Файл: Состав и свойства вычислительных систем, информационное и математическое обеспечение вычислительных систем. Устройство современных компьютеров.pdf

Внешние устройства подключаются через специальные унифицированные разъемы, выходящие обычно на заднюю панель системного блока. Современные устройства также могут подключаться по беспроводным технологиям через инфракрасный порт.

Внешний вид современного персонального компьютера представлен на рисунке 6.

Рисунок – Современный персональный компьютер

Устройства ввода информации – клавиатура, мышь, различные дисководы, устройства флеш - памяти, сканеры, цифровые фотоаппараты и видеокамеры, устройство звукового ввода – микрофон.

Устройства вывода информации – принтер, графопостроитель, звуковые колонки, различные дисководы, устройства флеш - памяти.

Монитор является универсальным устройством отображения информации.

Программное обеспечение подробно рассмотрено в следующей части.

2 Информационное и математическое обеспечение информационных систем

2.1 Программное обеспечение современного компьютера

Аппаратуры недостаточно для полноценного функционирования электронно-вычислительной машины. Компьютер – это совокупность аппаратуры и программ, под управлением которых он работает.

Набор программ, под управлением которых функционирует компьютер, а также выполняются профессиональные задачи пользователя, называется программным обеспечением.

Классификация программного обеспечения представлена на рисунке 7.

Рисунок – Классификация программного обеспечения

Программное обеспечение современных персональных компьютеров состоит из большого количества различных программ, которое условно делят на три большие группы:

• системное программное обеспечение (системные программы);  
• прикладное программное обеспечение (прикладные программы);  
• инструментальное обеспечение (инструментальные системы).

К системному программному обеспечению относят программы, которые управляют работой узлов компьютера и реализуют разные вспомогательные (сервисные) функции, такие, как:

• создание резервных копий информации
• управление ресурсами компьютера
• проверка исправности компонентов компьютера
• предоставление справочной информации о ПК.

Эти программы служат для всех категорий пользователей, нужны для обеспечения эффективной работы компьютера и пользователя, и для оптимального режима решения прикладных задач.  

---

Основное место среди системных программ принадлежит операционным системам.

Операционная система  представляет собой комплекс программ, необходимых для управления запуском, загрузкой и непрерывного безошибочного выполнения различных программ пользователя. Операционная система также управляет и планирует распределение вычислительных ресурсов компьютера.

Операционная система обеспечивает выполнение операций ввода/вывода информации, содержит специальные программы - драйверы для работы периферийных устройств, а также предоставляет пользователю удобные инструменты для работы с файловой системой.

В настоящее время пользователям предлагается большой выбор операционных систем, которые имеют свои особенности. В нашей стране большей частью используется операционные системы семейства Windows, разработанные компанией Microsoft.

На рисунке 8 представлен внешний вид одной из версий операционной системы Windows.

Рисунок – Операционная система Windows

Можно сказать, что операционная система управляет работой компьютера с момента его включения до окончательного отключения питания.

Прикладное программное обеспечение  служит для решения профессиональных задач. В его составе прикладного программного обеспечения выделяют прикладные программы и пакеты прикладных программ различного назначения.

Прикладной программой называют произвольную программу, которая предназначена для решения задач в пределах некоторой проблемной области.

Пакетами прикладных программ называются определенным образом скомпонованные комплексы прикладных программ, рассчитанные на общее применение в некоторой проблемной области и дополненные соответствующей технической документацией.

Таким пакетом прикладных программ является, например, популярный среди пользователей пакет офисных программ Microsoft Office, включающий полный набор программ для выполнения офисной работы: текстовый редактор, электронные программы, мастер презентаций, почтовые клиенты.

Инструментальное программное обеспечение состоит из:

• систем программирования;
• интегрированных сред разработки приложений;
• средства моделирования программного обеспечения.

Системы программирования основаны на использовании одного из языков программирования – например, Basic, C++, Pascal и др.

Система программирования, как правило, содержит:

• редактор текстов (обеспечивает создание и редактирование программного кода на исходном языке программирования (исходных программ);
• транслятор;
• динамические и статические библиотеки подпрограмм.

---

Интегрированные среды разработки приложений (IDE) как правило включают в себя средства визуального программирования и позволяют вести разработку на нескольких языках программирования высокого уровня.

Системы моделирования позволяют решить широкий спектр задач – от математического моделирования (Matlab, MathCAD) до моделирования бизнес-процессов (IBM Rational Rose, ARIS Express и др.).

2.2 Сложные программные системы

Ежегодно увеличивается сложность и многообразие систем, которые в международной научно-технической практике получили название Software Intensive Systems – SIS - систем с интенсивным использованием программного обеспечения. Для таких систем говорят об информационном обеспечении – совокупности программного обеспечения и подготовленных для обработки данных.

Успех эксплуатации систем, принадлежащих к такому виду, полностью или значительно определяется программным обеспечением. Согласно классификации общепризнанного лидера в сфере информационных исследований и разработок Software Engineering Institute (институт программной инженерии университета Карнеги - Меллон) к классу SIS – систем можно отнести системы, в которых программное обеспечение является существенным сегментом по таким позициям, как функциональность системы, время разработки, ее стоимость, риски в процессе разработки.

Программные компоненты в SIS – системах осуществляют взаимодействие с компонентами и подсистемами различной природы и датчиками, друг с другом, приборами и людьми, включенными в процессы использования системы.

Системы, которые относят к классу SIS- систем:

• автоматизированные системы управления;
• бортовые системы управления транспортными средствами;
• корпоративные системы на базе web-сервисов;
• телекоммуникационные системы.

Обычной является практика разработки сложных систем, в которой участвуют сотни (тысячи) разработчиков.

В разработку таких систем вкладываются очень большие финансовые средства. Большое количество подсистем сложной системы включает программные системы.

Представленные программные системы получили название больших или сложных программных продуктов или программных комплексов. Кроме того, что сложные программные системы отличаются большим объемом, они имеют также ряд отличительных характеристик – востребованности таких систем пользователями (потенциальные покупатели услуг, предоставляемых системами), развитая практика обучения работе с системой и другие.

---

Как правило, для сложной программы присущи следующие свойства:

1. программа должна решать одну или несколько взаимосвязанных прикладных задач, часто изначально не имеющих четкой постановки, решение которых дает возможность определенному кругу организаций или частных лиц приобрести существенные выгоды от ее использования;
2. программа может быть не предназначена для решения определенных прикладных задач, но эффективное решение этих прикладных задач от нее зависит. Примером таких программ являются системные программы - операционные системы, СУБД (системы управления базами данных), разнообразные инструментальные системы;
3. очень важной характеристикой является удобство программы в эксплуатации. Программа должна быть хорошо и полно задокументирована, иметь полный набор документов для обучения работе с программой и специальную документацию для администраторов;
4. от программы требуются высокая производительность, высокая реактивностью и иные требования, невыполнение которых может привести к существенным для клиентов потерям;
5. программа должна обеспечивать высокую надежность работы. Ошибки и сбои в работе могут нанести значительный ущерб клиентам и другим организациям и лицам, даже если они происходят редко;
6. программа должна удовлетворять требованиям совместимости, переносимости и интеграции с другим программным обеспечением, обеспечивать эффективную работу на разных аппаратных платформах;
7. пользователям, использующим программное обеспечение, возможно получить дополнительные выгоды за счет того, что программный продукт развивается, в него интегрируются новые функции, устраняются найденные ошибки и тонкие места. Для того, чтобы продукт можно было развивать, необходимо изначально разработать проектную документацию, на основе которой программа может дорабатываться любыми специалистами;
8. разработкой продукта занимается большой коллектив программистов, взаимодействующих между собой, а также тестеров программного обеспечения;
9. большое количество прямых и косвенных пользователей.

Появление и развитие больших систем объясняется ростом количества и распространением компьютерной техники, а также повышением ее социальной роли (рисунок 9).

Рисунок – График роста единиц компьютерной техники

В качестве примеров больших систем можно привести операционные системы Windows, Linux и другие, библиотеки классов C# или Java, системы сетевых протоколов и т.д.

---

Развитие Российского рынка IT- технологий представлен на рисунке 10.

Рисунок - Развитие Российского рынка IT- технологий

По рисунку видно, что развитие происходит с периодическими кризисами, но все же является поступательным. Тенденция развития российского IT – сектора совпадает с аналогичными мировыми тенденциями.

2.3 Понятие архитектуры программной системы

С началом развития электронной вычислительной техники термин «архитектура» изначально применяли только по отношению аппаратуры компьютеров. Обсуждалась архитектура электронно-вычислительных машин, архитектура компьютерных сетей, архитектура вычислительных комплексов.

С развитием и усложнением программного обеспечения, выделением разработки программных продуктов в отдельную мощную отрасль, в которой задействовано большое количество людей, термин «архитектура» начали применять и в отношении компьютерных программ.

В настоящее время дисциплина программных архитектур и их проектирования интенсивно развивается.

Пример программной архитектуры сложной системы – автоматизированной информационной системы службы медицинского обслуживания представлен на рисунке 11.

Рисунок – Программная архитектура сложной системы

Согласно действующему стандарту (IEEE Std 1472000 - IEEE 1471 «Рекомендуемые методы описания архитектуры преимущественно-программных систем»):

«Архитектура – это базовая организации системы, воплощенная в ее компонентах, их отношениях между собой и с окружением, а также принципы, определяющие проектирование и развитие системы».

Также архитектура определяется как набор согласованных между собой документов, который определяет и описывает программную архитектуру с точки зрения разных групп заинтересованных пользователей при помощи набора модулей.

Архитектура часто имеет несколько представлений, отражающих интересы и потребности разных групп разработчиков и пользователей.

Многоуровневая архитектура «клиент – сервер» представлена на рисунке 12.

Рисунок - Многоуровневая архитектура «клиент – сервер»

Конструктивно архитектура программной системы, как правило, является совокупностью ответов на вопросы:

• каково назначение системы (что она делает);
• какие составные части имеет система (структура системы);
• как взаимодействуют составные части системы (как система работает);
• каково размещение всех частей системы.

---