи с вводом экспериментальных данных и получением конечных результатов.

6. Анализ полученных результатов.

Более подробно рассмотрим третий этап решения задачи - программирование. Команды программы для ЭВМ могут задаваться различными способами с помощью специальных языков программирования.

В начале развития электронно-вычислительной техники (ЭВТ) разрабатывались и применялись так называемые машинно-ориентированные языки, т.е. языки, которые были понятны только данному классу машин. С развитием ЭВТ и их все более широким использованием, создавались проблемно-ориентированные языки, которые применялись только для решения задач в конкретной области знаний - экономике, управлении производством, математике, физике, биологии, медицине и т.д.

В настоящее время применяются универсальные языки программирования, которые позволяют использовать составленные программы практически для любых видов ЭВТ в любой области знаний. К наиболее простым и часто используемым универсальным языкам относятся Паскаль (Paskal) и Бейсик (Basic). Мы рассмотрим операторы и команды Бейсика.

Язык Бейсик был создан в 1963 году американскими профессорами Джоном Кемеди и Томасом Курцем. В настоящее время существует более 50 вариантов, диалектов, версий Бейсика. Как и каждый язык программирования, Бейсик имеет алфавит, он представляет собой следующие группы символов:

а) прописные латинские буквы A,B,C,...,Z;

б) прописные русские буквы А,Б,В,...,Я (кроме Е и Ъ);

в) цифры 0,1,2,...,9;

г) знаки арифметических операций:

^ - возведение в степень;

* - умножение;

+- сложение;

/- деление;

- - вычитание;

д) знаки отношений:

=- равно;

> - больше;

< - меньше;

>=- больше или равно;

<=- меньше или равно;

<> - не равно;

е) грамматические и специальные символы:,,:,;, ", (), %, $, #,& и другие.

В Бейсике существуют два вида переменных величин - текстовые и числовые, причем, числовые переменные делятся на целые и действительные. Текстовые переменные - это набор фамилий, городов, однотипных слов и т.д. Целые числовые - 0, 1, 125, -346 и т.д. Действительные числа - 0,01, 0,051, 12,03, -24,7,..., причем, действительные числа можно записывать в виде: первое -.01, второе - 51Е-3, Е означает десять в степени числа, следующего за Е. Каждое переменное в Бейсике имеет имя, которое состоит из букв латинского алфавита или букв и цифр, кроме того, в имени добавляется признак переменной, например: - текстовая, % - числовая целая, $ - числовая действительная, хотя признак добавлять не обязательно.

При составлении программы на языке Бейсик, соблюдаются определенные правила:

- программа представляет собой совокупность пронумерованных строк.

- номера строк располагаются в программе в возрастающем порядке и в таком же порядке выполняются ЭВМ. Номера, как правило, возрастают на 10 единиц в каждой следующей строке, чтобы, при необходимости, можно было вставить дополнительную строку, не меняя номера последующих строк.

- за номером строки следует оператор, который состоит из ключевого слова и пояснения. Строка может быть представлена несколькими операторами, тогда они разделяются специальным знаком: \,: или другими.

- после набора строки, необходимо нажать клавишу ENTER, тогда строка заносится в оперативную память ЭВМ.

Рассмотрим наиболее часто употребляемые в Бейсике операторы.

1. Оператор присваивания LET (лет) - означает "пусть", "допустим". После ключевого слова LET записывается имя переменной, знак равенства и после равенства числовое, алгебраическое или текстовое выражение.

10. LET A=5 (пусть А равно 5)

10. LET A=B*10

10. LET A=B^3

10. LET A="хорошо"

Оператор LET - единственный оператор, в котором ключевое слово можно не писать. Так вместо LET A=5, можно написать просто A=5.

2. Оператор печати PRINT (принт) - "печатать". Если после ключевого слова PRINT идет текстовое выражение, то оно ставится в кавычках, в остальных случаях кавычки не ставятся. Формат оператора PRINT:

10. PRINT "Здравствуйте, я персональный компьютер" - встретив этот оператор, ЭВМ на экране видеомонитора печатает текст без кавычек

10 PRINT 457.23 - печатается 457,23

10 PRINT "сегодня"; 8; "января"; 1999; "года" - печатается сегодня 8 января 1999 года

10 A=5

20 B=10

30 C=A+B

40 PRINT C - печатается цифра 15, если 40 PRINT "C="; C, то печатается C=15.

3. Оператор ввода INPUT (инпут) - ввести. После ключевого слова ставится только имя (или имена) переменных. Формат команды: 10 INPUT A или INPUT A, B, C,.... Встретив этот оператор, ЭВМ останавливается, выводит на экран знак вопроса и ждет, когда с клавиатуры будут введены числовые значения переменной (переменных). После ввода чисел нажимается "ENTER", машина будет продолжать выполнение последующих команд.

4. Очень часто вместо оператора INPUT, особенно когда требуется ввод многих переменных, используется два оператора DATA и EAD (дейт и рид) - данные, читай. Эти операторы не могут использоваться раздельно. Формат операторов:

10 READ A, B, C, - этот оператор обязательно по номеру строки должен стоять перед формулой вычисления или статистической обработки, иначе ЭВМ остановится и выдаст сообщение о нехватке данных. Встретив оператор READ, ЭВМ будет искать оператор DATA и выбирать из него числа в той последовательности, в которой указаны имена в операторе READ.

Формат оператора DATA: (он может находится в любой строке программы, но перед оператором STOP или END).

120 DATA 1,6, 20, 11,5, 1,8, 19,6, 11,4,....

ЭВМ выберет из ряда чисел столько, сколько имен указано в операторе READ, произведет вычисление и выдаст результат.

5. ЭВМ выполняет программу последовательно по порядку нумерации строк. Однако, в некоторых случаях этот порядок нарушается. Для этой цели используются специальные операторы.

а) оператор безусловного перехода GOTO (гоу ту) - идти к. Например, оператор 60 GOTO 110 заставляет перейти с 60 строки к 110, игнорируя строки 70, 80, 90, 100.

б) оператор условного перехода IF THEN (иф зен) - если, то. Например: 60 IF A=5 THEN GOTO 200 - это означает, если выполняется условие А=5, то нужно перейти к выполнению оператора под номером 200. Если условие не выполняется, то ЭВМ переходит к следующей по номеру строке, т.е. к 70.

в) оператор организации цикла FOR TO STEP NEXT. Формат оператора:

50 FOR K=4 TO 20 STEP1

60 |

70 | тело

80 | цикла

90 |

100 NEXT K

Здесь 4 и 20 - начальные и конечные значения вычислений, 1 - шаг вычислений, строки 60-90 - тело цикла, т.е. вид выполняемых операций, NEXT - отмечает конец цикла. Вычисления будут повторяться до тех пор, пока К не превысит значения 20.

6. Операторы останова: END - ставится в конце программы(100 END), STOP - оператор временного прерывания программы.

Примеры простейших программ:

10 PRINT "Вычисление площади цилиндра"

20 PRINT "Введите радиус основания и высоту цилиндра"

30 INPUT R,H

40 S=PI*R^2*2+2*PI*R*H

50 PRINT "S="; S

60 END

После запуска программы, на экране высветятся две первые строки (текст без кавычек и знак?). После введения с клавиатуры значений R и H на экране появится результат вычислений в виде S=(число).

10 PRINT "Вычисление площади и объема конуса"

20 READ R, L

30 S=PI*R*(R+L)

40 V=PI*R^2*SQR(R^2-L^2)/3

50 PRINT "S="; S; "V="; V

60 GOTO 20

70 DATA 1.6, 8.2, 1.9, 8.5, 1.7, 8.0

80 END

После запуска программы на экране появится 3 пары значений S и V в виде

S=V=

S=V=

S=V=

ЭВМ вычисляет каждое значение S и V по формулам строк 30 и 40, выбирая из оператора DATA 2 числа, возвращаясь каждый раз через оператор GOTO к 20 строке. Все вычисления производятся автоматически, пока не будут выбраны все числа из оператора DATA.

Кроме основных перечисленных операторов, в Бейсике для запуска, редактирования, сохранения, стирания программ существуют специальные команды:

- LIST (лист) - выводит программу или отдельные строки на экран

- RUN (ран) - запускает программу

- NEW (нью) - очищает оперативную память ЭВМ

- SAVE (сейв) - сохраняет программу (записывает ее под определенным именем в файл на диске)

- LOAD (лоэд) - переносит программу из файла на диске в оперативную память.

Эти команды не могут встречаться в строках программы, а вводятся либо с клавиатуры либо со специальных программ-оболочек.