Прикладний рівень

Програмне забезпечення цього рівня являє собою комплекс прикладних програм, за допомогою яких виконуються конкретні завдання (від виробничих до творчих, розважальних та навчальних). Між прикладним та системним програмним забезпеченням існує тісний взаємозв'язок. Універсальність обчислювальної системи, доступність прикладних програм і широта функціональних можливостей комп'ютера безпосередньо залежать від типу наявної операційної системи, системних засобів, що містяться у її ядрі й взаємодії комплексу людина-програма-обладнання.

Класифікація прикладного програмного забезпечення

1. Текстові редактори. Основними функціями є введення та редагування текстових даних. Для операцій вводу, виводу та збереження даних текстові редактори використовують системне програмне забезпечення. З цього класу прикладних програм починають знайомство з програмним забезпеченням і на ньому набувають перші навички роботи з комп'ютером.

2. Текстові процесори. Дозволяють форматувати, тобто оформлювати текст. Основними засобами текстових процесорів є засоби забезпечення взаємодії тексту, графіки, таблиць та інших об'єктів, що складають готовий документ, а також засоби автоматизації процесів редагування та форматування. Сучасний стиль роботи з документами має два підходи: робота з паперовими документами та робота з електронними документами. Прийоми та методи форматування таких документів різняться між собою, але текстові процесори спроможні ефективно опрацьовувати обидва види документів.

3. Графічні редактори. Широкий клас програм, що призначені для створення та обробки графічних зображень. Розрізняють три категорії:

• растрові редактори;

• векторні редактори;

• 3-D редактори (тривимірна графіка).

У растрових редакторах графічний об'єкт представлений у вигляді комбінації точок (растрів), що мають свою яскравість та колір. Такий підхід ефективний, коли графічне зображення має багато кольорів і інформація про колір елементів набагато важливіша за інформацію про їх форму. Це характерно для фотографічних та поліграфічних зображень. Застосовують для обробки зображень, створення фотоефектів і художніх композицій.

Векторні редактори відрізняються способом представлення даних про зображення. Об'єктом є не точка, а лінія. Кожна лінія розглядається, як математична крива ІІІ порядку і представлена формулою. Таке представлення компактніше за растрове, дані займають менше місця, побудова об'єкта супроводжується підрахунком параметрів кривої у координати екранного зображення, і відповідно, потребує більш продуктивних обчислювальних систем. Широко застосовуються у рекламі, оформленні обкладинок поліграфічних видань.

Редактори тривимірної графіки. Використовують для створення об'ємних композицій. Мають дві особливості: дозволяють керувати властивостями поверхні в залежності від властивостей освітлення, а також дозволяють створювати об'ємну анімацію.

4. Системи управління базами даних (СУБД). Базою даних називають великі масиви даних організовані у табличні структури. Основні функції СУБД:

• створення пустої структури бази даних;

• наявність засобів її заповнення або імпорту даних із таблиць іншої бази;

• можливість доступу до даних, наявність засобів пошуку й фільтрації.

У зв'язку з поширенням мережевих технологій, від сучасних СУБД вимагається можливість роботи з віддаленими й розподіленими ресурсами, що знаходяться на серверах Інтернету.

5. Електронні таблиці. Надають комплексні засоби для збереження різних типів даних та їх обробки. Основний акцент зміщений на перетворення даних, наданий широкий спектр методів для роботи з числовими даними. Основна особливість електронних таблиць полягає у автоматичній зміні вмісту всіх комірок при зміні відношень, заданих математичними або логічними формулами. Широке застосування знаходять у бухгалтерському обліку, аналізі фінансових та торгівельних ринків, засобах обробки результатів експериментів, тобто у автоматизації регулярно повторюваних обчислень великих об'ємів числових даних.

6. Системи автоматизованого проектування (CAD-системи). Призначені для автоматизації проектно-конструкторських робіт. Застосовуються у машинобудуванні, приладобудуванні, архітектурі. Окрім графічних робіт дозволяють проводити прості розрахунки та вибір готових конструктивних елементів з існуючої бази даних. Особливість CAD-систем полягає у автоматичному забезпеченні на всіх етапах проектування технічних умов, норм та правил. САПР є необхідним компонентом для гнучких виробничих систем (ГВС) та автоматизованих систем управління технологічними процесами (АСУ ТП).

7. Настільні видавничі системи. Автоматизують процес верстання поліграфічних видань. Займає проміжний стан між текстовими процесами та САПР. Видавничі системи відрізняються розширеними засобами управління взаємодії тексту з параметрами сторінки і графічними об'єктами, але мають слабші можливості по автоматизації вводу та редагування тексту. Їх доцільно застосовувати до документів, що попередньо оброблені у текстових процесорах та графічних редакторах.

8. Редактори HTML (Web-редактори). Особливий клас редакторів, що об'єднують у собі можливості текстових та графічних редакторів. Призначені для створення і редагування Web-сторінок Інтернету. Програми цього класу можна також використовувати при підготовці електронних документів та мультимедійних видань.

9. Браузери (засоби перегляду Web-документів). Програмні засоби призначені для перегляду електронних документів, створених у форматі HTML. Відтворюють окрім тексту та графіки, також музику, людську мову, радіопередачі, відеоконференції і дозволяють працювати з електронною поштою.

10. Системи автоматизованого перекладу. Розрізняють електронні словники та програми перекладу мови. Електронні словники - це засоби для перекладу окремих слів у документі. Потрібні для професійних перекладачів, які самостійно перекладають текст. Програми автоматичного перекладу отримують текст на одній мові і видають текст на іншій, тобто автоматизують переклад. При автоматизованому перекладі неможливо отримати якісний вихідний текст, оскільки все зводиться до перекладу окремих лексичних одиниць. Але, для технічного тексту, цей бар'єр знижений. Програми автоматичного перекладу доцільно використовувати:

• при абсолютному незнанні іноземної мови;

• при необхідності швидкого ознайомлення з документом;

• для перекладу на іноземну мову;

• для створення чернетки, що потім буде підправлено повноцінним перекладом.

11. Інтегровані системи діловодства. Засоби для автоматизації робочого місця керівника. Зокрема, це функції створення, редагування і форматування документів, централізація функцій електронної пошти, факсимільного та телефонного зв'язку, диспетчеризація та моніторинг документообігу підприємства, координація дій підрозділів, оптимізація адміністративно-господарської діяльності й поставка оперативної та довідкової інформації.

12. Бухгалтерські системи. Містять у собі функції текстових, табличних редакторів та СУБД. Призначені для автоматизації підготовки початкових бухгалтерських документів підприємства та їх обліку, регулярних звітів по підсумках виробничої, господарської та фінансової діяльності у формі прийнятної для податкових органів, позабюджетних фондів та органів статистичного обліку.

13. Фінансові аналітичні системи. Використовують у банківських та біржових структурах. Дозволяють контролювати та прогнозувати ситуацію на фінансових, торгівельних та ринків сировини, виконувати аналіз поточних подій, готувати звіти.

14. Експертні системи. Призначені для аналізу даних, що містяться у базах знань і видачі результатів, при запиті користувача. Такі системи використовуються, коли для прийняття рішення потрібні широкі спеціальні знання. Використовуються у медицині, фармакології, хімії, юриспруденції. З використанням експертних систем пов'язана область науки, що зветься інженерією знань. Інженери знань - це фахівці, які є проміжною ланкою між розробниками експертних систем (програмістами) та провідними фахівцями у конкретних областях науки й техніки (експертами).

15. Геоінформаційні системи (ГІС). Призначені для автоматизації картографічних та геодезичних робіт на основі інформації, отриманої топографічним або аерографічними методами.

16. Системи відеомонтажа. Призначені для цифрової обробки відеоматеріалів, монтажу, створення відеоефектів, виправлення дефектів, додавання звуку, титрів та субтитрів. Окремі категорії представляють навчальні, довідкові та розважальні системи й програми. Характерною особливістю є підвищені вимоги до мультимедійної складової.

Інструментальні мови та системи програмування.

Ці засоби служать для розробки нових програм. Комп'ютер "розуміє" і може виконувати програми у машинному коді. Кожна команда при цьому має вигляд послідовності нулів й одиниць. Писати програми машинною мовою дуже незручно, а їх надійність низка. Тому програми розробляють мовою, зрозумілою людині (інструментальна мова або алгоритмічна мова програмування), після чого спеціальною програмою, яка називається транслятором, текст програми перекладається (транслюється) на машинний код.

Транслятори бувають двох типів:

• інтерпретатори;

• компілятори.

Інтерпретатор читає один оператор програми, аналізує його і відразу виконує, після чого переходить до оброблення наступного оператора. Компілятор спочатку читає, аналізує та перекладає на машинний код усю програму і тільки після завершення всієї трансляції ця програма виконується. Інструментальні мови поділяються на мови низького рівня (близькі до машинної мови) та мови високого рівня (близькі до мови людини). До мов низького рівня належать асемблери, а високого - Pascal, Basic, C/C++, мови баз даних і т.д. Систему програмування, крім транслятора, складають текстовий редактор, компонувальник, бібліотека стандартних програм, налагоджувач, візуальні засоби автоматизації програмування. Прикладами таких систем є Delphi, Visual Basic, Visual C++, Visual FoxPro та ін.

Операційні системи

Поняття, класифікація та функції операційної системи

Операційна система (ОС) — комплекс програмних засобів і даних, які забезпечують управління роботою апаратної та програмної складових обчислювальної системи, координують їх взаємодію, забезпечують виконання функції посередника між користувачем і комп'ютером.

В залежності від виконуваних задач, що потрібно вирішувати за допомогою обчислювальної системи добирається тип операційної системи. Помилка в цьому питанні призводить до невиправданих витрат на розробку прикладних програм, експлуатацію самої обчислювальної системи і її інтеграцію з іншими обчислювальними системами.

У залежності від функціонального призначення, ОС можна класифікувати за різними критеріями:

1) однозадачні та багатозадачні операційні системи;

Рис.1.Взаємозв'язок апаратного обладнання, системного та прикладного програмного забезпечення

Однозадачні операційні системи можуть виконувати наступну програму тільки після завершення поточної активної задачі.

Багатозадачні (мультизадачні) операційні системи, на відміну від однозадачних, надають можливість одночасного виконання кількох програм, розподіляючи між ними ресурси обчислювальної системи: процесорний час, пам’ять, периферійні пристрої.

2) однокористувацькі та багатокористувацькі;

3) з підтримкою роботи в мережі (мережеві ОС) та без підтримки роботи в мережі.

4) операційна система для виконання функцій сервера мережі або робочої станції (клієнта мережі).

Настільні (DeskTop) — найбільш поширений клас операційних систем призначений для виконання досить широкого класу задач, від домашнього використання до робочої станції мережі (сімейство операційних систем Windows 9x — для платформи Intel, Mac OS — для платформи Macintosh). Універсальність ОС досягається, шляхом прийняття розробниками певних компромісів у побудові ядра, алгоритмах роботи з пам’яттю, надійності, захищеності, продуктивності,

Мережеві операційні системи. Локальні обчислювальні мережі (ЛОМ) об'єднують десятки і навіть сотні комп'ютерів. Вони забезпечують користувачам мережі доступ до інформації, що зберігається в мережі, спільне використання обчислювальних ресурсів і периферійного обладнання. ЛОМ складається з окремих робочих станцій, приєднаних до потужних мережевих серверів за допомогою спеціального комунікаційного устаткування.

Найбільш популярними мережевими операційними системами є Windows NT та версії UNIX систем, зокрема все більшого застосування набуває вільно поширювана ОС Linux.

Компоненти ОС, їх призначення, завантаження ОС

Складові компоненти ОС такі: ядро, драйвери пристроїв, оболонка, системні утиліти.

Ядро — основний компонент операційної системи, що координує всі події, що відбуваються в обчислювальній системі, розподіляє наявні ресурси між виконуваними програмами.

Рис. 2. Приклад виконання кількох задач (gtop)

Драйвери пристроїв забезпечують управління апаратними пристроями комп'ютера, що зводиться до обміну даними між процесором і периферійним обладнанням (терміналами; принтерами; гнучкими, твердими й оптичними дисками і т.д.) — "введення/виведення даних". Для кожної ОС використовуються "свої" драйвери пристроїв, що реалізуються у вигляді модулів, бібліотек ядра, що завантажуються на стадії ініціалізації системи або в міру звертання до послуг окремих пристроїв.

Оболонка (shell) (командний інтерпретатор) — забезпечує інтерфейс користувача. Робота з ОС відбувається шляхом введення команд, які інтерпретуються оболонкою і передаються на виконання ядру. Сучасні операційні системи забезпечують інтерфейс користувача у вигляді командного рядка або більш інтуїтивно зрозумілий — графічний.

Оболонка користувача реалізується як окремий модуль (програма), що дає можливість використовувати як текстовий, так і графічний режими роботи — сімейство операційних систем Unix або вбудований в ядро — сімейство операційних систем Windows (графічний інтерфейс користувача).

Системні утиліти — програми (зовнішні команди), для виконання певних службових операцій, що не передбачені в оболонці користувача (внутрішні команди), діагностики функціонування ОС та інше.

Збереження інформації у зовнішній пам’яті. Файлова система

Зовнішня пам'ять - це сукупність запам'ятовуючих пристроїв і носіїв інформації, яка використовується для довгострокового зберігання даних і має властивості:

—довгострокового збереження інформації на носієві при відключеному живленні комп'ютера.

—збереження досить великих обсягів даних.

—збережену в зовнішній пам’яті інформацію перед використанням завантажують в оперативну пам'ять комп'ютера.

Інформація зберігається на фізичному носієві довгострокової пам'яті у формі, обумовленій конкретним апаратним пристроєм. Для операційної системи при цьому не важливо, у якій саме фізичній формі зберігаються дані на носієві. Незалежно від цієї форми ОС використовує стандартизований набір команд для управління апаратним пристроєм. На фізичному рівні робота з накопичувачами відбувається у всіх файлових системах однаково на рівні команд:

1) підвести зчитуючий/записуючий елемент до вказаного місця (сектора);

2) прочитати дані з вказаного місця (сектора);

3) записати дані у вказане місце (сектор).

Найбільш розповсюдженими видами зовнішньої пам'яті є дискові магнітні й оптичні накопичувачі. Поверхня диску розглядається як тривимірна матриця, вимірами якої є номери поверхні, циліндра та сектору (рис.3).

Сектор — найменша фізична одиниця збереження даних, розмір сектора дорівнює 512 байт. Кожний сектор має свою адресу, номер. Нумерація проводиться послідовно (рис.3).

Доріжка — сектори, що належать одній поверхні і знаходяться на однаковій відстані від осі обертання.

Циліндр — сукупність усіх доріжок, що належать різним поверхням, і знаходяться на однаковій відстані від осі обертання.

Рис. 3. Організація дискового накопичувача

Фізичне збереження і доступ до даних на зовнішньому носієві забезпечується:

1) спеціальним електронним обладнанням, контролером дискових накопичувачів, з стандартним інтерфейсом обміну даними.

2) частиною операційної системи для логічної організації забезпечення управлінням даними (рис.4).

Рис.4. Організація файлової системи

Логічна організація даних підтримується операційною системою за допомогою спеціальних програм і структур даних, що дозволяє зберігати дані у вигляді файлів.

Структура даних — сукупність елементів даних різних типів, об'єднаних у єдиний логічний блок.

Файл — це пойменована область зовнішньої пам’яті, в яку можна записувати і з якої можна зчитувати дані, логічна одиниця збереження інформації на носієві.

Файли об'єднуються в групи — каталоги, що можуть містити підкаталоги утворюючи ієрархічну деревоподібну структуру з одним коренем (рис.5).

Кореневий каталог

Рис.5. Способи логічної організації збереження даних

Файлова система — це частина операційної системи, призначення якої полягає у забезпеченні:

1) зручного інтерфейсу для користувача при роботі з даними, що зберігаються на диску;

2) спільного використання файлів кількома користувачами і процесами.

У широкому розумінні поняття "файлова система" включає:

1) сукупність усіх файлів на диску;

2) набори структур даних, використовуваних для управління файлами: каталоги файлів, дескриптори файлів, таблиці розподілу вільного і зайнятого простору на диску;

3) комплекс системних програмних засобів, що реалізують функції управління файлами, зокрема: створення, вилучення, читання, запису, іменування, пошуку та інше.

Прикладне програмне забезпечення не звертається безпосередньо до фізичного рівня, а робота з накопичувачем відбувається за допомогою викликів функцій файлової системи, що забезпечують виконання високорівневих операцій, таких як відкриття файлу, запис, зчитування даних та інше. Несумісність різних операційних систем при роботі з однотипними носіями визначається саме різними принципами логічної організації та збереження даних — файловою системою.

Не існує єдиного стандарту на файлову систему. Для кожної ОС, відповідно до виконуваних задач, існують “свої” реалізації логічного рівня для роботи з даними, що розрізняються способами організації структур даних, призначених для збереження даних.

FAT (File Allocation Table) або FAT16 — файлова система операційної системи Dos. Розділ (volume) FAT займає цілу дискету або розділ жорсткого диску.

VFat, Fat32 — модифіковані версії FAT16, для операційних систем сімейства Windows 9x/ME.

NTFS файлова система для Wіndоws NT, розроблялася як надійна, стійка до апаратних помилок файлова системи.

UFS (Unix File System) — перша файлова система для операційної системи UNIX, всі сучасні версії походять від неї.

Ext2 — достатньо функціонально розвинена файлова система з сімейства сумісних з Linux. На даний момент вважається найбільш популярною системою. Вона розроблена з врахуванням сумісності з наступними версіями, тому для установки нової версії коду системи не потрібно встановлювати її заново.

Sysv — файлові системи System V/386, Coherent і Xenix.

Iso9660 — стандартна файлова система для CD-ROM. Досить популярне розширення стандарту CD-ROM, розроблене Rock Rіdgе'm, для автоматичної підтримки імен файлів нестандартної довжини.

Nfs — мережева файлова система, що забезпечує спільне використання однієї файлової системи кількома комп'ютерами.

Hpfs — файлова система, розроблена для OS/2.

Minix — одна з перших файлових систем, досить обмежена за своїми можливостями (відсутні деякі параметри, довжина імені файлу обмежена 30-ма символами) і доступним об'ємом (максимум 64 Мб на одну файлову систему).

Вказівки операційної системи для роботи з файлами та каталогами. Правила записування та зчитування інформації з дискет

Для виконання операцій з файлами, копіювання, вилучення, перейменування, навігації по файловій системі, усі операційні системи забезпечують необхідний мінімум команд (табл.1).

Поняття команди можна зрозуміти, якщо розглядати його як завдання для виконання певних дій, аргументів команди (рис. 6а), або як правила задання команд на прикладі копіювання або перенесення (рис.6б):

1) з’ясування змісту команди копіювання;

2) визначення об’єкта (об’єктів) операції (задання шляху до об’єкта);

3) означення нового місцезнаходження об’єкта;

Таблиця 1

Основні команди ОС Linux для роботи з файловою системою 

Дія	Команда
запуск програми на виконання	file_name
копіювати	cp
перенести	rn
вилучити	mv
пошук файла (файлів)	find
змінити поточний каталог	cd
створити каталог	mk
вилучити каталог	rm
ініціалізація файлової системи	mkfs

4) визначення виконуваної операції (копіювання, перенесення), способи здійснення операції (командний рядок чи за допомогою графічного інтерфейсу шляхом “перенесення” об’єктів)

	команда що_копіюємо куди_копіюємо
а)	б)

Рис.6. Виконання команди копіювання

Рис.7. Файл менеджер графічного середовища користувача

Для спрощення виконання операцій з файлами найчастіше використовують спеціальні програми — файл-менеджери, що забезпечують інтуїтивне виконання операцій з файлами у візуальному режимі.

У графічних середовищах використовуються графічні файл-менеджери, що представляють файли у вигляді піктограм, а каталоги у вигляді папок (рис.7). Операції з файлами виконуються як операції над їх зображеннями, перенесення зображення файлу з однієї папки в іншу формує для операційної системи команду виконати копіювання вибраного файлу в новий каталог.

Оболонка користувача. Інтерфейс командного рядка. Графічний інтерфейс користувача

Користувачі здійснюють управління комп'ютером використовуючи спеціальний модуль операційної системи — командний процесор або оболонку системи (shell). Основною функцією інтерфейсного модуля є отримання команд для виконання, уведених за допомогою клавіатури або допоміжних пристроїв (маніпулятор “мишка”, “трекболл”), та виведення результату виконання введеної команди.

Інтерфейс – засоби та сукупність команд операційної системи для здійснення діяльності користувачами щодо опрацювання інформації засобами обчислювальної системи.

Алгоритм роботи інтерфейсного модуля досить простий:

1) більшу частину часу він очікує введення команди користувача;

2) інтерпретує команду, що надійшла;

3) формує відповідний системний виклик або запускає визначену програму;

4) при необхідності видає на екран повідомлення про процес виконання;

5) після закінчення виконання команди переходить у режим очікування нової команди.

У сучасних операційних найбільш поширеними є:

— інтерфейс командного рядка дозволяє користувачеві набирати команди на клавіатурі після системного запрошення, що розташоване у рядку введення. Монітор працює в текстовому режимі.

— графічний інтерфейс користувача забезпечує уведення команд операційної системи за допомогою виконання дій з візуальним представленням об'єктів ОС. Файли, каталоги, команди, програми користувача представляються у вигляді значків (піктограм), меню, кнопок, вікон. Для задання команд використовується маніпулятор "мишка", "трекбол".

Командний рядок

Найпершим способом забезпечення управління обчислювальною системою був інтерфейс командного рядка. При цій технології, як єдиний спосіб введення інформації від людини до комп'ютера використовується клавіатура, а комп'ютер виводить інформацію за допомогою алфавітно-цифрового дисплея (монітора). Таку комбінацію (монітор + клавіатура) стали називати терміналом або консоллю. Команди набираються в командному рядкові, що являє собою символ запрошення і миготливий прямокутник - курсор (рис.8.)

[student@avalon student$ps –a | grep[ gimp 868 pts/0 00:00:30 gimp [student@avalon student$ps –a | grep[ gimp > myproc [student@avalon student$

Рис.8. Інтерфейс командного рядка

При натисканні клавіші на місці курсору з'являються символи, а сам курсор зміщується вправо, неправильно набраний символ можна вилучити. Введення команди закінчується натисканням клавіші Enter (або Return.) Після цього починається процес виконання програми, що супроводжується виведенням на екран (в міру необхідності) результатів виконання. Після закінчення виконання програми знову на екрані монітора з'являється системне запрошення.

У багатозадачних операційних системах оболонки користувача дозволяють запустити програму на виконання у фоновому режимі, не змушуючи чекати завершення попередньої програми (табл. 2)

Таблиця 2

Засоби управління процесами консольного режиму ОС Linux

Дія	Команда
запуск програми на виконання	назва_програми
призупинити виконання активної задачі	[Ctrl z]
перервати виконання активної задачі	[Ctrl c]
запуск програми на виконання у фоновому режимі	назва_програми&
отримати перелік виконуваних завдань оболонкою користувача	jobs
перенести задачу у основний режим виконання [номер завдання — виводиться командою jobs]	fg % [номер завдання ]
перенести задачу у основний режим виконання [номер завдання — виводиться командою jobs]	Bg %[номер завдання ]
отримати перелік виконуваних системою завдань	ps –all [номер завдання ]
вилучити виконуване завдання [номер завдання — виводиться командою ps]	kill –9
отримати перелік виконуваних завдань	top

В різних операційних системах передбачено різні можливості щодо надання сервісних послуг при використанні командного рядка (табл. 3).

Таблиця 3

Додаткові можливості, що надаються командним процесором

	Unix
Зміна системного запрошення	+
Редагування командного рядка	+
Швидке повторення введення останньої команди	+
Ведення журналу введених команд	+
Написання сценаріїв для автоматизації виконання завдань	+
Контроль та управління виконанням процесів	+

Графічний інтерфейс

Ідея використання графічного інтерфейсу користувача зародилася в середині 70-х років, коли в дослідницькому центрі Xerox Palo Alto Research Center (PARC) була розроблена концепція візуального інтерфейсу. Передумовою появи графічного інтерфейсу з'явилося зменшення часу реакції комп'ютера на введену команду, зумовлене зростанням потужності центрального процесора, та додаткового обладнання. Перша система з графічним інтерфейсом 8010 Star Information System групи PARC з'явилася за чотири місяці до виходу у світ першого персонального комп'ютера фірми IBM у 1981 році. На перших етапах візуальний інтерфейс використовувався тільки для прикладного програмного забезпечення: текстовий редактор, електронні таблиці. Зростання попиту на обчислювальну техніку змусило розробників ОС використовувати засоби візуального управління в операційних системах: спочатку на комп'ютерах Atari і Apple Macintosh, а потім і на IBM-сумісних комп'ютерах.

Паралельно з розробкою графічних інтерфейсів для ОС проходив процес уніфікації використання клавіатури і мишки прикладними програмами. Злиття цих двох тенденцій привело до створення користувацького інтерфейсу, за допомогою якого, при мінімальних затратах часу і засобів на перенавчання, можна працювати з будь-якими програмними продуктами.

Основною концепцією сучасних графічних інтерфейсів є подання компонентів операційної системи (файл, каталог, програма) у вигляді візуальних графічних об'єктів, що мають певні властивості, команди операційній системи відображаються як зміна властивостей об'єктів (табл. 4).

Таблиця 4

Типові операції з об'єктами графічного інтерфейсу

Файл	Папка	Вікно
Копіювати Перенести Переіменувати Вилучити Виконати	Відкрити Копіювати Перенести Переіменувати Вилучити	Відкрити Перенести Змінити розміри Закрити

Концепція об'єктного підходу не нова. Дослідження в галузі психології довели, що мислення людини в процесі діяльності оперує поняттями на рівні об'єктів та зміни їх властивостей. Враховуючи особливості сприймання та діяльності, потреби максимально наблизити роботу користувача з ЕОМ до природної, зумовили виникнення об'єктно-орієнтованих мов програмування (Small Talk, C++, Object Pascal та інші). Використання об‘єктно-орієнтованного підходу до розробки прикладного програмного забезпечення призвело до відповідних нововведень і в операційні системи. В графічному інтерфейсі користувача, програмному інтерфейсі операційної системи почали застосовувати об'єктно-орієнтовані парадигми.

Першу реалізацію об'єктно-орієнтованих концепцій щодо інтерфейсу користувача втілено в операційній системі фірми IBM OS/2, та в персональних комп'ютерах Next. Усі апаратні і програмні примітиви представлені як об'єкти з певними властивостями та засобами їх зміни: пам'ять, дисплей, принтер, папка, звукова карта, дисковод. Наступним розширенням ідеології об'єктно-орієнтованого інтерфейсу (ООІ) стала концепція робочого столу (desktop), як аналогія робочого столу, на якому розміщуються (рис. 8).

1) документи — файли, папки з документами;

2) програми — інструменти для роботи з цими документами.

Рис 8. Робочий стіл користувача OC Linux графічний інтерфейс користувача

Протягом тривалого часу desktop-ідеологія була складовою частиною різних користувацьких інтерфейсів, починаючи з Macintosh і закінчуючи Workplace Shell операційної системи OS/2. У сучасних операційних системах Windows, MacOS, Linux "робочий стіл" користувача набув подальшого розвитку та вдосконалення.

Елементи графічного інтерфейсу

Аналізуючи графічні інтерфейси користувачів, що надаються різними операційними системами, можна виділити деякі інваріантні елементи, об'єкти, способи їх використання відносно функціонального призначення (табл. 5).

Таблиця 5

Елементи графічного інтерфейсу

Елемент інтерфейсу	Функціональне призначення
Головне меню (кнопка запуску програм)	Запуск прикладних прог-рам на виконання
Панель задач	Перемикання між викону-ваними завданнями
Кошик (Trash, Recycle bin)	Тимчасове зберігання ви-лучених файлів, каталогів
Вікно	Прикладна програма користувача, яка виконується

Найперше на, що необхідно звернути увагу, що з розвитком графічних інтерфейсів поняття курсору і його зміст змінився. Оскільки дії відбуваються як зміна певних властивостей об'єктів, то об'єкти необхідно виділяти (select), переміщувати (move) ті інше певним способом використовуючи графічний покажчик (graphic pointer). Цей універсальний покажчик і став використовуватися як графічний курсор (graphic cursor), що управляється маніпулятором "мишка". Використовуючи мишку можна:

"клацнути" (click) — швидко натиснути і відпустити клавішу мишки;

"двічі клацнути" (double click) — двічі дуже швидко натиснути і відпустити клавішу мишки;

"натиснути" (press) —натиснути і утримувати клавішу мишки;

"відпустити" (down) —відпустити клавішу мишки;.

"перевести курсор мишки" (move the cursor) — означає, що мишка без натискання клавіш просто переміщується в інше місце. При цьому змінюється положення курсора мишки, а сам він не повинен змінювати форми, якщо це не обумовлено окремо. Переміщення курсору не повинно впливати на розміщенні об'єкти на екрані.

З зображеними на екрані об’єктами за допомогою мишки можна виконати операції:

"вибрати" (choose) - вказати мишкою на об'єкт і клацнути лівою клавішею мишки, або просто вказати на об'єкт;

"відкрити" (open) - вказати на об'єкт і двічі клацнути лівою клавішею мишки, або вказати на об'єкт і клацнути лівою клавішею миші;

"перемістити" (move) - переміщення курсору при натиснутій лівій клавіші. Це досить специфічна дія, тому як правило вона супроводжується візуальним ефектом на екрані: курсор як би "тягне" за собою об'єкт. Звільнення об'єкта відбувається шляхом відпускання лівої клавіші мишки; при цьому об'єкт фіксується в місці, на яке вказує курсор.

Основним елементом графічного інтерфейсу є вікно, з яким можна виконувати операції:

• відкрити вікно — запустити на виконання певну програму;

• закрити вікно — припинити виконання програми;

• розгорнути на весь екран чи згорнути до попереднього розміру;

• мінімізувати вікно, розгорнути мінімізоване вікно;

• змінити розміри;

• перенести вікно в інше місце робочого столу;

• активізувати вікно.

Кожне вікно, що відображається на екрані, асоціюється з виконуваною програмою. Відкриті вікна під час роботи (для зручності) можна розміщувати каскадом; зліва направо чи зверху вниз; довільно за бажанням користувача використовуючи мишку або клавіатуру, вибравши необхідний варіант в меню. Вікно містить типові управляючі та інформаційні елементи:

1) заголовок — рядок з назвою об’єкта і кнопками управління вікном.

2) кнопка системного меню вікна — дозволяє згорнути чи розгорнути вікно, змінити його розмір, перемістити його з допомогою клавіатури. При роботі з мишкою це меню не використовується.

3) кнопки управління вікном (табл.6).

4) головне меню — ієрархічний список команд відповідної програми. В ньому, як правило, наявні такі пункти:

• Файл – використовують для роботи з дисками, папками, файлами та ярликами. Залежно від типу обраного об’єкта може змінюватись перелік команд цього меню.

• Виправлення – використовується для вибору (відмічання) об’єктів, а також їх редагування.

• Вид – використовується для зміни параметрів перегляду інформації у вікні.

• ? (Допомога) — отримання довідки.

Таблиця 6

Кнопки управління вікном різних графічних інтерфейсів користувачів

Елемент управління	Операційна система
	Windows	Linux, графічний інтерфейс користувача KDE
Розгорнути на весь екран	
Відновити (згорнути до неповного екрану) вікно	
Закрити вікно і відповідний додаток, з яким працював користувач	

5) панель інструментів — кнопки управління, що повторюють основні команди меню. Використовуються для швидкого доступу до послуг програми.

6) рядок стану — виводить інформацію про об’єкти, розміщені у вікні.

7) робоча область — виводиться основна інформація

Крім вікна графічний інтерфейс включає додаткові елементи (табл. 7) для введення певнних значень параметрів шляхом набору з клавіатури, вибору з наперед заданого списку тощо.

Перемикач – для вибору зі списку параметрів.

Лічильник – віконце, в якому зображаються числові значення параметра.

Список – для вибору з переліку наперед вказаних значень.

Рядок введення – використовується для введення текстової інформації за допомогою клавіатури. Для появи курсору в рядку введення треба натиснути ліву кнопку мишки в полі рядка.

Так – закриває вікно зі збереженням всіх змін.

Таблиця 7

Елементи управління графічного інтерфейсу ОС Linux

Елемент управління	Зображення
Список
Лічильник
Перемикач
Рядок введення
Кнопки

Відмінити – відмовитися від змін, закрити вікно.

Для кожного об’єкту робочого столу визначений певний операції, які можна проводити з вибраним об’єктом. Отримати перелік операцій можна натиснувши праву кнопку мишки навівши курсор на об’єкт, після чого відкриється локальне меню (рис. 9). Для виконання операції слід перемістити курсор на назву операції і натиснути ліву кнопку мишки.

Рис. 9. Локальне меню для файла

Налагоджування робочого середовища

Усі графічні інтерфейси користувача надають достатньо широкі можливості, щодо налагоджування параметрів робочого середовища: вибір кольорової палітри, колір фону або фонове зображення, шрифт, види курсору, вид оформлення вікна, звуки як реакція на певні події операційної системи та інше (рис.10).

Рис. 10. Вікно налагоджування параметрів робочого столу

Комплексний набір параметрів, що формують зовнішній вигляд робочого столу, називають темою. Всі сучасні інтегровані середовища користувачів мають певну кількість готових тем.

Управління багатозадачністю

Використання багатозадачності у віконних інтерфейсах має свої особливості. Кожна програма користувача асоціюється з вікном, яке може знаходитися в двох станах: активний і неактивний. Процес, пов'язаний з активним вікном, є процесом переднього плану, з неактивним вікном — фоновий процес. Перемикання між програмами, тобто зміна стану процесу переднього плану — фоновий і навпаки, зводиться до перемикання між вікнами вибравши мишкою відповідне вікно.

Іншими способом перемикання між задачами є використання панелі задач. В деяких віконних середовищах Unix замість панелі задач на робочому столі розміщуються піктограми виконуваних процесів: обираючи ту чи іншу піктограму, можна активізувати задачу, переводити її з фонового режиму в режим задачі переднього плану.

Для контролю та управління виконанням задач можна використовувати засоби консольного режиму використовуючи емулятор терміналу, а також засоби, що використовують графічний інтерфейс. Останні забезпечують більш інтуїтивний процес моніторингу системи (табл 8).

Таблиця 8.Програми контролю виконання процесів з графічним інтерфейсом користувача ОС Linux.

Дія	Команда
припинити виконання програми, після запуску програми навести курсор на вікно, що необхідно закрити.	Xkill
розширений моніторинг операційної системи та обчислювальної системи.	Sysguard
контроль за виконанням процесів, використанням пам’яті та дискових накопичувачів.	Gtop

Альтернативні способи управління графічним інтерфейсом

Сучасні графічні інтерфейси дозволяють використовувати для роботи не тільки графічний маніпулятор "мишка", а і клавіатурні скорочення — “гарячі клавіші” (одночасне натискання кількох клавіш) (табл 9), та клавіш управління курсором і Enter (Return). Також можна використовувати спеціальні програми емуляції маніпулятора "мишка" за допомогою клавіатури.

Таблиця 9

Деякі клавіатурні скорочення управління KDE

Alt-Esc или ALT - Esc	виклик програми контролю використовуваних ресурсів
Alt-Tab або Alt-Shift-Tab	перемикання між виконуваними прикладними програми
Ctrl-Alt або Ctrl-Shift-Tab	циклічне перемикання між робочими столами
Alt-F2	викликати командний рядок
Alt-F3	меню Вікно
Alt-F4	закрити активне вікно
Ctrl-F [1 .. 8]	встановити активним рабочий стіл [1…8]
Ctrl-Alt-Esc	вилучення активного вікна
Ctrl-Alt-Backspace	аварійне завершення сеанс роботи з графічного інтерфейсу
Ctrl-Alt-Numpad +; Ctrl-Alt-Numpad -	перемикання між режимами з різною роздільною здатністю

Функції захисту операційної системи

Поширення на робочих місцях багатокористувацьких обчислювальних систем, засобів комп’ютерних комунікацій для зберігання та опрацювання інформації вимагає від кожного, хто використовує названі засоби, елементарних вмінь і навичок захисту конфіденційної іформації підприємства, особистої інформацію від викрадення, вилучення, спотворення. Питання забезпечення захисту інформаційних систем досить серйозні і складні, але нехтувати ними не можна.

Як театр починається з роздягалки, так використання обчислювальної системи починається з операційної системи і саме від ОС залежить наскільки надійно буде захищена збережувана інформація. Насамперед необхідно звернути увагу, що не існує ідеального захисту на всі випадки життя. При практичній реалізації заходів щодо захисту системи необхідно враховувати, що це є цілий комплекс який складається з:

1)забезпечення фізичної безпеки комп’ютера;

2)забезпечення локального захисту системи від втручання несанкціонованих користувачів та неправомірних дій легальних користувачів.

3) забезпечення захисту під час роботи в мережі.