Программное обеспечение современного ПК

51

Министерство здравоохранения Самарской области

Министерство образования и науки Самарской области

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

«Самарский медицинский колледж им. Н.Ляпиной»

Филиал «Новокуйбышевский медицинский колледж»

Методическая разработка

теоретического занятия по

ЕН.02. Информационные технологии в профессиональной деятельности

Раздел 1 Техническая и программная база информационных технологий

Тема: Системное ПО. Операционные системы. Программные средства защиты информации.

для специальности 31.02.02 Акушерское дело

г. Новокуйбышевск, 2022 год

Пояснительная записка

Методическая разработка теоретического занятия по теме: «Системное ПО. Операционные системы. Программные средства защиты информации.» ЕН.02. Информационные технологии в профессиональной деятельности Раздел 1 Техническая и программная база информационных технологий предназначена преподавателям для проведения лекционного занятия по специальности 31.02.02 Акушерское дело и разработана на основе рабочей программы и рекомендаций Федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования.

Цель методической разработки: систематизация и обобщение знаний об основном программном обеспечении необходимом современному квалифицированному работнику. Тема методической разработки выбрана неслучайно. Преподавание информационных технологий в медицинском колледже имеет свои специфические особенности, связанные с будущей профессиональной деятельностью.

Исходя из принципа профессиональной направленности обучения важно, чтобы студенты овладели, прежде всего, знаниями в организации рабочего места с соблюдением требований производственной задачи и охраны труда.

Что же должны знать и уметь студенты в ходе изучения данной темы?

1.Студенты должны знать:

o понятие операционной системы,

o виды операционных систем,

o понятие вирусов и виды вирусов,

o программное обеспечение, необходимое для защиты информации.

2.Студенты должны уметь:

o отличать виды операционных систем,

o пользоваться программами по защите информации.

3.Итогом овладения этими навыками и умениями является способность организовать свое рабочее место в соответствии с выполняемыми задачами.

Выписка из рабочей программы

ЕН.02. Информационные технологии в профессиональной деятельности

Рабочая программа учебной дисциплины является частью основной профессиональной образовательной программы среднего профессионального образования в соответствии с ФГОС по специальности 31.02.02 Акушерское дело

Цели и задачи дисциплины

В результате освоения дисциплины обучающийся должен уметь:

• использовать технологии сбора, размещения, хранения, накопления, преобразования и передачи данных в профессионально ориентированных информационных системах;

• использовать в профессиональной деятельности различные виды

программного обеспечения, в том числе специального;

• применять компьютерные и телекоммуникационные средства.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен знать:

• основные понятия автоматизированной обработки информации;

• общий состав и структуру персональных компьютеров и вычислительных систем;

• состав, функции и возможности использования информационных и телекоммуникационных технологий в профессиональной деятельности;

• методы и средства сбора, обработки, хранения, передачи и накопления информации;

• базовые системные программные продукты и пакеты прикладных

программ в области профессиональной деятельности;

• основные методы и приемы обеспечения информационной-безопасности.

Изучение дисциплины способствует формированию у обучающегося следующих общих и профессиональных компетенций:

ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.

ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.

ОК 9. Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности.

ПК 1.1. Проводить диспансеризацию и патронаж беременных, родильниц самостоятельно.

ПК 1.2. Проводить физиопсихопрофилактическую подготовку беременных к родам, обучать мерам профилактики осложнений беременности, родов и послеродового периода.

ПК 1.7. Информировать пациентов по вопросам охраны материнства и детства, медицинского страхования.

ПК 2.1. Проводить лечебно-диагностическую, профилактическую, санитарно-просветительскую работу с пациентами с экстрагенитальной патологией под руководством врача.

ПК 3.1. Проводить профилактические осмотры и диспансеризацию женщин в различные периоды жизни.

ПК 3.6. Оказывать помощь пациентам в периоперативном периоде.

Актуальность темы

Компьютеры достаточно давно и прочно вошли в нашу жизнь. Они кардинально поменяли мир и возможности людей. Иногда мы уже не представляем себе нашу жизнь без компьютера и интернета. Например, студент в короткий срок может найти доклад или реферат по нужной теме. На производстве компьютеры управляют другими машинами. Не стоит забывать и о людях с ограниченными возможностями здоровья, которые не имеют возможности реального контакта с другими людьми. Интернет же позволяет общаться с реальными соотечественниками и другими людьми, живущими в других странах. Что дает возможность изучить культуру, нравы, историю других государств. Интернет дает огромные возможности для образования, ведь в нем можно найти такие источники информации, каких нет ни в одной библиотеке.

Роль медсестры заключается в осуществлении совместно с врачом медицинского обслуживания, заполнении медицинской документации и участии в санитарном просвещении населения. Поэтому, чтобы улучшить ситуацию, нужно правильно организовать рабочее место. С этой целью мною создана методическая разработка учебного занятия по организации изучения программной составляющей компьютера.

Цели лекции:

Учебные цели:

изучить и обобщить знания об основном программном обеспечении необходимом современному квалифицированному работнику.

Воспитательные цели

воспитать стремление к получению новых знаний, обобщению знаний из различных областей жизни, чувство товарищества, взаимовыручки, коммуникативные качества, умения слушать, воспитание креативного мышления, культуры межличностных взаимоотношений, аккуратность в работе, трудолюбия.

Развивающие цели

развивать приемы умственной деятельности; анализа, синтеза, сравнения; логического мышления, внимания, интереса к предмету, развивать креативность.

осуществлять поиск и использовать информацию, необходимую для эффективного выполнения профессиональных задач, а также для своего профессионального и личностного развития;

научить работать с дополнительной литературой и другими источниками информации;

готовить сообщения, доклады и с результатами работы выступать перед аудиторией;

работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, пациентами и членами его семьи, окружением;

развивать и формировать критическое мышление, умение анализировать, выделять главное, обобщать и делать выводы;

способствовать развитию речи, мышления, сенсорной, эмоционально–волевой сфер личности и потребностей мотивационной области.

Хронокарта теоретического занятия

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ВНЕАУДИТОРНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

Раскройте классификацию системного программного обеспечения.

Для чего предназначены пакеты прикладных программ?

Каковы функции операционной системы?

К каким типам операционных систем относится Windows XP?

Для чего производится архивация?

Какое основное отличие компьютерного вируса от других программ?

Назовите три основных типа компьютерных вирусов.

Каковы пути распространения компьютерных вирусов?

Каковы признаки заражения компьютера вирусом?

Назовите известные Вам антивирусные программы.

Назовите основные правила антивирусной защиты.

Что включает в себя обслуживание компьютера?

Какова периодичность обслуживания компьютера?

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

Тест "Программное обеспечение компьютера"

Выберите правильный ответ:

1. К системным программам относятся:

А) BIOS

Б) MS Windows

В) MS Word

Г) Paint

Д) Linux

Е) Драйверы

Ж) Антивирусы

2. Назначение операционной системы:

А) организовать взаимодействие пользователя с компьютером и выполнение всех других программ

Б) редактирование, сохранение текстовых документов

В) монтировать видео, фото и звуковую информацию

Г) выводить информацию на экран или печатающее устройство

3. Операционная система – это:

А) Word

Б) Windows

В) Basic

4. Каталог – это:

А) специальное место на диске, в котором хранятся имена файлов, сведения о размере файлов и т. д.

Б) специальное место на диске, в котором хранятся программы, предназначенные для диалога с пользователем компьютера

В) специальное место на диске, в котором хранятся программы пользователя

5. Путь к файлу – это

А) поименованная область на диске

Б) последовательность из имен каталогов, разделенных знаком «/»

В) список файлов, собранных в одном каталоге

6. Сопоставьте типам программ их названия

Запишите ответ:

7. Для чего нужны прикладные программы

А) решать какие-либо задачи в пределах данной проблемной области

Б) решать математические задачи для определенного класса

В) для поиска и удаления компьютерных вирусов

Г) для распознавания текста и голоса

8. Для чего нужны инструментальные программы

А) для разработки, корректировки или развития других прикладных или системных программ

Б) для управления устройствами ввода и вывода компьютера

В) для организации взаимодействия пользователя с компьютером и выполнения всех других программ

Г) решать какие-либо задачи в пределах данной проблемной области

9. В прикладное программное обеспечение входят:

А) языки программирования

Б) операционные системы

В) все программы, установленные на компьютере

Г) текстовые редакторы

10. Программа, предназначенная для автоматизации процессов построения на экране дисплея графических изображений

А) Графический редактор

Б) Фотошоп

В) Direcxt

Г) Видеоковертер

11. Какая программа предназначена для работы с базами данных

А) Табличный процессор

Б) СУБД

В) Графический редактор

Д) Система программирования

12. К какой из типов программ относится MS Office

А) Текстовый редактор

Б) Табличный процессор

В) Операционная система

Г) Система программирования

Д) Пакет прикладных программ

Эталон ответов к тесту "Программное обеспечение компьютера"

1) А; Б; Д; Е; Ж

2) А

3) Б

4) А

5) Б

6) 1Е;  2В;  3Ж; 4Б; 5З; 6Д; 7Г; 8А;

7) А

8) А

9) Г

10) А

11) Б

12) Д

Критерий оценки:

60% до 75%  7-8 3

76% до 90  9-10 4

более 90%  11-12 5

СИТУАЦИОННАЯ ЗАДАЧА

Задача №1

Вы получили новый компьютер со склада. Компьютер предназначен для работы с больничной документацией (электронного документооборота в больнице нет) и для доступа в Интернет.

Какой минимальный набор программ вы установите?

Приведите примеры программ, которые распространяются бесплатно или условно бесплатно (свободное программное обеспечение).

Ответ к задаче №1

Операционная система, драйверы на устройства компьютера, офисный пакет, интернет-браузер (идет в комплекте с операционной системой), антивирусная программа, программа-архиватор

Операционная система (Linux), офисный пакет (Open Office), интернет-браузер (Mozilla, Chrome, Safari, IE, Opera), антивирусная программа (Avast, AVG), программа-архиватор (7-Zip, IZArc, TUGZip).

Задача №2

Вы заметили, что ваш ПК начал выполнять операции, команды на которые вы ему не отдавали: перезагружаться, запускать какие-то программы и т.д.

В чем может быть причина возникновения таких эффектов?

Как исправить данную ситуацию?

Ответ к задаче №2

Причиной такого поведения в большинстве случаев является вредоносное ПО – вирусы. Они загружаются в память вашего компьютера и выполняют действия, направленные на нарушение нормального процесса работы ПК.

Если у вас не установлен антивирусный пакет программ, то первейшим действием будет установка специального ПО для борьбы с вирусами и проверка компьютера. Если антивирус установлен, то необходимо обновить антивирусные базы, поскольку «пропущенный» вирус очевидно новее, чем последние антивирусные записи в вашей базе. После обновления баз следует также произвести полную проверку компьютера на вирусы.

Основная и дополнительная литература к теме

Информатика: Базовый курс/ Симонович С.В.и др. – СПб.: Питер, 2008

Медицинская информатика: Учебное пособие / В.И.Чернов, О.В.Родионов, И.Э.Есауленко и др. – Воронеж, 2004. – 282 с.: ил.

Михаил Кутузов, Андрей Преображенский Выбор и модернизация компьютера, 2007.

Дополнительная литература

Гайдамакин Н.А. Автоматизированные информационные системы, базы и банки данных. М: Гелиос АРВ, 2009.

Каймин В.А. Информатика: учебник/ В.А. Каймин. – М.: ИНФРА-М, 2000,-232с.

Колин К.К. Фундаментальные основы информатики: социальная информатика: учеб. пособие для вузов/ К.К. Колин. – М.: Академический проект; Екатеринбург: Деловая книга, 2000.

Могилев А.В. Информатика/А.В. Могилев, Н.И. Пак, Е.К. Хеннер. – М.: «Academia», 1999.

Интернет-ресурсы:

Научно-образовательный интернет-ресурс по тематике ИКТ "Единое окно доступа к образовательным ресурсам" (http://window.edu.ru). Разделы: "Общее образование: Информатика и ИКТ", "Профессиональное образование: Информатика и информационные технологии".

Портал Информационных образовательных технологий (http://www.iot.ru).

Сайт о применении информационных технологий в различных областях (http://biznit.ru ).

БЛОК УЧЕБНОЙ ИНФОРМАЦИИ

Программное обеспечение

Программное обеспечение (ПО, software) представляет собой набор специальных программ, позволяющих организовать обработку информации с использованием ПК.Поскольку без ПО функционирование ПК невозможно в принципе, оно является неотъемлемой составной частью любого ПК и поставляется вместе с его аппаратной частью (hardware).

Программа – полное и точное описание последовательности действий (инструкций) компьютера по обработке информации, написанное на языке, понятном компьютеру.

Программное обеспечение (ПО) – совокупность специальных программ, облегчающих процесс подготовки задач к выполнению на ЭВМ и организующих прохождение их через машину, а также процедур, описаний, инструкций и правил вместе со всей связанной с этими компонентами документацией, используемых при эксплуатации вычислительной системы.Обрабатывают информацию, управляют работой компьютера программы, а не устройства.Новинки программного обеспечения уже давно доминируют над новыми аппаратными разработками. Комплект ПО по стоимости превосходит (иногда в несколько раз) стоимость компьютера адекватного класса.Для эффективного использования компьютера должно соблюдаться соответствие между уровнем развития вычислительной техники и программного обеспечения. С одной стороны, ПО определяет функциональные возможности компьютера. С другой, установка конкретного ПО может быть ограничена конструктивными особенностями компьютера.

Назначение ПО:

обеспечение работоспособности компьютера;

облегчение взаимодействия пользователя с компьютером;

сокращение цикла от постановки задачи до получения результата;

повышение эффективности использования ресурсов компьютера.

Программное обеспечение позволяет:

усовершенствовать организацию работы вычислительной системы с целью максимального использования ее возможностей;

повысить производительность и качество труда пользователя;

адаптировать программы пользователя к ресурсам конкретной вычислительной системы;

расширить ПО вычислительной системы.

Максимальное использование возможностей вычислительной системы достигается, во-первых, за счет выделения каждому пользователю или задаче минимально необходимых ресурсов для своевременного и качественного решения его задач, во-вторых, за счет подключения к ресурсам вычислительной системы большого числа пользователей (в том числе и удаленных), в-третьих, путем перераспределения ресурсов между различными пользователями и задачами в зависимости от состояния системы и запросов на обработку.Повышение производительности и качества труда пользователей происходит за счет автоматизации процедур расчетного и оформительского характера, реализуемых с помощью разнообразных средств программирования (алгоритмических языком, пакетов прикладных программ) и удобных устройств ввода-вывода информации.

Адаптируемость программ пользователя к ресурсам конкретной вычислительной системы обеспечивается тем, что операционная система содержит средство обслуживания большого диапазона машинных конфигураций. Кроме того, операционная система позволяет создавать и легко настраивать существующие программы на различные устройства ввода-вывода.Расширение существующего ПО предполагает наличие следующих возможностей:

создание пользователем собственных программ и пакетов, реализующих как конкретные расчетные задачи, так и процессы управления отдельными устройствами и всей вычислительной системой в целом;

дополнение существующего ПО программами, позволяющими расширять возможности операционной системы, работать с новыми типами внешних устройств, новыми вычислительными системами (компьютерами), в новых областях применения.

ПО ориентировано на использование вычислительных систем в различных сферах деятельности и должно обеспечивать своевременное и адекватное поставленным задачам решение. Это вызывает необходимость соблюдения ряда требований при разработке компонентов ПО, основными из которых являются:

модульность;

наращиваемость и развитие;

надежность;

предсказуемость;

удобство и эргономичность;

гибкость;

эффективность;

совместимость.

Программы на компьютер можно установить двумя способами:

Инсталляция программного обеспечения с дистрибутива

Простое копирование

Основные принципы разработки современного программного обеспечения:

параметрическая универсальность;

функциональная избыточность;

функциональная избирательность.

Особенности программного обеспечения ПЭВМ

Программное обеспечение ПЭВМ включает в себя программы различного назначения. Для управления ресурсами компьютера и взаимодействия в процессе выполнения процедур обработки данных ПО организовано по иерархическому принципу. На рис. 1 показана обобщенная структурная схема ПО, в которой выделены три уровня иерархии.

Системные программы ОС

Прикладные программы ОС

Уровень III

Интерфейс ОС

Уровень II

Операционная система

Интерфейс внутреннего ПО

Уровень I

Драйвер…

Драйвер

Программа

самотестирования

Программа загрузки

Устройства ПЭВМ

Рис. 1. Структурная схема программного обеспечения ЭВМ

Первый (низший) уровень иерархии занимает внутреннее программное обеспечение ПЭВМ, сохраняемое в ее постоянной памяти. С его помощью ПЭВМ выполняет основные функции, определяемые аппаратной структурой. Программы внутреннего ПО работают непосредственно с аппаратными модулями компьютера. Вследствие этого они функционально связаны с ними и при замене определенного аппаратного модуля требуется заменить и программу внутреннего ПО, предназначенную для работы с ним.

Программы, обслуживающие аппаратные модули, называются драйверными программами или драйверами. Они позволяют при замене или подключении нового аппаратного модуля не производить изменений в других программах ПЭВМ, а только сменить драйвер соответствующего аппаратного модуля.

Внутреннее ПО представляет собой программный интерфейс, обеспечивающий взаимосвязь работы компьютера со всеми остальными программами. Доступ к программам внутреннего ПО производится только через систему программных прерываний.

Внутреннее ПО выполняет следующие основные функции:

управляет широким набором периферийных устройств;

осуществляет быструю проверку работоспособности ПЭВМ при ее включении;

устанавливает отдельные аппаратные модули в исходное состояние;

загружает программы ОС.

Основными элементами внутреннего ПО служат драйверы ввода-вывода, программа самопроверки и программа первоначальной загрузки. Внутреннее ПО взаимодействует, с одной стороны, с функциональными модулями ПЭВМ, а с другой стороны, реализует программный интерфейс операционной системы.

Программа самопроверки предназначена для проверки функциональных модулей ПЭВМ, т.е. установки схем компьютера в начальное состояние путем загрузки программных регистров необходимой информацией. При проверке отдельных функциональных модулей ПЭВМ в них могут быть обнаружены неисправности. Программа самопроверки сообщает пользователю об обнаруженных неисправностях с помощью сообщений на экране и (или) звукового сигнала.При обнаружении ошибки проверку компьютера можно продолжить с помощью диагностических программ, загружаемых с дискеты. Если ошибка не нарушает работоспособности ПЭВМ, то по желанию пользователя ею можно пренебречь. Если в состав ПЭВМ включается новый функциональный модуль, то к общей программе самопроверки добавляется программа самопроверки данного модуля.

При успешном завершении самопроверки ПЭВМ готова к работе. Управление через программное прерывание передается программе начальной загрузки. Эта программа предназначена для считывания в оперативную память остальных компонентов операционной системы. При успешном выполнении этой операции управление передается только что считанной программе.

Драйверы ввода-вывода используются для обслуживания периферийных устройств ПЭВМ. Эти программы работают непосредственно с соответствующими контроллерами, что позволяет пользователю не знать физической организации конкретного устройства и работать только с командами драйвера, реализующими его обслуживание.

Драйверы имеют следующие особенности:

открытую структуру, что позволяет добавлять в систему новые драйверы;

гибкость организации доступа к драйверам через программные прерывания, что позволяет не фиксировать их в строго определенных областях памяти, быстро и легко их заменять;

настраиваемую структуру, ориентирующую драйверные программы на определенный класс периферийных устройств, параметры которых размещены в специальных таблицах. Драйверы настраиваются на конкретные периферийные устройства при помощи изменений значений в этих таблицах;

резидентное размещение в оперативной памяти, позволяющее использовать драйвер в любой момент времени из любой программы.

К основным драйверным программам относятся: драйвер НЖМД, драйвер видеомонитора, драйвер клавиатуры, драйвер печатающего устройства, системные драйверы (установка таймера, проверка конфигурации компьютера, определение емкости ОЗУ), дополнительные драйверы (драйвер связи и др.).

Операционная система занимает второй (средний) уровень иерархии ПО. Она управляет ресурсами компьютерной системы, к которым относятся оперативная и внешняя память, устройства ввода-вывода и программы пользователя. ОС взаимодействует с компьютером через интерфейс внутреннего ПО. Это дает возможность ПЭВМ, имеющим аппаратные различия, работать с одной и той же операционной системой. ОС представляет собой набор программ управления ПЭВМ.Состав ПО определяется кругом задач, которые пользователь предполагает решать с помощью компьютера.По назначению, т.е. в зависимости от класса решаемых задач, ПО обычно разделяют на две основные группы: Общее (базовое) и прикладное.

Классификация программного обеспечения по функциональному назначению

Системное ПО – совокупность программ, обеспечивающих работоспособность компьютера; комплекс программ, которые осуществляют организацию вычислительного процесса и управление ресурсами компьютера.

Системы программирования (Инструментальное ПО) – совокупность программных средств, позволяющих разрабатывать программы.

Прикладное ПО – совокупность программ, предназначенных для решения задач из различных сфер человеческой деятельности.

Системное ПО

Особое место среди программных средств всех типов занимают операционные системы, являясь ядром программного обеспечения.

Операционная система (ОС) – это комплекс программ, обеспечивающих:

управление ресурсами, т.е. согласованную работу всех аппаратных средств компьютера;

управление процессами, т.е. выполнение программ, их взаимодействие с устройствами компьютера, с данными;

пользовательский интерфейс, т.е. диалог пользователя с компьютером, выполнение определенных простых команд – операций по обработке информации.

ОС – операционная среда, среда обитания (для программ), имеет свои законы.ОС – это набор программ, обеспечивающий возможность использования аппаратуры ПК, а также, обеспечивает совместное функционирование всех устройств ПК и предоставляет пользователю доступ к его ресурсам. ОС является базовой и необходимой составляющей программного обеспечения ПК

Операционная система – наиболее машиннозависимый вид программного обеспечения, ориентированный на конкретные модели компьютеров, поскольку они напрямую управляют их устройствами или обеспечивают интерфейс между пользователем и аппаратной частью компьютера.

ОС – набор программных инструментов, которые дают возможность пользователю использовать возможности компьютера.ОС – основной программный инструмент, «вдыхающий жизнь»в компьютер. Без нее компьютер просто не будет работать. ОС контролирует операции обмена с дисками, организует вывод информации на экран, «понимает» клавиатуру и т.п.

Задачи, реализуемые ОС

1. Поддержка работы всех программ и организация их взаимодействия с устройствами ПК:

обеспечение эффективного выполнения операций ввода и вывода информации (связь с УВВ);

распределение памяти и организация хранения данных;

обеспечение взаимодействие программ и данных, а также взаимодействие программ друг с другом;

выявление различных событий, возникающих в процессе работы, и соответствующая реакция на них.

2. Предоставление пользователю возможности общего управления ПК:

определение интерфейса пользователя, т.е. создание удобной и комфортной среды общения человека с ПК;

обеспечение разделения аппаратных ресурсов между пользователями и задачами, планирование доступа пользователей к общим данным и предоставление возможности работы с ними в режиме коллективного пользования (работа в сетях).

Современные ОС обеспечивают:

дружественность, простоту и естественность интерфейса;

шифровку данных для защиты от несанкционированного доступа;

автоматическое распределение мощностей по обработке данных;

поддержку компьютерных сетей и средств оперативной обработки данных в режиме реального времени;

возможность использования отдельных ПК в качестве «интеллектуальных» терминалов мощных компьютерных сетей;

поддержку работы СУБД и других мощных прикладных программ;

возможность моделирования виртуальных машин, (когда пользователь работает как бы не с самой машиной, а с ее моделью. Для этого используются эмуляторы).

Состав ОС

В настоящее время используется много типов различных операционных систем для ЭВМ различных видов, однако в их структуре существуют общие принципы. В составе многих операционных систем можно выделить некоторую часть, которая является основой всей системы и называется ядром. В состав ядра входят наиболее часто используемые модули, такие как модуль управления системой прерываний, средства по распределению таких основных ресурсов, как ОП и процессор. Программы, входящие в состав ядра, при загрузке ОС помещаются в оперативную память, где они постоянно находятся и используются при функционировании ЭВМ. Такие программы называют резидентными.

Ядро (резидентная часть ОС) – постоянно занимает раздел оперативной памяти. В ОП оно загружается с системного диска при включении компьютера. Эта процедура называется первоначальной загрузкой.Ядро ОС обеспечивает базовые функции для окружающего программного обеспечения и допускает расширение обслуживающей части ОС.Окружением ядра ОС являются утилиты, редакторы, компиляторы и другие программные средства, составляющие обслуживающую часть ОС.Важной частью ОС является командный процессор – программа, отвечающая за интерпретацию и исполнение простейших команд, подаваемых пользователем, и его взаимодействие с ядром ОС.

Командный процессор – специальная программа, запрашивающая и выполняющая команды пользователя.

Выполняемые функции:

обеспечивает ввод команды и проводит ее анализ на правильность;

обеспечивает выполнение команды, если она была введена правильно, либо дает сообщение о возникшей конфликтной ситуации.

Упрощенно структуру ОС можно представить в виде схемы

Файловая система BDOS – базовая дисковая операционная система, которая управляется с помощью специальных программных модулей. Основные функции: работа с файлами, распределение памяти, поддержка выполнения программ, загрузка в память данных, контроль за выполнением программ и т.п.

Драйверная система BIOS – базовая система ввода – вывода. Представляет собой набор специальных программ, называемых драйверами.

Как известно, ПК может иметь большой набор разнообразных внешних устройств. Каждое внешнее устройство характеризуется своей собственной пропускной способностью и структурой передаваемых/принимаемых данных. Именно по этому каждое внешнее устройство имеет свой собственный драйвер.

Драйверы устройств – специальные программы, обеспечивающие управление работой устройств и согласование информационного обмена. Также позволяющие производить настройку параметров устройств

Драйвер – управляющая программа, обслуживающая аппаратный модуль.

Драйверы наиболее часто используемых устройств (дисплея, клавиатуры, дисководов, а иногда и принтера) составляют главную часть BIOS.

Если BDOS является практически не изменой частью ОС для всех ПК, которые с ней работают, то BIOS может существенно варьироваться даже на одном и том же ПК в зависимости от типа переключаемой периферии.

Итак, структура операционной системы состоит:

Ядро – переводит команды с языка программ на язык «машинных кодов», понятный компьютеру (командный интерпретатор).

Драйверы – программы, управляющие устройствами.

Интерфейс – оболочка, с помощью которой пользователь общается с компьютером.

Загрузка ОС

Загрузочные файлы ОС хранятся во внешней памяти. (гибкие, жесткие, оптические диски). Однако, любые программы, как и сама ОС могут быть выполнены только в оперативной памяти. Поэтому их нужно туда загрузить.

При включении ПК первой активизируется микросхема с BIOS (Basic Input/Output System) базовая система ввода вывода. BIOS запускает программу POST, которая тестирует аппаратные средства ПК. Для установки даты и времени, а также для настройки работы железа, с помощью клавиши Del можно загрузить утилиту Setup.

После тестирования BIOS начинает поиск загрузчика ОС (Master Boot Record), обращаясь поочередно к FDD, HDD, CD-ROM.

Найдя на системном диске программу — загрузчик она загружается в оперативную память и ей передается управление работой ПК.

Программа ищет файлы ОС на системном диске

и загружает их в оперативную память в качестве программных модулей.

После окончания загрузки ОС передает управление командному процессору.

Кроме того, к операционной системе следует относить богатый набор утилит – обычно небольших программ, выполняющих различные обслуживающие функции.

В состав ОС входят драйверы, которые расширяют возможности ОС.

Драйвер – управляющая программа, обслуживающая аппаратный модуль.

Принципы функционирования операционных систем

Понятие процесса играет ключевую роль и вводится применительно к каждой программе отдельного пользователя. Управление процессами (как целым, так и каждым в отдельности) – важнейшая функция ОС. При исполнении программ на центральном процессоре следует различать следующие характерные состояния:

порождение – подготовку условий для исполнения процессором;

активное состояние (или "Счет") – непосредственное исполнение процессором;

ожидание – по причине занятости какого-либо требуемого ресурса;

готовность – программа не исполняется, но все необходимые для исполнения программы ресурсы, кроме центрального процессора, предоставлены;

окончание – нормальное или аварийное завершения исполнения программы, после которого процессор и другие ресурсы ей не предоставляются.

Рис. 1. Граф состояний переходов процесса из одной фазы в другую

Понятие «ресурс» применительно к вычислительной технике следует принимать как функциональный элемент вычислительной системы, который может быть выделен процессу на определенный промежуток времени.

Физические ресурсы – реальные устройства компьютера.

Средствами современных операционных систем могут создаваться и использоваться виртуальные (воображаемые) ресурсы, являющиеся моделями физических.

По значимости виртуальные ресурсы – одна из важнейших концепций построения современных ОС.

Виртуальный ресурс представляет собой модель некоего физического ресурса, создаваемую с помощью другого физического ресурса. Например, характерным представителем виртуального ресурса является оперативная память. Компьютеры, как правило, располагают ограниченной по объему ОП (физической). Функционально ее объем может быть увеличен путем частичной записи содержимого ОП на магнитный диск. Если этот процесс организован так, что пользователь воспринимает всю расширенную память как оперативную, то такая «оперативная» память называется виртуальной.

Виртуальная память – часть памяти, превышающая физический объем оперативной памяти, установленной в компьютере, и которую ОС эмулирует, используя пространство на жестком диске (файл подкачки). Программы, выполняющиеся под управлением Windows, воспринимают виртуальную память как оперативную.

Файл подкачки – постоянный или временный файл на жестком диске, который используется ОС для эмуляции оперативной памяти.

Наиболее законченным проявлением концепции виртуальности является понятие виртуальной машины, являющееся исходной при программировании на языках высокого уровня, например, Паскале. Виртуальная машина есть идеализированная модель реальной машины, изолирующая пользователя от аппаратных особенностей конкретной ЭВМ, воспроизводящая архитектуру реальной машины, но обладающую улучшенными характеристиками:

бесконечной по объему памятью с произвольно выбираемыми способами доступа к ее данным;

одним (или несколькими) процессами, описываемыми на удобном для пользователя языке программирования;

произвольным числом внешних устройств произвольной емкости и доступа.

Концепция прерываний выполнения программ является базовой при построении любой операционной системы.

Из всего многообразия причин прерываний необходимо выделить 2 вида: первого и второго рода. Системные причины прерываний первого рода возникают в том случае, когда у процесса, находящегося в активном состоянии, возникает потребность либо получить некоторый ресурс или отказаться от него, либо выполнить над ресурсом какие-либо действия. К этой группе относят и, так называемые, внутренние прерывания, связанные с работой процессора (например, арифметическое переполнение или исчезновение порядка в операциях с плавающей запятой). Системные причины прерывания второго рода обусловлены необходимостью проведения синхронизации между параллельными процессами.

При обработке каждого прерывания должна выполняться следующая последовательность действий:

восприятие запроса на прерывание;

запоминание состояния прерванного процесса, определяемое значением счетчика команд и других регистров процессора;

передача управления прерывающей программе, для чего в счетчик команд заносится адрес, соответствующий данному типу прерывания;

обработка прерывания;

восстановление прерванного процесса.

В большинстве ЭВМ первые три этапа реализуются аппаратными средствами, а остальные – блоком программ обработки прерываний операционной системы.

Классификация ОС

По количеству одновременно работающих пользователей:

однопользовательские;

многопользовательские.

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

По числу задач, одновременно выполняемых под управлением ОС:

однозадачные;

многозадачные.

В многозадачном режиме каждой задаче (программе, приложению) поочередно выделяется какая-то доля процессорного времени. Поскольку процесс переключения идет очень быстро, а выделяемые задачам доли процессорного времени достаточно малы, то для пользователя создается впечатление одновременного выполнения нескольких задач.

Можно одновременно запустить на счет математическую систему, включить принтер для печати текста, запустить проигрыватель музыкальных произведений, вести поиск вирусов и рисовать в графическом редакторе или раскладывать пасьянс.

При многозадачном режиме:

в оперативной памяти находится несколько заданий пользователей;

время работы процессора разделяется между программами, находящимися в оперативной памяти и готовыми к обслуживанию процессором;

параллельно с работой процессора происходит обмен информацией с различными внешними устройствами.

Различают вытесняющую и невытесняющую многозадачность.

При работе ЭВМ важнейшим разделяемым ресурсом является процессорное время. Распределение процессорного времени между несколькими программами может осуществляться двумя способами.

Основным различием между вытесняющим и невытесняющим вариантами многозадачности является степень централизации механизма планирования вычислительных процессов. При невытесняющей многозадачности активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по собственной инициативе, не отдаст управление операционной системе для того, чтобы та выбрала из очереди другой готовый к выполнению процесс. При вытесняющей многозадачности решение о переключении процессора с одного процесса на другой процесс принимается операционной системой, а не самим активным процессом.

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

с

(режимы организации вычислительного процесса)

истемы пакетной обработки;

системы разделения времени;

системы реального времени.

Системы пакетной обработки предназначаются для решения задач в основном вычислительного характера, не требующих быстрого получения результатов. Главной целью таких систем является решение максимального числа задач в единицу времени. Для достижения этой цели используется следующая схема функционирования.

В начале работы формируется пакет заданий (мультипрограммная смесь). В нем желательно одновременное присутствие вычислительных задач и задач с интенсивным вводом-выводом информации. Выбор нового задания из пакета зависит от внутренней ситуации, складывающейся в системе, т.е. выбирается «выгодное» для ОС задание. Следовательно, в таких ОС невозможно гарантировать выполнение того или иного задания в течение определенного периода времени.

Взаимодействие пользователя с вычислительной машиной, на которой установлена ОС пакетной обработки, сводится к тому, что пользователь приносит задание, отдает его диспетчеру-оператору, а в конце дня получает результат. Очевидно, что такой порядок снижает эффективность работы пользователя.

ОС разделения времени позволяют исправить основной недостаток систем пакетной обработки – изоляцию пользователя от процесса выполнения его задач. Каждому пользователю предоставляется терминал, с которого он может управлять вычислительным процессом. Т.к. каждой задаче выделяется только квант процессорного времени, ни одна задача не занимает процессор надолго, и время ответа оказывается приемлемым. Если квант выбран достаточно малым, то у всех пользователей, одновременно работающих на одной и той же ЭВМ, складывается впечатление, что каждый из них единолично использует машину.

ОС разделения времени обладают меньшей пропускной способностью, чем системы пакетной обработки, т.к. на выполнение принимается каждая запущенная пользователем задача, а не та, которая «выгодна» ОС, и, кроме того, имеются накладные расходы на более частое переключение процессора с задачи на задачу. Критерием эффективности систем разделения времени является не максимальная пропускная способность ЭВМ (скорость обработки информации), а удобство и эффективность работы отдельного пользователя.

Наиболее совершенны и сложны многопользовательские многозадачные операционные системы, которые предусматривают одновременное выполнение многих заданий многих пользователей, обеспечивают разделение ресурсов компьютера в соответствии с приоритетами пользователей и защиту данных каждого пользователя от несанкционированного доступа. В этом случае операционная система работает в режиме разделения времени, т.е. обслуживает многих пользователей, работающих каждый со своего терминала.

Суть режима разделения времени состоит в следующем. Каждой программе, находящейся в оперативной памяти и готовой к исполнению, выделяется для исполнения фиксированный, задаваемый в соответствии с приоритетом пользователя интервал времени (интервал мультиплексирования). Если программа не выполнена до конца за этот интервал, ее исполнение принудительно прерывается, и программа переводится в конец очереди. Из начала очереди извлекается следующая программа, которая исполняется в течение соответствующего интервала мультиплексирования, затем поступает в конец очереди и т.д. в соответствии с циклическим алгоритмом. Если интервал мультиплексирования достаточно мал (200 мс), а средняя длина очереди готовых к исполнению программ невелика (10), то очередной квант времени выделяется программе каждые 2 с. В этих условиях ни один из пользователей практически не ощущает задержек, т.к. они сравнимы со временем реакции человека.

Приоритет (priority) – относительная важность или срочность.

Приоритет – это обладание преимуществом, т.е. требование повышенного внимания, которое может быть определено количественной величиной, учитываемой при определении порядка удовлетворения нескольких требований на доступ к одному ресурсу.

Назначать приоритеты – устанавливать порядок действий в соответствии со срочностью или важностью работы. В мультипрограммном режиме программам назначаются приоритеты так, что срочные работы не задерживаются вспомогательными задачами. Программные прерывания должны отрабатываться аналогично мультипрограммному режиму.

Одной из разновидностей режима разделения времени является фоновый режим, когда программа с более низким приоритетом работает на фоне программы с более высоким приоритетом. Работа в фоновом режиме реального времени аналогична работе секретаря руководителя. Секретарь занимается текущими делами до тех пор, пока начальник не дал срочное поручение.

Системы реального времени применяются для управления различными техническими объектами (конвейер, станок, робот, космический аппарат, научная экспериментальная установка, гальваническая линия, доменная печь, автомат для контроля качества выпускаемой продукции). Существует предельно допустимое время, в течение которого должна быть выполнена та или иная программа, управляющая объектом. Система должна иметь гарантированное время реакции, т.е. задержка ответа не должна превышать определенного времени. В противном случае может произойти авария (спутник выйдет из зоны видимости; экспериментальные данные, поступающие с датчиков, будут потеряны; толщина гальванического покрытия не будет соответствовать норме; бракованные изделия попадут в приемник годной продукции).

Т.о., критерием эффективности для систем реального времени является их способность выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получением результата (управляющего воздействия).

ЭВМ управляет некоторым внешним процессом, обрабатывая данные и информацию, непосредственно поступающую от объекта управления. Поскольку определяющим фактором являются реально поступающие от объекта управления данные, такой режим называют режимом реального времени, а его организация возлагается на специализированную операционную систему.

По количеству используемых процессоров:

однопроцессорные;

многопроцессорные.

По разрядности процессора:

8-разрядные;

16-разрядные;

32-разрядные;

64-разрядные.

По типу пользовательского интерфейса:

командные (текстовые);

объектно-ориентированные (графические).

По типу использования общих аппаратных и программных ресурсов:

сетевые;

локальные.

Характеристики, определяющие выбор ОС:

распространенность;

наличие большого количества прикладных программных средств, работающих под ее управлением;

простота освоения и взаимодействия с ней пользователей;

легкость перехода с одной версии ОС на другую, более совершенную.

Примеры ОС

MS-DOS — предназначена для работы с 16- и 32-разрядными процессорами типа 80286, 80386, 80486 (Intel), 5×86 (AMD)- «дисковая ОС» (ДОС или DOS), термин сложился исторически и говорит только о том, что вся операционная система или ее основная часть расположены на внешнем носителе (винчестере, дискете или компакт-диске), откуда и должна происходить ее загрузка в оперативную память компьютера ;

Windows 95/98/XP, Windows Vista, Windows 7, Windows NT/2000, OS/2 Warp 4.0 — ориентированы на работу с 32- и 64-разрядными процессорами типа Pentium;

UNIX — применяется для работы с 32- и 64-разрядными процессорами типа: Pentium (Intel), Alpha AXP (DEC), P6 и PowerPC (IBM и Motorola), R4300i (MIPS);

System (MacOS) — предназначена для компьютеров Macintosh фирмы Apple;

Linux – клон Unix для работы на PC.
Linux – свободно распространяемая версия ОС Unix для платформ х86, Motorola 68k, Digital Alpha, Sparc, Mips и Motorola PowerPC. В Linux не используется никаких частей программного обеспечения, принадлежащих каким-либо коммерческим организациям. По этой причине она получила достаточно широкое распространение
Первая версия ОС Linux была разработана в 1991 г. Т. Линусом (Финляндия), а затем в ее разработке участвовало большое количество людей из разных частей мира. Последние версии являются продуктами коллективного творчества большого числа программистов.

Эмуляторы ОС

Оболочки операционных систем

Сложный интерфейс некоторых ОС (например, DOS) предъявляет высокие требования к квалификации пользователя.

Для облегчения взаимодействия пользователя с компьютером существуют т.н. оболочки операционных систем, которые обеспечивают наглядный и более простой способ выполнения базовых операций с файлами, каталогами и др. с использованием меню, защитой от необдуманных и ошибочных действий пользователя, разветвленной контекстной помощью.

Программы-оболочки (диалоговые оболочки, пользовательские оболочки) – программы, предназначенные для упрощения диалога пользователя с операционной системой; обеспечивают более удобный и наглядный способ общения с компьютером.

Примеры:

XTree Pro Gold

PC Shell

Norton Commander

Volkov Commander

Norton Navigator (Symantec)

FAR

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 пользователя;

расширенные средства для обмена информацией между программами.

Операционные оболочки упрощают создание графических программ, предоставляя для этого большое количество удобных средств, и расширяют тем самым возможности компьютера. Наличие вышеуказанных возможностей предъявляет повышенные требования к ресурсам компьютера.

Наиболее популярна программа-надстройка MS Windows (Windows Desktop) для Windows 3.1, иногда используются DesqView, GEM, GeoWorks.

Системные утилиты

Термин «утилита» происходит от английского слова utility — полезный.

Утилиты можно рассматривать как «развитые» внешние команды операционной системы, имеющие хорошо организованный графический интерфейс, ориентированный на работу с мышью. Они служат для расширения возможностей ОС (предоставление различного сервиса), а их функции носят специализированный характер. Системные утилиты – это обслуживающие программы вспомогательного назначения. Утилиты дополняют возможности ОС, обеспечивая выполнение различных вспомогательных действий. Обычно некоторое количество утилит поставляется в составе соответствующей ОС, но немало утилит создано независимыми разработчиками и поставляется отдельно от ОС.Утилиты часто используют низкоуровневые механизмы функционирования ОС, поэтому они могут работать только в тех ОС, на которые рассчитаны. Т.к. применение утилит в «чужой» для них ОС может привести, например, к уничтожению данных (это относится, прежде всего, к программам обслуживания дисков).

Примером может служить комплект стандартных утилит, встроенных в MSWindows(группа «Служебные»). Туда включен стандартный набор приложений, обеспечивающих выполнение следующих функций:

проверка и восстановление сбойных дисков;

оптимизация расположения файлов на диске (дефрагментация диска);

получение информации о компьютере;

восстановление файлов на диске;

очистка диска и др.

К утилитам относят и два блока приложений: архиваторы и антивирусные пакеты.

Архиваторы

Архиватор (упаковщик) – программа, позволяющая за счет применения специальных методов сжатия информации создавать копии файлов меньшего размера, а также объединять копии нескольких файлов в один архивный файл. Примеры: PKZIP/PKUNZIP, ARJ, RAR. Различные упаковщики не совместимы друг с другом – архивный файл, созданный одним упаковщиком, чаще всего нельзя прочесть другим упаковщиком.

Все существующие на сегодняшний день архиваторы можно разделить на три группы, которые можно условно назвать файловые, программные и дисковые.

Типы архиваторов:

1. Файловые архиваторы – позволяют упаковывать один или несколько файлов в единый архив. Размер архива, как правило, меньше чем суммарный размер исходных файлов. Воспользоваться архивными данными и программами пока они находятся в архиве нельзя. Для распаковки архива требуется разархиватор, который совмещен с архиватором в одной программе.

Кроме этого практически в любой программе архиваторе имеется возможность создания самораспаковывающихся файлов, который имеет расширение exe. Он содержит кроме упакованных данных разархивирующий модуль. (Rar, Zip, Ice, Ain)

2. Программные архиваторы – позволяют упаковать за один прием один единственный файл – выполняемую программу exe типа, которая при запуске самораспаковывается в оперативной памяти и тут же начинает работу. Программа становиться в два раза меньше и при этом сохраняет работоспособность. (LZEXE – UNLZEXE, EXEPACK — UPACKEXE)

3. Дисковый архиватор – представляет собой резидентный драйвер, который незаметно для пользователя архивирует любую записываемую на диск информацию и распаковывает ее обратно при чтении. При этом на диске создается огромный архив, который отображается как еще один логический раздел винчестера.

Программы резервирования

В процессе эксплуатации компьютера по самым разным причинам возможны порча и потеря информации, находящейся на ЖД. Это может быть вызвано ошибочными действиями пользователя, некорректной работой программ, сбоями в электропитании, авариями ЖД, компьютерными вирусами, пожарами и т.д.Программы резервирования – программы, предназначенные для обеспечения безопасности данных. Они позволяют быстро скопировать нужную информацию, находящуюся на жестком диске компьютера, на дискеты, съемные диски или кассеты стримера.Программы резервирования обеспечивают создание резервных (запасных) копий информации на различных носителях путем быстрого копирования.Резервирование (backup) – резервное копирование

Восстановление (restore) – восстановление данных с резервной копии

Основные функции программ резервирования:

резервирование файлов на носители информации;

восстановление файлов с помощью резервной копии;

сравнение текущего состояния файлов с резервной копией;

применение сжатия данных, автоматической коррекции ошибок, проверки читаемости создаваемой резервной копии и т.д.

Примеры. В Windows имеется стандартная программа архивации BackUp.

Антивирусы

Как ни странно, но до сих пор нет точного определения, что же такое вирус. Почему?Основная трудность, возникающая при попытках дать строгое определение вируса, заключается в том, что практически все отличительные черты вируса (внедрение в другие объекты, скрытность, потенциальная опасность и пр.) либо присущи другим программам, которые никоим образом вирусами не являются, либо существуют вирусы, которые не содержат указанных выше отличительных черт (за исключением возможности распространения).Например, если в качестве отличительной характеристики вируса принимается скрытность, то легко привести пример вируса, не скрывающего своего распространения. Такой вирус перед заражением любого файла выводит сообщение, гласящее, что в компьютере находится вирус и этот вирус готов поразить очередной файл, затем выводит имя этого файла и запрашивает разрешение пользователя на внедрение вируса в файл. Если в качестве отличительной черты вируса приводится возможность уничтожения им программ и данных на дисках, то в качестве контрпримера к данной отличительной черте можно привести десятки совершенно безобидных вирусов, которые кроме своего распространения ничем больше не угрожают. Основная же особенность компьютерных вирусов — возможность их самопроизвольного внедрения в различные объекты ОС — присуща многим программам, которые не являются вирусами. Например, самая распространенная операционная система MS-DOS имеет в себе все необходимое, чтобы самопроизвольно устанавливаться на He-DOS’OBCKHe диски.

Таким образом, первой из причин, не позволяющих дать точное определение вирусу, является невозможность однозначно выделить отличительные признаки, соответствующие только вирусам.

Вторая же трудность, возникающая при формулировке определения компьютерного вируса, — то, что данное определение должно быть привязано к конкретной ОС, в которой этот вирус распространяется.

Поэтому формулируют не определение вируса, а обязательное свойство вируса.

Обязательное (необходимое) свойство компьютерного вируса — возможность создавать свои дубликаты (не всегда совпадающие с оригиналом) и внедрять их в вычислительные сети и/или файлы, системные области компьютера и прочие выполняемые объекты. При этом дубликаты сохраняют способность к дальнейшему распространению.

Компьютерный вирус – программа, способная создавать свои копии (размножаться), внедрять их в различные объекты (программы, файлы) или ресурсы компьютерных систем, сетей и производить определенные действия без ведома пользователя.

Свое название компьютерный вирус получил за некоторое сходство с биологическим вирусом.Процесс внедрения вирусом своей копии называется заражением, объект, внутри которого находится вирус, называется зараженным или инфицированным. Первые исследования саморазмножающихся искусственных конструкций проводились в середине 20 столетия. В работах фон Неймана, Винера и др. дано определение и проведен математический анализ конечных автоматов, в т.ч. и самовоспроизводящихся.Впервые большое внимание к проблеме вирусов привлекла книга Фреда Коэна (F. Cohen) «Компьютерные вирусы, теория и эксперименты», вышедшая в свет в 1984 г.Первый эксперимент по распространению вируса Ф. Коэн провел 10 сентября 1983 г. в университете Южной Калифорнии в рамках Семинара по безопасности.Большой общественный резонанс вызвало первое неконтролируемое распространение вируса в сети. 2 ноября 1988 г. 23-летний студент последнего курса Корнельского университета Роберт Таппан Моррис запустил в сети свою программу, которая из-за ошибки начала бесконтрольное распространение и многократное инфицирование узлов сети. В результате было заражено около 6200 машин, что составило 7,3% общей численности машин в сети.

Классификация компьютерных вирусов по признакам

1. По среде обитания:

a) файловые, различными способами внедряются в исполнимые файлы (программы) и активизируются при запуске программы. После запуска находится в оперативной памяти и может заражать файлы до момента выключения ПК. При этом они не могут заразить файлы данных. Защита: не рекомендуется запускать на выполнение файлы, полученные из сомнительных источников и предварительно непроверенных антивирусом.

b) загрузочные, записывают себя в загрузочный сектор диска, при загрузке ОС внедряются в оперативную память и заражают файлы при обращении к ним ПК. Защита: отказ от загрузки ОС с дискет., установка запрета на запись в загрузочный сектор в BIOS.

c) макровирусы, заражают файлы документов Word и Excel. После загрузки постоянно присутствуют в ОП и могут заражать другие документы. Защита: запрет на загрузку макросов.

d) сетевые, распространяются в сети, используют для своего распространения электронную почту и всемирную паутину.

2. По заражаемой операционной системе:

Каждый файловый или сетевой вирус заражает файлы какой либо одной или нескольких систем – DOS, Windows, Linux и т.д.

3. По особенностям алгоритма работы:

a) Резидентные вирусы – оставляют в оперативной памяти свою резидентную часть, которая затем перехватывает обращения ОС к объектам заражения и внедряется в них. Резидентные вирусы сохраняют активность до выключения ПК.

Резидентными можно считать макровирусы, поскольку они присутствуют в памяти компьютера в течение всего времени работы зараженного редактора

b) Стелс вирусы (невидимки) – полностью или частично скрывают себя в системе. Перехватывают запросы ОС на чтение или запись зараженных файлов и либо временно лечат их, либо предлагают вместо себя незараженные участки информации.

В случае макровирусов наиболее популярный способ — запрет вызовов меню просмотра макросов.

c) Полиморфные вирусы (шифровальщики) – не содержат ни одного постоянного участка кода. В кодах двух образцов одного и того же полиморфного вируса нет ни одного совпадения.

d) Квазивирусы (трояны) – внедряются в систему, похищают пароли и данные и передают своему хозяину.

4. По величине вредных воздействий

a) безвредные – никак не влияют на работу ПК, кроме уменьшения свободной памяти на диске в результате своего распространения.

b) Неопасные, влияние ограничивается уменьшением свободной памяти на диске, графическими, звуковыми и другими эффектами. Вирусы семейства Jokes.

c) Опасные, которые могут привести к сбоям и зависаниям ПК. К ним можно отнести Интернет черви (I-Worm.Hybris, I-Worm.Tanatos, Win32.HLLM.Klez и так далее).

d) Очень опасные, активизация которых может привести к потере программ и данных, форматированию винчестера, выводу из строя микросхемы BIOS и так далее. (WIN95.CIH – чернобыль).

Классификация вирусов по способу заражения

1. Файловые вирусы

К данной группе относятся вирусы, которые при своем размножении тем или иным способом используют файловую систему какой-либо (или каких-либо) ОС. Файловые вирусы могут внедряться практически во все исполняемые файлы всех популярных ОС.

1.1. Overwriting-вирусы

Данный метод заражения является наиболее простым: вирус записывает свой код вместо кода заражаемого файла, уничтожая его содержимое. Естественно, что при этом файл перестает работать и не восстанавливается. Такие вирусы очень быстро обнаруживают себя, так как ОС и приложения довольно быстро перестают работать.

1.2. Parasitic-вирусы

При распространении своих копий обязательно изменяют содержимое файлов, оставляя сами файлы при этом полностью или частично работоспособными. Записываются в начало, конец или середину файла.

1.3. Companion-вирусы

Вирусы, не изменяющие заражаемых файлов. Для заражаемого файла создается файл-двойник, причем при запуске зараженного файла управление получает именно этот двойник, т. е. вирус.

Делится на несколько подвидов.

Первый вид. Создают для ЕХЕ-файлов файлы-спутники, имеющие то же самое имя, но с расширением .СОМ. Например, для файла COPY.EXE создается файл COPY.COM. Вирус записывается в СОМ-файл и никак не изменяет ЕХЕ-файл. Некоторые вирусы используют не только вариант СОМ-ЕХЕ, но также и ВАТ-СОМ-ЕХЕ.

Второй вид составляют вирусы, которые при заражении переименовывают файл, давая ему какое-либо другое имя, и записывают свой код на диск под именем заражаемого файла.

Третий вид. Записывают свой код под именем заражаемого файла, но “выше” на один уровень, либо переносят файл-жертву выше на один подкаталог.

1.4. Link-вирусы

Link-вирусы, как и компаньон-вирусы, не изменяют физического содержимого файлов, однако при запуске зараженного файла заставляют ОС выполнить свой код.

1.5. Файловые черви (не сетевые черви, не надо их путать)

Файловые черви (worms) являются разновидностью компаньон-вирусов, но при этом никоим образом не связывают свое присутствие с каким-либо выполняемым файлом. При размножении они копируют свой код в какие-либо каталоги дисков в надежде, что эти новые копии будут когда-либо запущены пользователем. Иногда эти вирусы дают своим копиям “специальные” имена, чтобы подтолкнуть пользователя на запуск своей копии, например INSTALL.EXE или WINSTART.BAT. Существуют вирусы-черви записывающие свои копии в архивы (RAR, ZIP и др.). (ArjVirus и Winstart).

1.6. OBJ-, LIB-вирусы и вирусы в исходных текстах

Вирусы, заражающие библиотеки компиляторов, объектные модули и исходные тексты программ. Распространяется в два этапа: на первом заражает текст программы, на втором (при компоновке программы, т.е. создание exe-файла) получается работоспособный вирус. Являются достаточно экзотичными и практически не распространены.

2. Загрузочные вирусы

Загрузочные вирусы заражают загрузочный (boot) сектор гибкого диска и boot-сектор или Master Boot Record (MBR) винчестера. При заражении дисков загрузочные вирусы подставляют свой код вместо какой-либо программы, получающей управление при загрузке системы.

Следует также отметить тот факт, что загрузочные вирусы очень редко уживаются вместе на одном диске. Часто они используют одни и те же дисковые сектора для размещения своего кода/данных. В результате код/данные первого вируса оказываются испорченными при заражении вторым вирусом, и система либо зависает при загрузке, либо зацикливается (что также приводит к ее зависанию).

3 Макровирусы

Являются программами на макроязыках, встроенных в некоторые системы обработки данных (текстовые редакторы, электронные таблицы и т. д.). Для своего размножения такие вирусы используют возможности макроязыков и при их помощи переносят себя из одного зараженного файла в другие. Наибольшее распространение получили макровирусы для Microsoft Word, Excel и Office .

Физическое расположение вируса внутри файла зависит от его формата. Продукты Microsoft имеют очень сложную структуру. Структура файлов Word, Excel и Office 97(и выше) состоит из множества отдельных блоков, которые ссылаются друг на друга (напоминает файловую систему FAT). Поэтому представить расположение макровируса в файле можно лишь схематично.

Распространяются следующим образом: при запуске переносят свой код (макросы) в область глобальных макросов документа (“общие” макросы). Создает новый макрос, вставляет в него свой код, который и сохраняет в документе. При выходе из Word глобальные макросы (включая макросы вируса) автоматически сохраняются. Таким образом, при следующем запуске Word вирус активизируется в тот момент, когда WinWord грузит глобальные макросы, т. е. сразу.

Затем вирус переопределяет один или несколько стандартных макросов и перехватывает команды работы с файлами. При вызове этих команд вирус заражает файл, к которому идет обращение.

4. Сетевые вирусы

К сетевым относятся вирусы, которые для своего распространения активно используют протоколы и возможности локальных и глобальных сетей. Основным принципом работы сетевого вируса является возможность самостоятельно передать свой код на удаленный сервер или рабочую станцию. “Полноценные” сетевые вирусы при этом обладают еще и возможностью запустить на выполнение свой код на удаленном компьютере или, по крайней мере, “подтолкнуть” пользователя к запуску зараженного файла. Сетевые вирусы 80-х годов просто распространялись в компьютерной сети, не изменяя файлы или сектора на дисках. Они проникали в память компьютера из компьютерной сети, вычисляли сетевые адреса других компьютеров и рассылали по этим адресам свои копии. Лишь в начале 1997 г. с появлением вирусов Macro.Word.ShareFun и Win.Homer. Первый из них использует возможности электронной почты. Он создает новое письмо, содержащее зараженный файл-документ, затем выбирает из списка адресов три случайных адреса и рассылает по ним зараженное письмо.

Этот вирус иллюстрирует первый тип современных сетевых вирусов, которые объединяют возможности макро-вирусов, протоколы и особенности электронной почты и функции автозапуска, необходимые для распространения вируса. Второй вирус (Homer) использует для распространения протокол FTP (File Transfer Protocol) и передает свою копию на удаленный ftp-сервер в каталог Incoming.

5. Прочие вирусы

5.1. Логические бомбы

а) “Дропперы” подправляют код заражаемых файлов таким образом, что известные версии антивирусов не определяют вируса в файле. Например, файл шифруется каким-либо специальным образом или упаковывается редко используемым архиватором, что не позволяет антивирусу “увидеть” заражение.

б) Программы шутки. К ним относятся программы, которые не причиняют компьютеру какого-либо прямого вреда, однако выводят сообщения о том, что такой вред уже причинен, либо будет причинен при каких-либо условиях, либо предупреждают пользователя о несуществующей опасности.

5.2. Intended-вирусы

К таким вирусам относятся программы, которые из-за ошибок в своем коде способны только к однократному размножению из «авторской» копии. Заразив какой-либо файл, они теряют способность к дальнейшему размножению.

Наиболее эффективны в борьбе с компьютерными вирусами антивирусные программы.

Антивирусные программы

Антивирус — программа, предназначенная для обнаружения и обезвреживания вирусов.Стоит отметить, что не существует антивирусов, гарантирующих стопроцентную защиту от вирусов. Качество антивирусной программы определяется по следующим характеристикам:

Характеристики качества антивируса:

1. Надежность и удобство работы — отсутствие зависаний антивируса в процессе работы и прочих технических проблем.

2. Качество обнаружения вирусов всех распространенных типов, сканирование внутри файлов документов/таблиц (MS Word, Excel, Office 97), упакованных и архивированных файлов. Отсутствие “ложных срабатываний”. Возможность лечения зараженных объектов.

3. Существование версий антивируса под все популярные платформы (DOS, Windows, Windows 95, Windows NT, Novell NetWare, OS/2, Alpha, Linux и т. д.), поскольку только программа, рассчитанная на конкретную ОС, может полностью использовать функции этой системы. Присутствие не только режима “сканирование по запросу”, но и “сканирование на лету”, существование серверных версий с возможностью администрирования сети.

4. Скорость работы и прочие полезные особенности.

Типы антивирусных программ

1. Программы-сканеры Принцип работы антивирусных сканеров основан на проверке файлов, секторов и системной памяти и поиске в них известных и новых (неизвестных сканеру) вирусов. Для поиска известных вирусов используются так называемые маски. Маской вируса является некоторая постоянная последовательность кода, специфичная для этого конкретного вируса. Если вирус не содержит постоянной маски или длина этой маски недостаточно велика, то используются другие методы. Вирусные базы современных сканеров содержат десятки тысяч масок вирусов, а также алгоритмы поиска неизвестных вирусов, так называемые эвристические анализаторы. Эффективность такого поиска превышает 80%.

К достоинствам сканеров относится их универсальность, к недостаткам — размеры антивирусных баз, которые сканерам приходится “таскать за собой”, и относительно небольшая скорость поиска вирусов.

Особенностью сканеров является то, что для надежного поиска вирусов их базы должны постоянно пополняться информацией о новых вирусах. К программам подобного типа относятся пакеты NortonAntiVirus, DoctorWeb и AVP-Сканер Касперского.

2. CRC-сканеры. Принцип работы CRC-сканеров основан на подсчете CRC-сумм (контрольных сумм) для присутствующих на диске файлов/системных секторов. Эти CRC-суммы затем сохраняются в базе данных антивируса, как, впрочем, и некоторая другая информация: длины файлов, даты их последней модификации и т. д. При последующем запуске CRC-сканеры сверяют данные, содержащиеся в базе данных, с реально подсчитанными значениями. Если информация о файле, записанная в базе данных, не совпадает с реальными значениями, то CRC-сканеры сигнализируют о том, что файл был изменен или заражен вирусом.

3. Программы-ревизоры построены на принципе, обратном принципу построения сканеров. Они не знают в лицо конкретных вирусов, но они запоминают информацию о каждом логическом диске и по изменению этой информации позволяют обнаруживать как известные, так и новые, неизвестные на сегодня вирусы. Безусловным преимуществом ревизоров является их высочайшая скорость проверки дисков (во много десятков раз превышающая скорость работы сканеров) и высокая надежность обнаружения вирусов. К наиболее известным у нас в стране ревизорам относится ADinO2 для Windows 9x.

4. Резидентные сторожа. Особенностью данного вида является их постоянная загруженность в оперативной памяти. В случае, если пользователь пытается выполнить операцию с файлом (скопировать, просмотреть, перенести, получить из Интернета), резидент активизируется и сканирует файлы, операции над которыми следует сделать.

В случае обнаружения вируса на экран выводится сообщение о вирусе, предложение его вылечить и настоятельный совет проверить все дисковые устройства на наличие вирусов. К наиболее популярным программам подобного типа можно отнести AVP-Монитор Касперского.

5. Иммунизаторы — делятся на два типа: иммунизаторы, сообщающие о заражении, и иммунизаторы, блокирующие заражение каким-либо типом вируса. Первые обычно записываются в конец файлов (по принципу файлового вируса) и при запуске файла каждый раз проверяют его на изменение. Недостаток у таких иммунизаторов всего один, но он легален: абсолютная неспособность сообщить о заражении “стелс”-вирусом. Поэтому такие иммунизаторы практически не используются в настоящее время.

Второй тип иммунизации защищает систему от поражения вирусом какого-то определенного вида. Файлы на дисках модифицируются таким образом, что вирус принимает их за уже зараженные.

Такой тип иммунизации не может быть универсальным, поскольку нельзя проиммунизировать файлы от всех известных вирусов.

Правила защиты от компьютерных вирусов

всегда проверять дискету/флешку, на которой Вам передают файлы из других мест;

всегда проверять файлы, полученные с помощью электронной почты;

регулярно проверять компьютер на наличие вирусов.

К наиболее популярным и распространенным у нас в стране антивирусам относят комплекс AVP (AntiviralToolkitPro) Касперского, включающий AVP-Сканер, AVP-Монитор, AVP-Центр управления (для автоматизации процесса управления работой всего комплекса) и AVP Автоматическое обновление (предназначен для обновления антивирусных баз, в том числе и через Интернет).

 

Программы диагностики компьютера

Функции:

Проверка конфигурации компьютера (количество памяти, использование памяти, типы дисков и т.д.).

Проверка работоспособности устройств компьютера (прежде всего, жестких дисков).

Для проверки работоспособности дисков используются Disk Technician Advanced, Calibrate (Norton Utilities). Они позволяют выявить «намечающиеся» дефекты дисков (возникающие из-за износа магнитной поверхности диска) и предотвратить потерю данных, хранящихся на диске.

Многие такие программы работают в среде DOS, но есть и программы для Windows.

Примеры: Check-It фирмы Touchstone Software (версия для Windows называется WinCheck-It), NDiags из комплекса Norton Utilities фирмы Symantec, QAPlus/Win фирмы DiagSoft, PC Certify Pro фирмы Landmark Research, The Troubleshooter фирмы Midland Equipment, Control Room, System Sleuth.

Программы ограничения доступа

Позволяют защитить компьютер и хранящиеся на компьютере данные от нежелательных или неквалифицированных пользователей.

Программа Norton DiskLock фирмы Symantec защищает паролем компьютер, не позволяя загрузить компьютер посторонним, запрашивает пароль при возвращении пользователя после перерыва в работе и т.д. Программы DiskReet из комплекса Norton Utilities, DeadLock фирмы Security Intelligence позволяют создавать «зашифрованные» диски, доступ к которым можно получить, только указав пароль. Программы Cerberus фирмы HM Software, FutureLock фирмы Future Software Development и др. позволяют ввести ограничения доступа в Windows так, чтобы неквалифицированные пользователи не могли изменить конфигурацию ОС, удалить важные файлы и т.д.

Программы-русификаторы

Приспосабливают другие программы (обычно ОС) для работы с русскими буквами (текстами, пользователями и т.д.).

Раньше рынок программ-русификаторов был заметно шире, но сейчас наиболее распространенные программы переводятся на русский язык или приспосабливаются к работе с русскими буквами фирмами-разработчиками. Однако для ОС (DOS, Windows) русификаторы до сих пор выпускаются, т.к. многие из них по удобству и возможностям лучше штатных средств ОС.

Русификатор ОС обычно включает драйвер клавиатуры, обеспечивающий ввод русских букв и шрифты для экрана.

Кроме того, русификатор, как правило, настраивает ОС для корректной обработки русских букв (преобразования из прописных букв в строчные и обратно, правильная алфавитная сортировка и т.д.).

Программы-кэши для диска

Убыстряют доступ к информации на дисках путем организации в ОП кэш-буфера, содержащего наиболее часто используемые участки диска.

Чаще всего для кэша используется дополнительная или расширенная память компьютера. Некоторые контроллеры дисков имеют в своем составе встроенный кэш-буфер, но обычно их производительность не намного выше, а стоимость значительно больше, чем у программы-кэша и соответствующего количества дополнительной памяти.

Весьма хорошую производительность и совместимость показывают программы SmartDrv фирмы MS (эта программа входит в DOS и Windows), NCache, SuperPC-Kwik, комплекс Norton Utilities.

Некоторые контроллеры устройств хранения данных (дисков и др.) имеют в своем составе встроенный кэш-буфер, для них программное кэширование не требуется.

Дисковые утилиты

Дисковые утилиты – программы, предназначенные для обслуживания жестких дисков, дискет и других запоминающих устройств со сменными носителями информации.

1 Проверка жесткого диска

Жесткий диск подвержен двум типам ошибок: физическим и логическим. Физические дефекты на диске могут возникать в результате повреждения его поверхности. Они обычно связаны с естественным физическим износом в результате длительной эксплуатации или с температурными деформациями, возникающими при значительных перепадах температур. Логические дефекты связаны с нарушениями файловой структуры в результате неправильных действий пользователя или программ. Логические дефекты могут быть выявлены и устранены программными средствами операционной системы. Здесь главное – сделать это своевременно, пока сумма дефектов не привела к полному выходу операционной системы из строя. Физические дефекты, в отличие от логических, нельзя устранить программными средствами, но их можно обойти. Так, например, по результатам проверки диска ОС может пометить дефектные участки и исключить их из общего поля жесткого диска, чтобы запись данных в них не производилась. Основным средством для проверки жесткого диска и обслуживания файловой структуры является программа Проверка диска (ScanDisk). Она входит в комплект стандартной поставки ОС Windows.

MS ScanDisk используется для поиска и исправления ошибок на обычных и сжатых дисках.

Функции программы:

обнаружение и исправление ошибок, связанных с длинными менами файлов, таблицами размещения файлов, структурой файлов и каталогов;

проверка наличия на поверхности диска участков, запись на которые невозможна, и пометка их, чтобы другие программы ими не пользовались.

ScanDisk не может обнаруживать и исправлять ошибки на компакт-дисках, сетевых дисках.

Программа реализует два режима проверки.

Стандартная проверка предназначена для выявления логических дефектов файловой структуры. Стандартную проверку необходимо проводить после каждого случая некорректного завершения работы Windows (например, после аварийного выключения питания).

Полная проверка позволяет также проверить физическую поверхность жесткого диска, выявить ее дефекты и исключить дефектные области из дальнейшей работы. Полную проверку достаточно проводить два раза в год при изменении температурных условий эксплуатации компьютера (осенью и весной).

Эта программа автоматически запускается при загрузке компьютера.

2 Программы оптимизации дисков

Defrag предназначена для дефрагментирования данных на диске.

Дефрагментация жесткого диска

При записи файлов на жесткий диск в процессе нормального использования ПК файлы на диске фрагментируются. Это означает, что их части оказываются разбро­санными по диску и хранятся в несмежных секторах. Сектор является наи­меньшей единицей пространства хранения на диске, несмежными секторами называ­ются сек­торы, которые не располагаются рядом. Когда файл становится фрагменти­рованным, необходимо больше времени для доступа к файлу, потому что при чтении файла го­ловки накопителя должны перемещаться в разные места диска. Если файл записан в смежных секторах, система может прочитать его быстро, не перемещая головки.

Можно реорганизовать файлы на жестком диске таким образом, чтобы все они хранились в смежных секторах с помощью процесса, называемого дефрагментацией диска. Дефрагментация диска значительно улучшает работу операционной системы.Поскольку при записи файлов на диск они могут фрагментироваться, необ­ходимо производить дефрагментацию жесткого диска регулярно (например, раз в месяц).Для дефрагментации диска нужна специальная программа (утилита). Приме­ром пакетов программ, которые содержат утилиты дефрагментации жесткого диска, яв­ляются Norton Utilities (Symantec) и PC Tools (Central Point). Если используется операционная система MS DOS, для дефрагментации жест­кого диска можно пользоваться утилитой Microsoft Defrag, которая поставля­ется вместе с MS DOS.

3 Форматирование дисков

Форматирование – создание файловой системы.

Этапы форматирования:

Создание таблицы разделов

Таблица разделов – список записей.

Каждый физический диск может состоять из одного раздела (загрузочного) или из нескольких (включая один загрузочный). Каждый раздел получает свою букву устройства и обычно называется «диском».

ОС Windows может работать с несколькими системами разбиения дисков на разделы:

- Fdisk.

При изменении таблицы разделов диска теряются все данные, хранящиеся в уже имеющихся разделах.

Организация файловой системы. Команда format

Форматирование:

физическое;

логическое.

Форматирование:

низкого уровня;

высокого уровня.

4 Программы динамического сжатия дисков

Позволяют увеличить количество информации, хранимой на дисках путем ее динамического сжатия.

Программы создают псевдодиски, на которых информация хранится в сжатом виде в форме файлов на обычных (настоящих) дисках компьютера, что позволяет хранить больше данных. Пользователь работает с псевдодисками, как с обычными дисками компьютера.

При записи на «сжатый» диск данные автоматически сжимаются, а при чтении восстанавливаются в исходном виде. Т.о., для пользователя эти программы незаметны («прозрачны»), они проявляются только увеличением емкости дисков и изменением скорости доступа. Если на диске хранятся программы, то увеличение емкости невелико – в 1,5 раза, но для баз данных оно может достигать 4-5 раз.

Примеры:

Stacker фирмы Stac Electronics

DoubleSpace/DriveSpace фирмы MS

Системы контроля – это совокупность программно-аппаратных средств ЭВМ для обнаружения ошибок в процессе работы компьютера. Они предназначены для проверки работоспособности отдельных узлов, блоков и всей машины в целом.

Состав системы контроля

Средства диагностики ЭВМ – обеспечивают автоматический поиск ошибки и выявление неисправностей с определенной локализацией их в ЭВМ и ее отдельных модулях.

Программно-логический контроль основан на использовании избыточного кода исходных и промежуточных данных ЭВМ (дополнительный разряд при контроле на четность и нечетность, код Хэмминга), что позволяет находить ошибки при изменении значения отдельных битов данных.

Код Хэмминга (Hamming code) – метод определения ошибок при передаче данных. Этот код, носящий имя своего автора, использует проверочные биты и проверочную сумму. Система его применения довольно сложна, и используется код главным образом в системах телетекста. При этом все разряды, номера которых равны степени числа 2, являются разрядами четности, а все остальные биты используются как информационные.

Тестовый контроль осуществляется с помощью специальных тестов для проверки правильности работы ЭВМ или ее частей.

Аппаратный контроль осуществляется автоматически с помощью встроенного в ЭВМ оборудования.

Программно-аппаратный контроль – сочетание программного и аппаратного контроля.