Программное обеспечение и операционная система персонального компьютера

Если в памяти компьютера отсутствуют программы, то компьютер в принципе не способен выполнять какие либо действия и в таком качестве просто бесполезен. Чтобы компьютер функционировал, в его оперативную память должна быть загружена и запущена на выполнение какая‑то программа. В связи с этим ряд программ входят в состав персонального компьютера в виде его неотъемлемой части. Эти программы включаются в состав ПК при его изготовлении и находятся в основной памяти компьютера в ПЗУ. Они небольшие по объему занимаемой памяти и предназначены в основном для управления стандартными устройствами ввода-вывода данных, входящими в состав ПК. Этот набор программ называют базовым программным обеспечением ПК или базовой системой ввода‑вывода (системой BIOS). То, что основным предназначением программ системы BIOS является управление устройствами ввода-вывода данных, не случайно. Если бы таких программ в компьютере изначально не было, то ПК просто не имел бы принципиальной возможности осуществлять коммуникацию информации от источника к приемнику (например, обмениваться данными с внешними устройствами).

Разнообразие программ, находящихся в памяти компьютера, определяет возможности компьютера по выполнению той или иной полезной работы с информацией. Чем больше различных программ в компьютере, тем более широкими функциональными возможностями он обладает. Подавляющее большинство всех программ хранится в компьютере на устройствах внешней памяти. Туда же, при необходимости, записываются новые программы. В оперативную память программы загружаются только для выполнения, так как оперативная память не предназначена для нахождения в ней всех имеющихся в компьютере программ. Основным местом расположения в персональном компьютере различных программ является накопитель на жестком магнитном диске, известный также под названием "винчестер". Кроме того, состав компьютерных программ может расширяться и модифицироваться за счет внешней памяти со сменными носителями информации таких, например, как дискеты НГМД или компакт-диски CD-ROM.

Всю совокупность программ, находящихся в персональном компьютере, называют программным обеспечением ПК. По своему предназначению программы, входящие в программное обеспечение ПК, можно разделить на три группы, представленные на Рис. 16.

Системные программы предназначены для обеспечения удобства взаимодействия различных составных частей компьютера (как аппаратных, так и программных) между собой, а также с пользователем. Основная функция системных программ – посредническая. Системные программы реализуют специальные системные алгоритмы взаимодействия, называемые интерфейсами. Различают следующие виды интерфейсов:

· интерфейс между пользователем и программно-аппаратными средствами компьютера (пользовательский интерфейс);

· интерфейс между программным и аппаратным обеспечением (программно-аппаратный интерфейс);

· интерфейс между разными видами программного обеспечения (программный интерфейс).

Рис. 16. Состав программного обеспечения персонального компьютера

Служебные программы предназначены для контроля работоспособности компьютера и, при необходимости, настройки аппаратных или программных компонентов компьютера с целью повышения эффективности функционирования.

Прикладные программы ориентированы на обеспечение пользователя возможностью работы с различного вида информацией. Примером прикладной программы может служить программа, позволяющая пользователю работать с информацией, представленной в виде текстов – текстовый редактор.

Перечень прикладных программ, которые могут присутствовать в компьютере, в отличие от системных и служебных программ, практически не ограничен. Пользователь сам может формировать в компьютере тот набор прикладных программ, которые он считает полезными для себя, и менять их по своему усмотрению. Этого нельзя сказать относительно системных и служебных программ. Связано это с тем, что системные и служебные программы представляют собой взаимоувязанный комплекс программ, определяющий системные свойства компьютера, его особые потребительские качества. Если по каким-то причинам производится замена этого комплекса программ, то замена осуществляется целиком на другой подобный комплекс программ. В связи с указанными особенностями комплекса системных и служебных программ их вместе называют операционной системой компьютера.

Операционная система (ОС) полностью берет на себя организацию работы компьютера. Поэтому при включении компьютера с помощью программ системы BIOS осуществляется автоматическая загрузка в оперативную память и запуск операционной системы. Только после этого компьютер становится готовым к работе. Целиком ОС располагается на одном из устройств внешней памяти (как правило, на винчестере). При включении ПК в оперативную память грузятся (копируются) не все, а только необходимые компоненты операционной системы. Остальные компоненты догружаются по мере необходимости, а когда необходимость в них отпадает, их копии удаляются из оперативной памяти.

Важность операционных систем для компьютера настолько высока, что возникла целая отрасль их производства. Разработкой ОС целиком или отдельных компонентов ОС занимается значительное количество специализированных фирм. Лидером в производстве операционных систем для персональных компьютеров в настоящее время является фирма Microsoft (США). Первой операционной системой, принесшей фирме Microsoft мировую известность, стала ОС MS-DOS. Затем на смену MS-DOS пришли операционные системы семейства Windows. В настоящее время наиболее широко используются ОС Windows 95, Windows 98, Windows 2000, Windows NT. Принцип пользовательской работы с компьютерами, оснащенными указанными операционными системами, практически одинаков. Подавляющее большинство производимых в мире ПК оснащаются именно этими операционными системами. Интерфейсы пользователя всех ОС типа Windows практически идентичны, что сделало их, по сути, мировым языком (стандартом) взаимодействия с персональными компьютерами. Для того чтобы начать работать на компьютере пользователь обязательно должен изучить в необходимом объеме установленную на компьютере операционную систему. Прежде всего, необходимо изучить способ организации и хранения данных (файловую систему ОС) и пользовательский интерфейс.

Дальнейшее изложение принципов работы пользователя с компьютером будет ориентировано на использование ОС семейства Windows.

Файловая система ПК

Персональный компьютер (ПК) является универсальной информационной системой в том смысле, что позволяет хранить и обрабатывать информацию любой природы, предварительно представленную в виде набора двоичных данных. Первое, с чем сталкивается пользователь при работе с ПК, является освоение способов создания, хранения и организации доступа к информации. Рассмотрим основные принципы хранения и организации доступа к информации в ПК.

Хранение информации в персональном компьютере осуществляется на специальных устройствах, называемых устройствами внешней памяти. Одни устройства предназначены для работы с носителями информации, обеспечивающими работу с информацией в полном объеме - позволяют записывать информацию на носитель, оперативно изменять и считывать информацию с носителя (накопители на жестких или гибких магнитных дисках). Другие устройства позволяют только читать информацию, записанную на носителе, хранящем информацию в неизменном виде (компакт-диски или CD-ROM). Однако в любом случае важно знать, каким образом организовано хранение информации на устройствах внешней памяти ПК, и как до неё добраться.

Информация, которую пользователь может сохранять с помощью устройств внешней памяти ПК на носителях, может представлять собой тексты, документы сложной структуры, графические изображения, музыкальные произведения, различные программы и т.п. Однако, что бы из себя информация не представляла, она записывается на носитель и хранится на нём в виде двоичных данных - набора нулей и единиц. Для сохранения информации на носителе с помощью записывающего устройства внешней памяти ПК, необходимо найти на носителе свободное место и поместить туда соответствующий набор двоичных данных. Кроме того, когда нужная информация пользователю потребуется необходимо найти месторасположение на носителе этого набора двоичных данных и получить к нему доступ. Ясно, что пользователь ПК не имеет ни малейшего желания заниматься организацией данных, представленных в виде нулей и единиц, на устройствах внешней памяти. Иными словами компьютер должен обладать такой системой управления информацией на устройствах внешней памяти, которая бы требовала от пользователя только указания, какую информацию и на каком устройстве внешней памяти необходимо сохранить, или на каком устройстве внешней памяти и к какой информации необходимо обеспечить пользователю доступ. Реализацией подобных указаний пользователя в персональном компьютере занимаются специальные обслуживающие программы операционной системы ПК, обеспечивающие пользователю возможность удобной и эффективной работы с информацией, находящейся в компьютере.

Каждая ОС в своем составе имеет специальные программы, управляющие размещением информации на устройствах внешней памяти ПК и обеспечивающие доступ к ней. Совокупность средств ОС, обеспечивающих сохранение информации и доступ к информации на устройствах внешней памяти, называется файловой системой ПК.

Файл является основным средством хранения и организации доступа к информации в файловой системе ОС. Файлом называется средство файловой системы, предназначенное для хранения информации, которое создается ОС на внешнем носителе и получает собственное имя. Файл можно образно представить себе как ящик для хранения информации, на боку которого написано его имя. Файл занимает на внешнем носителе определенное место и может быть найден ОС по его имени. Файл может быть пустым, то есть, не содержать в себе ни какой информации. Все файлы, располагающиеся на одном и том же носителе информации, должны иметь разные (уникальные) имена. Проблемы, связанные с нахождением на носителе свободного места и выделением его для файла, целиком берет на себя операционная система. Пользователю при сохранении информации на носителе остается только задать имя создаваемого файла, под которым он будет представлен на носителе. В дальнейшем, указав только имя файла, пользователь может получить доступ к его содержимому.

Пользователь создает и модифицирует содержимое своих файлов с помощью различных прикладных программ (приложений), реализующих соответствующие технологии работы с информацией. Например, информационную технологию подготовки на компьютере текстовых документов обеспечивают приложения, предназначенные для работы с текстовой информацией. Запустив на выполнение одно из этих приложений, пользователь может подготовить информацию в виде документа с текстом. Созданный пользователем текст, при завершении работы приложения, сохраняется в файловой системе на указанном внешнем носителе в файле, которому пользователь предварительно присваивает имя.

Когда в файловой системе ПК накапливается большое количество файлов с различной информацией, у пользователя естественно возникают трудности с запоминанием имен всех файлов. Для устранения этих проблем файловая система ПК предоставляет пользователю возможность модифицировать структуру файловой системы, создавая в ней дополнительные системные средства для хранения файлов, называемые каталогами или папками. Папка, создается по запросу пользователя и рассматривается в файловой системе ПК как средство обособленного хранения файлов. Таким образом, пользователь может размещать свои файлы не только непосредственно на внешнем носителе, но и в созданных на нем папках. Более того, пользователь может создавать новые папки и внутри ранее созданных папок. Так как носитель в итоге содержит в себе всю информацию, то он рассматривается как особая системная (корневая) папка, которая содержит в себе все папки и файлы, но при этом сама ни в какой другой папке не находится.

Как и файлам, папкам присваиваются имена. Если папку создает для своих нужд пользователь, то и имена им он присваивает сам. Существуют, однако, в файловой системе компьютера особые папки, которые являются частью средств ОС и используются ею исключительно для своих системных нужд. Такие папки называют системными папками, имена им дают разработчики ОС и эти имена называют системными именами. Типичным примером системных имен являются имена папок, представляющих собой устройства внешней памяти компьютера.

Так как одни папки могут быть занесены в другие папки, то создаваемая пользователем для своих нужд система папок имеет, в общем случае, иерархическую структуру (Рис. 17). Линии, связывающие на рисунке одни папки с другими папками или файлами, указывают на их содержимое. Например, папка с именем П2 прячет в себе папку П3 и файл Ф2. Папка П3 содержит только один файл Ф1, а папка П1 вообще пока пустая. Вся же представленная на рисунке совокупность файлов и папок располагается на внешнем носителе (на устройстве внешней памяти), являющемся системной папкой с именем С:.