Введение
Компьютеры - это универсальные устройства для обработки информации. В отличие от телефона, магнитофона или телевизора, осуществляющих только заранее заложенные в них функции, персональные компьютеры могут выполнять любые действия по обработке информации. Для этого необходимо составить для компьютера на понятном ему языке точную и подробную последовательность инструкций (т.е. программу), как надо обрабатывать информацию. Сам по себе компьютер не обладает знаниями ни в одной области своего применения, все эти знания сосредоточены в выполняемых на компьютере программах. Поэтому часто употребляемое выражение “компьютер сделал” означает ровно то, что на компьютере была выполнена программа, которая позволила выполнить соответствующее действие.
Меняя программы для компьютера, можно превратить его в рабочее место бухгалтера или конструктора, статистика или агронома, редактировать на нем документы или играть в какую-нибудь игру. При своем выполнении программы могут использовать различные устройства компьютера для ввода и вывода данных, подобно тому, как человеческий мозг пользуется органами чувств для получения и передачи информации.
Таким образом, для эффективного использования компьютера необходимо знать назначение и свойства необходимых при работе с ним программ. В своем реферате я постараюсь описать основные разновидности программ для персонального компьютера.
1. Современное программное обеспечение ЭВМ
Создание программного обеспечения для персональных компьютеров за какой-то десяток лет превратилось из занятия программистов-одиночек в важную и мощную сферу промышленности. Только в США более 50 фирм-производителей программного обеспечения имеют объемы продаж более 10 млн. долларов, а у десяти из них объемы продаж превышают 100 млн. долларов. Поэтому развитие программного обеспечения, предназначенного для широкого круга пользователей, происходит уже не в состязании индивидуальных программистов, а в процессе ожесточенной конкурентной борьбы между фирмами-производителями программного обеспечения. Доля некоммерческого программного обеспечения постоянно снижается и все более ограничивается программами, создаваемыми в процессе научных исследований или для собственного удовольствия.
При разработке коммерческих программ основной задачей фирм-разработчиков является, естественно, обеспечение их успеха на рынке. Для этого необходимо, чтобы программы обладали следующими качествами:
функциональность программы, т.е. полнота удовлетворения ею потребностей пользователя;
наглядный, удобный, интуитивно понятный и привычный пользователю интерфейс (т.е. способ взаимодействия программы с пользователем);
простота освоения программы даже начинающими пользователями, для чего используются информативные подсказки, встроенные справочники и подробная документация;
надежность программы, т.е. устойчивость ее к ошибкам пользователя, отказам оборудования и т.д., и разумные ее действия в этих ситуациях.
Стандартизация. Во многих областях совместная работа различных производителей программного обеспечения приводит к стандартизации отдельных элементов интерфейса программ, форматов данных и т.д., что весьма удобно для пользователей. Это происходит прежде всего потому, что разработчики программ перенимают друг у друга удачные находки и приемы и стремятся обеспечить совместимость с другими наиболее популярными программами. В результате использование ниспадающих меню или вид таблицы табличного процессора будут приблизительно одинаковыми во всех программах, хотя они созданы различными разработчиками, подобно тому, как похожи кнопки в лифтах, изготовленных разными
1.1. Классификация программного обеспечения современных ЭВМ
Программы, работающие на компьютере, можно разделить на три категории:
прикладные программы, непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых пользователям работ: редактирование текстов, рисование картинок, обработка информационных массивов и т.д.;
системные программы, выполняющие различные вспомогательные функции, например создание копий используемой информации, выдачу справочной информации о компьютере, проверку работоспособности устройств компьютера и т.д.;
инструментальные системы (системы программирования), обеспечивающие создание новых программ для компьютера.
Понятно, что грани между этими тремя классами программ весьма условны, например в состав программы системного характера может входить редактор текстов, т.е. е программа прикладного характера.
Число всех разновидностей системных программ очень велико, поэтому я рассмотрю только некоторые из них.
Операционная система. Среди всех системных программ особое место занимает операционная система - программа, которая загружается при включении компьютера. Она осуществляет диалог с пользователем, управление компьютером, его ресурсами (оперативной памятью, местом на дисках и т.д.), запускает другие (прикладные) программы на выполнение. Операционная система обеспечивает пользователю и прикладным программам удобный способ общения (интерфейс) с устройствами компьютера.
Драйверы. Важным классом системных программ являются программы-драйверы. Они расширяют возможности DOS по управлению устройствами ввода-вывода компьютера (клавиатурой, жестким диском, мышью и т.д.), оперативной памятью и т.д. С помощью драйверов возможно подключение к компьютеру новых устройств или нестандартное использование имеющихся устройств.
Операционные оболочки, в отличие от обычных программ-оболочек, не только дают пользователю более наглядные средства для выполнения часто используемых действий, но и предоставляют новые возможности для запускаемых программ. Чаще всего это:
графический интерфейс, т.е. набор средств для вывода изображений на экран и манипулирования ими, построения меню, окон на экране и т.д.;
мультипрограммирование, т.е. возможность одновременного выполнения нескольких программ;
расширенные средства для обмена информацией между программами.
Операционные оболочки упрощают создание графических программ, предоставляя для этого большое количество удобных средств, и расширяют возможности компьютера. Но платой за это являются повышенные требования к ресурсам.
Для IBM PC разработаны и используются сотни тысяч различных прикладных программ для различных применений. Наиболее широко применяются программы:
подготовки текстов (документов) на компьютере - редакторы текстов;
подготовки документов типографского качества - издательские системы;
обработки табличных данных - табличные процессоры;
обработки массивов информации - системы управления базами данных.
Я в своем реферате расскажу о наиболее часто используемых типах прикладных программ.
Табличные процессоры обеспечивают работу с большими таблицами чисел. При работе с табличным процессором на экран выводится прямоугольная таблица, в клетках которой могут находиться числа, пояснительные тексты и формулы для расчета значения в клетке по имеющимся данным. Таблица может быть больше размеров экрана, в этом случае в каждый момент виден только фрагмент таблицы, но с помощью клавиш перемещения курсора можно перемещаться по таблице. Все распространенные табличные процессоры позволяют перевычислять значения элементов таблиц по заданным формулам, строить по данным в таблице различные графики и т.д. многие из них предоставляют и дополнительные возможности. Некоторые из них расширяют возможности по обработке данных - трехмерные таблицы, создание собственных входных и выходных форм, связь с базами данных и т.д. наибольшей популярностью пользуются табличные процессоры Lotus - 1-2-3, Quattro Pro, Microsoft Excel, Super Calc и др.
Системы управления базами данных (СУБД) позволяют управлять большими информационными массивами - базами данных. Наиболее простые системы этого вида позволяют обрабатывать на компьютере один массив информации, например персональную картотеку. Они обеспечивают ввод, поиск, сортировку записей, составление отчетов и т.д. С такими СУБД легко могут работать пользователи даже невысокой квалификации, так как все действия в них осуществляются с помощью меню и других диалоговых средств.
Однако часто необходимо решать задачи, в которых участвует много различных видов объектов и соответственно много информационных массивов, связанных друг с другом различными соотношениями. В таких случаях требуется создавать специализированные информационные системы, в которых нужная обработка данных выполняется наиболее естественным для пользователей способом - с удобным представлением входных данных, выходных форм, графиков и диаграмм, запросов на поиск и т.д. для решения таких задач используются более сложные СУБД, позволяющие с помощью специальных средств (обычно языков программирования) описывать данные и действия с ними. Одной из первых таких СУБД была DBase фирмы Ashton-Tate (позднее приобретенная фирмой Borland), широко распространены и совместимые с DBase системы, например Fox Pro (ныне продаваемая фирмой Microsoft). Но почти во всех таких СУБД создание информационных систем достаточно трудоемко и сложно, поскольку должно осуществляться с помощью средств весьма низкого уровня. Поэтому разработка даже несложных на первый взгляд информационных систем часто требует многих недель и месяцев кропотливого программирования. Впрочем, в последнее время многие фирмы активно внедряют в поставляемые СУБД средств, облегчающие разработку: запросы по образцу, встроенные генераторы программ, форм и отчетов, библиотеки классов и т.д.
Графические редакторы позволяют создавать и редактировать картинки на экране компьютера. Как правило, пользователю предоставляются возможности рисования линий, кривых, раскраски областей экрана, создания надписей различными шрифтами и т.д. Большинство редакторов позволяют обрабатывать изображения, полученные с помощью сканеров, а также выводить полученные картинки в таком виде, чтобы они могли быть включены в документ, подготовленный с помощью текстового редактора или издательской системы. Некоторые редакторы обеспечивают возможность получения изображений трехмерных объектов, профессиональные средства цветообработки и т.д.
Системы деловой и научной графики позволяют наглядно представлять на экране различные данные в зависимости. Системы деловой графики дают возможность выводить на экран различные виды графиков и диаграмм (гистограммы, круговые и секторные диаграммы и т.д.). среди этих систем наиболее популярны программы Microsoft Chart, Boeing, Graph и другие, при этом пакет Harvard Graphics имеет и возможности научной графики. В последнее время системы деловой графики используются меньше, так как аналогичные возможности включены в ряд табличных процессоров и баз данных.
Системы автоматизированного проектирования (CАПР) позволяют осуществлять черчение и конструирование различных механизмов с помощью компьютера. Среди этих систем лидером является Auto Cad, но для многих задач целесообразно использование других САПР.
Интегрированные системы сочетают в себе возможность системы управления базами данных, табличного процессора, текстового редактора, системы деловой графики, а иногда и другие возможности. Как правило, все компоненты интегрированной системы имеют схожий интерфейс, что облегчает обучение работе с ними. Часто пользователю предоставляется встроенный язык, позволяющий создавать на базе интегрированной системы различные надстройки, выполняющие нужные пользователю функции.
Бухгалтерские программы предназначены для ведения бухгалтерского учета, подготовки финансовой отчетности и финансового анализа деятельности предприятий. Из-за несовместимости отечественного бухгалтерского учета с зарубежным в нашей стране используются почти исключительно отечественные бухгалтерские программы. Некоторые из них предназначены для автоматизации отдельных участков бухгалтерского учета - начисления заработной платы, учета товаров, материалов на складах и т.д.
1.2. Математический пакет МАTHСАD
Одним из заметных достижений в области инструментальных средств решения прикладных задач является МаthСАD - математический пакет, разработанный фирмой МаthSoft (США), с включенной в последнюю версию системой искусственного интеллекта SmartМаth (разработка NASА), которая позволяет выполнять математические вычисления не только в числовой, но и в аналитической (символьной) форме. Аббревиатура САD (Computer Аided Design) говорит о принадлежности пакета к наиболее сложным и продвинутым системам автоматического проектирования. Большое значение разработчики МаthCAD придавали удобству работы с ним и простоте освоения. Интерфейс МаthCAD прост и понятен, полностью отвечает стандартам среды Windows. Все графики и математические объекты могут быть введены щелчком мыши с перемещаемых палитр. Обучение пользователя происходит в процессе работы "на ходу" при помощи многочисленных сообщений системы.
Графическая среда МаthCAD позволяет записывать математические формулы в привычном виде, гибко и выразительно представлять данные графически.
Документ MathCAD состоит из областей различного типа. Текстовые области создаются нажатием кнопки A на панели инструментов. Математические области возникают, если щелкнуть в свободном месте (появляется красный крестик - визир, фиксирующий место ввода формулы). Области на экране легко можно перетаскивать мышью или перемещать командами Cut и Insert меню Edit.
Большинство математических формул записывается в рабочем документе МаthCAD так же, как на листе бумаги. Знаки арифметических операций вводятся с помощью клавиш <+>, <->, <*>, </>. Для ввода скобок, определяющих порядок выполнения арифметических операций, используется клавиша <Spase > (<Пробел>). В большинстве случаев система тут же выдает ответ после ввода символа<= > с клавиатуры или с помощью кнопки = 1-й палитры операторов. В среде MathCAD знак "=" означает числовой, а знак "стрелка вправо" - символьный вывод значения переменной, функции, выражения. Если последовательно вводить 37/5 + 9= получится 37/5+9= 2,643, а если 37/5 <Пробел > + 9= получится 37/5+9 = 16,4.
При вводе более сложных операций используют кнопки палитр операторов MathCAD, находящиеся на экране слева. Для перехода от одной палитры к другой надо щелкнуть на цифре над палитрой. Стандартные математические функции, такие как cos, sin, arctan, log. ехр, можно вводить посимвольно или вставлять из прокручивающегося списка. Чтобы вызвать прокручивающийся список встроенных функций MathCAD, следует выбрать пункт Insert Function из меню Math. Для редактирования выражения надо щелкнуть мышью правее элемента выражения, подлежащего изменению, а затем нажать клавишу <Backspace > и ввести нужный элемент.д.ля немедленного пересчета значения выражения следует щелкнуть мышью в стороне от выражения. Все вычисления могут производиться с высокой точностью - число значащих цифр задается из меню системы и практически неограничено Символ определения ": =" (который можно ввести с помощью кнопки = 1-й палитры или при вводе символа <: > c клавиатуры) позволяет определять переменные и функции:
a: =6
f(x): = cos (x) / a+x/2 f(10) = - 0,076.
Важно следить за тем, чтобы все переменные и функции были определены левее и/ или выше тех выражений, где они используются. Вычислить (протабулировать) функции и выражения для параметров, пробегающих заданный диапазон значений, можно с помощью кнопки m. . n 1-й палитры. Например, для табуляции функции f(x), приведенной выше, просто вводят x =, f(x) = и т.д.
x: =0,.5, 2
x f(x) exp (f (x)) * x
0 0.167 0
0.5 0.14 0.575
1 0.083 1.087
1.5.0.01 1.516
2 - 0.059 1.885
Имеется в виду, что функция определена в предыдущем примере. MathCAD имеет широкие возможности визуализации числовых данных - семь видов двумерных и трехмерных графиков. На каждом из двумерных графиков может одновременно находиться до 16 различных кривых, имеющих по шесть атрибутов. Можно создавать собственные библиотеки графических элементов, размещать в рабочем документе MathCADпроизвольные графические изображения. Для построения графика надо определить с помощью кнопки m. . n диапазон независимой переменной, а затем создать область графика с помощью кнопки внизу 1-й палитры. После этого вводятся выражения, откладываемые по осям Х и У (в средние поля ввода на соответствующих осях). Для каждой оси может быть введено несколько выражений. Интегралы и суммы легко вычислять с помощью кнопок и 1-й палитры. Для этого достаточно щелкнуть соответствующую кнопку и заполнить появившиеся позиции ввода.
Для выполнения вычислений с матрицами необходимо нажать кнопку с изображением матрицы на 2-й палитре, указать в диалоговом окне число столбцов и строк, нажать кнопку Create и заполнить пустые поля. Теперь, чтобы обратить матрицу А, надо напечатать "А^-1=, а для вычисления определителя - "А". Численное решение уравнения начинается с задания пробного значения корня и требует использования оператора root (…, …). Его первый операнд - левая часть уравнения в виде f (х) = О, а второй - переменная, по которой ищется корень. Например, t: =1
root (t^2-cosh (t), t) = 1.621.
MathCAD корректно оперирует с единицами измерения выводимых числовых результатов и автоматически меняет числовое значение результата при изменении единицы измерения.
Например,
276* km/ 6* hr = 12.778*m*sec^ - 1
Чтобы пересчитать ответ в других единицах, надо щелкнуть на ответе, затем на втором (дополнительном) поле ввода правее и ввести нужные единицы. Документ МаthСАD, на котором совмещены текст, графика и формулы, выглядит как страница учебника или научной статьи, при этом формулы являются "живыми" - стоит внести изменения в любую из них, как МаthCАD пересчитает результат, перерисует графики и т.д. Можно анимировать график, записан его эволюцию при изменяющемся значении параметра, а затем воспроизвести мультипликацию со звуковым сопровождением. Документы МаthСАD могут быть особым образом "сшиты> в электронные книги. При этом они, сохраняя все свои свойства, оказываются организованными в структуру, обладающую гипертекстовыми ссылками, навигацией, контекстным поиском, открывающимися окнами и т.д. Доступ к таким электронным книгам может осуществляться по локальным и глобальным сетям - МаthСАD имеет средства для выхода в Интернет и загрузки документов с помощью Интернет - протокола. Приведем дополнительно несколько конкретных примеров пользования системой. Пример 1. Вычисление значения арифметического выражения. Для того чтобы вычислить, например, 2 +7/5*3 - 9.3, следует установить указатель мыши в любом (свободном) месте рабочего окна и щелкнуть левой клавишей. В ответ появится указатель - красный крестик, обозначающий начало вычислительного блока. После этого следует ввести с клавиатуры следующую цепочку символов:
2+7/5<Пробел>*3-9.3=
и система выдаст ответ: - 3.1. На экране это выглядит так:
2+7/5* 3-9.3=-3.1.
Пример 1. Выполнение операций с помощью панели математических инструментов. Вычислим, например,log256 Установив указатель мыши, выбираем в панели математических инструментов пиктограмму Арифметические инструменты (щелкнув по ней левой клавишей мыши). Получаем панель Арифметика. Щелкаем в ней поочередно по кнопкам с изображением квадратного корня, модуля, логарифма и вводим число 256, после чего нажимаем <=> Расстановка отдельных элементов может быть горизонтальной или вертикальной - это безразлично, но порядок следования важен, т.е. формула должна быть расположена после присвоения значений входящим в нее переменным. Описанная процедура нуждается в комментарии по поводу ввода индексов. Переменная v снабжена индексом, и, тем самым, рассматривается системой как вектор (одномерный массив). Следует отметить, что индексация массивов автоматически (по умолчанию) начинается с нуля. Для ввода индекса достаточно один раз рядом с символом переменной набрать открывающуюся квадратную скобку, и все дальнейшее, до пробела, воспринимается как индекс.
Пример 2. Построение графиков функций.
Построим, например, график функции f (х) =sin x / x^2 в диапазоне 1< x < 10.
Порядок действий:
в панели математических инструментов активизировать панель инструментов для построения графиков
в указанной панели щелкнуть по кнопке (" декартов график") - появится окно;
в появившемся окне ввести в помеченную курсором позицию обозначение аргумента (в нашем случае это х), после чего появятся еще несколько помеченных позиций в них необходимо ввести последовательно диапазон изменения аргумента (т.е. числа 1 и 10) и обозначение функции (т.е. f (х));
щелкнуть мышью по любому свободному месту рабочего поля - появится график.
Аналитические преобразования (компьютерная алгебра). Развитие вычислительной техники начиналось с автоматизации выполнения вычислений (арифметических действий). Однако, благодаря усилиям разработчиков систем программного обеспечения, современные компьютеры могут успешно оперировать и с математическими символами и символьными выражениями. Область вычислительной математики, связанная с аналитическими преобразованиями и получившая название компьютерной алгебры, получила в настоящее время широкое распространение в различных направлениях науки и образования. Основным объектом, над которым в этой сфере производит действие компьютер, является аналитическое (символьное) выражение, организованное и преобразуемое по заданным логическим правилам. Расскажем вкратце об этих возможностях на примере системы МаthСAD. В ней наряду с общеупотребительными математическими операциями и функциями может быть использовано большое количество встроенных аналитических операций. Так, в меню уйiЬо1iс пакета МаthСАD PLUS 5.0 включены многие операции символьной математики, в том числе:
- преобразование я упрощение выражений в аналитическом виде;
- развертывание выражения;
- разложение на множители;
- группировка выражения;
- вычисление коэффициентов полинома;
- поиск пределов;
- поиск производной по указанной переменной;
- интегрирование по указанной переменной;
- решение Уравнения в аналитическом виде;
- подстановка в выражение;
- разложение функции в ряд;
- представление в виде смешанной дроби;
- ряд операций над матрицами (транспонирование, инвертирование, нахождение определителя и др.);
- выполнение интегральных преобразований (Фурье, Лапласа).
В системе имеются разнообразные способы ввода числовых данных: с клавиатуры, в других приложений, например электронных таблиц, с использованием технологии ОLЕ или Буфера обмена, непосредственно их файлов, с использование разнообразных функций файлового доступа. Интеллектуальная система Smart Math осуществляющая аналитические операции, включается в работу двумя способами: одноименной командой из меню Math или нажатием и "притоплением " на панели инструментов кнопки-иконки с изображением "кафедралки" - головного убора средневековых ученых. SmartMath позволяет работать не только в ручном, во и в автоматическом режиме. Режим автоматических символьных преобразований включается опцией LiveVariable в меню Math. Искомое выражение появляется правее, ниже или вместо исходного, заданного пользователем. Место для результата задается установкой Derive in Plase в меню Symbolic. Если в исходном выражении пользователь что-то поменяет, то ему придется все действия повторить, не забыв при этом стереть предыдущий вариант ответа. В автоматическом режиме за исходным выражением нажатием соответствующей кнопки-иконки ставится знак < - >; а чтобы система SmartMath поняла, в каком направлении необходимо вести преобразования, введены семь ключевых слов: factor, expand, series, simplify, complex, float и assume. Эти слова можно считать зачатками нового языка программирования, ориентированного не на вычислительный, а на аналитический процесс. Второй режим системы SmartMath связан с оптимизацией численных расчетов. Ключевое слово optimize, поставленное перед суммой (произведением, интегралом, пределом), заставляет систему SmartMath отойти от лобовой атаки. Если оптимальное решение найдено, то правее выражения появляется красная шестиугольная звезда. Пользователь может посмотреть не только численный результат, во и аналитическое выражение, упростившее расчеты. Оно заносится в специальный буфер, отображенный на диске командой Show SmartMath... меню Math или щелчком красной звездочке. Оптимизационное выражение можно записать в переменную, которая будет уже иметь не числовой, а символьный тип. Оптимизировать расчеты можно и без слова орtimize, включив опцию Optimize в меню Мath. В этом случае оптимизироваться будут все выражения без особого на то приглашения.
Оптимизация не только ускоряет расчеты, но и повышает их точность. И только количественно, но и качественно за счет исправления методологических ошибок (промахов) численных методов.
Заключение
Особую роль среди специальных инструментальных программ играют системы, предназначенные для решения математических задач. Дело в том, что во многих сферах науки и практической деятельности - физике, инженерном деле, экономике и т.д. - значительная часть задач требует привлечения математических методов. Первоначально компьютеры создавались для решения именно таких задач. На первых порах специалистам, использующим математику в прикладном смысле, приходилось одновременно быть и программистами, и изучать довольно сложные методы вычислений. Необходимость в этом отпала лишь после появления интегрированных математических программных систем для научно - технических расчетов: Eureka, Derive, MatLab, MathCAD, Maple, Mathematica и др.
При всех различиях между этими системами столько, что, познакомившись с одной из них, можно получить представление обо всем классе средств. Среди них есть как "тяжеловесы" (Maple, Mathematice), так и относительно простые пакеты, один из которых коротко описан выше.
Список использованной литературы
Башарин Г.П. Начало финансовой математики. - М.: Инфра-М, 1997.
Ващенко Т.В. Математика финансового менеджмента. - М.: Перспектива, 1996.
Волченков Н.Г. Программирование на Visual Basic 6. В 3-х ч. - М.: Инфра-М, 2000.
Информатика. Практикум по технологии работы на компьютере. - М.: Финансы и статистика, 2001.
Кондрашов Ю.Н. Visual Basic для Windows. Формы и элементы управления. - М.: изд. Академии бюджета и казначейства, 1998.
Назаров С.В., Мельников П.П. Программирование на MS VISUAL BASIC. Учебное пособие. /Под ред. Назарова С.В. - М.: Финансы и статистика, 2001.
Четыркин Е.М. Методы финансовых и коммерческих расчетов. - М.: Дело Лтд, 1995.