02. Программное обеспечение компьютера

На данном уроке рассматривается понятие «программное обеспечение». Посмотрев урок, вы узнаете, какие существуют виды программ и для чего используются программы каждого вида. Вы научитесь выполнять архивацию данных, а также познакомитесь с правовыми нормами использования программного обеспечения.

Программное обеспечение

Как известно, компьютер — это сложная система, состоящая из множества компонентов. Основная цель любого компьютера — дать человеку возможность удобной работы с информацией в любом её виде. Мы можем находить информацию в интернете, сохранять её к себе на компьютер, создавать новую информацию, обрабатывать её (например, переводить на другие языки или изменять под потребности конкретной аудитории).

Но что такое компьютер изначально?

Компьютер — электрическая машина, которая работает с электрическими сигналами, причём у этих сигналов есть только два состояния: есть ток () и нет тока ().

Как сделать так, чтобы компьютер понимал, что мы от него хотим?

Первый вариант — разговаривать с ним на понятном ему языке нулей и единиц, что, конечно, потребовало бы от каждого пользователя колоссальной подготовки, а область применения компьютеров оставалась бы очень узкой.

Второй вариант — научить компьютер понимать более простые, с нашей пользовательской точки зрения, команды, переведя их на язык нулей и единиц без участия пользователя. Вот для этого уже нужно программное обеспечение.

Программное обеспечение — это набор программ компьютера, которые созданы для решения конкретных задач и упрощения взаимодействия пользователя и компьютера.

Программа — это набор определённых инструкций для компонентов компьютера. Программа описывает, в каком виде компьютер будет получать инструкции от пользователя (или не будет), как будет обрабатывать входные данные и в каком виде выводить пользователю результат этих данных.

Разберём пример. Каждый день мы выполняем различные действия: приводим себя в порядок, готовим еду, переходим дорогу, включаем компьютер и так далее.

По сути, мы выполняем программы — определённую последовательность действий для получения результата, реализованную в виде команд нашему телу. Есть программа «перейти дорогу», а есть — «приготовить бутерброд». Когда мы решаем выполнить то или иное действие, то на самом деле выполняем большой набор действий: чтобы перейти дорогу, нам нужно переставлять ноги, анализировать с помощью глаз обстановку, определять цвет сигнала светофора и так далее. Конечно, мы делаем это практически не задумываясь, но лишь потому, что научились и делали это такое количество раз, что довели свои действия до автоматизма.

В раннем детстве, к примеру, даже сделать несколько шагов — непростая задача. Мы учимся выполнять каждое своё действие, анализировать результат, вносить изменения.

Набор таких программ, как «перейти дорогу» или «приготовить бутерброд», в нашем случае будет являться «программным обеспечением» человека. В свою очередь, эти «программы» могут выполняться или не выполняться в зависимости от каких-либо условий, быть частью других «программ», повторяться. Например, программа «пойти погулять на улицу с друзьями»: если будет солнечная погода, то пойду гулять, а если нет, то останусь дома (рис. 3).

То же самое может происходить и в компьютерных программах.

Программное обеспечение (soft) является не менее важной частью компьютерной системы, чем его аппаратная часть, которую IT-специалисты ещё называют «железо».

Исторически программы развивались как инструмент, способный расширить сферу применения компьютерной техники. Программное обеспечение позволяет упростить методы взаимодействия человека и компьютера и, как следствие, расширить потенциальную аудиторию пользователей. Откликаясь на потребности пользователей, инженеры-программисты создавали новые программные продукты под различные задачи.

При этом происходит существенное усложнение самих программ, так как в их нутро закладывается всё более широкий функционал.

Справедливо и обратное: появление определённых программ порождало создание новых сфер экономики и бизнеса. Программы превратили компьютер из рабочего инструмента специалистов и учёных в нужную каждому человеку вещь. Программы изменили мир.

Рассмотрим, каким бывает программное обеспечение и для каких задач оно применяется.

Системное программное обеспечение — это комплекс программ, необходимых для работы компьютера и компьютерных сетей.

В раннем возрасте ребёнок учится управлять своим телом: ходить, двигать руками, хватать предметы. Во взрослом возрасте мы уже не задумываемся, как управлять своими движениями. Но изучение и отработка простейших действий позволяет нам выполнять более сложные. Например, переходить дорогу — это комплексное действие, которое требует базовых умений, таких как ходить и различать цвета. Так же и с программами.

Системное программное обеспечение — некоторый промежуточный уровень между оборудованием компьютера и другими программами.

Основными типами системного программного обеспечения являются операционные системы и сервисные программы.

К системному программному обеспечению в первую очередь относятся операционные системы.

Операционная система — это комплекс программ, предназначенный для организации взаимодействия пользователя и оборудования компьютера.

Операционная система осуществляет такие важнейшие задачи, как:

• запуск и остановка программ;

• выделение ресурсов процессора и оперативной памяти другим программам, то есть контроль того, какая программа сейчас активно используется, сколько нужно памяти выделить ей для работы, какой приоритет задать при отправке команд процессору;

• контроль за действиями пользователей: может ли пользователь совершать те или иные действия на компьютере;

• организация доступа к запоминающим устройствам, то есть отправка команд накопителю данных на чтение/запись данных;

• вывод информации пользователю (например, пользовательский интерфейс — о нём чуть ниже — служит для удобного оформления программных элементов на экране пользователя).

Именно операционная система делает компьютер универсальным средством работы с различной информацией. Начать работу на компьютере без установки этой программы невозможно. У операционной системы очень много задач, она всё время в рабочем состоянии.

Взаимодействие пользователя и компьютера осуществляется с помощью специальной оболочки — интерфейса.

Наиболее часто встречающимися операционными системами для персональных компьютеров являются Windows, Linux (Ubuntu, Debian), macOS.

Эти операционные системы разработаны разными компаниями, имеют свои возможности и ограничения, устанавливаются на различные устройства. Например, macOS устанавливается на компьютеры от компании Apple. Вы не сможете приобрести в магазине ноутбук MacBook с операционной системой Windows, так же как и компьютер другого производителя, на котором установлена macOS.

Операционные системы Windows и Linux могут устанавливаться практически на любые компьютеры, даже от фирмы Apple, что делает их наиболее универсальными.

Помимо этого, для некоторых операционных систем требуется лицензия на использование. Например, все системы семейства Windows являются лицензируемыми, для их установки и использования нужно покупать специальный ключ. Использование Windows без покупки лицензионного ключа запрещено и влечёт наказание в соответствии с законодательством. Однако вы можете приобрести лицензионную копию Windows вместе с компьютером или ноутбуком. Сейчас на многие модели ПК данная система уже установлена с завода, а ключ сохранён в памяти компьютера. Цена на такие компьютеры, соответственно, выше за счёт стоимости операционной системы.

Системы семейства Linux вы можете устанавливать без ограничений, практически все они являются бесплатными и свободно распространяемыми. Данное семейство операционных систем является наиболее универсальным для всех типов компьютеров (домашние компьютеры, серверные станции, сетевые устройства и т. д.). Для таких систем разработано огромное количество программ, позволяющих свободно работать практически каждой категории пользователей (обычный пользователь, графический редактор, программист).

Операционная система от Apple может быть установлена только на компьютеры от этой же компании. Производитель не поддерживает возможность установки macOS на другие компьютеры.

Для мобильных устройств самыми популярными операционными системами являются Android (универсальная система) и iOS (для устройств от Apple — iPhone, iPad).

Хранится операционная система на жёстком диске или твердотельном накопителе, а при включении компьютера загружается в оперативную память.

Системный диск — информационный носитель, на котором хранится операционная система.

Встроенные программы — это программы для функционирования отдельных устройств. Обычно их используют для такого оборудования, для которого не требуется или невозможно задействовать операционную систему. Как правило, это узкоспециализированные микросхемы, в которые на заводе производитель уже закладывает определённый функционал. Часто можно встретить термин «прошивка», обозначающий именно встроенную в какую-либо микросхему программу.

Сервисные программы, или утилиты, — это специализированные программы, способные решать узкий круг задач.

К утилитам можно отнести:

• программы оптимизации хранения данных на жёстком диске, например программы для дефрагментации;

• утилиты проверки оборудования на работоспособность и тестирования оборудования;

• драйверы, позволяющие подключать к компьютеру дополнительные внешние устройства;

• программы резервного копирования, создающие копию данных для последующего восстановления информации в случае повреждения или удаления;

• программы архивации файлов;

• антивирусные программы;

• коммуникационные программы.

Архиватор — это программа-упаковщик, объединяющая файлы в архив.

При создании архива размер файлов уменьшается, но исходное качество сохраняется.

Так, можно заархивировать файл или целую папку в один-единственный контейнер. Такие контейнеры удобно хранить и передавать по интернету, электронной почте. Извлечь же данные можно как самим архиватором, так и средствами операционной системы — в зависимости от того, в каком формате контейнер был создан.

Но почему бы тогда не хранить все файлы в сжатом виде для экономии места на запоминающем устройстве? Такой способ хранения данных будет связан с большим количеством неудобств. Так, для работы с каждым файлом придётся сначала извлекать его из архива, а только потом открывать. Внутри архива файлы хранятся в закодированном виде, и если попытаться открыть, например, текстовый файл формата docx, то сначала произойдёт его разархивирование, а только потом запустится команда программе Word на открытие этого файла. Это занимает время и тратит ресурсы компьютера.

При упаковывании файла в архив происходит не только его перекодирование, но и сжатие.

Архивация — процесс сжатия файлов программой-архиватором. Архиваторы могут сжимать все типы файлов. Лучше всего сжатию поддаются текстовые файлы.

Разархивация — извлечение файлов из архива.

Программы-архиваторы: WinRAR, 7-Zip, WinZip.

Эти архиваторы обладают довольно хорошим набором функций: поддерживают все форматы архивов, позволяют устанавливать пароль на архив, быстро работают, у них отличная степень сжатия. Процесс создания архива показан в ответвлении.

Антивирусное программное обеспечение предназначено для предотвращения заражения, а также для выявления и уничтожения компьютерных вирусов.

Компьютерный вирус — специально написанная программа, цель которой — разрушение информации или завладение информацией.

Существует несколько способов поиска и обезвреживания заражённых файлов.

Виды программ-антивирусов:

• Сканеры — сразу после запуска сканируют файловую систему и оперативную память компьютера и нейтрализуют найденные вирусы.

• Мониторы — отслеживают программы в реальном времени.

• Ревизоры — ищут вирусы в созданной базе сведений о параметрах файлов и контролируют их изменение. Не могут находить вирусы в новых файлах, так как не имеют о них данных в своей базе.

При обнаружении заражённых файлов программа-антивирус вылечивает их или удаляет при невозможности лечения. Программы-антивирусы могут устанавливаться дополнительно либо пользователь может применить встроенные в операционную систему инструменты защиты.

Примеры антивирусных программ: «Антивирус лаборатории Касперского», Dr. Web, «Norton Антивирус», «Защитник Windows».

Коммуникационные программы обеспечивают возможность передачи данных по компьютерным сетям и реализуют доступ пользователей к ресурсам интернета.

К таким программам относятся:

• браузеры (например, Google Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Яндекс Браузер, Apple Safari);

• мессенджеры (например, WhatsApp или Telegram);

• почтовые службы.

Системы программирования

Этот класс программ предназначен для программистов — специалистов, которые разрабатывают новые программы. Он позволяет выполнять работы от непосредственно разработки программы до получения результатов.

Программы пишутся по определённым правилам, с определённым набором команд.

Язык программирования — набор команд и правил их применения, позволяющих компьютеру выполнить тот или иной вычислительный процесс, организовать управление различными объектами.

Подобно тому как мы общаемся друг с другом на русском, английском или других языках, мы можем передавать информацию компьютеру, и он её сможет обработать. Здесь также можно привести аналогию с обучением ребёнка чему-то новому. Мы сначала объясняем ребёнку на понятном ему языке, как он должен действовать, а далее контролируем процесс. В случае нарушений выполнения действий ребёнком мы должны объяснить ему, где он ошибся и как это исправить. В случае с программированием в роли ребёнка выступает сам компьютер, а мы — в роли его учителя, который объясняет, как компьютер должен работать с той или иной информацией.

Чтобы программа записалась в память компьютера, используется промежуточная программа — компилятор.

Компилятор — это программа-переводчик, которая переводит программу с языка программирования на язык, понятный компьютеру.

Компьютер не способен воспринимать данные на любом человеческом языке. Он хранит все данные в виде двоичного кода.

Так же и с программами: всю последовательность команд необходимо преобразовать в двоичный вид. Именно эту функцию и выполняет компилятор. Процесс такого преобразования называется компиляцией. В результате компиляции на жёстком диске появляется дополнительный файл (или несколько), который содержит в себе программу в двоичном виде.

Существует ещё другая промежуточная программа, подобная компилятору, — интерпретатор. Интерпретатор выполняет ту же самую функцию, что и компилятор (преобразование программы в двоичный вид), но делает это немного по-другому. Он не создаёт новый файл с программой, вместо этого он выполняет подряд все команды, написанные в программе.

В любой программе на этапе создания могут быть ошибки различного характера: опечатки, неверная логика выполнения, ведущая к ошибке всей программы, и так далее. Компилятор такие ошибки распознаёт на этапе создания исполняемого файла. Интерпретатор же может не увидеть некоторые ошибки.

Важно также отметить, что для запуска скомпилированной программы на компьютере не требуется наличия исходного кода программы, как и компилятора: программа уже готова к запуску. Интерпретируемая же программа требует наличия на компьютере интерпретатора, что в некоторых случаях затруднительно.

Представьте, что вы написали интересную программу, которая решает сложный пример по математике, и хотите показать её в школе своим друзьям. Но вот проблема: на школьных компьютерах не установлен требуемый интерпретатор. В этом случае вам потребуется или установить его на компьютер (что может быть проблематично из-за ограничений доступа), или переписать программу в компилируемый вид (рис. 9).

Языки и системы программирования — это важнейшая составляющая индустрии программирования. Ниже приведены примеры некоторых из них.

Java. Это и язык программирования, и вычислительная платформа. В основу Java положен принцип Write Once Run Anywhere — «написано один раз, работает везде». Он позволяет создавать онлайн-приложения, запускающиеся прямо в окне браузера. Java используется повсюду — от портативных компьютеров до суперкомпьютеров для научных разработок, в смартфонах и планшетах.

Язык C. Несмотря на то что появился он довольно давно, свои позиции пока не сдаёт. В основном этот язык используют при создании системных и прикладных программ. Без знания этого языка программирования невозможно написать, например, драйвер (программу, позволяющую работать какому-либо устройству).

Язык С++. Как можно понять по названию, это язык нового поколения, следующего за языком C. Используется при создании операционных систем, компьютерных игр, приложения для мобильных платформ и других.

Python — это язык общего назначения. Его используют в разных областях — от веб-разработок до информационной безопасности. Python постепенно вытесняет Java в научной среде. Это связано с тем, что современные студенты начинают осваивать программирование с изучения Python, а не с C или Java, как было раньше.

PHP. Данный язык программирования используется для создания веб-страниц и веб-приложений. В первую очередь PHP разработан для обработки данных на стороне сервера и работы с пользовательскими данными, базами данных, а также для взаимодействия с другими приложениями и службами. Сегодня PHP — один из самых используемых инструментов в области веб-разработки.

JavaScript. Этот язык применяется в браузерах для придания интерактивности веб-страницам. JavaScript используется практически на каждом серьёзном сайте.

Прикладное программное обеспечение

Рассмотрим некоторые из них.

К программам общего назначения можно отнести такие программы, как текстовые, табличные, графические редакторы, программы-плееры, программы распознавания сканированного текста, браузеры, компьютерные игры и другие.

Текстовый редактор предназначен для подготовки текстовых документов. Кроме работы непосредственно с текстом, программы позволяют вставлять в документ различные формулы, рисунки, таблицы.

Текстовые редакторы: Microsoft Word, Google Документы, LibreOffice Writer, WordPad.

Электронные таблицы позволяют выполнять вычисления в таблицах, проводить анализ данных, представлять данные в виде диаграмм и графиков.

Примеры: OpenOffice Calc, LibreOffice Calc, Google Таблицы, Microsoft Excel.

Графические редакторы позволяют создавать и редактировать изображения. Пользователю в настоящее время доступен огромный выбор графических редакторов, платных и бесплатных, как для компьютеров, так и для мобильных устройств.

Широко известны такие графические редакторы, как Adobe Photoshop, CorelDRAW, Inkscape, Paint.

Компьютерные игры сегодня — это практически реальный мир, поражающий своей правдоподобностью, с хорошим графическим и аудиосопровождением. Тем не менее они относятся к классу прикладных программ. Компьютерные игры нашли широкое применение в создании обучающих компьютерных программ.

Программы специального назначения используются для решения узкого круга профессиональных задач из разных областей деятельности человека: архитектуры, музыки и других. Например, архитекторы и инженеры в своей деятельности используют AutoCAD, КОМПАС-3D, 3DS Max.

Видеоредакторы — программы для монтажа видеороликов. Примеры: Adobe Premiere Pro, Movavi Video Editor, Canva.

Для управления предприятием и ведения бухгалтерии существуют свои специализированные программы: 1С:Бухгалтерия, 1С:Предприятие, Контур Эльба, БухСофт.

Программы для специалистов — это более сложная группа программ. Специализированные программные комплексы ориентированы на работу с узким классом устройств или объектов, а нередко и вовсе ПО пишется под конкретную модель оборудования.

Сюда можно отнести системы автоматизированного проектирования, с помощью которых инженеры проектируют здания, сооружения, технические устройства и другое. К классу программ для специалистов можно отнести и экспертные системы.

Эти программы могут в некоторых случаях заменить специалиста-эксперта. Своё применение такие программы нашли в медицине, военном деле, геологии, электронике и других областях.

Правовые нормы

На современного человека обрушивается много информации: различных сведений, материалов, документов. Любая информация — это собственность. Поэтому очень важными становятся вопросы правового регулирования операций с информацией.

Любая собственность охраняется законом. Программы и данные также относятся к собственности, охраняемой законом.

Лицензионные программы распространяются путём их продажи. Проще говоря, пользователь покупает право пользоваться такими программами на законных основаниях. Лицензия может быть бессрочной либо приобретаемой на определённый срок. В соответствии с лицензионным соглашением разработчики программы гарантируют её работу без ошибок в определённой операционной системе и несут за это ответственность.

Следует заметить, что использование программ без покупки лицензии незаконно и может повлечь наказание — денежный штраф.

Для признания и осуществления авторского права на программу для компьютера не требуется её регистрация в какой-либо организации. Авторское право на программу возникает автоматически при её создании. Для оповещения о своих правах разработчик программы может, начиная с первого выпуска программы, использовать знак охраны авторского права, состоящий из трёх элементов:

• буквы С в окружности или круглых скобках — ©;

• наименования (имени) правообладателя;

• года выпуска программы в свет.

Например, знак охраны авторских прав на текстовый редактор Word выглядит следующим образом:

© Корпорация Майкрософт (Microsoft Corporation), 2010. Все права защищены.

К лицензионным программам относятся такие, как семейство программ Microsoft Office, Adobe Premiere Pro, Adobe Photoshop, AutoCAD и другие.

Многие разработчики программ предлагают пользователям программы с ограниченным сроком действия. Например, на определённое количество дней или ограниченное количество запусков такой программы. Делается это с целью рекламы и продвижения программных продуктов. Пользователю предлагается оплатить лицензию, и если он этого не сделал, то после истечения указанного срока программа перестаёт работать.

К таким программам относятся:

• Kaspersky Antivirus — антивирусное программное обеспечение;

• Total Commander — программа для управления файлами (просмотр, удаление, копирование и так далее);

• Movavi Video Editor — видеоредактор.

На современном рынке программных продуктов представлено много бесплатных программ как для компьютеров, так и для мобильных устройств.

Некоторые разработчики заинтересованы в бесплатном распространении своих программ.

К таким программным средствам можно отнести следующие:

• новые, недоработанные версии (бета-версии) программных продуктов (это позволяет провести их широкое тестирование);

• программные продукты, являющиеся частью принципиально новых технологий (это позволяет завоевать рынок);

• частично бесплатные программы (пользователю бесплатно доступен ограниченный функционал, а для доступа к полному необходимо приобрести лицензию);

• дополнения к ранее выпущенным программам, исправляющие найденные ошибки или расширяющие возможности;

• устаревшие версии программ;

• драйверы к новым устройствам или улучшенные драйверы к уже существующим.

К бесплатным программам относятся: офисный пакет — LibreOffice, набор полезных утилит — CCleaner Free, Яндекс Браузер.

Программы — важная часть компьютерной системы. Без них невозможно полноценное использование ПК. Применение программ позволяет пользователю получать, накапливать и обрабатывать данные. Одни программы представляют собой небольшие микропрограммы, другие — полноценные системы из многих составляющих. В зависимости от класса решаемой задачи пользователю остаётся сделать свой выбор, какие программы ему нужны для решения его задач.

Следует обращать внимание на то, платная программа или нет. Если программа бесплатная или условно бесплатная, то беспокоиться не о чем: можно её устанавливать без покупки лицензии. Если же необходимо использование платного программного обеспечения, необходимо приобрести лицензию.

Запомните: использование нелицензионного платного программного обеспечения — преступление, которое карается законом.

Создавайте программы, используйте их, творите новое. Быть может, в ближайшем времени именно вы создадите новую ИТ-корпорацию, которая улучшит жизни многих людей с помощью своих программ.

Полезные ссылки

1. Список рекомендованных учебников

2. РОССИЙСКАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ШКОЛА. Информатика. 7 класс. Урок 7. Программное обеспечение компьютера

Проверьте себя 

1. Что такое программное обеспечение?

2. Какие группы программ можно выделить в программном обеспечении?

3. Для чего нужна операционная система?

4. Для решения каких задач могут использоваться прикладные программы?

5. Как различаются программы по юридическому статусу?

6. Из каких элементов состоит знак авторского права?

Список использованных источников:

Изображения используются согласно лицензии Shutterstock / FOTODOM

Иллюстратор Халитова В. М.