Лекційні матеріали
ТЕМА 1. Основні поняття та апаратно-програмне забезпечення інформаційних технологій
1.1. Поняття інформації та інформаційних процесів
1.2. Апаратне забезпечення інформаційної системи. Класифікація ЕОМ
1.3. Програмне забезпечення ПК
1.4. Файлова система персонального комп’ютера
1.5. Антивірусне програмне забезпечення
1.1. Поняття інформації та інформаційних процесів
Вивченням та створенням нових інформаційних технологій займається наука, яка має назву Інформатика.
Термін «інформатика» виник в 60-х роках у Франції для назви галузі знань, що займається автоматизованою обробкою інформації за допомогою ЕОМ. Це є синтез двох слів: information (інформація) та automatique (автоматика). Існує декілька визначень поняття “інформатика”. Ось одне із них:
Інформатика – технічна наука, що вивчає процеси створення, зберігання, відновлення, обробки і передавання даних засобами обчислювальної техніки а також принципи функціонування означених засобів.
Предмет інформатики складають наступні поняття:
- Апаратне забезпечення засобів ОТ (Hardware)
- Програмне забезпечення (Software)
- Засоби взаємодії (інтерфейс) апаратного та програмного забезпечення
- Інтерфейс людини з апаратним та програмним забезпеченням.
Академік Єршов визначав інформатику, як «науку про інформаційні технології»
Інформаційна технологія – це цілеспрямована організована сукупність інформаційних процесів з використанням засобів обчислювальної техніки, що забезпечують високу швидкість обробки даних, швидкий пошук інформації, розосередження даних, доступ до джерел інформації незалежно від місця їх розташування (ст. 1 Закону України “Про Національну програму інформатизації”).
Основне завдання інформатики полягає у визначенні загальних закономірностей процесу інформатизації суспільства та розробці більш ефективних методів і засобів здійснення процесів інформатизації
Інформатизація – сукупність взаємопов’язаних організаційних, правових, політичних, соціально-економічних, науково-технічних, виробничих процесів, що спрямовані на створення умов для задоволення інформаційних потреб громадян та суспільства на основі створення, розвитку і використання інформаційних систем, мереж, ресурсів та інформаційних технологій, які побудовані на основі застосування сучасної обчислювальної та комунікаційної техніки (ст. 1 Закону України “Про Національну програму інформатизації”).
Мета інформатизації – поліпшення якості життя людей за рахунок збільшення продуктивності і полегшення умов їхньої праці.
Важливою складовою навколишнього світу є інформація. Інформація є одним з основних ресурсів суспільства. Інформація подається у вигляді мови, тексту, зображення, числових даних, графіків, таблиць тощо.
Інформація відноситься до абстрактних понять і проявляється вона в матеріальній формі в вигляді сигналів, вона включає в себе обмін зведеннями між людьми, обмін сигналами між живою і неживою природою, людьми і пристроями. Інформація зберігається у вигляді кодів, тому перед збереженням вона повинна бути закодована.
Термін інформація походить від латинського informatio, що означає пояснення, освідомлення. Відповідно до статті 1 закону України «Про інформацію»: інформація – це будь-які відомості та/або дані, які можуть бути збережені на матеріальних носіях або відображені в електронному вигляді (ст. 1 Закону України “Про інформацію” в редакції від 13.01.2011).
Інформація - це фундаментальне наукове поняття, але у зв’язку з тим, що не існує фундаментальної науки, яка б вивчала природу інформації, до цього часу відсутнє й загальновизнане строге наукове визначення інформації. Кожна наука, яка вивчає та використовує властивості інформації, дає їй визначення зі своєї точки зору. З точки зору інформатики визначення інформації базується на припущенні, що інформація - це динамічний об’єкт, який не існує в природі сам по собі, а створюється при взаємодії даних та методів в ході інформаційного процесу.
Інформація – це результат взаємодії даних та адекватних їм методів.
Цікаве визначення, що містить ключ до одиниць вимірювання інформації, дав англійський науковець Клод Шеннон: інформація – це міра усунення невизначеності стосовно завершення події, що нас цікавить.
Класифікувати види інформації можна за різними критеріями:
За формами представлення можна виділити текстову, числову, графічну, звукову та комбіновану (мультимедійну) інформацію.
За суспільним значенням:
- масову (буденну, суспільно-політичну, естетичну та ін.);
- спеціальну (наукову, технічну, правову, виробничу);
- особисту (інформацію про особу, наші знання тощо).
Законом України “Про інформацію” встановлені такі види інформації за змістом:
1) інформація про фізичну особу;
2) інформація довідково-енциклопедичного характеру;
3) інформація про стан довкілля (екологічна інформація);
4) інформація про товар (роботу, послугу);
5) науково-технічна інформація;
6) податкова інформація;
7) правова інформація;
8) статистична інформація;
9) соціологічна інформація;
10) інші види інформації.
Як один із видів інформації цей Закон виокремлює правову інформацію – сукупність відомостей про право, його систему, джерела, юридичні факти, правовідносини, правопорядок, правопорушення, їх розкриття тощо. Джерелами правової інформації є Конституція України, законодавчі й підзаконні правові акти, міжнародні договори та угоди, норми й принципи міжнародного права а також ненормативні правові акти, повідомлення засобів масової інформації, публічні виступи, інші джерела.
Види інформації, що використовуються в діяльності ОВС – це оперативна; оперативно-довідкова; оперативно-розшукова; експертно-криміналістична; статистична; аналітична; адміністративно-управлінська; контрольна; архівна; науково-технічна та інша.
Основні властивості інформації – це достовірність, своєчасність, повнота, зрозумілість, актуальність, корисність, якість, доступність, цілісність, конфіденційність, об’єктивність, адекватність, надмірність.
Відомо, що інформація є основою управлінської діяльності. До найважливіших властивостей інформації відносять: достовірність, своєчасність, повноту. Особливо важливі ці властивості для інформації, що циркулює в ОВС. Відсутність в інформації хоча б одної з названих якостей може призвести до невірного управлінського рішення. Різноманітність і великі обсяги інформації нерідко ускладнюють пошук необхідних відомостей. Тому інформація має бути впорядкована, облікована і максимально можливо формалізована для її обробки за допомогою ЕОМ.
Кількість інформації може бути виміряна. Одиницями вимірювання інформації є: "біт", "байт", "кілобайт (Кбайт)", "мегабайт (Мбайт)", "гігабайт (Гбайт)" тощо.
Біт – найменша (елементарна) одиниця інформації, це один двійковий розряд, в який може записуватися тільки або "0", або "1". Згідно визначення К. Шеннона, наведеного вище, біт - це міра усунення невизначеності елементарної події, яка має два рівно ймовірних варіанта завершення (наприклад, результат підкидання монети).
Байт ("byte") згідно сучасних стандартів персональних комп'ютерів дорівнює восьми бітам, тобто, це така величина, що кодується двійковим кодом з восьми розрядів.
Проте в історії комп'ютерної техніки існували рішення з іншими розмірами байта (наприклад, 6, 32 або 36 бітів), тому іноді в комп'ютерних стандартах та офіційних документах для однозначного позначення групи з 8 біт використовується термін «октет» (лат. octet ).
Таке об’єднання з восьми розрядів дозволяє записувати 28 = 256 різних комбінацій бітів, тобто можна закодувати 256 цілих чисел: від 0 до 255. За допомогою них виконується кодування в ЕОМ текстових символів. Таблиця відповідності символів і кодів називається кодовою таблицею ASCII (американський стандартний код перетворення інформації). Байт дуже зручна одиниця вимірювання інформації, тому що він дозволяє зберігати код одного символу (букви, цифри, розділового знаку тощо).
Один байт – це не тільки одиниця інформації, але й елементарна комірка пам’яті ЕОМ архітектури IBM PC. Пам’ять комп’ютера складається із послідовності таких комірок. Кожна комірка (байт) має адресу (номер комірки) та вміст (двійковий код, що зберігається в ній). Коли процесор ЕОМ обробляє інформацію, він знаходить за адресою у пам’яті потрібну комірку, читає її вміст, виконує необхідні дії та записує результат в іншу комірку пам’яті. Пам’ять ЕОМ вимірюється у кілобайтах, мегабайтах, гігабайтах.
Для виміру великих обсягів інформації використовуються безрозмірні перехідні коефіцієнти (пишуться з великої букви):
К = 210 = 1024; М = 220 = 1048576; Г = 230; Т = 240; П = 250 тощо.
Тобто:
1 Кбайт (кілобайт) = 210 байт = 1024 байт » 103 байт;
1 Мбайт (мегабайт) = 220 байт = 210 Кбайт » 106 байт;
1 Гбайт (гігабайт) = 230 байт = 210 Мбайт » 109 байт;
1 Тбайт (терабайт) = 240 байт = 210 Гбайт » 1012 байт;
1 Пбайт (петабайт) = 250 байт = 210 Тбайт » 1015 байт;
(ці ж коефіцієнти можна використовувати також з одиницею "біт").
Діяльність сучасної людини пов’язана з різними інформаційними процесами. До інформаційних процесів належить пошук, збір, обробка, передача і збереження інформації, захист інформації.
Відомі дві інформаційні кризи у розвитку людства: перша виникла тоді, коли кількість інформації перевищила можливості людського мозку для її зберігання, запам’ятовування (цей бар’єр був подоланий виникненням писемності); друга була пов’язана з обмеженою швидкістю людського мислення (цей бар’єр був подоланий виникненням ЕОМ).
Інформація в сучасному суспільстві стала важливим економічним, соціальним і політичним фактором. Особливо різке зростання обсягів інформації спостерігається в останні роки.
Оскільки для прийняття раціональних і своєчасних рішень потрібно обробляти інформацію великих об’ємів, що не можливо без використання технічних засобів, то відбувається інформатизація і комп’ютеризація суспільства, що забезпечує достовірне, своєчасне використання знань в усіх сферах людської діяльності. Створення і експлуатація інформаційних ресурсів нині більш, ніж на 90% виконується на обчислювальних машинах.
Одночасно, побудова демократичної держави, становлення ринкової економіки в Україні висувають на перший план формування єдиного інформаційно-правового простору, що забезпечує зростання ефективності права за рахунок більш повної правової інформованості всіх структур суспільства і кожного громадянина зокрема, тобто виникає необхідність здійснювати правову інформатизацію.
Правова інформатизація – це процес створення оптимальних умов для максимально повного задоволення в інформаційно-правових проблемах різних суб’єктів на основі використання інформаційних ресурсів із застосуванням прогресивних технологій.
В сфері правової інформатизації робота здійснюється за напрямками:
– інформатизація законотворчої діяльності;
– інформатизація правозастосовної діяльності;
– правове забезпечення процесів інформатизації.
До інформатизації правозастосовної діяльності належить, зокрема, і використання інформаційних технологій в службовій діяльності поліції.
1.2. Апаратне забезпечення інформаційної системи. Класифікація ЕОМ
Одним з найбільш розповсюджених термінів що характеризує досягнення науки і техніки в наш час є «комп’ютер» його використання узагальнює переважну більшість електронних пристроїв. Так, комп'ютер (від англ. computer; лат. computator – обчислювач, лат. computatrum – рахувати – обчислювач) – багатозначний термін, найчастіше вживається для означення програмно керованого електронного пристрою обробки інформації.
Нерідко поряд з терміном комп’ютер як його синонім вживають абревіатуру ЕОМ (електронна обчислювальна машина). Цей термін широко вживається в технічній літературі, однак зустрічається все рідше.
Ефективність службової діяльності працівників поліції суттєво залежить від використання автоматизованих інформаційних систем пошуку та зберігання інформації.
Інформаційна (автоматизована) система – це організаційно-технічна система, в якій реалізується технологія обробки інформації з використанням технічних і програмних засобів (ст. 1 Закону України “Про захист інформації в інформаційно-телекомунікаційних системах”).
В сучасних інформаційних системах обов’язково використовують комп’ютерну техніку. Набір її компонентів залежить від завдань, які повинна виконувати інформаційна система.
Технічне забезпечення – це комплекс технічних засобів, що використовуються для роботи інформаційної системи, та відповідної документації на ці засоби.
Апаратні компоненти інформаційної системи називаються також hardware (тверді вироби). Основною апаратною компонентою інформаційних систем є комп’ютери.
Під поколінням ЕОМ розуміють всі типи і моделі ЕОМ, розроблені різними конструкторськими колективами, зроблені в різних країнах, але побудовані за єдиними науково-технічними принципами. Поява кожного нового покоління ЕОМ (комп’ютерів) визначалась передусім, появою нових електронних елементів, на яких будувались основні блоки ЕОМ. У зв’язку з тим, що в результаті розвитку електроніки елементна база змінювалась 3 рази, то згідно діючої класифікації розрізняють 4 історичних покоління ЕОМ.
До комп’ютерів першого покоління (випускалися з 1945 р. до кінця 50-х років) відносяться ті з них, елементну базу яких складають електронні схеми, що побудовані з використанням радіоламп. Швидкість дії цих комп’ютерів становила від 5 до 20 тис. операцій за секунду. перша електронно-обчислювальна машина у світі (ENIAC) з’явилася у США у 1946 р. В Україні перша ЕОМ почала працювати у 1951 р., вона мала назву малої електронно-розрахункової машини “МЕРМ”. Це, до речі, була перша ЕОМ як у колишньому Радянському Союзі, так і у всій континентальній Європі. До цього покоління належать також ЕОМ "Еdsac", "Univac", "БЭСМ-1,2", "Стрела", "Урал", "Минск-1".
В кінці 50-х років з’явились комп’ютери другого покоління. Елементну базу цих ЕОМ складали напівпровідникові елементи (транзистори та діоди). Швидкість дії комп’ютерів другого покоління набула сотень тисяч, а деяких моделей – мільйон операцій за секунду. До цього покоління належать ЕОМ "RCA-501", "БЭСМ-4,6", "Урал-16,22", "Минск-2,22,32".
Третє покоління ЕОМ (середина 60-х років – середина 70-х років) – це комп’ютери, що побудовані з використанням інтегральних схем середнього рівня інтеграції. Швидкість дії ЕОМ третього покоління досягла декількох мільйонів операцій за секунду. З комп’ютерами цього покоління пов’язано поняття сімейств програмно-орієнтованих ЕОМ, що мали однакову систему команд, уніфіковані зовнішні пристрої, в тій чи іншій мірі уніфіковане програмне забезпечення. До цього покоління належать ЕОМ серій "IBM-360","IBM-370", "ЕС-ЕОМ", "СМ".
З середині 70-х на зміну ЕОМ третього покоління приходять ЕОМ четвертого покоління. Їх швидкість дії дорівнює десяткам, і навіть сотням мільйонів операцій за секунду. Будуються ці комп’ютери на великих інтегральних схемах та мікропроцесорах, є багатопроцесорними, завдяки чому реалізується паралельна обробка даних. До четвертого покоління відносяться також і персональні комп’ютери (ПК) або ПЕОМ. До цього покоління належать ЕОМ "B-7700", "Ілліак-IV", "Эльбрус-2", "IBM PC, XT/AT, PS/2", "Электроника", "ДВК", "Искра", "Нейрон".
Станом на теперішній час проводяться дослідні роботи по створенню комп’ютерів 5-го покоління на елементній базі, що являє собою надвеликі інтегральні схеми та елементи не електричного походження (оптичні, біологічні).
В інформаційній системі можуть використовуватися комп’ютери різних потужностей. Виділяють три великих класи ЕОМ:
- Супер-ЕОМ.
- Середні або міні ЕОМ.
- Мікро-ЕОМ, до яких належать і персональні комп’ютери.
Основні характеристики, що дозволяють віднести ЕОМ до конкретного класу, такі: швидкодія, обсяг пам’яті, режим роботи (індивідуального чи колективного використання), кількість зовнішніх пристроїв, які підключені до комп’ютера.
Персональний комп’ютер (ПК) – це комп’ютер особистого використання. Можливості ПК щодо обробки інформації дуже широкі. Фірма IBM, яка випускала великі ЕОМ, в 1981 р. на базі 16-розрядного мікропроцесора Intel 8086 створила персональний комп’ютер, який згодом інтенсивно витіснив з ринку інші персональні комп’ютери. IBM PC став стандартом персонального комп’ютера. Зараз комп’ютери сумісні з IBM PC складають 90% усього парку ПК. В 1983 р. випущений ПК IBM PC XT з вбудованим жорстким диском. Згодом й інші фірми почали збирати ПК на базі мікропроцесорів Intel, Pentium, AMD. З виходом ПК з’явилися нові галузі застосування ПК. Наведемо основні напрямки використання ПК:
Основу будь-якої електронно-обчислювальної машини складає програмно-апаратний комплекс елементів, призначених для спільного використання і побудованих за єдиними принципами (правилами). Названі принципи були розроблені видатним американським вченим угорського походження Джоном фон Нейманом ще в кінці 40-х років ХХ століття. «Архітектура фон Неймана» лежить в основі переважної більшості сучасних комп’ютерів. В спрощеному вигляді будова класичної електронно-обчислювальної машини фон Неймана виглядає так:
Операційний пристрій (ОП), який виконує команди з визначеного набору, що називається системою (набором) команд, над порціями інформації, яка зберігається у відокремленій від операційного пристрою пам'яті (хоча сучасні архітектури мають в складі операційного пристрою додаткову пам'ять, так званий банк регістрів, в якій операнди зберігаються порівняно короткий час безпосередньо в процесі проведення обчислень.
Пристрій управління (ПУ), який організує послідовне виконання алгоритмів, розшифрування команд, які поступають із запам'ятовуючого пристрою (див. нижче), реагує на аварійні ситуації та виконує загальні функції управління всіма вузлами обчислювальної машини. Зазвичай ОП та ПУ об'єднуються в структуру, яка називається центральним процесором. Слід звернути увагу, що вимога саме послідовного, в порядку надходження з пам'яті (в порядку зміни адрес в лічильнику команд) виконання команд є принциповою. Архітектури, які не додержуються такого принципу, взагалі не вважаються фон-нейманівськими.
Запам'ятовуючий пристрій (ЗП) – масив комірок з унікальними ідентифікаторами (адресами), в яких зберігаються команди та дані.
Пристрій вводу-виводу (ПВВ), який забезпечує зв'язок ЕОМ з зовнішнім світом, різними пристроями, які передають інформацію на переробку в ЕОМ та приймають результати.
Крім проектування структури електронних обчислювальних машин Джон фон Нейман окреслив і основні принципи їх роботи, а саме однорідність пам’яті комп’ютера (єдина область пам’яті для даних та команд); адресний доступ до пам’яті; програмне керування обчисленнями та двійковий принцип кодування даних і команд.
Після завантаження програми (алгоритму й даних для обробки) в запам'ятовуючий пристрій, машина фон Неймана може працювати автоматично, без втручання оператора. Кожна комірка пам'яті машини має унікальний номер – адресу, спеціальний механізм, найчастіше – лічильник команд – забезпечує автоматичне виконання необхідної послідовності команд і визначає на кожному етапі адресу комірки, з якої необхідно завантажити наступну команду.
Особливістю побудови сучасних комп’ютерів виступає їх модульна конструкція, тобто складання цілого з окремих, незалежно виготовлених частин, інтерфейси з'єднання яких стандартизовані і описані у відкритих джерелах (так званий "принцип відкритої архітектури"). Це забезпечує такі переваги:
- модернізацію комп’ютера шляхом встановлення окремих більш потужних чи ефективних його частин;
- швидкий ремонт за рахунок заміни несправних компонентів;
- зручне транспортування;
- підбір комплектуючих під індивідуальні потреби (надійність, потужність, розмір та ін.);
- простоту та легкість процесу збору та підключення (сучасний комп’ютер можна зібрати без використання виворотки).
Разом з тим, використання модульної конструкції викликає деякі незручності. По-перше, бурхливий розвиток комп’ютерних технології вимагає постійного удосконалення та зміни стандартів з'єднання. По-друге, використання запатентованих стандартів вимагає іноді значних фінансових витрат чи призводить до появи кількох, часто несумісних, стандартів. По-третє, необхідність підтримки великої кількість вже застарілих, однак ще діючих стандартів.
Основними елементами комп’ютера є центральний процесор, материнська плата, запам’ятовуючі пристрої (оперативна та постійна пам’ять), зовнішні пристрої. Щодо останнього елементу слід виділити засоби вводу інформації, засоби виводу інформації та зовнішні засоби зберігання інформації. Окремо ми розглянемо блок живлення та корпус комп’ютера, та їх роль в збереженні даних та працездатності комп’ютера.
Рис. 1.1. Структура персонального комп'ютера
Центральний процесор
Головним елементом кожної обчислювальної машини є центральний процесор (Central processing unit, CPU) – складний пристрій, призначений для керування всіма елементами комп’ютера і процесом виконання програм. В складі процесора виділяють арифметико-логічний пристрій (АЛП), призначений для проведення обчислень та центральний пристрій керування (ЦПК), що забезпечує управління процесами у комп’ютері шляхом автоматизованого виконання .
Терміном «мікропроцесор» називають процесор, що виконаний в одній мікросхемі. Якщо ЕОМ у якості CPU використовує мікропроцесор, то вона належить до класу мікро-ЕОМ. Всі персональні комп'ютери відносяться до мікро-ЕОМ.
Внутрішня будова процесора включає в себе низку спільно працюючих пристроїв, а саме:
центральний пристрій керування узгоджує роботу окремих елементів процесора між собою, відповідає за проведення обчислень та зв’язок з іншими пристроями, згідно запущеної програми;
регістри – зберігають актуальну команду, вихідні, проміжні значення та кінцеві результати обчислень;
арифметико-логічний пристрій – виконує основні математичні та логічні операції (проміжні та кінцеві результати обчислень зберігає у двійковій системі в регістрах процесора);
математичний співпроцесор призначений для самостійного проведення високоточних обчислень над числами з плаваючою комою та працює паралельно незалежно від інших елементів процесора;
дешифратор інструкції (команд) відповідає за правильне розміщення даних та команд по регістрам процесора, а також за обмін інформацією з іншими пристроями;
кеш даних і команд зберігає часто використовувані дані та команди. Інформація в регістрах оновлюється кожний такт (цикл) роботи процесора, тоді як кеш вміщує на порядок більше інформації і зберігає її для повторного використання в інших тактах.
Рис. 1.2. Центральні процесори різних поколінь
Розвиток процесорів розпочався минулого століття і зазнавав значних змін. Модульний принцип закладений в основу будови комп’ютера вимагав стандартизації окремих її елементів. До нашого часу активно розвивався і удосконалювався стандарт х86 закладений 1976 року в процесорах iAPX86 компанії Intel. Характерною рисою цього стандарту є 32-бітна архітектура процесорів. В основу наступного стандарту, розробленого на початку 2000-х років була покладена 64-бітова архітектура (x86-64, x64, AMD64, Intel64, EM64T – єдиний 64-бітний стандарт від різних виробників). Іншим напрямом удосконалення процесорів стало створення багатоядерних процесорів – кількох процесорів, поєднаних в одній мікросхемі зі складною структурою взаємодії.
Процесор постійно обмінюється даними з іншими елементами комп’ютера за допомогою системної шини, до якої приєднується через спеціальне кріплення – сокет. Залежно від виробника та внутрішньої архітектури мікропроцесори мають різну кількість контактів та порядок їх розташування, що унеможливлює їх підключення до материнської плати, яка не підтримує даний тип мікропроцесора.
Серед основних характеристик мікропроцесора слід назвати тактову частоту та швидкість дії шини даних. Тактова частота мікропроцесора виражає кількість тактів (циклів роботи мікропроцесора) за секунду і вимірюється в мегагерцах (1 МГц = 1 мільйон тактів за секунду) та гігагерцах (1 ГГц = 1 мільярд тактів за секунду). Частота шини даних залежить як від можливостей процесора (кожен має максимально підтримувану частоту шини), так і від максимально підтримувану частоту інших елементів комп’ютера – материнської плати, оперативної пам’яті тощо. Крім того, на швидкодію комп’ютера значно впливає розмір кеш пам’яті процесора, в якому зберігаються найбільш використовувані дані, доступ до яких значно швидше, ніж до даних в оперативній пам’яті комп’ютера. Отже, швидкість дії мікропроцесора визначають його тактова частота, частота шини даних та розмір кеш-пам’яті.
Материнська плата
Частина комп’ютера, призначена для поєднання всіх інших модулів між собою, називається материнською платою. Всі компоненти комп’ютера приєднується та взаємодіють через материнську плату.
Материнська (головна) плата (англ. – motherboard, mainboard, MB, мати, материнка) – це основна плата, до якої приєднуються всі частини комп'ютера (процесор, відеокарта, ОЗУ та ін.), встановлюється в системному блоці. Основне завдання материнської плати – об’єднати і забезпечити спільну роботу всіх елементів.
Візуально материнська плата є найбільшою з усіх частин будь-якого комп’ютера, на якій розміщено велику кількість різноманітних гнізд і до якої підключені всі інші плати та пристрої. Різний розмір та форма гнізд унеможливлюють неправильне вмикання модулів, а на інших стоять спеціальні позначки. Для збору й підключення сучасного комп’ютера достатньо уважного вивчення документації та послідовного виконання вказаних інструкцій.
Крім великої кількості гнізд, радіодеталей та мікросхем, на материнській платі розташовані дві великі мікросхеми. Разом вони складають чіпсет (від англ. chipset) материнської плати. Чіпсет – це сукупність мікросхем, що забезпечують узгоджену спільну роботу складових частин комп’ютера і їх взаємодію між собою. Якщо розмістити материнську плату перед собою таким чином, що гнізда для підключення клавіатури, миші, колонок та інших зовнішніх пристроїв будуть виходити вліво, то мікросхема чіпсету, що розташована вище, буде північним мостом, а нижня – південним. Ці «мости» мають різне функціональне призначення.
Північний міст (North bridge, системний контролер) – це частина системної логіки материнської плати, що забезпечує роботу основних вузлів комп'ютера – центрального процесора, оперативної пам'яті, відеокарти. У деяких випадках північний міст може містити інтегрований графічний процесор.
Південний міст ( ICH - I/O controller hub), периферійний контролер, контролер введення-виведення) – забезпечує підключення до системи менш швидкісних пристроїв, які не потребують високої пропускної здатності – жорсткого диска, мережевих плат, аудіоплати і т. д., а також шин PCI, USB та ін., в які встановлюються різного роду додаткові пристрої. Клавіатура і миша також замикаються на південний міст.
Існують схеми, що відрізняються від класичної загальноприйнятої будови чіпсета материнської плати з розподілом функцій між південним та північним мостами. Це стосується, в першу чергу, комп'ютерів на базі сучасних процесорів, в які вмонтовуються елементи, що більшою чи меншою мірою виконують функції північного мосту (найчастіше – контролер оперативної пам'яті). На материнських платах для таких процесорів північний міст суттєво спрощено.
Наступним важливим елементом материнської плати є BIOS (basic input-output system) – базова система введення-виведення даних – спеціальна мікросхема постійної пам'яті, що замикається на південний міст чіпсета. В ній зберігається базова програма управління комп'ютером, яка визначає порядок взаємодії підключених до материнської плати частин між собою. Першою дією BIOS при включенні комп’ютера є перевірка наявності підключених пристроїв та їх працездатності. У разі виявлення серйозних проблем BIOS сповіщає користувача за допомогою звукових сигналів з вмонтованого або підключеного динаміка (pc-speaker). Існує кілька різновидів BIOS, в яких використовується різні системи сигналів, значення яких можна легко знайти як в документації на материнську плату, так і на спеціалізованих ресурсах Інтернет.
Звуковими сигналами BIOS сповіщає про проблеми материнської плати, несправність обов’язкових елементів комп’ютера, таких як блок живлення, процесор, оперативна пам’ять, монітор.
На відміну від операційної системи та іншого програмного забезпечення, встановлених на жорсткий диск, BIOS доступний комп'ютеру без підключення вінчестера та інших елементів.
Залежно від чіпсета материнської плати і версії BIOS, його налаштуванням можна визначити джерело завантаження комп'ютера, змінити частоту шини процесора, таймінги (тимчасові затримки сигналів) модулів оперативної пам'яті (збільшивши їх продуктивність), а також виконати налаштування багатьох інших вбудованих та зовнішніх пристроїв, в тому числі і відключити окремі елементи (наприклад, мережевий адаптер, дисковод 3,5).
Запуск комп’ютера завжди відбувається з урахуванням даних BIOS. Якщо мікросхему постійної пам'яті пошкодити або внести в BIOS налаштування, не сумісні з працездатністю системи, комп'ютер не запуститься. В останньому випадку для вирішення проблеми достатньо "обнулити" налаштування BIOS до стандартних ("заводських") параметрів. Для цього потрібно на нетривалий час вийняти з відповідного роз'єму материнської плати батарейку, що живить мікросхему ПЗУ (типу CR2032, зовні схожа на монету), або замкнути спеціальні контакти на материнській платі. Обнуління BIOS також відбувається, коли ця батарейка "сідає" (перша ознака – при вимиканні комп'ютера збивається системний час).
Швидкість доступу до мікросхеми постійної пам'яті низька. Щоб це не впливало на швидкодію комп'ютера, більшість материнських плат створюються таким чином, що при запуску системи, BIOS з мікросхеми постійної пам'яті копіюється в спеціально зарезервовану область оперативної пам'яті, звану Shadow Memory (тіньова пам'ять), швидкість доступу до якої значно вища.
Сучасні мікросхеми постійної пам'яті дозволяють змінювати BIOS на інші версії. Ця операція називається перепрошивкою BIOS, виконується за допомогою спеціального програмного забезпечення (зазвичай доступного на сайті виробника системної плати), і потребує серйозного підходу, оскільки в разі невдачі може спричинити сумні наслідки, аж до необхідності придбання нової материнської плати. Тому без крайньої необхідності перепрошивати BIOS не варто. Нові версії іноді дозволяють вирішити проблеми сумісності материнських плат з новими пристроями, додати окремі варіанти налаштувань або усунути дрібні недоліки. Але якщо система і без того працює стабільно, краще не ризикувати.
Рис. 1.3. Материнська плата з встановленим центральним процессором та системою охолодження
Крім роз’єму для підключення центрального процесора (сокета), на материнській платі розміщені інші слоти розширення (роз’єми):
- слоти модулів оперативної пам'яті, до яких приєднуються модулі оперативної пам'яті відповідного типу;
- AGP (англ. Accelerated Graphics Port) – спеціалізований 32 розрядний роз’єм для підключення відеоплат з вбудованою відеопам’яттю та швидкісним доступом до оперативної пам’яті персонального комп’ютера.
- PCI (Peripheral component interconnect – взаємозв'язок периферійних компонентів) – це шина з невеликою пропускною здатністю, якої, однак, досить для підключення багатьох пристроїв (TV-тюнерів, звукових карт, карт для захоплення відео, мережевих карт, Wi-Fi-модулів та ін.);
- РСІ-Express – швидка шина для відеокарти, створена з використанням програмної моделі PCI. Залежно від чіпсета, таких шин на материнській платі може бути кілька, і вони можуть мати різну пропускну здатність. Конфігурація з декількома РСІ-Express дозволяє використовувати відразу кілька відеокарт, що робить відеопідсистему комп'ютера більш продуктивною.
- USB – роз'єм для підключення периферійних пристроїв. Відомий усім в першу чергу як роз'єм для підключення флешок, фотоапаратів, телефонів та ін. Він буває декількох специфікацій: USB 1.0 (пропускна здатність до 12 Мбіт/с), USB 2.0 (до 480 Мбіт/с) і найбільш новий USB 3.0 (до 4800 Мбіт/с). USB 1.0 і 2.0 зовні однакові, мають 4 контакти. USB 3.0 має вдвічі більше контактів, хоча і підтримує можливість підключення старіших пристроїв (розрахованих на USB 1.0 і 2.0);
- SATA (Serial Advanced Technology Attachment – цифрове приєднання за передовою технологією) – служить для підключення накопичувачів інформації (жорстких дисків, оптичних приводів). Швидкість передачі даних залежить від ревізії SATA: 1.x – до 1,5 Гбіт/с; 2.x – до 3 Гбіт/с; 3.x – до 6 Гбіт/с.;
- PATA (Parallel ATA) – є попередником SATA і до його появи називався IDE. PATA призначений для підключення старих носіїв інформації і оскільки останні ще продовжують служити своїм власникам, цей інтерфейс зберігається на нових материнських платах для забезпечення сумісності;
- Floppy – роз'єм для підключення приводу дискети 3,5 дюйма. Як не дивно, ці носії все ще не повністю вийшли з вживання;
- роз'єми для підключення блоку живлення. Основний роз’єм, що живить всі компоненти (ATX) має 24 контакти. Живлення центрального процесора може мати 4 або 8 контактів (залежно від потужності процесора, на який розрахована материнська плата).
Крім того, на материнській платі є різні голчасті гребінки, призначені для підключення передньої панелі корпусу (кнопки Power, Reset, індикатори процесора і жорстких дисків, навушники, мікрофон, USB), кулерів (вентиляторів) процесора, корпусу, жорстких дисків та ін.
Як правило, материнська плата має ряд вбудованих пристроїв, таких як мережевий адаптер, звукова карта, відео-карта, що мають власні роз'єми підключення мікрофону, аудіо-систем, мережевого адаптера (RJ45) та ін. На моделях з інтегрованим графічним адаптером є відповідні роз’єми для підключення моніторів (VGA, DVI, HDMI).
Оперативна пам’ять
Комп’ютерна пам’ять (пристрій зберігання інформації, запам’ятовуючий пристрій) – частина електронної обчислювальної машини, що використовується для зберігання даних під час обробки інформації. Пам’ять в обчислювальних пристроях має ієрархічну структуру і передбачає використання кількох різновидів запам’ятовуючих пристроїв.
Нерідко під терміном «комп’ютерна пам’ять» розуміють лише один з її видів – динамічну пам’ять з довільним доступом (DRAM), що використовується як оперативний запам’ятовуючий пристрій (ОЗП) в сучасних комп’ютерах.
Основним завданням комп’ютерної пам’яті є зберігання інформації, як правило, у вигляді двох чітко розрізнюваних станів – 0 та 1 (вимкнено /включено). Отримання та запис інформації є різними розмежованими за часом виконання процесами, що виконуються під керуванням спеціалізованого пристрою – контролера пам’яті. Іноді виділяють процес стирання пам’яті – запис до комп’ютерної пам’яті однакових значень, зазвичай 0.
Існує чимало різновидів комп’ютерної пам’яті, створених для ефективного виконання окремих завдань, що дає можливість класифікувати наявні види пам’яті за призначенням, за форматом даних.
Рис. 1.4. Внутрішня та зовнішня комп’ютерна пам’ять
Класифікація комп’ютерної пам’яті за призначенням:
– буферна пам’ять призначена для тимчасового зберігання даних при їх передаванні між різними пристроями чи програмами;
– тимчасова пам’ять використовується для зберігання поточних результатів обробки (підсумковий результат зберігається окремо);
– кеш-пам’ять являє собою вбудовану в архітектуру пристрою пам’ять високої швидкості, призначену для зберігання часто використовуваних даних (надає найшвидший доступ до інформації однак має низький обсяг);
– службова (корегуюча) пам’ять призначена для зберігання посилань на несправні елементи основної пам’яті (також використовують терміни relocation table та remap table);
– управляюча пам’ять містить програми для керування іншими процесами. Реалізується у виді постійно запам’ятовуючих пристроїв;
– пам’ять колективного доступу дозволяє одночасне її використання кількома користувачами, процесорами чи процесами.
За надійністю запису та можливостями перезапису запам’ятовуючі пристрої поділяють на:
– постійні запам’ятовуючі пристрої (ПЗП), які допускають лише отримання інформації користувачем (наприклад BIOS). Зауважимо, що деякі сучасні різновиди ПЗП дозволяють оновлення даних, однак за умови доступу до спеціального інженерного меню чи технічних засобів не доступних звичайним користувачам;
– записувані ПЗП (programmable read-only memory) пристрої, призначені для однократного запису і необмеженої кількості відтворення інформації (CD-R, DVD-R);
– багаторазово записувані ПЗП (наприклад вінчестер, CD-RW, DVD-R);
– оперативні запам’ятовуючі пристрої (ОЗУ) – забезпечують швидку обробку інформації, однак при відключенні інформація на них знищується.
За типом доступу виділяють такі види:
– з послідовним доступом (магнітна плівка);
– з довільним доступом до будь-якого елементу пам’яті (наприклад, оперативна пам’ять);
– з прямим доступом (жорсткий диск);
– з асоціативним доступом (спеціальні пристрої, що використовуються для підвищення ефективності баз даних).
За фізичним принципом зберігання даних виділяють:
– перфораційні (отворами);
– магнітні (стрічки, жорсткі та гнучкі диски, та ін.);
– оптичні (CD, DVD, Blu-ray);
– магнітооптичні (CD-МО);
– з використанням збереження електростатичного заряду (конденсаторні, електронно-променевої трубки);
– з використанням фізичних ефектів в напівпровідниках (флеш пам’ять);
– інші.
Оперативна пам’ять (англ. Random Access Memory, пам’ять з довільним доступом) – енергозалежний елемент комп’ютерної пам’яті, призначений для тимчасового зберігання даних та команд, необхідних процесору для виконання обчислень. Обмін даними між процесором та оперативною пам’яттю здійснюється безпосередньо чи з використанням спеціальної надшвидкої пам’яті – кеша.
Характерною рисою оперативної пам’яті є висока швидкість її роботи. Вона досягається шляхом використання спеціальних мікросхем, в яких дані вносяться та зберігаються шляхом комбінацій напруги та її відсутності на окремих виводах мікросхеми. Тобто напруга потрібна для зміни і зберігання даних У разі, коли напруга на виводи мікросхем відсутня – всі дані, що зберігалися в пам’яті, знищуються. Отже енергозалежність оперативної пам’яті виражається у знищені внесених даних при відключенні комп’ютера.
Сучасні операційні системи можуть обходитися без відключення шляхом переведення комп’ютера в спеціальний режим сну. Він відрізняється від повного відключення комп’ютера високою швидкістю зміни робочого режиму на режим сну, та навпаки. Поряд з тим, існує низка недоліків використання режиму сну, а саме: споживання електрики знижується, але не припиняється; тимчасові файли, в тому числі і системні, не знищуються, а нагромаджуються в системі; після встановлення оновлень системи чи складних програм необхідно перезавантаження комп’ютера. При переході комп’ютера в режим сну дані оперативної пам’яті зберігаються в спеціальному файлі.
Важлива характеристика оперативної пам’яті – її обсяг. Переважна більшість програм завантажується в пам’ять повністю і використовує її для зберігання робочих даних. Великі за обсягом програми, зокрема, операційні системи, вимагають наявності певного мінімального обсягу оперативної пам’яті (наприклад, для встановлення та запуску Windows 7 необхідно 512 Мб оперативної пам’яті). Крім операційних систем, існують професійні програми для редагування зображень, звуків, відеозаписів, моделювання об’ємних фігур, а також ігрові програми, які встановлюють набагато більші вимоги до всіх елементів комп’ютера. Крім мінімальних вимог, існують також рекомендовані вимоги, дотримання яких запобігає уповільненню роботи програм. Як правило, мінімальних вимог достатньо для запуску самої програми, а рекомендованих – для комфортної роботи з нею.
Жорсткі диски (вінчестери) та інші вбудовані та зовнішні пристрої для постійного запам’ятовування інформації
Накопичувані на жорстких магнітних дисках (НЖМД). Інакше їх називають вінчестерами – це пристрої з незмінними носіями.
Конструктивно НЖМД складається з пакета прецизійних (високоточних) металевих дисків, покритих феромагнітним шаром. Над кожним диском пакета зверху і знизу розташована магнітна голівка для зчитування та записування інформації. Пакет дисків обертається безперервно і з великою швидкістю (5400,7500, у деяких моделях – до 15 000 об./хв.). Час зчитування інформації у НЖМД становить від 2,5 до 16 мс. Ємність НЖМД для ПК – до 2 Тбайт.
Рис. 1.5. Накопичувач на жорстких магнітних дисках
Твердотільні накопичувані інформації. Це енергонезалежні, перезаписувані запам'ятовуючі пристрої без рухомих механічних частин (NAND або Flash SSD, Solid State Drive). Такі накопичувачі встановлюють у спеціалізовані системи, компактні ноутбуки і нетбуки, комунікатори і смартфони тощо.
Накопичувачі CD-ROM. Накопичувачі на компакт-дисках CD-ROM (compact disc read only memory) призначені для читання даних, занесених на диск механічним шляхом за допомогою відбитку-кліше. Компакт-диски є змінними пристроями. Ємність CD-ROM становить 640-800 Мбайт. Інформація записана на доріжку-спіраль від центру до краю диска. Вона зчитується лазерним променем. Швидкісні характеристики приводів визначаються у стандартних одиницях швидкості. Одношвидкісний привід забезпечує швидкість передавання даних 150 Кбайт/с. У теперішній час ПК комплектуються 40-, 52-, 60- швидкісними приводами, які забезпечують швидкість передавання даних відповідно 6, 7,8, 9 Мбайт/с. Вони маркуються 40х, 52х, 60х.
Накопичувачі CD-R (CD-recordable). Такі накопичувачі дають змогу виконати одноразовий запис на диск і потім такий диск експлуатується як звичайний CD-ROM. Під час записування інформації промінь лазера пропалює плівку на поверхні диска, унаслідок чого змінюється відбиваюча здатність поверхні. Ємність диска CD-R і швидкість зчитування такі самі, як і у CD-ROM.
Накопичувачі CD-RW (CD-rewritable). Ці накопичувачі допускають багаторазове перезаписування інформації на диску. Під час записування інформації під дією лазерного променя змінюється аморфний стан поверхні диска, чим забезпечуються різна відображаюча можливість поверхні і відповідне кодування інформації. За форматом такі диски сумісні із звичайними CD-ROM.
Накопичувачі DVD (digital versatile disc). Призначені для збереження відео-, аудіоінформації високої якості або великого обсягу іншої інформації. Двосторонні двошарові диски мають ємність 17 Гбайт. Існують накопичувачі DVD-RW, які можуть перезаписувати інформацію на диску. Приводи DVD можуть читати інформацію із звичайних CD-ROM, CD-R, CD-RW.
Накопичувачі Blu-Ray. Blu-ray Disc, BD (англ. blue ray – блакитний промінь, disc – диск) – формат оптичного носія, що використовується для записування і збереження цифрових даних, у тому числі відео високої чіткості. Стандарт Blu-ray отримав свою назву від використання для записування і читання короткохвильового (405 нм) «синього» лазера. Одношаровий диск може мати ємність 23,3, або 25, або 27 Гб, двошаровий диск може вмістити 46,6 або 50, чи 54 Гб. Уже анонсовано чотиришарові диски ємністю 100 Гб, а у стадії розроблення знаходяться диски на 200 Гб із шістьма шарами. Зовнішьно диски Blu-ray схожі на звичайні компакт-диски.
Модулі флеш-пам'яті. Флеш-пам'ять є різновидом твердотільної напівпровідникової енергонезалежної пам'яті, що перезаписується. Вона може читатися скільки завгодно разів, але кількість записів у модуль такої пам'яті обмежена – максимально до мільйона циклів (це набагато більше, ніж може витримати CD-RW або дискета). У конструкції флеш-пам'яті немає рухомих частин, тому вона є більш надійною і компактною. Завдяки компактності, невисокій ціні, низьким енергозатратам флеш-пам'ять широко використовується у портативних пристроях, що працюють на акумуляторах, цифрових фотокамерах, відеокамерах, цифрових диктофонах, МР-3 плеєрах, КПК, мобільних телефонах, смартфонах, комунікаторах та ін. Як мобільні носії інформації популярними є USB флеш-брелоки. Випускається флеш-пам'ять об'ємом до 256 Гб і більше. Флеш-пам'ять зберігає інформацію у масиві транзисторів із плаваючим затвором, що є елементами цієї пам'яті. Плаваючий затвор є повністю ізольованим і здатен утримувати електрони до 10 років. Швидкість записування- перезаписування доходить до 100 Мб/с.
Обов’язкові елементи. Корпус, Блок живлення.
В окрему категорію слід виділити частини, які виконують в роботі комп’ютера допоміжні функції – забезпечують енергією та захищають від зовнішніх чинників.
Одна з основних характеристик блоку живлення є вихідна потужність. Широко розповсюдженим для блоків живлення є стандарт ATX, що подає живлення на материнську плату, в тому числі і при вимкненому комп’ютері. Наприкінці 90-х років минулого століття AT блоки живлення вмикалися одночасно з комп’ютером спеціальним вимикачем. Стандарт ATX передбачає постійне електропостачання для материнської плати та блоку живлення і вмикання сучасного комп’ютера можливе як за натискання кнопки на передній панелі корпусу, кнопки на клавіатурі чи спробі підключення по мережі (залежно від налаштувань BIOS).
4-х контактний штекер живлення Molex 8981 (маркування дротів жовтий–чорний–чорний–червоний), найбільш розповсюджений в комп’ютерній техніці, зараз поступово заміщується спеціалізованими штекерами зокрема для підключення SATA-пристроїв.
Залежно від класу блока живлення вихідна потужність складає 300–500 Вт які розподіляються між усіма внутрішніми елементами комп’ютера. Існує чимало способів обчислити необхідну потужність блоку живлення, в тому числі і на спеціальних інтернет-ресурсах, так званих калькуляторах потужності. Це можна зробити і самостійно, додавши енергоспоживання всіх компонентів. Залежно від моделі процесор споживає 40–130 Вт материнська плата з оперативною пам’яттю – 25–50 Вт, кожен жорсткий диск чи DVD-пристрій 15–20 Вт, а відеокарта – 40–200 Вт.
До отриманої загальної потужності як правило додають 30% потужності в якості резерву. Однак для звичайного офісного комп’ютера буде достатньо потужності 250–300 Вт. До прискіпливих розрахунків слід звернутися при використанні кількох потужних відеокарт, використанні великої кількості вінчестерів чи підключенні до комп’ютера потужних зовнішніх пристроїв без власного живлення (USB-сканери, USB-сувеніри обігрівачі, вентилятори, міні-холодильники тощо).
1.3. Програмне забезпечення ПК
Сам по собі комп’ютер не володіє знаннями в сферах свого застосування, всі знання зосереджені в програмах, що виконуються на ПК. Змінюючи програми, можна ПК зробити робочим місцем конструктора, астронома, юриста. Програмне забезпечення називається також software (у перекладі „м’який виріб”).
Ще при створенні перших комп’ютерів у 1945 р. знаменитий математик Джон фон Нейман запропонував принципи, як повинен бути побудованим комп’ютер, щоб він був універсальним і зручним засобом для обробки інформації. Одним з них є принцип програмного керування, який полягає у тому, що комп’ютер виконує дії за наперед заданою програмою, яка міститься у його оперативній пам’яті, і ніяка операція, яка не передбачена програмою, не може бути виконана комп’ютером самостійно.
Іншими словами, функціональні можливості комп’ютера визначаються не стільки технічними характеристиками всього складу його апаратури, скільки присутністю відповідного програмного забезпечення.
Командою називається елементарна керуюча дія, яка змінює стан електронних схем процесора.
Програмою називається сукупність послідовності команд, які задають деякий процес перетворення інформації для досягнення відповідної мети.
Алгоритм – це правило (інструкція), що задає (описує) послідовність команд (дій, вказівок), які потрібно виконати над вхідними даними (об’єктами, станами) для отримання результатів або розв’язання поставленої задачі.
Термін “алгоритм” походить від імені узбецького математика аль-Хорезмі, який розробив правила арифметичних дій над числами в десятковій системі числення. Сукупність цих правил у Європі стали називати “алгорифм”. Згодом цей термін був змінений на термін “алгоритм”, який перетворився в загальну назву окремих правил визначеного виду.
Знання алгоритму дозволяє користувачу одержати потрібний результат. Програмісту ці знання необхідні для складання програми, яка потім реалізується на ЕОМ. Тобто програмуванню передує процес алгоритмізації (процес формування алгоритму). Від того, наскільки сумлінно цей процес виконано, залежить ефективність реалізації завдання на ЕОМ.
Програмний засіб - це програма або сукупність програм на носієві даних із програмною документацією, розроблених відповідно до стандартів й інших нормативних документів і придатних для використання за своїм призначенням.
Програмування (створення нових програм) стало провідною галуззю народного господарства (в середині 90-х років в світі програмування було зайнято 2% дорослого населення). Сукупний дохідний оборот в сфері програмування у світі досягає декількох сотень млрд. доларів на рік.
Програмне забезпечення (ПЗ) (software чи просто “софт”) – це сукупність програм, інших засобів, описів і інструкцій, що дозволяють розв’язувати завдання на комп’ютері.
Програмне забезпечення поділяється на три категорії (рис. 1.6).
Рис. 1.6. Класифікація програмного забезпечення
Системне ПЗ – це комплекс програм, який призначений для управління роботою комп’ютера, керування взаємодію різноманітних програм та пристроїв, розподілу ресурсів між програмами користувачів, діагностику несправностей та організовує процес обробки інформації в комп’ютері.
Системні програми поділяються на такі групи:
1) операційні системи (MS-DOC, Windows, Unix, OS/2, Linux тощо);
2) драйвери, що розширюють можливості ОС та дають можливість їй працювати із зовнішніми пристроями;
3) програми-оболонки, що забезпечують зручний наочний спосіб спілкування з комп’ютером (наприклад, Norton Commander, FAR);
4) утиліти, що є допоміжними програмами, призначеними для обслуговування дисків, резервування, захисту від вірусів, архіватори тощо - розширюють можливості операційної системи.
Головну частину системного ПЗ складає операційна система (ОС) – це набір програм для керування роботою комп’ютера, забезпечення доступу до інформації на дисках і підтримки діалогу з користувачем. Операційна система забезпечує користувачу зручний спосіб спілкування з пристроями комп’ютера.
Слід розуміти, що елементарні операції для роботи з пристроями комп’ютера і управління його ресурсами – це операції, так званого, низького рівня, і дії, котрі необхідні користувачеві і прикладним програмам, в дійсності складаються з багатьох елементарних операцій. Призначення операційної системи полягає, передусім, у тому, щоб сховати від користувача ці рутинні і непотрібні йому подробиці та надати можливості зручного спілкування при роботі з ЕОМ. Операційна система виконує також перегляд, копіювання та друк файлів, здійснює завантаження програм в оперативну пам’ять, передає їм керування на початок роботи, виконує різні інші дії.
Основні функції операційної системи:
1) керування роботою ЕОМ;
2) організація процесів введення, обробки і виведення даних;
3) розподіл ресурсів між програмами користувача;
4) забезпечення ефективної взаємодії пристроїв;
5) налагодження взаємодії користувача з комп’ютером.
На сьогодні нараховується вже багато десятків типів ОС для персональних комп’ютерів. Найбільш розповсюдженими та відомими із них на певних історичних етапах та в наш час є MS-DOS, OS/2, Unix, Mac OS, Windows, Linux.
Сервісні програми розширюють можливості операційної системи. До них відносять програми-оболонки та програми допоміжного призначення (утиліти).
Програми-оболонки забезпечують більш зручний та наочний спосіб спілкування користувача з комп’ютером, ніж штатні засоби ОС. Прикладами таких програм є Norton Comander, FAR, Windows Comander.
Утиліти забезпечують реалізацію таких основних функцій: обслуговування магнітних дисків (форматування, копіювання інформації, забезпечення зберігання системної інформації на дисках, відновлення помилково знищеної інформації, дефрагментація файлів на магнітному диску та ін.); обслуговування файлів та каталогів; створення та поновлення архівів; надання користувачеві інформації про ресурси комп’ютера; шифрування інформації; захист від комп’ютерних вірусів; обмеження доступу і т. ін.
Інструментальні системи (системи програмування) призначені для полегшення процесу розробки та відлагодження програм. Широке розповсюдження отримали системи програмування Бейсік, Паскаль, Фортран, СІ, Асемблер тощо.
Системи програмування призначені для полегшення процесу розробки та відлагодження програм. Мови програмування як програмний продукт поставляються на ринок програмного забезпечення разом з повним комплектом інструментів для створення програм. Такий комплект у теперішній час також називається інтегрованим середовищем програмування. До складу інтегрованого середовища програмування входять, як правило, такі інструменти:
- текстовий редактор для складання й редагування програми;
- мова програмування з компілятором;
- компонувальник;
- система усунення синтаксичних помилок; покроковий налагоджувач;
- бібліотека готових до використання програмних модулів;
- довідкова система з питань розробки програм у даному середовищі.
Прикладами інтегрованих середовищ програмування є Delphi і Visual Basic для Windows та ін. Використання цих середовищ під час розробки програм дає змогу користувачам докладати значно менше зусиль, ніж під час написання програм за допомогою мов нижчого рівня. Інтегроване середовище програмування називають також інструментальною оболонкою.
Прикладне програмне забезпечення складається з пакетів прикладних програм та бібліотек стандартних програм. Пакет прикладних програм – це набір програм, що пов’язані одна з одною послідовністю дій. Це можуть бути і незалежні одна від одної програми, але в комплексі вони забезпечують потреби у вирішенні задач, що належать до визначеної прикладної проблеми. Бібліотеку стандартних програм складають програми, які часто використовуються для обчислення функцій та рішення стандартних задач.
Прикладне ПЗ загального призначення – це комплекс програм, який одержав широке використання серед різних категорій користувачів і має відносно універсальний характер, що надають можливість обробки на ЕОМ інформації без знання мов програмування. Найбільш відомі серед них є:
1) текстові редактори (“Word”, “Write”, “Слово і дело”, “Multi-Edit”, “Твір” тощо);
2) графічні редактори (“PowerPoint”, “Paint”, “Corel Draw” тощо);
3) електронні таблиці (“SuperCalc”, “Excel”, “Lotus” тощо);
4) системи управління базами даних (СУБД) (“dBase”, “FoxBase”, “FoxPro”, “Clipper”, “Paradox”, “Oracle”, “Access” тощо);
5) інтегровані системи (об’єднують можливості, перераховані в пп.1-4) (“Microsoft Office”, “Open Office” тощо);
6) інші (експертні системи, автоматизовані навчальні системи, комунікаційні пакети для забезпечення роботи в мережах зв’язку тощо).
Рис. 1.7. Класифікація найпоширеніших прикладних програм
Прикладне ПЗ спеціального призначення має вузьку сферу застосування і не може використовуватися для розв’язку інших задач, навіть подібних по своїй структурі, тобто це комплекс програм, який призначений для розв’язку спеціалізованих задач. Здебільшого воно використовується на комп’ютерах, які керують, наприклад, різними технологічними лініями на заводі, різними технологічними процесами в системах управління рухом або в системах з нестандартним обладнанням тощо.
1.4. Файлова система персонального комп’ютера
Однією з найважливіших функцій ОС є організація файлової системи – сукупності каталогів і файлів, що зберігаються на зовнішніх носіях ПЕОМ.
Файлова структура служить для збереження у зовнішній пам’яті різноманітної інформації й організації швидкого доступу до неї. Вхідна інформація, програми, результати обробки у зовнішній пам’яті для комп’ютера – це “файли”, в яких інформація може зберігатися у будь-якому вигляді і формі.
Під файлом розуміють область на зовнішньому носії інформації, що призначена для розміщення програм і даних для їх роботи, текстів, закодованих зображень тощо, яка має логічне ім’я, по якому проводиться як запис, так і зчитування інформації. Часто файли розподіляють на дві категорії – текстові (що містять відповідним чином закодовані текстові символи) і двійкові. Кожен файл має власну назву.
Типові вимоги до назви файлу:
- Назва кожного файлу повинна бути унікальною і відмінною від назви розміщених поряд з ним (у одній папці) інших файлів;
- Довжина імені файлу залежить від використовуваної операційної системи і може обмежуватися 8, 255, 32000 символів;
- В числі цих символів допускається використання латинських букв, арабських цифр і ряду спеціальних символів (–), (_), (~), (!), ((), ()), (#), (‘), ({), (}), ($), (%);
- Одночасно в іменах файлів не бажано використовувати букви російського, українського алфавітів та більшістю операційних система забороняється використовувати символи: (.), (,), (:), (;), ("), (/), (\), ([), (]), (<), (>), (+), (=), (пробіл), (?), (*);
- Ім’я файлу може доповнюватися умовною вказівкою типу інформації, що записується в цей файл, яка зветься розширенням;
- Рекомендована довжина розширення обмежена трьома символами, однак це не є суворим обмеженням (наприклад, розширення .jpeg, .tiff, .html, .docx), тут допускаються ті ж знаки, що і у імені файлу;
- Розширення вказується після імені файлу і відокремлюється від нього крапкою.
Приклади розширень: .com, .exe – готові до виконання програми; .txt, .doc – текстові файли; .bak – копія файлу, яка робиться перед його зміною.
Ім’я файлу разом з його розширенням і крапкою, що їх розділяє, називається специфікацією або ідентифікатором файлу. Приклади специфікацій файлів: kiev.txt, spravka.doc, game.exe, akademia.com, kurs-1.txt.
Кожен файл (назва, відомості про розмір, дату і час створення тощо) реєструється у змісті файлів (каталозі).
Каталог (директорія, папка) – це група файлів, які об’єднані користувачем за функціональним або іншим критерієм і розглядаються як єдиний інформаційно-логічний об’єкт. Каталоги іменуються за тими самими правилами, що і файли. Каталоги, які є складовою частиною інших каталогів, називаються підкаталогами. Каталог, який не входить в склад каталогу більш високого рівня, називається кореневим або головним каталогом. Кореневий каталог на диску може бути тільки один, підкаталогів – довільна кількість.
Шлях – це послідовність з імен каталогів або символів “..”, розділених символом “\”. Цей шлях задає маршрут від поточного або кореневого каталогу диска до того каталогу, в якому знаходиться необхідний файл.
Такий каталог, який забезпечує звертання до файлів без вказівки шляху (як кажуть, по замовчуванню), називається активним або поточним. Активним в кожний період часу роботи може бути тільки один каталог.
В операційних системах Microsoft імена розділів жорстких дисків та зовнішніх запам’ятовуючих пристроїв є фіксованими. Традиційно, для накопичувачів на гнучкому магнітному диску резервувалися дві перші літери логічних дисків (А: та В:). Накопичувачі на жорстких магнітних дисках позначаються буквами латинського алфавіту, починаючи з букви С: (D:, E:, F: і т.д.). Оптичному диску чи зовнішньому накопичувачу надається перша літера після використаної для ознаки магнітного диска.
Запис, який вміщує в явному вигляді ім’я дискового пристрою, шлях, ім’я і розширення файлу, називається повною специфікацією (ідентифікатором) файлу. Наприклад: С:\AKADEMIA\UR-FAK\KURS1\GRUP-102.TXT
Для вказівки групи (шаблону) файлів використовуються символи “*” та “?”. Символ “*” означає будь-яку кількість довільних символів, символ “?” означає один будь-який символ.
Ярлик – спеціальний файл, який містить це посилання (вказівка) на інший об’єкт, який захований десь у файловій системі. Допускається використання кількох ярликів, які посилаються на один і той самий об’єкт. Назву ярлика користувач може задавати сам, але, як правило, ім’я ярлика збігається з іменем об’єкту, який він представляє. Ярлик є лише посиланням на документ, тому його видалення не призводить до видалення оригіналу. Ярлики можуть вказувати на будь-які об’єкти, включаючи папки, диски, комп’ютери і принтери. Ярлики істотно прискорюють і полегшують доступ до часто використовуваних програм і документів.
Для представлення об’єктів у операційній системі Windows використовують значки-піктограми. За їх виглядом майже завжди можна визначити тип об’єкту, який він представляє. Деякі значки є стандартними, наприклад, значки диску, папки, текстового документу, програми. Значок ярлика відрізняється від усіх інших тим, що у лівому куті піктограми розміщений маленький квадрат, всередині якого зображена стрілка. Кожний значок супроводжується позначкою з іменем об’єкта, який він представляє. Використання значків значно спрощує роботу з об’єктами, оскільки подвійним натисканням на ліву кнопку миші по піктограмі можна у будь-який час відкрити будь-який документ, запустити програму.
1.5. Антивірусне програмне забезпечення
Зусиллями певних програмістів розпочалась епідемія комп’ютерних вірусів, яка триває до цього часу. Тобто важливо розуміти, що винуватцем зараження комп’ютера є людина або група людей, які створюють спеціальні програми-віруси. Крім них користувач може звинувачувати також і себе, тому що приклавши невеликі зусилля і виконуючи відповідні правила комп’ютерної безпеки, можна запобігти зараженню комп’ютера.
Комп’ютерний вірус – це програмний код, що може несанкціоновано запускатися і самовідтворюватися. Необхідно звернути увагу на те, що комп’ютерний вірус – це, як правило, дуже невелика програма мовою Асемблера (для того, щоб програма - вірус була непомітною, вона повинна бути невеликою. Тому, як правило, віруси пишуться на алгоритмічній мові Асемблера), яка написана програмістом високої кваліфікації. Вона відрізняється від звичних програм тим, що, по-перше,запускається без відома користувача, а по-друге, після свого запуску починає само відтворюватися, тобто створювати шкідливі копії і вставляти їх у файли, системні ділянки дисків, обчислювальні мережі тощо. Потрапивши разом з файлом у комп’ютер, вірус починає діяти самостійно. При цьому деякі типи файлів він тільки псує, а в інші він проникає, заражаючи їх.
Після зараження програма стає “хворою”. Тепер вірус може разом з нею потрапити у комп’ютер і розпочати свою “чорну” справу (віруси роблять неможливим нормальне функціонування програм і комп’ютера). Вони можуть: змінити таблицю розташування файлів на диску (FAT); монопольно захопити оперативну пам’ять, не даючи розгорнутися іншим програмам; вивести небажані повідомлення на екран; уповільнити роботу системи тощо.
Очевидними симптомами зараження є:
1) програми перестають працювати або працюють неправильно;
2) на екрані з’являються зайві повідомлення і символи;
3) робота комп’ютера сповільнюється;
4) деякі файли виявляються зіпсованими;
5) комп’ютер повністю втрачає працездатність.
Віруси “розмножуються”, дописуючись до працюючих програм, через дискети, електронну пошту та можуть “заражати” інші комп’ютери.
Процес проведення вірусом деструктивних (руйнівних) дій називають вірусною атакою. Після того, як вірус виповнить певні деструктивні дії, він передає керування програмі, в якій знаходиться, і вона працює так, як завжди, тобто зовні робота зараженої програми виглядає так, як і незараженої. Для маскування вірусу дії по зараженню інших програм та завдання шкоди можуть виповнюватися не завжди, а лише при виконанні певних умов (наприклад, дії так званого вірусу “чорна п’ятниця” проявляються у п’ятницю 13-го числа і т. п.).
Слід відзначити, що написання та розповсюдження комп’ютерних вірусів відноситься до одного з видів так званої комп’ютерної злочинності. Серед мотивів, що спонукають авторів вірусів до їх створення, можна назвати такі: пустощі; прагнення “насолити” комусь; бажання “самоствердитися”; неможливість використати свої знання та уміння у конструктивному руслі; упевненість у повній безкарності (в ряді країн, у тому числі і в нашій, поки що недостатня відповідна нормативна база).
Комп’ютерні віруси можна класифікувати у відповідності з такими ознаками:
1) за середовищем мешкання вірусу;
2) за способом зараження середовища мешкання;
3) за деструктивними можливостями (руйнівною здатністю);
4) за алгоритмом роботи.
За середовищем мешкання розрізняють віруси:
1) мережні;
2) файлові;
3) завантажувальні;
4) макровіруси.
Мережні віруси – поширюються по комп’ютерній мережі. Їх особливість полягає в тому, що вони заражають тільки оперативну пам’ять комп’ютера і не записуються на носії інформації. Якщо будь-який з окремих комп’ютерів мережі вимикається, то вірус чекає протягом цього часу на інших увімкнених комп’ютерах мережі.
Файлові віруси – вносяться у файли, що виконуються (exe, com, bat), у системні файли, у файли драйверів(sys, dry, vxd), у файли бібліотек (dll), а також у ряд інших типів файлів. Після укорінення файлові віруси починають розмножуватися при кожному запуску файлу.
Завантажувальні віруси - заражають завантажувальний сектор диску (Boot-сектор) або сектор, що містить програму системного завантажувача вінчестера (Master Boot Record). При інфікуванні диска вірус переносить оригінальний Boot-сектор (або MBR) у інший сектор диску (наприклад, в перший вільний) і копіює себе у завантажувальний сектор (чи у MBR), тобто заміщує собою програму в завантажувальному секторі, потрапляє до оперативної пам’яті й одержує керування відразу при завантаженні операційної системи.
Існують поєднання, наприклад, файлово-завантажувальні віруси, що заражають і файли, і завантажувальний сектор дисків. До таких вірусів належать, наприклад, стелс-віруси і найбільш небезпечні екземпляри поліморфних вірусів (вірусів, що самошифруються).
Макровіруси - вносяться у файли документів Word, Excel й інші файли, підготовлені в додатках, що мають свою мову макрокоманд (наприклад Excel). Формально ці віруси є файловими, але заражають вони не файли, що виконуються, а файли даних. Небезпека макровірусів не стільки в їхній руйнівній дії, скільки в поширеності документів, підготовлених у популярних системах Word і Excel.
За способом зараження віруси поділяються на резидентні та нерезидентні.
Резидентний вірус при інфікуванні комп’ютера залишає в оперативній пам’яті свою частину, яка потім перехоплює звернення операційної системи до об’єктів зараження та впроваджується в них. Резидентні віруси знаходяться в оперативній пам’яті та залишаються активним аж до вимикання чи перезавантаження комп’ютера.
Нерезидентні віруси, навпаки, до пам’яті комп’ютера не потрапляють і активні лише протягом часу, пов’язаного з виконанням певних задач.
За деструктивними можливостями (руйнівною здатністю) віруси можна поділити на:
а) нешкідливі, що ніяк не впливають на роботу комп’ютера (крім зменшення вільної пам’яті на диску внаслідок свого розповсюдження);
б) безпечні, вплив яких обмежується зменшенням вільної пам’яті на диску та графічними, звуковими й іншими ефектами;
в) небезпечні віруси, що можуть призвести до серйозних збоїв у роботі комп’ютера;
г) дуже небезпечні, що можуть призвести до втрати програм, знищити дані, стерти необхідну для роботи комп’ютера інформацію, що записана в системних областях пам’яті та навіть сприяти швидкому зносу частин механізмів, що рухаються (наприклад, головок вінчестера).
За алгоритмом роботи розрізняють:
1) віруси–“супутники” – це віруси, що не змінюють програмні файли;
2) віруси-“хробаки” – проникають у пам’ять комп’ютера з комп’ютерної мережі та, обчисливши адреси інших комп’ютерів, спрямовують за цими адресами свої копії;
3) паразитичні – всі віруси, які при розповсюдженні своїх копій обов’язково змінюють зміст програм, файлів чи дискових секторів. До цієї групи входять всі віруси, що не є “хробаками” чи “супутниками”;
4) “студентські” – примітивні прості віруси. Як правило, хутко виявляються та знищуються, проте встигають завдати шкоди в районі свого розмноження;
5) “stealth”- віруси (віруси – невидимки або віруси, що маскуються) – досить досконалі програми, що при виправленні пошкоджених програм підставляють замість себе здорові програми чи їх частини. Ці віруси спроможні “обдурювати” антивiрусні програми, переховують (маскують) присутність вірусу на інфікованій машині. До числа таких вірусів відносяться: “v-4096”, “dir”, “exe-222”, “hmm і т. п.;
6) віруси-“примари” (мутанти) – це віруси, що самокодуються, їх досить трудно виявити;
7) комбіновані віруси – мають окремі ознаки вірусів, що розглядались вище. Наприклад, до цієї групи відносяться віруси, що виявлені у вітчизняних комп’ютерних системах у листопаді 1994 р. – вірус onehalf (“половинка”) та його різновиди – onehalf.3544 і onehalf.3577, що становлять категорію дуже небезпечних полiморфних файлово-завантажувальних стелс-вірусів.
Поліморфні віруси мають складний алгоритм роботи. Їх важко виявити, тому що вони мають зашифрований програмний код, який є ніби безглуздим набором команд. Розшифровування коду виконується самим вірусом у процесі його виконання.
Стелс-віруси (або віруси-невидимки) неможливо побачити під час перегляду файлів засобами операційної системи. Вони можуть перехоплювати звернення до операційної системи. При відкритті ураженого файлу вони негайно видаляють із нього свій програмний код, а при закритті відновлюють його.
Для захисту від комп’ютерних вірусів можна використовувати:
1) загальні засоби захисту, що корисні також як страховка від фізичного псування дисків, неправильно працюючих програм чи помилок користувачів;
2) спеціалізовані антивiрусні програми;
3) профілактичні заходи, що дозволяють зменшити імовірність зараження вірусом.
До загальних засобів захисту відноситься резервне копіювання інформації (створення копій файлів), а також розподіл доступу до інформації з метою запобігання несанкціонованого її використання.
На початку вірусної “лихоманки” боротьба з вірусами була малоефективною. Тільки в кінці 1980-х років з’явилися істотні успіхи – були розроблені програмні засоби антивірусного захисту інформації у комп’ютерах.
Для захисту від вірусів розробляються спеціальні антивірусні програми, що дозволяють виявляти віруси, лікувати заражені файли і диски, запобігати підозрілим діям.
Залежно від виконуваних функцій серед антивірусних програм виділяють такі:
1) Програми-детектори. Вони поділяються на детектори, що дозволяють виявляти і видаляти відомі віруси, і детектори, здатні боротися із досі не відомими (тобто новими) вірусами. До першої групи детекторів належить популярна в минулі роки програма Aidstest. Детектори другої групи містять так званий евристичний аналізатор, здатний виявляти віруси, про які ще не знали автори детектора на момент його розробки і які можуть з’явитись згодом. Прикладом евристичного детектора є потужна антивірусна програма DrWeb. Ця програма дозволяє також боротися із поліморфними вірусами.
2) Програми-ревізори. Ці програми контролюють усі вразливі (для вірусної атаки) компоненти комп’ютера. Принцип їхньої дії полягає у тому, що вони запам’ятовують дані про стан файлів і системних ділянок дисків, а при наступних запусках порівнюють їхній стан із вихідним.
3) Програми-охоронці. Резидентно розташовуються в пам’яті комп’ютера й автоматично перевіряють на наявність вірусів файли, що запускаються, і дискети, що встановлюються до дисковода. При виявленні вірусу програма-охоронець може видати попереджувальне повідомлення, а також може запобігти тим діям вірусу, які можуть призвести до його розмноження або зашкодити системі.
4) Програми-лікарі (фаги) – “лікують” заражені програми чи диски, видаляючи (“викушуючи”) з них тіло вірусу, тобто відновлюють програму в тому вигляді, у якому вона знаходилась до зараження вірусом.
5) Програми-фільтри – розташовуються резидентно в оперативній пам’яті комп’ютера і перехоплюють ті звернення до операційної системи, що використовуються вірусами для розмноження та нанесення шкоди, й повідомляють про них користувачеві.
6) Програми-вакцини, чи iмунiзатори, модифікують програми та диски так, що це не відбивається на роботі програм, але той вірус, від якого походить вакцинація, вважає ці програми чи диски вже зараженими. Ці програми не ефективні і використовуються рідко.
7) Антивірусні комплекси. Сучасні антивірусні програми – це комплекси, що поєднують функції різних програм.
Антивірусні програми ще можна умовно поділити на:
1) спеціалізовані;
2) універсальні.
Ніколи не можна бути впевненим, що на комп’ютері всі віруси знешкоджено. Вірус спочатку з’являється та розповсюджується, і лише через деякий час для його знешкодження розробляється антивірусна програма. Крім того, більшість вірусів мають “інкубаційний період”, спочатку непомітно поширюються і лише через деякий час дають про себе знати.
Для виявлення та ліквідації вірусів розроблені сотні різних антивірусних програм. Однак ні одна антивірусна програма не може гарантувати 100 % виявлення і усунення вірусів. Як засоби нападу попереджують засоби захисту, так і віруси попереджують антивірусні програми.
Тому доцільно постійно поновляти антивірусні програми. Бажана періодичність поновлення – один раз на два тижні; припустима – раз на три місяці. Руйнівні наслідки вірусу “Чорнобиль”, який 26 квітня 1999 р. призвів до знищення інформації на сотнях тисяч комп’ютерів, були пов’язані не з відсутністю засобів захисту від нього, а з тривалою затримкою (більше року) в поновленні цих засобів.
Найпопулярнішими серед користувачів є антивірусні програми: Aidstest (автор Д.М. Лозинський), Dr. Web (автор І.О. Данілов), Adinf (автор Д.Ю. Мостовий), Norton AntiVirus, AntiViral Toolkit Pro (AVP), антивірус Касперського, NetWatcherPro тощо.
Панацеї від комп’ютерних вірусів не існує й існувати не може. Однак дотримання деяких профілактичних заходів дозволяє знизити імовірність тяжких наслідків:
- Не вставляйте носії інформації в будь-який не перевірений на віруси комп’ютер.
- Не дозволяйте стороннім особам із своїми носіями інформації працювати на вашому комп’ютері.
- Не передавайте свої носії інформації для користування іншим особам.
- Не користуйтеся випадковими програмами.
- Спочатку перевірте чужий носій інформації на віруси (краще кількома антивірусними програмами).
- На чужому комп’ютері працюйте після його антивірусної перевірки або з носіями інформації, на яких заблокований запис.
- Робіть періодичні профілактичні перевірки.
- Перевірте свої носії на віруси одразу ж після контакту з чужим комп’ютером.
- На своєму комп’ютері (після кожного завантаження операційної системи) корисно робити попередній антивірусний контроль вінчестера.
- Необхідно створювати архівні копії найбільш важливої інформації та розподіляти доступ до комп’ютерних систем.
- Необхідно ретельно і систематично перевіряти дані, що надходять ззовні.
- При лікуванні дисків від вірусів доцільно використовувати завідомо чисту операційну систему.
- По можливості користуватися законними шляхами одержання програм.
- Не треба збирати колекції антивiрусних програм невідомого призначення, бо, зокрема, з ними можна отримати новий вірус.
