Общие понятия о программном обеспечении и файловой системе

Программное обеспечение — это совокупность программ, позволяющих осуществить на компьютере автоматизированную обработку информации. Оно делится на системное (общее) и прикладное (специальное).

Системное программное обеспечение обеспечивает функционирование и обслуживание компьютера, а также автоматизацию процесса создания новых программ. К системному программному обеспечению относятся: операционные системы и их пользовательский интерфейс; инструментальные программные средства; системы технического обслуживания.

Операционная система (ОС) — обязательная часть специального программного обеспечения, обеспечивающая эффективное функционирование персонального компьютера в различных режимах, организующая выполнение программ и взаимодействие пользователя и внешних устройств с ЭВМ.

Пользовательский интерфейс (сервисные программы) — это программные надстройки операционной системы (оболочки и среды), предназначенные для упрощения общения пользователя с операционной системой. Программы, обеспечивающие интерфейс, сохраняют форму общения (диалог) пользователя с операционной системой, но изменяют язык общения (обычно язык команд преобразуется в язык меню). Сервисные системы условно можно разделить на интерфейсные системы, оболочки операционных систем и утилиты.

Интерфейсные системы — это мощные сервисные системы, чаще всего графического типа, совершенствующие не только пользовательский, но и программный интерфейс операционных систем, в частности реализующие некоторые дополнительные процедуры разделения ресурсов.

Оболочки операционных систем предоставляют пользователю качественно новый по сравнению с реализуемым операционной системой интерфейс и делают необязательным знание последнего.

Утилиты автоматизируют выполнение отдельных типовых, часто используемых процедур, реализация которых потребовала бы от пользователя разработки специальных программ. Многие утилиты имеют развитый диалоговый интерфейс с пользователем и приближаются по уровню общения к оболочкам.

Инструментальные программные средс? пва (системы программирования) — обязательная часть программного обеспечения, с использованием которой создаются программы. Они включают в свой состав средства: написания программ (текстовые редакторы); преобразования программ к виду, пригодному для выполнения на компьютере (ассемблеры, компиляторы, интерпретаторы, загрузчики и редакторы связей); контроля и отладки программ.

Текстовый редактор позволяет удобно редактировать, формировать и объединять тексты программ и контролировать их синтаксис.

Программа, написанная на алгоритмическом языке, должна быть преобразована в объектный модуль, записанный на машинном языке (в двоичных кодах). Подобное преобразование выполняется трансляторами (ассемблером — с языка Assembler и компиляторами — с языков высокого уровня). Для некоторых алгоритмических языков используются интерпретаторы, не создающие объектный модуль, а при каждом очередном выполнении программы переводящие каждую ее отдельную строку или оператор на машинный язык.

Объектный модуль обрабатывается загрузчиком — редактором связей, преобразующим его в исполняемую машинную программу.

Средства отладки позволяют выполнять трассировку программ (пошаговое выполнение с выдачей информации о результатах исполнения), производить проверку синтаксиса программы и промежуточных результатов в точках останова, осуществлять модификацию значений переменных в этих точках.

Системы технического и сервисного обслуживания представляют собой программные средства контроля, диагностики и восстановления работоспособности компьютера, дисков и т. д.

Прикладное программное обеспечение обеспечивает решение пользовательских задач. Ключевым понятием здесь является пакет прикладных программ — совокупность программ для решения круга задач по определенной тематике или предмету.

Различают следующие типы пакетов прикладных программ:

• • общего назначения — ориентированы на автоматизацию широкого круга задач пользователя (текстовые процессоры, табличные редакторы, системы управления базами данных, графические процессоры, издательские системы, системы автоматизации проектирования и т. д.);
• • методо-ориентированные — реализованы разнообразные экономикоматематические методы решения задач (математического программирования, сетевого планирования и управления, теории массового обслуживания, математической статистики и т. д.);
• • проблемно-ориентированные — направлены на решение определенной задачи (проблемы) в конкретной предметной области (банковские пакеты, пакеты бухгалтерского учета, финансового менеджмента, правовых справочных систем и т. д.).

К прикладному программному обеспечению относятся сервисные программные средства, которые служат для организации удобной рабочей среды пользователя, а также для выполнения вспомогательных функций (информационные менеджеры, переводчики и т. д.).

Основными понятиями операционной системы являются понятия файла и файловой системы.

Файл (англ.у?/е) — объем однотипной информации, хранящийся на физическом носителе и имеющий собственные имя и расширение.

Файловая система (англ.//7е system) — регламент, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях информации. Она определяет формат физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов. Конкретная файловая система определяет размер имени, максимальный возможный размер и набор атрибутов файла.

Некоторые файловые системы предоставляют сервисные возможности, например разграничение доступа или шифрование файлов.

Когда прикладная программа обращается к файлу, она не имеет никакого представления о том, каким образом расположена информация в конкретном файле, на каком физическом типе носителя (CD, жестком диске, магнитной ленте или блоке флэш-памяти) он записан. Все, что знает программа, — это имя файла, его размер и атрибуты. Эти данные она получает от драйвера файловой системы. Именно файловая система устанавливает, где и как будет записан файл на физическом носителе (например, жестком диске).

С точки зрения операционной системы весь диск представляет собой набор кластеров размером от 512 байт (на маленьких дисках) и больше (до 128 Кбайт). Драйверы файловой системы организуют кластеры в файлы и каталоги (реально являющиеся файлами, содержащими список файлов в этом каталоге). Эти же драйверы отслеживают, какие из кластеров в настоящее время используются, какие свободны, какие помечены как неисправные.

Однако файловая система необязательно напрямую связана с физическим носителем информации. Существуют виртуальные и сетевые файловые системы, которые являются лишь способом доступа к файлам, находящимся на удаленном компьютере.

FAT (англ. File allocation table — таблица размещения файлов) — файловая система, используемая в операционных системах DOS и Windows. Логический диск, отформатированный в системе FAT, имеет следующие разделы: загрузочный сектор; таблицу размещения файлов — собственно.

FAT (традиционно в двух экземплярах); корневой каталог; файлы. Для хранения файлов все доступное для них пространство разбивается на кластеры. Таблица размещения файлов содержит ячейки, каждая из которых указывает на определенный кластер на жестком диске. Если кластер принадлежит файлу, то его ячейка содержит номер следующей ячейки этого же файла. Если ячейка указывает на конец файла, она содержит значение «FFFF». Неиспользуемые кластеры помечены нулем. «Плохие» кластеры помечены специальным кодом.

NTFS (англ. New technology file system — файловая система новой технологии) — стандартная файловая система для семейства операционных систем Microsoft Windows NT (Windows 2000/XP/7/8/10, Windows Server 2000/2003/2008/2012). NTFS заменила ранее использовавшуюся файловую систему FAT. NTFS поддерживает систему метаданных и использует специализированные структуры данных для хранения информации о файлах для улучшения производительности, надежности и эффективности использования дискового пространства. Она имеет встроенные возможности разграничивать доступ к данным для различных пользователей и групп пользователей, а также назначать квоты (ограничения на максимальный объем дискового пространства, занимаемый теми или иными пользователями). NTFS использует систему журналирования для повышения надежности.