Лекция 11. программное обеспечение

Автор: ·

Рассматриваются основные понятия о вычислительной системе – совокупности программного и технического обеспечения, их структура.

Структура ПО:

1.Базовое программное обеспечение (ПО).

1.1. Системное ПО — программы обеспечения взаимодействия пользователя и компьютера.

1.1.1.Операционные системы ( ОС ) — программы ОС ( отладчики, загрузчики и т.д.).

1.1.2.Программы обеспечения связи с устройствами (драйверы), тестирования их.

1.2. Инструментальное ПО (программы для массовой разработки других программ).

1.2.1.Трансляторы с языков программирования.

1.2.2.Интерфейсные системы – программы разработки интерфейса.

1.2.3.Проблемно-ориентированные инструментальные системы

2.Прикладное ПО — программы для решения прикладных задач пользователя.

2.1. Автономные программы (программы, не связываемые с другими из прикладного ПО).

2.2. Библиотеки программ (программы, организованные по принципу библиотек книг).

2.3. Пакеты прикладных программ, ППП (проблемно-ориентированные прикладные системы).

3.Специальное (уникальное) ПО — программы, используемые для решения уникальных проблем).

Охарактеризуем программное обеспечение (ПО) компьютера (компьютерной системы, сети).

Наиболее сложный и важный элемент ПО – это ОС.

ОС – совокупность программ, которые обеспечивают работу всех основных устройств компьютера, всех программ и данных, используемых на компьютере при решении задач.

Основными функциями ОС являются:

  1. выполнениеочередного по приоритету задания и отслеживание очередности;
  2. управлениераспределением данных в памяти и извлечением их из памяти;
  3. управлениеустройствами, их актуализация по мере необходимости (по требованиямпрограмм);
  4. восстановлениеработоспособности при сбоях;
  5. управлениеработой арифметико-логического командного устройства процессора.

Данные, привлекаемые при решении задач, ОС с помощью специальных программ отображает на реальные физические структуры, носители данных. [u4]Для этих целей используется так называемая файловая система обмена данными между программами пользователя и ОС.

Файл – именованный структурированный набор однотипных последовательностей данных, обычно хранимый на внешнем носителе и копируемый для работы с ним по мере надобности в ОЗУ. Файловая система должна обеспечивать выполнение основных операций над файлами: создание, модификация (в том числе расширение и сжатие), уничтожение, чтение (запись), перемещение файла. Файловая система ведет справочник файлов, где регистрируются файлы активные, используемые в данном задании в данный момент.

ОС бывают различного типа:

  • однозадачные,используемые для решения в каждый момент времени только одной задачи;
  • многозадачныемультипрограммной обработки, загружающие в ОЗУ последовательность (пакет)независимых задач, а затем решающие эти задачи по очереди, выделяя каждойиз них ресурсы компьютера (память, процессор, внешнее устройство) нанекоторый промежуток времени, например, на 0,1 с (за такой небольшойпромежуток времени компьютер с быстродействием 1 млн операций в секунду иочередностью в 10 программ, в каждой программе произведет около 100000операций);
  • реальноговремени, которые обрабатывают порции данных по мере их поступления отисточника информации, например от летящей ракеты и др.

Инструментальная система – это программная система для ускоренной разработки каких-то других программ (или обработки данных), как системных или прикладных, так и новых инструментальных.

Пример. Рассмотрим инструментальную среду – графический редактор, который позволяет визуализировать графические объекты двумя основными способами: векторно или растрово. Векторный подход динамически постепенно формирует на экране (который рассматривается как некоторое координатное пространство) объект по его представлению, составленному из графических примитивов. Растровый подход формирует на экране весь объект целиком на основе его макета (шаблона, графических примитивов в видеопамяти), состоящего из отдельных кластеров пикселей в некоторой пиксельной двухмерной матрице (аналоге листа для рисования с декартовой системой координат). В этой матрице записывается информация о яркости и цвете кластера изображения (на один пиксель иногда 1-2 байта и более), а сама матрица может иметь размерность 1024×1024 пикселей и более. Сформированное в пиксельной матрице изображение хранится в видеопамяти дисплея и выводится на экран в режиме кадровой регенерации. Изображение в цвете (рисование в цвете) – это манипуляция пикселями этой матрицы. Графические 3D -редакторы изображений позволяют не только конструировать 3D -объекты, но и перемещать их по задаваемой траектории, то есть осуществлять анимацию. Одной из мощных графических сред является пакет 3D -Studio Max фирмы Autodesk. Кроме этого пакета, широко используются графические пакеты:

  • GRAFLotusFreelance– для работы с деловой и компьютерной графикой;
  • Splash и Fanta – для работы в области дизайна икомпьютерных фильмов;
  • AutoCAD – дляавтоматизации проектно-конструкторских работ;
  • CorelDraw, PaintBrush, AdobeIllustrator– для разнообразных приложений.

Проблемно-ориентированные инструментальные системы служат для решения достаточно широкого класса задач некоторой профессиональной, проблемной ориентации: САПР – системы автоматизации проектирования, АСУ – автоматизированные системы управления, АРМ – автоматизированные рабочие места, СУБД – система, обеспечивающая интерфейс программ пользователя и данных из базы данных, ЭС – экспертные системы, системы накопления, хранения и актуализации опыта, знаний, умений, навыков (экспертных суждений) экспертов и др.

Автономные программы – это те программы, которые в громадном количестве ежедневно разрабатываются и используются для различных прикладных целей (обучения, вычисления, моделирования и т.д.).

Библиотеки программ – совокупность программ для решения задач определенной направленности (например, решения систем алгебраических уравнений), с описанием, каталогом, инструкциями и размещенные на внешних носителях таким образом, чтобы иметь возможность легко подключаться к решаемой задаче (к выполняемой программе) по ходу ее решения.

Пакет прикладных программ (ППП) состоит из следующих обязательных частей:

  1. описание,представление класса задач, решаемых с помощью ППП;
  2. комплекспрограмм, обеспечивающих построение прикладных программ ППП (технологической цепочки);
  3. комплексприкладных программ, обеспечивающих решение задач из предметной области ППП ;
  4. входной язык(язык запросов) ППП ;
  5. база данных дляхранения данных, передача их модулям ППП ;
  6. монитор(управляющая программа) ППП, обеспечивающаяввод задания (запроса), его расшифровку и построение технологическойцепочки из модулей ППП для поиска ответа.

Пример. Простым и универсальным студенческим пакетом статистического анализа данных является пакет SPSS. Интерфейс пользователя с SPSS для Windows реализуется с помощью простых меню и диалоговых окон, то есть SPSS свободна от использования специально изучаемого командного языка пакета. Имеется редактор Data Editor для визуального контроля вводимых данных, функционально аналогичный редакторам табличных процессоров, например, Excel. По столбцам отображаются варьируемые переменные, а по строкам – наборы их вариации, причем с каждой из переменных можно ознакомиться путем вызова ее имени. Ввод данных – аналогичен вводу данных табличного типа (например, в Excel ). В диалоговых окнах можно определять (вводить или вычислять) сложные выражения, используемые далее в расчетах. Есть возможность применения различных законов случайного распределения. Более мощным (но и более сложным в изучении и использовании) является математический пакет MathCAD.

Функциональная система интегрированного пакета программ состоит не из модулей (как в ППП), а из ППП.

Пример. Наиболее распространенный интегрированный пакет прикладных программ – MS Office (пакет автоматизации работы в офисе). В его ядро входят следующие пакеты: Word – текстовый редактор, Excel – электронная таблица, Access – СУБД, PowerPoint – система презентации и др.

Специальное (или уникальное) ПО разрабатывается для решения очень важных, уникальных проблем.

Пример. К такому классу ПО можно отнести программную систему управления кораблем Буран.

Лекция 14. Введение в информационные технологии

Обзор и классификация новых информационных технологий, тенденции развития этих технологий.

Процесс получения (актуализации) и хранения в компактном виде (структур данных) называется в информатике информационной технологией.

Новая информационная технология – информационная технология на базе новых, компьютерных средств получения, хранения, актуализации информации (знаний).

В узком понимании, новая информационная технология – использование вычислительной техники и систем связи для создания, сбора, передачи, хранения, обработки информации или часть информационного бизнеса.

Взглянем на новые информационные технологии, ограничиваясь их содержательным простым обзором, с учетом того, что две важные информационные технологии – математическое и компьютерное, имитационное моделирование — уже были нами рассмотрены выше. Отметим лишь, что математическое моделирование – старая информационная технология, в отличие от компьютерного моделирования, являющегося новой технологией.

1.Технология баз данных (БД) и систем управления БД ( СУБД ). БД – достаточно большие наборы структурированных данных некоторой предметной области, представленные на машинных носителях и имеющие общую и удобную структуру, единые организационно-методические, программно-технические и языковые средства обеспечения использования данных различными программами пользователей. В последнее время распространяется технология удаленных БД. Она базируется на коллективном доступе пользователей к информационным ресурсам, сосредоточенным на едином компьютере ( хост-компьютере ), в диалоговом режиме по сетям передачи данных. Информационные услуги – широкие, благодаря наличию разнообразных средств поиска, обработки и выдачи информации. Особенность данной технологии – предоставление пользователю только информационных услуг, а не непосредственно информационных продуктов, в результате чего он получает (оплачивает) только действительно нужную информацию.

СУБД – программная система, обеспечивающая общение (интерфейс) программ пользователя и данных из БД. Это общение происходит на специальном непроцедурном языке логического представления данных и структур данных, сами данные описываются средствами также специального языка представления данных, программы пользователя при этом могут быть написаны на языке программирования. СУБД должна иметь средства, которые позволяют сформулировать запрос к БД (поиск, сортировка и т.д.) на языке, близком естественному и понятному пользователю, но в то же время формальному, реализованному на ЭВМ. Такие языки называются языками запросов к базам данных и относятся к языкам непроцедурного типа.

Пример. База данных ГИБДД всех владельцев автотранспорта, из которой по запросам сотрудников ГИБДД можно оперативно извлечь, скажем, данные о владельце машины по номеру ее госрегистрации.

2.Технологии хранилищ данных и интеллектуального анализа данных. Хранилище данных – очень большая специализировнная БД и программная система, предназначенная для извлечения, коррекции (чистка, правка) и загрузки данных из источников в БД с многомерной структурой, включая средства упрощения доступа, анализа с целью принятия решения. Интеллектуальный анализ данных ( Data Mining ) – автоматический поиск скрытых (не лежащих на поверхности) в больших базах данных взаимоотношений и связей с помощью математического и инфологического анализа, выделения законов (трендов), классификации и распознавания и т.д. Специальные модели и алгоритмы анализа извлекают из больших баз данных или из других хранилищ данных, например, электронных таблиц) знания, позволяющие агрегировать, интегрировать и детализировать эти данные, и самое главное – принимать на их основе решения. Это, по сути, идентификация скрытых в них зависимостей.

Пример. Хранилища данных собирают и централизуют текущую информацию о состоянии дел корпорации, о ее услугах, клиентах, поставщиках и предоставляют аналитические и отчетные инструменты. С помощью анализа финансовых отчетов фирм можно их разбить на классы по их финансовой устойчивости, по вероятности их банкротства, что поможет банку-кредитору осуществлять политику их кредитования более эффективно. Интеллектуальный анализ данных в геоинформационных системах может помочь обнаружить и визуализировать участки земной коры с залежами нефти, газа, сейсмоопасные. В бизнесе такой анализ может осуществляться для оценки надежности клиентов, выявления мошенничества, интерактивного маркетинга, анализа трендов и др. то есть для Business Intellegence.

3.Технология баз знаний (БЗ) и экспертных систем (ЭС). БЗ – накопление, структурирование и хранение с помощью ЭВМ знаний, сведений из различных областей таким организованным способом, что можно иметь доступ к этим знаниям, расширять эти знания, получать, выводить новые знания и т.д.

Пример. БЗ по хирургическим операциям брюшной полости, из которой молодой и неопытный хирург в экстренной хирургической ситуации может извлечь необходимую информацию об операции; сама же БЗ разработана на основе знаний высокопрофессиональных и опытных хирургов.

ЭС – накопление опыта, знаний, умений экспертов, их структурирование и хранение, актуализация с помощью ЭВМ с целью получения экспертных суждений по различным проблемам данной области.

Пример. Примером ЭС Хирург может быть экспертная система, построенная на основе приведенного выше примера БЗ.

4.Технология электронной почты и телекоммуникационного доступа к удаленной от пользователя информации, носителю информации, собеседнику – человеку или компьютеру. Электронная почта – система передачи сообщений с помощью компьютера отправителя и приема их с помощью компьютера получателя. При этом сообщение отправителя преобразуется из цифровых кодов (например с помощью модема) в коды электромагнитных колебаний, передаваемые по телефонным каналам, а ЭВМ адресата производит обратное преобразование. Развитие сетей связи – виртуальные локальные вычислительные сети, объединяющие пользователей не по территориальному принципу, а по профессиональным интересам. Телеконференция – обмен сообщениями (докладами) между участниками (подписчиками) конференции, объявленной на электронной доске объявлений в сети Интернет. С помощью телеконференций можно проводить консалтинг, обучение, совещание, автоматизацию офиса и др. Базовая система проведения видеоконференций обычно включает: мощную рабочую мультимедийную станцию; видеокамеру и специаль