Классификация служебных программных средств

Диспетчеры файлов (файловые менеджеры).С помощью программ данного класса выполняется большинство операций, связанных с обслуживанием файловой структуры: копирование, перемещение и переименование файлов, создание каталогов (папок), удаление файлов и каталогов, поиск файлов и навигация в файловой структуре. Базовые программные средства, предназначенные для этой цели, обычно входят в состав программ системного уровня и устанавливаются вместе с операционной системой. Однако для повышения удобства работы с компьютером большинство пользователей устанавливают дополнительные служебные программы.

Средства сжатия данных (архиваторы).Предназначены для создания архивов. Архивирование данных упрощает их хранение за счет того, что большие группы файлов и каталогов сводятся в один архивный файл. При этом повышается и эффек­тивность использования носителя, поскольку архивные файлы обычно имеют повышенную плотность записи информации. Архиваторы часто используют для созда­ния резервных копий ценных данных.

Средства просмотра и воспроизведения.Обычно для работы с файлами данных необходимо загрузить их в «родительскую» прикладную систему, с помощью которой они были созданы. Это дает возможность просматривать документы и вносить з них изменения. Но в тех случаях, когда требуется только просмотр без редактирования, удобно использовать более простые и более универсальные средства, позволяющие просматривать документы разных типов.

В тех случаях, когда речь идет о звукозаписи или видеозаписи, вместо термина просмотр применяют термин воспроизведение документов.

Средства диагностики.Предназначены для автоматизации процессов диагностики программного и аппаратного обеспечения. Они выполняют необходимые проверки и выдают собранную информацию в удобном и наглядном виде. Их используют не только для устранения неполадок, но и для оптимизации работы компьютерной системы.

Средства контроля (мониторинга).Программные средства контроля иногда называют мониторами. Они позволяют следить за процессами, происходящими в компьютерной системе. При этом возможны два подхода: наблюдение в реальном режиме времени или контроль с записью результатов в специальном протокольном файле. Первый подход обычно используют при изыскании путей для оптимизации работы вычислительной системы и повышения ее эффективности. Второй подход используют в тех случаях, когда мониторинг выполняется автоматически и (или) дистанционно. В последнем случае результаты мониторинга можно передать удаленной службе технической поддержки для установления причин конфликтов в работе программного и аппаратного обеспечения.

Средства мониторинга, работающие в режиме реального времени, особенно полезны для практического изучения приемов работы с компьютером, поскольку позволяют наглядно отображать те процессы, которые обычно скрыты от глаз пользователя.

Мониторы установки.Программы этой категории предназначены для контроля установки программного обеспечения. Необходимость в данном программном обеспечении связана с тем, что между различными категориями программ могут устанавливаться связи. Вертикальные связи (между уровнями) являются необходимым условием функционирования всех компьютеров. Горизонтальные связи (внутри уровней) характерны для компьютеров, работающих с операционными системами, поддерживающими принцип совместного использования одних и тех же ресурсов разными программными средствами. И в тех и в других случаях при установке или удалении программного обеспечения могут происходить нарушения работоспособности прочих программ.

Мониторы установки следят за состоянием и изменением окружающей программной среды, отслеживают и протоколируют образование новых связей и позволяют восстанавливать связи, утраченные в результате удаления ранее установленных программ.

Простейшие средства управления установкой и удалением программ обычно входят в состав операционной системы и размещаются на системном уровне программного обеспечения, однако они редко бывают достаточны. Поэтому в вычислительных системах, требующих повышенной надежности, используют дополнительные служебные программы.

Средства коммуникации (коммуникационные программы).С появлением электронной связи и компьютерных сетей программы этого класса приобрели очень большое значение. Они позволяют устанавливать соединения с удаленными компьютерами, обслуживают передачу сообщений электронной почты, работу с телеконференциями (группами новостей), обеспечивают пересылку факсимильных сообщений и выполняют множество других операций в компьютерных сетях.

Средства обеспечения компьютерной безопасности.К этой весьма широкой категории относятся средства пассивной и активной защиты данных от повреждения, а также средства защиты от несанкционированного доступа, просмотра и изменения данных.

В качестве средств пассивной защиты используют служебные программы, предназначенные для резервного копирования. Нередко они обладают и базовыми свойствами диспетчеров архивов (архиваторов). В качестве средств активной защиты применяют антивирусное программное обеспечение. Для защиты данных от несанкционированного доступа, их просмотра и изменения служат специальные системы, основанные на криптографии.

Средства электронной цифровой подписи (ЭЦП).Эти средства являются необходимым компонентом для функционирования электронных систем делопроизводства, электронных банковских систем, электронных платежных систем и всей системы электронной коммерции. С помощью программ этого класса производится создание ключей электронной подписи, публикация и сертификация открытых ключей, идентификация партнеров по связи, аутентентификация подлинности полученных электронных документов, взаиморасчеты в Интернете.

Кэш-память

Для ПК с микропроцессором 80386 и выше для обеспечения быстрого доступа процессора к оперативной и внешней памяти используется так называемая кэш-память — сверхоперативная память небольшого объема (обычно 256-512 Кбайт), в которой хранятся наиболее часто используемые участки оперативной памяти. Поиск необходимых данных осуществляется микропроцессором сначала в кэш-памяти и, так как время доступа к ней (15-20 не) в несколько раз меньше, чем к обычной памяти, среднее время доступа к памяти и время вынужден­ного простоя процессора уменьшается, за счет чего возрастает быстродействие ПК. Современные компьютеры с процессором 80486 и выше имеют двухуровневую кэш-память: внутреннюю и внешнюю (рис. 2.9).

Схема устройства кэш-памяти

Внутренняя кэш-память интегрирована в процессор и называется кэш-памятью первого уровня, или L1-cache. Для ПК с 486-м процессором фирмы Intel ее объем составляет 8 Кбайт, а для Pentium-процессоров — 16 Кбайт. Внешняя кэш-память располагается на материнской плате и называется кэш-памятью второго уровня, или L2-cache. Для ПК с 486-м либо Pentium-процессором оптимальный объем кэш-памяти второго уровня составляет 256-512 Кбайт.

Системная шина

Связь процессора с внешними устройствами в ПК реализуется с помощью системной шины (совокупности проводов для передачи электрических сигналов) через специальные устройства управления ими – адаптеры, или контроллеры. Все контроллеры подсоединяют­ся к системной шине через типовые разъемы. По функциональному назначению шины делятся на три категории: шины данных, адресные шины, шины управления, различающиеся разрядностью, т. е. количеством проходящих через них данных. Во многом тип используемой шины определяет быстродействие компьютера.

Основные стандарты системной шины следующие: ISA (Industry Standard Architecture),MCA (MicroChannel Architecture),EISA (Extended Industry Standard Architecture),VESA (Video Electronics Standard Architecture),PCI (Peripheral Component Interconnect).

Шина ISA долгое время считалась стандартом в области ПК. Она была разработана на базе 8-разрядных системных шин IBM PC и IBM PC XT. Для работы с внешними устройствами в ней были предусмотрены восемь линий аппаратных прерываний и четыре линии для прямого доступа к памяти. Системная шина и микропроцессор работали на частоте 4,77 МГц. Теоретическая скорость передачи данных могла достигать 4,5 Мбайт/с. В компьютерах PC AT с микропроцессором 80286 стали применять 16-разрядную шину ISA. Благодаря 24-адресным линиям она позволяла напрямую обращаться к оперативной памяти объемом 16 Мбайт. Количество линий аппаратных прерываний в этой шине было увеличено с 8 до 16, а количество каналов для прямого доступа к памяти — с 4 до 8. Шина ISA стала работать асинхронно с микро­процессором на частоте 8 МГц, что привело к увеличению скорости передачи до 16 Мбайт/с. Возможности этой шины позволяли работать с низкоскоростными устройствами (клавиатурой, контроллерами гибких дисков и др.), однако не обеспечивали эффективной работы современных высокоскоростных устройств (видеоконтроллеров, контроллеров жестких дисков и др.). В этой связи начали разрабатывать другие виды системных шин.

Шина МСА, разработанная в 1987 г. фирмой IBM, стала первой высокопроизводительной шиной. Ее отличительной особенностью было то, что она работала с частотой 10 МГц и была 32-разрядной, в результате чего скорость передачи данных достигла 20 Мбайт/с. Одна­ко несовместимость шины МСА с ISA привела к невозможности использования разработанных для шины ISA контроллеров, вследствие чего эта архитектура не нашла широкого применения.

Шина EISA, разработанная в 1989 г., представляет собой расширенную версию шины ISA. В ее разъемы могут вставляться как ее собственные контроллеры, так и контроллеры для шины ISA. Эта шина работает с частотой 8-10 МГц и является 32-разрядной, благодаря чему позволяет адресовать до 4 Гбайт памяти и достигать скорости обмена данными 33 Мбайт/с. К недостаткам шины EISA относятся невысокая скорость обмена данными при обработке изображений, графики и относительно высокая стоимость контроллеров для нее.

Для обеспечения работы с высокоскоростными устройствами бы­ли разработаны два стандарта локальных шин: VESA и PCI.

Шина VESA (или VL-bus, VLB) появилась как расширение шины ISA для обмена видеоданными. Она реализует непосредственный доступ процессора к соответствующим контроллерам. Для работы с низкоскоростными устройствами в ПК, имеющими шину VESA, обычно устанавливается другая шина, например EISA. В шине VESA используются 32 линии для передачи данных и 30 линий для передачи адресов. Максимальная скорость передачи по шине теоретически может достигать 130 Мбайт/с. Вторая версия стандарта VESA предусматривает использование 64-разрядной шины данных. Теоретически скорость передачи может достигать 400 Мбайт/с. К шине обычно подключается не более трех устройств.

Шина PCI разработана фирмой Intel для своего нового высокопроизводительного процессора Pentium, однако может использоваться и в других компьютерных платформах. К ней может быть подключено до 10 устройств. В шине PCI используется 32- или 64-разрядная передача данных, при этом скорость передачи данных теоретически может достигать соответственно 132 и 264 Мбайт/с.

Шина AGP {Accelerated Graphics Port) представляет собой новый стандарт передачи данных, который позволяет графической карте использовать оперативную память ПК. Архитектура шины PCI не справляется с задачами, в которых современная ЗD-графика с высоким разрешением (1024x768 и более точек) должна еще и быстро перемещаться на экране монитора. Такие анимации PCI обрабатываются медленно и с искажениями. Наращивать объем видеопамяти на самой видеокарте нецелесообразно, поскольку это не способствует увеличению скорости вывода графики на экран монитора из-за ограниченной тактовой частоты шины PCI (33 МГц).

В соответствии со стандартом AGP видеокарта напрямую обменивается данными с оперативной памятью с помощью отдельной неза­висимой высокоскоростной шины. При этом применяется метод доступа, позволяющий использовать ровно такой объем оперативной памяти, какой необходим. Таким образом, ЗD-графика отображается значительно быстрее и реалистичнее, чем это позволяют платы PCI. Шина AGP использует тактовую частоту 66 МГц. Различные режимы реализации стандарта AGP позволяют развивать скорость передачи данных до 533 Мбайт/с.

Особенностью шины AGP является передача по ней исключитель­но графической информации. При этом в отличие от шины PCI используется вся полоса пропускания шины, так как видеокарта не делит ее с другими подключенными устройствами. Таким образом, шина AGP не столь универсальна, как шина PCI, на которую можно устанавливать не только видеокарты. Поэтому AGP следует рассматривать не как замену PCI, а как ее дополнение.