1 семестр Информатика, ее предмет и задачи. Основные понятия информатики. Информация и формы ее представления

Вид материала

Документы

Содержание Контроль доступа к каталогам и отдельным файлам 13. Понятие ОС 13.1. Эволюция ОС Второй период (1955 - 1965) Третий период (1965 - 1980) Четвертый период (1980 - настоящее время) 13.2. Классификация ОС Поддержка многозадачности. Поддержка многопользовательского режима. Поддержка многопоточности. Многопроцессорная обработка Особенности областей использования Системы разделения времени Системы реального времени 13.3. Основные функции ОС 2. Управление данными 4. Интерфейс пользователя Драйверы внешних устройств. 13.4. ОC Windows 13.5. Основные технологические принципы Windows ... Полное содержание

Подобный материал:

• 1. Основные понятия информатики. Определение понятия информатика. Предмет и задачи, 745.21kb.
• 1. Основные понятия информатики 2 Тема Предмет информатики, 1612.33kb.
• Вопросы к зачету по курсу лекций "Информатика" для студентов Iкурса кафедры аэту iсеместр., 18.81kb.
• Тематический план по дисциплине «Информатика и математика» для студентов 2 курса (набор, 46.52kb.
• Информация и информационные процессы, 276.11kb.
• Задачи и проблемы информатики 9 Инемного философии… 9 Использованная литература, 196.06kb.
• Защита данных комплекс мер, направленных на предотвращение потерь, воспроизведения, 85.23kb.
• Программа к вступительного экзамена в магистратуру по специальности 6М060200 Информатика, 50.03kb.
• Темы рефератов по истории информатики Шилов И. В. Эволюция понятия «информация», 19.62kb.
• Темы лекций. Неделя I: Предмет, объект, методы корпоративного управления. Основные, 54.05kb.

Файлы

В NTFS файл целиком размещается в записи таблицы MFT, если это позволяет сделать его размер. В том же случае, когда размер файла больше размера записи MFT, в запись помещаются только некоторые атрибуты файла, а остальная часть файла размещается в отдельном отрезке тома (или нескольких отрезках). Часть файла, размещаемая в записи MFT, называется резидентной частью, а остальные части — нерезидентными. Адресная информация об отрезках, содержащих нере­зидентные части файла, размещается в атрибутах резидентной части.

Каталоги

Каталог на NTFS представляет собой специфический файл, хранящий ссылки на другие файлы и каталоги, создавая иерархическое строение данных на диске. Файл каталога поделен на блоки, каждый из которых содержит имя файла, базовые атрибуты и ссылку на элемент MFT, который уже предоставляет полную информацию об элементе каталога. Внутренняя структура каталога представляет собой бинарное дерево. Вот что это означает: для поиска файла с данным именем в линейном каталоге, таком, например, как у FAT-а, операционной системе приходится просматривать все элементы каталога, пока она не найдет нужный. Бинарное же дерево располагает имена файлов таким образом, чтобы поиск файла осуществлялся более быстрым способом - с помощью получения двухзначных ответов на вопросы о положении файла. Вопрос, на который бинарное дерево способно дать ответ, таков: в какой группе, относительно данного элемента, находится искомое имя - выше или ниже? Мы начинаем с такого вопроса к среднему элементу, и каждый ответ сужает зону поиска в среднем в два раза. Файлы, скажем, просто отсортированы по алфавиту, и ответ на вопрос осуществляется очевидным способом - сравнением начальных букв. Область поиска, суженная в два раза, начинает исследоваться аналогичным образом, начиная опять же со среднего элемента.

Контроль доступа к каталогам и отдельным файлам

В самом общем случае права доступа могут быть описаны матрицей прав досту­па, в которой столбцы соответствуют всем файлам системы, строки — всем поль­зователям, а на пересечении строк и столбцов указываются разрешенные опера­ции

	Имена файлов
Имена пользователей		Win.exe	Class.dbf	Unox.ppt	Modem.txt
	Маша	читать	выполнять		Выполнять
	Миша	Читать	Выполнять		Выполнять, читать
	Саша	Читать			Выполнять, читать
	Паша	Читать, писать		создать

Практически во всех операционных системах матрица прав доступа хранится «по частям», то есть для каждого файла или каталога создается так называемый список управления доступом (Access Control List, ACL), в котором описываются права на выполнение операций пользователей и групп пользователей по отноше­нию к этому файлу или каталогу. Список управления доступа является атрибутом файла или каталога.

13. Понятие ОС

ОС – это комплекс взаимосвязанных и взаимодействующих системных программ, обеспечивающий поддержку работы всех программ ЭВМ и их аппаратных средств. Каждая системная программа выполняет определенную функцию. При включении компьютера в ОП в первую очередь загружается ОС, под управлением которой происходит проверка работоспособности ЭВМ и вся ее последующая работа.

Основная причина необходимости такой программы, как операционная система, состоит в том, что элементарные операции для работы с устройствами компьютера и управления ресурсами компьютера - это операции очень низкого уровня, и действия, которые необходимы пользователю и прикладным программам, на самом деле состоят из нескольких сотен или тысяч таких элементарных операций.

13.1. Эволюция ОС

Первый период (1945 -1955)

Известно, что компьютер был изобретен английским математиком Чарльзом Бэбиджем в конце восемнадцатого века. Его "аналитическая машина" так и не смогла по-настоящему заработать, потому что технологии того времени не удовлетворяли требованиям по изготовлению деталей, которые были необходимы для вычислительной техники. Известно также, что этот компьютер не имел операционной системы.

Некоторый прогресс в создании цифровых вычислительных машин произошел после второй мировой войны. В середине 40-х были созданы первые ламповые вычислительные устройства. В то время одна и та же группа людей участвовала и в проектировании, и в эксплуатации, и в программировании вычислительной машины. Это была скорее научно-исследовательская работа в области вычислительной техники, а не использование компьютеров в качестве инструмента решения каких-либо практических задач из других прикладных областей. Программирование осуществлялось исключительно на машинном языке. Об операционных системах не было и речи, все задачи организации вычислительного процесса решались вручную каждым программистом с пульта управления. Не было никакого другого системного программного обеспечения, кроме библиотек математических и служебных подпрограмм.

Второй период (1955 - 1965)

С середины 50-х годов начался новый период в развитии вычислительной техники, связанный с появлением новой технической базы - полупроводниковых элементов. Компьютеры второго поколения стали более надежными, теперь они смогли непрерывно работать настолько долго, чтобы на них можно было возложить выполнение действительно практически важных задач. Именно в этот период произошло разделение персонала на программистов и операторов, эксплуатационщиков и разработчиков вычислительных машин.

В эти годы появились первые алгоритмические языки программирования, а, следовательно, и первые системные программы - компиляторы. Стоимость процессорного времени возросла, что потребовало уменьшения непроизводительных затрат времени между запусками программ. Появились первые системы пакетной обработки, которые просто автоматизировали запуск одной программы за другой и тем самым увеличивали коэффициент загрузки процессора. Системы пакетной обработки явились прообразом современных операционных систем, они стали первыми системными программами, предназначенными для управления вычислительным процессом. В ходе реализации систем пакетной обработки был разработан формализованный язык управления заданиями, с помощью которого программист сообщал системе и оператору, какую работу он хочет выполнить на вычислительной машине. Совокупность нескольких заданий, как правило, в виде колоды перфокарт, получила название пакета заданий.

Третий период (1965 - 1980)

Следующий важный период развития вычислительных машин относится к 1965-1980 годам. В это время в технической базе произошел переход от отдельных полупроводниковых элементов типа транзисторов к интегральным микросхемам, что дало большие возможности новому, третьему поколению компьютеров.

Для этого периода характерно также создание семейств программно-совместимых машин. Программная совместимость требовала и совместимости операционных систем. Такие операционные системы должны были бы работать и на больших, и на малых вычислительных системах, с большим и с малым количеством разнообразной периферии, в коммерческой области и в области научных исследований. Операционные системы, построенные с намерением удовлетворить всем этим противоречивым требованиям, оказались чрезвычайно сложными. Они состояли из многих миллионов ассемблерных строк, написанных тысячами программистов, и содержали тысячи ошибок, вызывающих нескончаемый поток исправлений. В каждой новой версии операционной системы исправлялись одни ошибки и вносились другие.

Важнейшим достижением ОС данного поколения явилась реализация многозадачности. Многозадачность - это способ организации вычислительного процесса, при котором на одном процессоре по-очереди выполняются несколько программ. Пока одна программа выполняет операцию ввода-вывода, процессор не простаивает, как это происходило при последовательном выполнении программ (однопрограммный режим), а выполняет другую программу (многопрограммный режим). При этом каждая программа загружается в свой участок оперативной памяти.

Наряду с многозадачной реализацией систем пакетной обработки появился новый тип ОС - системы разделения времени. В таких системах у каждого отдельного пользователя создается иллюзия единоличного использования вычислительной машины.

Четвертый период (1980 - настоящее время)

Следующий период в эволюции операционных систем связан с появлением больших интегральных схем (БИС). В эти годы произошло резкое возрастание степени интеграции и удешевление микросхем. Компьютер стал доступен отдельному человеку, и наступила эра персональных компьютеров. Компьютеры стали широко использоваться неспециалистами, что потребовало разработки "дружественного" программного обеспечения.

В середине 80-х стали бурно развиваться сети персональных компьютеров, работающие под управлением сетевых или распределенных ОС.

В сетевых ОС пользователи должны быть осведомлены о наличии других компьютеров и должны выполнять логический вход в другой компьютер, чтобы воспользоваться его ресурсами, преимущественно файлами. Сетевая ОС отличаюется от ОС автономного компьютера наличием дополнительных средств, позволяющих компьютеру работать в сети. Она обязательно содержит программную поддержку для сетевых интерфейсных устройств (драйвер сетевого адаптера), а также средства для удаленного входа в другие компьютеры сети и средства доступа к удаленным файлам, однако эти дополнения существенно не меняют структуру самой операционной системы.

13.2. Классификация ОС

Одной из основных функций любой ОС является управление ресурсами ПК (процессорами, памятью, устройствами).

В зависимости от особенностей алгоритма управления процессором, операционные системы делят на многозадачные и однозадачные, многопользовательские и однопользовательские, на системы, поддерживающие многопоточную обработку и не поддерживающие ее, на многопроцессорные и однопроцессорные системы.

Поддержка многозадачности. По числу одновременно выполняемых задач операционные системы могут быть разделены на два класса:

• однозадачные (например, MS-DOS) и
  
• многозадачные (UNIX, Windows 95).
  

Однозадачные ОС, в основном, делают более простым и удобным процесс взаимодействия пользователя с компьютером. Однозадачные ОС включают средства управления периферийными устройствами, средства управления файлами, средства общения с пользователем.

Многозадачные ОС, кроме вышеперечисленных функций, управляют разделением совместно используемых ресурсов, таких как процессор, оперативная память, файлы и внешние устройства.

Поддержка многопользовательского режима. По числу одновременно работающих пользователей ОС делятся на:

• однопользовательские (MS-DOS);
  
• многопользовательские (UNIX, Windows NT).
  

Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей.

Поддержка многопоточности. Важным свойством операционных систем является возможность выполнения параллельных вычислений в рамках одной задачи. Многопоточная ОС разделяет процессорное время не между задачами, а между их отдельными ветвями (потоками).

Многопроцессорная обработка. Другим важным свойством ОС является отсутствие или наличие в ней средств поддержки многопроцессорной обработки - мультипроцессирование. Мультипроцессирование приводит к усложнению всех алгоритмов управления ресурсами.

Выше были рассмотрены характеристики ОС, связанные с управлением только одним типом ресурсов - процессором. Важное влияние на облик операционной системы в целом, на возможности ее использования в той или иной области оказывают особенности и других подсистем управления локальными ресурсами - подсистем управления памятью, файлами, устройствами ввода-вывода.

Особенности областей использования

Многозадачные ОС подразделяются на три типа в соответствии с использованными при их разработке критериями эффективности:

• системы пакетной обработки (например, OC EC),
  
• системы разделения времени (UNIX, VMS),
  
• системы реального времени (QNX, RT/11).
  

Системы пакетной обработки предназначались для решения задач в основном вычислительного характера, не требующих быстрого получения результатов. Главной целью и критерием эффективности систем пакетной обработки является максимальная пропускная способность, то есть решение максимального числа задач в единицу времени. Для достижения этой цели в системах пакетной обработки используются следующая схема функционирования: в начале работы формируется пакет заданий, каждое задание содержит требование к системным ресурсам; из этого пакета заданий формируется мультипрограммная смесь, то есть множество одновременно выполняемых задач. Для одновременного выполнения выбираются задачи, предъявляющие отличающиеся требования к ресурсам, так, чтобы обеспечивалась сбалансированная загрузка всех устройств вычислительной машины; так, например, в мультипрограммной смеси желательно одновременное присутствие вычислительных задач и задач с интенсивным вводом-выводом. Таким образом, выбор нового задания из пакета заданий зависит от внутренней ситуации, складывающейся в системе, то есть выбирается "выгодное" задание. Следовательно, в таких ОС невозможно гарантировать выполнение того или иного задания в течение определенного периода времени. В системах пакетной обработки переключение процессора с выполнения одной задачи на выполнение другой происходит только в случае, если активная задача сама отказывается от процессора, например, из-за необходимости выполнить операцию ввода-вывода. Поэтому одна задача может надолго занять процессор, что делает невозможным выполнение интерактивных задач. Таким образом, взаимодействие пользователя с вычислительной машиной, на которой установлена система пакетной обработки, сводится к тому, что он приносит задание, отдает его диспетчеру-оператору, а в конце дня после выполнения всего пакета заданий получает результат. Очевидно, что такой порядок снижает эффективность работы пользователя.

Системы разделения времени призваны исправить основной недостаток систем пакетной обработки - изоляцию пользователя-программиста от процесса выполнения его задач. Каждому пользователю системы разделения времени предоставляется терминал, с которого он может вести диалог со своей программой. Так как в системах разделения времени каждой задаче выделяется только квант процессорного времени, ни одна задача не занимает процессор надолго, и время ответа оказывается приемлемым. Если квант выбран достаточно небольшим, то у всех пользователей, одновременно работающих на одной и той же машине, складывается впечатление, что каждый из них единолично использует машину. Ясно, что системы разделения времени обладают меньшей пропускной способностью, чем системы пакетной обработки, так как на выполнение принимается каждая запущенная пользователем задача, а не та, которая "выгодна" системе, и, кроме того, имеются накладные расходы вычислительной мощности на более частое переключение процессора с задачи на задачу. Критерием эффективности систем разделения времени является не максимальная пропускная способность, а удобство и эффективность работы пользователя.

Системы реального времени применяются для управления различными техническими объектами, такими, например, как станок, спутник, научная экспериментальная установка или технологическими процессами, такими, как гальваническая линия, доменный процесс и т.п. Во всех этих случаях существует предельно допустимое время, в течение которого должна быть выполнена та или иная программа, управляющая объектом, в противном случае может произойти авария: спутник выйдет из зоны видимости, экспериментальные данные, поступающие с датчиков, будут потеряны, толщина гальванического покрытия не будет соответствовать норме. Таким образом, критерием эффективности для систем реального времени является их способность выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получением результата (управляющего воздействия). Это время называется временем реакции системы, а соответствующее свойство системы - реактивностью. Для этих систем мультипрограммная смесь представляет собой фиксированный набор заранее разработанных программ, а выбор программы на выполнение осуществляется исходя из текущего состояния объекта или в соответствии с расписанием плановых работ.

Некоторые операционные системы могут совмещать в себе свойства систем разных типов, например, часть задач может выполняться в режиме пакетной обработки, а часть - в режиме реального времени или в режиме разделения времени. В таких случаях режим пакетной обработки часто называют фоновым режимом.

13.3. Основные функции ОС

Основными функциями любой ОС являются:

1. Управление выполнением программ (процессами);
   
2. Организация хранения информации во внешней памяти (управление данными);
   
3. Управление работой каждого блока ВМ и их взаимодействием (управление ВУ);
   
4. Взаимодействие пользователя с компьютером (организация интерфейса пользователя с компьютером).
   

1. Управление ресурсами

Основными ресурсами, которыми управляет ОС во время выполнения, являются ОП и время процессора. ОС выполняет функции диспетчера, т. е. решает, какой программе и на какой срок выделить в распоряжение процессор. Она ставит программы в очередь на получение процессорного времени. Если пользователь активизирует программу, то она передвигается в начало очереди.

Вторым основным ресурсом является ОП. В ней во время выполнения размещается код программы и обрабатываемые ею данные. Т. к. потребности в ОП могут быть очень велики, а ее реальный объем ограничен, то во всех современных ОС реализована виртуальная память. Возможности 32-разрядной адресации современных процессоров обеспечивают доступ к 4 Гб памяти. Реально же объем физической памяти гораздо меньше. Разработчики программ не знают память какой емкости окажется доступна программе во время ее выполнения, поэтому пишут программы в расчете на виртуальное (кажущееся воображаемым) адресное пространство. Это пространство ограничивается возможностями адресации и потребностями самой ОС, которая также требует для своего выполнения ресурсов (в Windows NT в распоряжении прикладной программы остается 2Гб виртуальной памяти). В действительности в распоряжении программы оказывается гораздо меньший объем памяти (128-256 Мб), которая должна быть распределена между несколькими параллельно выполняющимися программами. Эта проблема решается созданием виртуальной памяти.

Виртуальная память моделирует оперативную память большого объема на базе реальной оперативной памяти и памяти на внешних запоминающих устройствах, с помощью программ ОС. Временно не используемые данные из ОП выгружаются в специально отведенное место на диске (файл подкачки), а при обращении к ним процессора снова подкачиваются в ОП. Физической памятью при этом служит дисковая память, именно она определяет доступный для выполнения программ объем памяти. Поэтому при установке новых программ надо заботиться о том, чтобы на жестком диске оставалось достаточно места для организации виртуальной памяти.

2. Управление данными

Управление данными осуществляется с помощью файловой системы. Файл поименованная область данных, хранящихся на внешних носителях. Присваивая файлу имя, пользователь должен соблюдать определенные правила: длина имени может быть ограничена, некоторые символы не могут использоваться в имени файла. Эти ограничения определяются ОС. В файл обычно записывается информация, объединенная общим назначением, способом использования. Тип файла определяет его организацию. Информация о типе файла содержится в расширении файла: REPORT.TX – имя файла MS DOS, где TXT – расширение. Расширение определяется программой, создавшей этот файл.

Файловая система ОС отвечает за выполнение следующих операций над файлами: создание и уничтожение, копирование и перемещение на новое место, переименование, поиск файлов по различным признакам, открытие файлов для последующего чтения или записи данных, закрытие файлов после выполнения операций над ними. Для выполнения операций над файлами ОС создает специальные справочники, которые содержат информацию о характеристиках файлов и их состоянии.

Файловая структура практически всех современных ОС имеет иерархическую структуру (т. е. файлы объединяются в папки/каталоги, те, в свою очередь, могут входить в другие папки и т. д.). На каждом логическом диске при его разметке создается собственная файловая система. Каталог, который ни вложен ни в какой другой каталог (самый верхний) называется корневым. Он не имеет собственного имени. Каждый каталог содержит список записей, каждая запись соответствует одному вложенному в каталог файлу или другому каталогу. В записи содержится имя , расширение, размер, дату создания или последней модификации файла, информацию о местоположении на диске и некоторую другую информацию. Чтобы найти файл, нужно пройти по всей цепочке папок (каталогов). Имена каталогов, образующие маршрут от корневого каталога до нужного файла называется путем. Путь+имя файла+расширение образуют полное имя файла.

У каждого файла есть атрибуты. Это характеристики файла, которые позволяют задать дополнительные правила, определяющие порядок работы с файлом. Наиболее часто используются следующие атрибуты:

А – архивный, т. е. файл, подлежащий резервному копированию с помощью специальных служебных программ.

R – только для чтения, его нельзя переименовывать, удалять, модифицировать, переносить на другое место.

H – скрытый, он не отображается при просмотре папки, в которую он вложен (при определенных настройка системы).

S – системный, входит в состав ОС.

Все, что было сказано, относится к пользователю. Для реализации своих функций эта подсистема ОС должна организовать управление внешней памятью: выделить дисковое пространство для размещения файлов организовать быстрый поиск файлов на диске и доступ к хранящимся в них данным, обеспечить надежность и отказоустойчивость работы внешних устройств.

Сама ОС также хранится на диске. При установке системы она размещается на системном (загрузочном) диске в корневом каталоге и в специально создаваемых при инсталляции системных каталогах.

На случай, если системный диск окажется испорченным, создаются специальные загрузочные диски, на которые записывают только основные компоненты ОС и программы, которые позволяют восстановить работоспособность системы или ее переустановку. Порядок поиск системного диска устанавливается в Setup.

3. Управление ВУ

Данные, которые обрабатываются программами должны быть помещены в ОП. Только тогда над ними можно выполнять операции. ОС организует по запросам программ обмен информацией между ВУ и ОП, следит за состоянием устройств, устанавливает порядок доступа к ВУ. Для управления ВУ служат драйверы. Драйверы разрабатываются как разработчиками ОС, так и разработчиками оборудования. Для подключения или замены ВУ достаточно установить соответствующий драйвер.

Часть программ, реализующих базовые функции по управлению устройствами ПК, обычно реализована аппаратно.

Базовая система ввода-вывода (BIOS – Basic Input/Output System) находится в ПЗУ. Каждого IBM-совместимого ПК. Модуль BIOS реализует наиболее простые и универсальные функции по управлению стандартными ВУ. В нем содержатся аппаратно зависимые драйверы стандартных устройств (дисплея, клавиатуры и т. д.), тестовые программы для контроля работоспособности оборудования, программа начальной загрузки. Любая ОС опирается на BIOS, поэтому BIOS можно считать как частью аппаратуры, так и частью ОС. Модуль BIOS индивидуален для каждого типа ПК и поставляется изготовителями. Выделение BIOS в отдельный модуль позволяет обеспечить независимость программного обеспечения от специфики конкретной модели ПК.

В MS DOS новые драйверы можно подключить с помощью файла CONFIG.SYS, в Windows реализована технология Plug and Play, которая заключается в поддержке самонастраивающейся аппаратуры.

4. Интерфейс пользователя

Организация диалога с пользователем также является функцией ОС. Интерфейс пользователя обеспечивает возможность диалога между пользователем и ОС. Кроме того, ОС отслеживает события, происходящие в системе, обрабатывает их и выводит сообщения о них в форме понятной пользователю.

Большинство современных ОС реализуют графический интерфейс пользователя, представляющий информацию в более наглядном виде.

Текстовый интерфейс позволяет вводить команды с клавиатуры. Все ОС обеспечивают возможность ввода команд в специальную командную строку.

В соответствии с выделенными функциями можно выделить и три основные части ОС:

1. Файловая система. Она служит для организации хранения информации в ЭВМ. Драйверы внешних устройств. Драйвер – это программа специального типа, ориентированная на управление ВУ. Драйверы ВУ образуют BIOS (base input/output system), которая заносится в ПЗУ.
   
2. Командный процессор. Это программа, которая обрабатывает команды вводимые пользователем.
   

13.4. ОC Windows

Каждый ПК обязательно комплектуется ОС. Во всем мире и, особенно в нашей стране, эта отрасль фактически монополизирована корпорацией Microsoft, хотя имеются небольшие сегменты рынка альтернативных ОС типа UNIX, Linux, MacOS (ОС для ПК Apple). Т. е. основной ОС, на которую ориентировано современное ПО, являются ОС семейства Windows

Семейство ОС Windows
ОС Windows для домашнего использования	ОС Windows для корпоративного использования
ОС Windows 95	ОС Windows NT 4.0	Windows NT 4.0 Workstation
ОС Windows 98		Windows NT 4.0 Server
ОС Windows Me	Windows 2000	Windows 2000 Professional
Дальнейшего развития не будет		Windows 2000 Server
		Windows 2000 Advanced Server
		Windows 2000 DataCenter Server
	Windows XP	Windows XP Home Edition
		Windows XP Professional Edition
	Windows 2003 Server	Вышла в качестве серверной платформы для Windows XP
	Vista	Планируется к выпуску в 2006

Т.о. существует 2 класса ОС Windows – многопользовательские ОС на базе OC Windows NT: Windows 2000/ XP и однопользовательские ОС на базе Windows 95: Windows 98/Me. Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей.

13.5. Основные технологические принципы Windows

1. Стандартный графический интерфейс пользователя

До появления Windows каждый программист при разработке программ придумывал свой собственный интерфейс - систему меню, способы диалога (ввод данных, выбор вариантов и т. д.). Каждый интерфейс мог быть по своему хорош, но такой подход заставлял пользователя переучиваться при переходе к новому программному продукту. Интерфейс Windows часто называют интуитивным: о технике выполнения многих операции можно просто догадаться, если знать базовые принципы построения интерфейса.

Стандартный интерфейс Windows базируется на понятии окна. Окно – это прямоугольная область экрана. Можно выделить три типа окон: окно приложения, окно документа и диалоговое окно.

• Окно приложения всегда содержит два стандартных элемента: заголовок и горизонтальное меню. Кроме них в окне могут отображаться панели инструментов. Панель инструментов можно настраивать по своему вкусу с помощью команд главного меню (Сервис/Настройка). Панели инструментов дублируют команды главного меню. С помощью переключателей можно отображать или не отображать панели инструментов на экране. Необязательным элементом окна приложения является строка статуса, в которой отображается справочная информация. Кроме того, с помощью правой кнопки мыши можно вызвать меню, которое называется контекстным, т. к. оно зависит от того, для какого объекта его вызывают.
  
• Окно документа содержит заголовок, полосы прокрутки (вертикальная и горизонтальная), линейки. Полосы прокрутки появляются, если документ не помещается в окне. Линейки можно выключать.
  
• Диалоговое окно используется для ввода данных необходимых для работы программы. Диалоговые окна бывают модальными и немодальными. Модальное окно блокирует работу приложения пока оно не закрыто, т. е. все операции с ним должны быть завершены. Не модальное окно не останавливает работу приложения. В состав диалоговых окон входят:
  
  • командные кнопки;
    
  • переключатели;
    
  • поля выбора;
    
  • текстовые поля (поля ввода);
    
  • списки;
    
  • демонстрационные окна (образец);
    
  • вкладки;
    
  • поясняющие надписи.
    

2. Принцип WYSIWYG (что вы видите, то и имеете)

При подготовке текстовых документов страница текста на экране выглядит так же, как и на бумаге после распечатки.

Текстовая информация на экране монитора и бумаге принтера отображается следующим образом. В кодовой таблице (ASCII) каждому символу присвоен определенный десятичный код. Чтобы отобразить полученный тем или иным способом код символа, компьютер может:

• найти в памяти по этому коду изображение символа и вывести его на экран;
  
• переслать код символа принтеру, который, пользуясь при­мерно тем же механизмом, отпечатает изображение символа на бумаге.
  

Монитор и принтер работают под управлением разных драйверов, т. е. то, что появляется на экране монитора не имеет никакого отношения к принтеру.

Технология работы с экранными шрифтами целиком определяется режимом монитора – текстовым или графическим.

• В текстовом режиме экран разбивается на 25 строк по 80 символов каждая, и в каждую позицию (знакоместо) экрана можно вывести произвольный символ кодовой таблицы, все символы имеют одинаковые размеры. Чтобы закодировать изображение такого символа его представляют в виде матрицы, например, 8х16 и закрасить часть клеток так, чтобы получилось изображение символа. Если в закрашенных клетках проставить 1, а в пустых — 0, то каждую строку матрицы можно будет представить де­сятичным числом от 0 до 255 (8 бит или один байт). Если записать эти числа в 16 последовательных байтов, то мы получим битовую карту символа, сам шрифт называется растровым. Если матрица одного символа занимает 16 байтов, то для представления всех 256 символов потребуется 4096 байтов. Подготовленный таким образом растровый шрифт записывается в файл (обычно с расширением .FNT). До появления Windows при подготовке текстовых файлов использовался текстовый режим монитора, полиграфические возможности этого режима очень ограничены. Если мы с помощью команды ОС DOS будем печатать файл на принтере, то DOS просто перешлет файл принте­ру, символ за символом (включая символы возврата каретки и новой строки), а принтер напечатает его тем шрифтом, на кото­рый он был настроен перед печатью. В зависимости от размеров шрифта, наличия русских букв, ширины каретки, ширины сим­волов и т. п., бумажный текст может весьма отличаться от эк­ранного (вплоть до полного искажения внешнего вида). Напри­мер, при узкой каретке одна экранная строка может превратить­ся в две-три строки на бумаге; если принтер настроен на пропор­циональный шрифт (см. ниже), неизбежно нарушится выравнивание текста и т.д. Поэтому, чтобы управлять распечаткой (например, оператив­но менять шрифт), в текстовый файл приходилось включать специальные команды форматирования. Эти команды искажали вид текста на экране, кроме того, подбирать поля на листе тоже приходилось на глаз, путем проб и ошибок.
  
• (2) Графическая технология Windows резко изменила ситуацию. Основой представления символов является та же самая кодовая таблица, принцип работы монитора и принтера также не изменились. Однако программное обес­печение Windows, вывело нашу работу с текстами на качественно иной уровень. Используя различные шрифты и стили, графические эффекты, мы можем отныне готовить на своем принтере документы высокого качества. При этом в процессе работы над документом мы видим его на экране именно так, как он будет выглядеть на экране.
  

В приложениях Windows используются сотни разнообразных шрифтов, и число их постоянно растет. Если ранее мы имели дело с одним-единственным экранным шрифтом и несколькими принтерными, то сейчас существует огромное количество шрифтов.

Шрифты можно классифицировать по способу формирования рисунка символов. По способу формирования рисунка символов шрифты делятся на растровые и векторные.

Изображение растрового символа кодируется в явном виде (по точкам) в битовой карте (матрице), а затем без изменений отображается на экране или бумаге принтера. Растровый шрифт в графике создается точно так же, как и экранный шрифт для текстового режима монитора, только матрица символа чаще всего квадратная (16x16). Основной недостаток растрового шрифта — заметное ухудшение качества при увели­чении (масштабировании) символа: изображение приобретает ступенчатые очертания. Поэтому необходимо, либо создавать отдельные шрифты для разных размеров (а это не только дополнительная работа, но и затраты памяти), либо мириться с ухудшением качества. Кроме того, растровые шрифты в значительной мере зависят от конкретных характери­стик устройства отображения.

При создании векторного шрифта рисунок символа не коди­руется явно по точкам, а описывается совокупностью геометри­ческих фигур, которые и определяют контур рисунка, т. е он описывается по определенным формулам, не зависящим ни размера шрифта, ни от разрешающей способности устройства. Поэтому векторные шрифты легко масштабировать без потери качества изображения. Иногда векторные шрифты называют масштабируемыми, но это не совсем точно, так как масштабиро­вать можно и растровые шрифты.

В среде Windows для работы с документами, как правило, используются векторные шрифты специального формата TrueType. При этом один и тот же шрифт применяется и при выводе экранного текста, и при распечатке на принтере, т. е. функции монитора и принтера как бы «интегрируются». Технология TrueType, в сочетании с рядом дополнительных функций, позволяет реализовать на экране так называемый принцип WYSIWYG (What You See Is What You Get) т. е. страница документа со всеми ее атрибутами — рисунками, разметкой, сти­лями и т. п. — выглядит на экране так же, как и на бумаге после распечатки.

Файл с растровым шрифтом обычно имеет расширение .FON, а файл TrueType — расширение .TTF. Шрифты, как правило, помешаются в подкаталог FONTS каталога Windows и исполь­зуются всеми приложениями оболочки при работе с текстами.

3. Технология подключения устройств Plug and Play

По типу установки устройства можно условно разделить на две группы: Plug and Play и не Plug and Play . Большинство устройств, изготовленных после 1995 года, используют технологию Plug and Play. Устройства Plug and Play достаточно подключить к компьютеру, после чего их можно использовать сразу, не настраивая вручную. Установка нового устройства, независимо от того, поддерживает ли оно технологию Plug and Play, обычно выполняется в три этапа.

1. Подключение к компьютеру.
   
2. Загрузка соответствующих драйверов устройства.
   
3. Настройка свойств и параметров устройства.
   

Если устройство поддерживает технологию Plug and Play, шаги 2 и 3 можно пропустить, т. к. при запуске компьютера автоматически буде распознаваться новое оборудование и загружаться все необходимые драйверы.

В ходе процесса настройки Windows назначает устанавливаемому устройству уникальный набор системных ресурсов. Ресурс – это некоторая часть компьютера, (диск, принтер или память), которая может быть предоставлена выполняющейся программе или процессу. Каждый ресурс, назначаемый устройству, должен быть уникальным. Это необходимо для правильной работы устройства. Для устройств Plug and Play Windows автоматически проверяет правильность настройки ресурсов.

4. Связывание и встраивание объектов.

Это самое мощное средство интеграции программ, позволяющее встраивать в документ одного приложения объекты обработки других приложений. Такие документы называются составными.

Например, писатель сочинил рассказ, набрал его в текстовом про­цессоре Word и сохранил в файле с именем RASSKAZ.DOC. За­тем средствами графического редактора Paint писатель нарисовал иллюстрацию для рассказа и с помощью специального средства внедрил (встроил) ее в документ RASSKAZ.DOC. На следующий день писатель решил украсить картинку допол­нительными деталями. Для этого он открыл в MS Word документ RASSKAZ.DOC, дважды щелкнул на картинке, и на экране появилось окно редактора Paint.

Таким образом, внедрив картинку как объект в основной доку­мент, писатель создал тем самым составной документ и получил возможность работать над ним средствами двух приложений Word и Paint.

Файл с картинкой можно было связать с документом Word, при этом все изменения вносимые в рисунок будут отображаться документе, но рисунок не будет частью документа, он останется самостоятельным файлом. В документе будет находиться только его адрес, следовательно, размер файла Word не увеличится.

Таким образом, связанный объект – это объект, созданный в файле-источнике и вставленный в файл назначения с поддержанием связи между этими двумя файлами. Связанный объект в файле назначения может быть обновлен при обновлении файла-источника. Внедренный объект – это данные (объект), содержащиеся в файле-источнике и вставленные в файл назначения. После внедрения объект становится частью файла назначения. Связанный или внедренный объект можно создать на основе любой программы, поддерживающей эти виды объектов.

В общем случае технология OLE дает нам следующие преимущества:

• во-первых, внедрив в документ приложения некий объект, созданный в другом приложении, мы получаем не только составной документ, но и возможность редактировать этот объект средствами «родного» приложения;
  
• во-вторых, если мы установим связь некоего объекта с документом, мы сохраним объекту самостоятельное назначение, он сможет обслуживать другие документы и т. п. (а заодно и сбережем память на диске).
  

• Объектом OLE (OLE-объектом) мы называем произвольный элемент, созданный средствами какого-либо приложения Windows, который можно поместить (внедрить и (или) связать) в документ другого приложения Windows. Таким элементом может быть фрагмент некоего документа (например, фрагмент растро­вой картинки) или весь документ (например, файл .BMP).
  

Приложение, средствами которого создается объект OLE (т. е. программа, которая обслуживает другое приложение), называет­ся сервером OLE (OLE-сервером, исходным приложением, при­ложением-источником). В нашем примере сервером OLE являет­ся программа Paint.

Приложение, принимающее объект OLE (т. е. программа, ко­торая пользуется услугами OLE-сервера), называется клиентом OLE (OLE-клиентом, приложением-контейнером, приложением-Приемником). В нашем примере клиентом OLE является про­грамма MS Word.

Различные приложения Windows в разной степени поддерживают технологию OLE. Некоторые программы вообще ее не поддерживают, некоторые могут исполнять только роль OLE- сервера (например, Paint, Microsoft Equation, Microsoft WordArt и многие другие).Наиболее мощные и универсальные приложения Windows (например, Word и Excel) могут исполнять функ­ции и OLE-сервера, и OLE-клиента.