Техническое и программное обеспечение предприятия. Формальное описание документооборота. Виды вычислительных процессов

Программное обеспечение позволяет усовершенствовать организацию работы вычислительной системы с целью максимального использования ее техники.
Необходимость в разработке ПО обусловливается следующим:
- обеспечить работоспособность технических средств, так как без программного обеспечения они не могут осуществить никаких вычислительных и логических операций;
- обеспечить взаимодействие пользователя с техникой;
- сократить цикл от постановки задачи до получения результата ее решения;
- повысить эффективность использования ресурсов технических средств.
В настоящее время распространены такие формы ИС в управлении предприятиями:
- индивидуальное использование компьютеров;
- автоматизированные рабочие места (АРМ);
- локальные вычислительные сети (ЛВС).
Эти формы децентрализации ресурсов существенно различаются по концентрации вычислительных средств.
Опыт автоматизации управления в производственно-экономических структурах показал, что степень влияния ИС с развитыми информационно-справочными функциями на эффективность управленческой деятельности очень существенна. К наиболее важным результатам ее работы можно отнести:
- расширение информационных возможностей и повышение оперативности принятия решений для ранее действовавших и вновь создаваемых структурных подразделений;
- усиление на этой основе координирующих функций звеньев центрального аппарата управления;
- значительное повышение информированности и рабочей квалификации работников всех уровней управления.
Применение АРМ не должно нарушать привычный пользователю ритм его работы, должно обеспечивать концентрацию внимания пользователя на логической структуре решаемых задач. Однако если заданное действие не производится или результат искажается, пользователь должен знать причину и информация об этом должна выдаваться на экран.
В составе программного обеспечения АРМ можно выделить два основных вида обеспечения, различающихся по функциям: общее (системное) и специальное (прикладное). К общему программному обеспечению относится комплекс программ, обеспечивающий автоматизацию разработки программ и организацию экономичного вычислительного процесса на ПК безотносительно к решаемым задачам. Специальное (прикладное) программное обеспечение представляет собой совокупность программ решения конкретных задач пользователя.
Режим работы различных технологий, технические особенности вы-числительных устройств, разнообразие и массовый характер их применения предъявляют особые требования к программному обеспечению. Такими требованиями являются: надежность, эффективность использования ресурсов ПК, структурность, модульность, эффективность по затратам, дружественность по отношению к пользователю. При разработке и выборе программного обеспечения необходимо ориентироваться в архитектуре и характеристиках ПК, имея в виду минимизацию времени обработки данных, системное обслуживание программ большого количества пользователей, повышение эффективности использования любых конфигураций технологических схем обработки данных.
Классификация программного обеспечения АРМ приведена на рис. 4.1.
Главное назначение общего ПО - запуск прикладных программ и управление процессом их выполнения.
Специальное программное обеспечение АРМ обычно состоит из уникальных программ и функциональных пакетов прикладных программ. Именно от функционального ПО зависит конкретная специализация АРМ. Учитывая, что специальное ПО определяет область применения АРМ, состав решаемых пользователем задач, оно должно создаваться на основе инструментальных программных средств диалоговых систем, ориентированных на решение задач со схожими особенностями обработки информации.
Рис. 4.1. Классификация программного обеспечения АРМ
Программное обеспечение АРМ должно обладать свойствами адаптивности и настраиваемости на конкретное применение в соответствии с требованиями пользователя.
В качестве операционных систем АРМ, созданных на базе 16разрядных компьютеров, обычно используется MS DOC, на базе 32- разрядных-OS/2 и UNIX.
Основными приложениями пакетов прикладных программ, входящих в состав специального ПО АРМ, являются обработка текстов, табличная обработка данных, управление базами данных, машинная и деловая графика, организация человеко-машинного диалога, поддержка коммуникаций и работа в сетях.
Эффективными в АРМ являются многофункциональные интегрированные пакеты, реализующие несколько функций переработки информации, например табличную, графическую, управление базами данных, текстовую обработку в рамках одной программной среды.
Интегрированные пакеты удобны для пользователей. Они имеют единый интерфейс, не требуют стыковки входящих в них программных средств, обладают достаточно высокой скоростью решения задач.
Эффективное функционирование ИС управления и АРМ специалиста базируется на комплексном использовании современных программных средств обработки информации в совокупности с современными организационными формами размещения техники.
Выбор организационных форм использования программных средств целесообразно осуществлять с учетом их рассредоточения по уровням иерархии управления в соответствии с организационной структурой автоматизируемого объекта. При этом основным принципом выбора является коллективное обслуживание пользователей, отвечающее структуре экономического объекта.
С учетом современной функциональной структуры территориальных органов управления совокупность программно-технических средств должна образовывать по меньшей мере трехуровневую глобальную систему обработки данных с развитым набором периферийных средств каждого уровня (рис. 4.2).
Первый уровень - центральная вычислительная система территориального или корпоративного органа, включающая одну или несколько мощных ЭВМ, или мэйнфреймов. Ее главная функция - общий, экономический и финансовый контроль, информационное обслуживание работников управления.
Второй уровень - вычислительные системы предприятий (объединений), организаций и фирм, которые включают мэйнфреймы, мощные ПК, обеспечивают обработку данных и управление в рамках структурной единицы.
Рис. 4 2 Принципиальная схема многоуровневой организации программно-технических средств ИС
Третий уровень - локально распределенные вычислительные сети на базе ПК, обслуживающие производственные участки нижнего уровня. Каждый участок оснащен собственным ПК, который обеспечивает комплекс работ по первичному учету, учету потребности и распределения ресурсов. В принципе это может быть автоматизированное рабочее место (АРМ), выполняющее функциональные вычислительные процедуры в рамках определенной предметной области.
Пакеты прикладных программ являются наиболее динамично раз-вивающейся частью программного обеспечения: круг решаемых с их помощью задач постоянно расширяется. Внедрение компьютеров во все сферы деятельности стало возможным благодаря появлению новых и совершенствованию существующих ППП.
Структура и принципы построения ППП зависят от класса ЭВМ и операционной системы, с которой этот пакет будет функционировать. Наибольшее количество ППП создано для 1ВМ РС-совместимых компьютеров с операционной системой М8 008 и операционной оболочкой \VINDOWS. Классификация этих пакетов программ по функционально-организационному признаку представлена на рис. 4.3.
Проблемно-ориентированные ППП - наиболее функционально развитые и многочисленные ППП. Они включают следующие программные продукты: текстовые процессоры, издательские системы, графические редакторы, демонстрационную графику, системы мультимедиа, ПО САПР, организаторы работ, электронные таблицы (табличные процессоры), системы управления базами данных, программы распознавания символов, финансовые и аналитикостатистические программы.
Электронные таблицы (табличные процессоры) - пакеты программ для обработки табличным образом организованных данных. Пользователь имеет возможность с помощью средств пакета осуществлять разнообразные вычисления, строить графики, управлять форматом ввода-вывода данных, компоновать данные, проводить аналитические исследования и т.п.
В настоящее время наиболее популярными и эффективными пакетами данного класса являются Excel, Improv, Quattro Pro, 1-2-3.
Организаторы работ - это пакеты программ, предназначенные для автоматизации процедур планирования использования различных ресурсов (времени, денег, материалов) как отдельного человека, так и всей фирмы или ее структурных подразделений.
К пакетам данного типа относятся: Time Line, MS Project, SuperProject, Lotus Organizer, ACT1.
Рис 4 3. Классификация ППП
Текстовые процессоры - программы для работы с документами (текстами), позволяющие компоновать, форматировать, редактировать тексты при создании пользователем документа. Признанными лидерами в части текстовых процессоров для ПК являются MS Word, WordPerfect, Ami Pro.
Настольные издательские системы (HMQ - программы для про-фессиональной издательской деятельности, позволяющие осуществлять электронную верстку основных типов документов, например информационного бюллетеня, краткой цветной брошюры и объемного каталога или торговой заявки, справочника.
Наилучшими пакетами в этой области являются Corel Ventura, PageMaker, QuarkXPress, FrameMaker, Microsoft Publisher, PagePlus. Кроме первого, остальные пакеты созданы в соответствии со стандартами Windows.
Графические редакторы - пакеты для обработки графической информации; делятся на ППП обработки растровой графики и изображений и векторной графики.
ППП первого типа предназначены для работы с фотографиями. В пакетах предусмотрены возможности преобразования фотографий в изображение с другой степенью разрешения или другие форматы данных (типа BMP, GIF и т.п.). Признанный лидер среди пакетов данного класса - Adobe Photoshop. Известные пакеты - Aldus Photostyler, Picture Publisher, PhotoWorks Plus. Все программы ориентированы на работу в среде Windows.
Пакеты с векторной графикой предназначены для профессиональной работы, связанной с художественной и технической иллюстрацией с последующей цветной печатью. Они обладают широким набором функциональных средств для сложной и точной обработки графических изображений.
Пакеты демонстрационной графики являются конструкторами графических образов деловой информации, т. е. своеобразного видеошоу, призванного в наглядной и динамичной форме представить результаты некоторого аналитического исследования. Пакеты позволяют создавать почти все виды диаграмм и извлекать данные для графиков из табличных процессоров. Программы данного типа просты в работе и снабжены интерфейсом, почти не требующим изучения. К наиболее популярным пакетам данного типа относятся PowerPoint, Harvard Graphics, WordPerfect Presentations, Freelance Graphics. Пакеты программ мультимедиа предназначены для отображения и обработки аудио- и видеоинформации. Помимо программных средств компьютер должен быть оборудован дополнительными платами, позволяющими осуществлять ввод-вывод аналоговой информации, ее преобразование в цифровую форму.
Среди мультимедийных программ можно выделить две большие группы. Первая включает пакеты для обучения и досуга. Поставляемые на CD-ROM емкостью от 200 до 500 Мбайт каждый, они содержат аудиовизуальную информацию по определенной тематике.
Разнообразие их огромно, и рынок этих программ постоянно расширяется при одновременном улучшении качества видеоматериалов.
Вторая группа включает программы для подготовки видеоматериалов для создания мультимедиа представлений, демонстрационных дисков и стендовых материалов.
К пакетам данного вида относятся Director for Windows, Multimedia ViewKit, NEC MultiSpin.
Другая разновидность пакетов программ, связанная с обработкой графических изображений, это - системы автоматизации проектирования. Они предназначены для автоматизации проектно-конструкторских работ в машиностроении, автомобилестроении, промышленном строительстве и т.п.
Своеобразным стандартом среди программ данного класса является пакет AutoCAD фирмы Autodesk. Отметим также программы DesignCAD, Drafic CAD Professional, Drawbase, Microstation, Ultimate CAD Base и Turbo CAD. Эти пакеты отличаются богатством функциональных возможностей и предназначены для функционирования в среде Windows (Windows NT) или OS/2.
Программы распознавания символов предназначены для перевода графического изображения букв и цифр в ASCII-коды этих символов и используются, как правило, совместно со сканерами.
Пакеты данного типа обычно включают разнообразные средства, облегчающие работу пользователя и повышающие вероятность правильного распознавания.
Скорость сканирования современных ППП составляет примерно 1,5 минуты на страницу. К пакетам данного типа относятся Fine Reader, CunieForm, Tigert™, OmniPage.
Разнообразными пакетами представлена группа финансовых программ: для ведения личных финансов, автоматизации бухгалтерского учета малых и крупных фирм, экономического прогнозирования развития фирмы, анализа инвестиционных проектов, разработки технико-экономического обоснования финансовых сделок и т.п. Например, программы типа MS Money, МЕСА Software, MoneyCounts ориентированы на сферу планирования личных денежных ресурсов. В них предусмотрены средства для ведения деловых записей типа записной книжки и расчета финансовых операций.
Для расчета величины налогов можно использовать программы Turbo Tax for Windows, Personal Tax Edge.
С помощью программ Quicken, DacEasy Accounting, Peachtree for Windows можно автоматизировать бухгалтерский учет. Эту же функцию выполняет ряд отечественных программ: «Турбо-бухгалтер», «1C: Бухгалтерия», «Бухгалтер» фирмы «Атлант-Информ» и др.
Для аналитических исследований используются хорошо зареко-мендовавшие себя зарубежные статистические пакеты, такие, как
StatGraphics, Project-Expert или отечественная разработка Статистик- Консультант.
Интегрированные пакеты программ - по количеству наименований продуктов немногочисленная, но в вычислительном плане мощная и активно развивающаяся часть ПО.
Традиционные, или полносвязанные, интегрированные программные комплексы представляют собой многофункциональный автономный пакет, в котором в одно целое соединены функции и возможности различных специализированных (проблемно-ориентированных) пакетов, родственных в смысле технологии обработки данных на отдельном рабочем месте. Представителями таких программ являются пакеты Framework, Symphony, а также пакеты нового поколения Microsoft Works, Lotus Works.
В рамках интегрированного пакета обеспечивается связь между данными, однако при этом сужаются возможности каждого компонента по сравнению с аналогичным специализированным пакетом.
В настоящее время активно реализуется другой подход к интеграции программных средств: объединение специализированных пакетов в рамках единой ресурсной базы, обеспечение взаимодействия приложений (программ пакета) на уровне объектов и единого упрощенного центра-переключателя между приложениями. Интеграция в этом случае носит объектно-связанный характер.
Типичные и наиболее мощные пакеты данного типа: Borland Office for Windows, Lotus, SmartSute for Windows, Microsoft Office. В профессиональной редакции этих пакетов присутствуют четыре приложения: текстовый редактор, СУБД, табличный процессор, программы демонстрационной графики.
Особенностью нового типа интеграции пакетов является использование общих ресурсов. Здесь можно выделить четыре основных вида совместного доступа к ресурсам.
1. Пользование утилит, общих для всех программ комплекса. Так, например, утилита проверки орфографии доступна из всех программ пакета.
2. Применение объектов, которые могут находиться в совместном использовании нескольких программ.
3. Реализация простого метода перехода (или запуска) из одного приложения к другому.
4. Реализация построенных на единых принципах средств автоматизации работы с приложением (макроязыка), что позволяет организовать комплексную обработку информации при минимальных затратах на программирование и обучение программированию на языке макроопределений.
Механизм динамической компоновки объектов дает возможность пользователю помещать информацию, созданную одной прикладной программой, в документ, формируемый другой. Пользователь может редактировать информацию в новом документе средствами того продукта, с помощью которого этот объект был создан (при редактировании автоматически запускается соответствующее приложение). Запущенное приложение и программа обработки документа-контейнера выводят на экран гибридное меню для удобства работы специалиста. Кроме того, данный механизм позволяет переносить OLE-объекты из окна одной прикладной программы в окно другой.
В этой технологии предусмотрена также возможность общего ис-пользования функциональных ресурсов программ: например, модуль построения графиков табличного процессора может быть использован в текстовом редакторе. Недостатком данной технологии является ограничение формата графика размером одной страницы.
OpenDoc представляет собой объектно-ориентированную систему, базирующуюся на открытых стандартах фирм - участников разработки. В качестве модели объекта используется распределенная модель системных объектов (DSOM - Distributed System Object Model), разработанная фирмой IBM для OS/2. Предполагается совместимость между OLE и OpenDoc.
I Из главы рекомендуется запомнить
В Обеспечение эффективности информационных технологий и систем в решающей степени определяется программнотехническим оснащением, которое должно отвечать ряду требований. Программно-технические средства организуются на системной основе, что делает их использование более экономичным и надежным.
В Широкие возможности компьютеров разных классов и моделей позволяют реализовать любые конфигурации сложных сетевых информационных систем. Аппаратные характеристики ЭВМ влияют на выбор системного и прикладного программного обеспечения. Высокий уровень техники дает возможность использовать и более качественную программную продукцию с большим количеством функций. Развитие программного обеспечения автоматизированного рабочего места (АРМ) экономиста постоянно совершенствует функции пользователя, повышает производительность его труда, одновременно расширяя масштабы деятельности. Совокупный эффект от качества программно-технического оснащения множества АРМ сказывается на процессах управления организацией в целом, на ее доходности и стабильности функционирования.
Вопросы и задания для самоконтроля
1. Перечислите требования, предъявляемые к комплексу технических средств.
2. В чем состоят различия компьютеров разных видов и классов? Каковы особенности их применения?
3. Каково назначение серверов?
4. Использование каких средств кроме компьютеров позволяет реализовать коммуникационные информационные услуги?
5. Рассмотрите различия в назначении системных и прикладных программ.
6. Перечислите наиболее важные системные программы.
7. Назовите по степени распространения прикладные программы экономического профиля.
8. Каковы особенности программного обеспечения управленческой деятельности предприятий, малого бизнеса, формирования бизнес-планов9
9. Определите требования, предъявляемые к программному обеспечению АРМ.
10. Как классифицируется программное обеспечение АРМ?
11. Какие прикладные программы используются в банковской деятельности, в сфере менеджмента и маркетинга, финансового менеджмента, в торговой деятельности?
12. В чем состоит назначение прикладных программ класса СУБД?

Введение.

Введение ………………………………………………………………….……………...…1 стр.

Сервисное программное обеспечение (утилиты) . …………………………………...2 стр.

Программы технического обслуживания ……………………………………………..4 стр.

Архивация …………………………………………………………………………………6 стр.

Антивирусные программы………………………………………………………………7 стр.

Сервисное программное обеспечение (утилиты) .

Сервисное программное обеспечение – это совокупность программных продуктов, предоставляющих пользователю дополнительные услуги в работе с компьютером и расширяющих возможности операционных систем.

По функциональным возможностям сервисные средства можно подразделять на:

· улучшающие пользовательский интерфейс:

· защищающие данные от разрушения и несанкционированного доступа;

· восстанавливающие данные;

· ускоряющие обмен данными между диском и ОЗУ;

· архивации-разархивации;

· антивирусные средства.

По способу организации и реализации сервисные средства могут быть представлены: оболочками, утилитами и автономными программами. Разница между оболочками и утилитами зачастую выражается лишь в универсальности первых и специализации вторых.

Оболочки предоставляют пользователю качественно новый интерфейс и освобождают его от детального знания операции и команд ОС. Функции большинства оболочек, например семейства MS-DOS, направлены на работу с файлами и каталогами и обеспечивают быстрый поиск файлов; создание, просмотр и редактирование текстовых файлов; выдачу сведений о размещении файлов на дисках, о степени занятости дискового пространства и ОЗУ.

Все оболочки обеспечивают ту или иную степень защиты от ошибок пользователя, что уменьшает вероятность случайного уничтожения файлов.

Среди имеющихся оболочек для семейства MS-DOS наиболее популярна оболочка Norton Commander.

Утилиты – программы, служащие для выполнения вспомогательных операций обработки данных или обслуживания компьютеров.

Наиболее часто используются утилиты следующего назначения:

- Программы резервирования – создают резервные копии информации на дисках.

- Антивирусные программы – предназначены для предотвращения заражения компьютерным вирусом и ликвидации последствий заражения.

- Программы-упаковщики позволяют за счет применения специальных методов «упаковки», сжимать информацию на дисках, а также объединять копии нескольких файлов в один архивный файл. Для DOS – PKZIP и ARJ .

- Программы-русификаторы, приспосабливают другую программу для работы с русскими буквами и текстами (а иногда переводят на русский язык её меню и сообщения).

- Программы удаления приложений. Многие комплексы программ содержат программы установки, но не содержат средств, для удаления этих комплексов. Для корректного удаления комплексов программ используются программы удаления приложений.

- Программы для оптимизации дисков позволяют обеспечить более быстрый доступ к информации на диске за счет оптимизации размещения данных на диске. Эти программы перемещают все участки каждого файла друг к другу, собирают все файлы в начале диска и т. д. Из программ для оптимизации широко используется SpeeDisk .

- Программы ограничения доступа к данным. Во многих случаях нужно защитить компьютер от нежелательных пользователей. Программа Norton DiskLock защищает паролем компьютер, не позволяя загрузить компьютер посторонним, запрашивает пароль после перерыва в работе и т. д.

- Программы для управления памятью обеспечивают более гибкое использование оперативной памяти компьютера.

- Программы-кэши для диска убыстряют доступ к информации на диске путем организации в оперативной памяти кэш-буфера, содержащего наиболее часто используемые участки диска.

Утилиты предоставляют пользователю дополнительные услуги (не требующие разработки специальных программ) в основном по обслуживанию дисков и файловой системы.

Утилиты чаще всего позволяют выполнять следующие функции:

· обслуживание дисков (форматирование, обеспечение сохранности информации, возможности ее восстановления в случае сбоя и т.д.);

· обслуживание файлов и каталогов (аналогично оболочкам);

· создание и обновление архивов;

· предоставление информации о ресурсах компьютера, о дисковом пространстве, о распределении ОЗУ между программами;

· печать текстовых и других файлов в различных режимах и форматах;

· защита от компьютерных вирусов.

Из утилит, получивших наибольшую известность, можно назвать многофункциональный комплекс Norton Utilities.

Программы технического обслуживания.

Под программами технического обслуживания понимается совокупность программно-аппаратных средств для диагностики и обнаружения ошибок в процессе работы компьютера или вычислительной системы в целом.

Они включают в себя:

· средства диагностики и тестового контроля правильности работы ЭВМ и ее отдельных частей, в том числе автоматического поиска ошибок и неисправностей с определенной локализацией их в ЭВМ;

· специальные программы диагностики и контроля вычислительной среды информационной системы в целом, в том числе программно-аппаратный контроль, осуществляющий автоматическую проверку работоспособности системы обработки данных перед началом работы вычислительной системы в очередную производственную смену.

Комплекс программ технического обслуживания

Особенности состава технических средств ЭВМ учитываются комплексом программ технического обслуживания (КПТО). Этот комплекс включает в свой состав наладочные, проверочные и диагностические тест-программы.

Наладочные программы обеспечивают автономную настройку и проверку отдельных устройств ЭВМ. Обычно они функционально независимы от программ ОС. Проверочные тест-программы предназначены для периодически проводимых проверок правильности функционирования устройств, например после включения их в работу. Диагностические программы используются в тех случаях, когда необходимо классифицировать отказ оборудования и локализовать место неисправности. Инициирование работы этих программ осуществляется обычно модулями ОС после фиксации сбоев и отказов аппаратуры контроля.

Проверочные тест - программы занимают особое место в КПТО. Их выполнение непосредственно перед вычислениями позволяет убедиться в исправности технических средств системы, а значит, повысить достоверность результатов обработки данных.

У IBM PC эти средства имеют своеобразную структурную и функциональную организацию. Часть этих средств записана в ПЗУ компьютера. При каждом включении ПЭВМ и перезагрузках производится ее предварительная проверка путем выполнения тестовой программы POST (Power On Set Test), состоящей из более десятка отдельных программных фрагментов. Последовательность проверок заключается в следующем. Вначале проверяется работоспособность системного блока. Для этого все регистры машины "сбрасываются в нуль", и производится их последовательная проверка путем занесения отдельных констант, выполнения над ними простейших операций и сравнения результатов с эталонными значениями. После этого проверяются ячейки оперативной памяти (тесты оперативной памяти при перезагрузках системы от клавиш ++ игнорируются). После этого проверяется стандартная периферия: клавиатура, накопители на дисках, дисплей и др. В случае каких-либо ошибок на каждом шаге проверки формируются определенные звуковые сигналы, сопровождаемые соответствующими сообщениями на экране дисплея.

Кроме встроенных средств контроля, в ПО ПЭВМ включаются и автономные средства контроля и диагностики. Количество подобных комплектов программ достаточно велико, и каждый их них позволяет детализировать системную информацию: определение полной конфигурации ПК и характеристик отдельных ее частей (тип процессора, наличие сопроцессора, тип материнской платы, типы используемых дисков, объем оперативной памяти и ее распределение, подключение дополнительной периферии и т.д.).

Помимо контроля работоспособности, они могут отразить, насколько эффективно используются ресурсы, и осуществить их перераспределение.

Все пользователи стараются пополнить программное обеспечение ПЭВМ вспомогательными системными программами-утилитами. Эти программы напрямую в вычислительном процессе не используются, а обеспечивают необходимый и разнообразный сервис при подготовке заданий пользователями. Часть таких программ может быть объединена в пакеты. Широкое распространение получили такие пакеты, как Norton Utilites, PC Tool Deluxe и др. Примерами подобных программ могут быть: программы-архиваторы, антивирусные программы, программы обслуживания дисков (оптимизация дисков, сжатие информации на дисках, определение состояния диска) и др.

Архивация.

Архиватор - это программа, которая сжимает файл или группу файлов в один архивный файл с целью уменьшения их размера. При этом не теряется ни бита информации, и любой файл можно из архива извлечь. Что дает архивация? Во-первых, экономия места на диске, во-вторых, на дискете можно перенести большой объем информации, в-третьих, есть возможность пересылать большие файлы по электронной почте.

по курсу “Информатика”.

ТЕМА 1. Техническое и программное обеспечение персонального компьютера. Операционная система MS DOS.

1. Персональный компьютер (ПК). Техническое обеспечение.

2. Программное обеспечение.

3. Операционная система. Ее разновидности.

4. Операционная система MS DOS.

4.1. Определение операционной системы.

4.2. Файловая система. Каталоги.

4.3. Драйверы внешних устройств.

4.4. Процессор компьютерного языка.

4.5. Основные понятия и обозначения.

1. Слово компьютер в переводе с английского языка означает "вычислитель".

В более широком понимании компьютер - это устройство для обработки информации. Персональный компьютер оценивается по двум главным показателям: техническим обеспечением и программным обеспечением. Техническим обеспечением называют совокупность всех технических устройств, которые относятся к компьютеру.

Технические средства делятся на:

Устройства ввода информации (клавиатура, мышь, трекбол, сканер, графический планшет);

Устройства вывода информации (монитор, принтер, плотер);

Устройство для запоминания и обработки информации (центральный процессор);

Устройства сохранения информации (накопители на гибких и жестких магнитных дисках, кассетные накопители, оптические компакт-диски).

2. Программное обеспечение - это совокупность всех данных, которые содержат руководящие команды и информацию для компьютера.

Программное обеспечение разделяется на:

Операционные системы (ОС);

Инструментальные системы (языки или системы программирования);

Прикладные или общеупотребительные системы (функционально - ориентированные, общего назначения, проблемно-ориентированные, интегрированные пакеты).

3. Операционная система - это базовый набор программ для управления всеми системами и ресурсами компьютера. Она обеспечивает выполнение двух главных задач:

А) поддержание работы всех программ, обеспечение ее взаимодействия с аппаратурой;

Б) предоставление пользователю возможности общего управления машиной.

Одной из первых удачных операционных систем для 8-разрядных ПК была система СР/М, разработанная в середине 70-х лет сотрудником фирмы Digital Research Г.Килдалом. Базовые идеи СР/М были настолько фундаментальными, что стали основой развития всех дальнейших операционных систем для ПК.

Фактическим стандартом для больше мощных 16-разрядных ПК есть операционная система MS DOS фирмы Microsoft, которая начала распространяться с 1981 года.

Очень хорошую, богатую и результативную операционную среду, в особенности для программистов, имеет операционная система UNIX, большинство модулей которой написаны языком CI. На 16-разрядных ПК она не имела коммерческого успеха, но прогнозируют, что родным для UNIX станет класс 32-разрядных компьютеров.

4.1. Операционная система MS DOS (Microsoft System Disk Operation System) - это комплекс программ, который загружается при включении компьютера и организовывает диалог с пользователем.

MS DOS требует:

Файловую систему;

Драйверы внешних устройств;

Процессор командного языка.

4.2. Файл - это место постоянного сохранения информации, программ, данных, текстов, закодированных изображений. Файлы реализуются как зоны памяти на внешних магнитных носителях.

Каждый файл носит имя, которое состоит из 2-х частей: собственно имени и расширения, которые разделяются точкой. В имени файла может быть от 1 до 8 символов, а в расширении - до 3-х. Полный набор знаков, которые можно использовать в имени и расширениях файлов, включает:

Изменения файлов должны начинаться с буквы или цифры.

Изменения файлов регистрируются на магнитных носителях в каталогах или директориях. Каталоги - специальное место на диске, в котором хранятся имена файлов, сведения об их размере и дате последнего изменения. Каждый каталог носит имя, которое составляется так же, как имя файла, но без расширения.

На каждом диске всегда есть корневой каталог. Он создается автоматически, когда пользователь форматирует диск и начинает заполнять его файлами. В корневом каталоге регистрируются файлы и подкаталоги 2-го уровня и т.п.. Таким образом, создается файловая структура, которая носит название многоуровневой или иерархической системой каталогов.

Если каталог Х зарегистрирован в каталоге У, то Х называется подкаталогом, а У - родительским каталогом.

Каталог, в котором находится пользователь, называется текущим каталогом.

Когда регистрируется новый каталог, MS DOS автоматически создает две специальные сокращенные записи для текущего и соответствующего ему родительского каталогов. Для текущего - ".", а для родительского - "..".

4.3. Кроме стандартных внешних устройств (монитора, клавиатуры, гибких и жестких дисков, принтера) к компьютеру могут подключаться по последовательным и параллельным коммуникационным каталогам дополнительные устройства ввода-вывода, градостроитель, мышь, сканер и т.п.. Поддержка широкого набора внешних устройств осуществляется с помощью драйверов - программ специального типа, ориентированных на управление внешними устройствами. Драйверы стандартных устройств образовывают в совокупности базовую систему ввода-вывода (BIOS), которая заносится в постоянную память ПК. Драйверы дополнительных устройств подключаются к операционной системе динамично при запуске машины.

4.4. Обращение в каталогм, форматирование внешних носителей, запуск программ и прочие разрешает выполнить командный язык. Анализ и использование команд пользователя осуществляется командным процессором.

4.5. Накопители. Магнитные диски обозначаются латинскими буквами А, B, С, D, ..., после которых пишут двоеточие. Например, А:, В:, С: и т.п..

Путь к файла. Для точной идентификации файла кроме имени указывают его месторасположение - цепочку подчиненных каталогов, в которой каждый следующий каталог есть подкаталогом предыдущего. Такая последовательность имен каталогов, которые разделяются символом "\" (левый "слеш"), называется путем к файла. Если путь начинается знаком "\", то месторасположение файла - от его текущего каталога.

Приглашение VS DOS MS DOS выдает приглашение к введению команд, когда она находится в состоянии ожидания на какие-то действия пользователя. Стандартное приглашение DOS указывает имя текущего накопителя.

Например: А> C> Пользователь может включать в приглашение указание на текущий каталог, время, дату. Шаблон имени файла. Шаблон имени файла часто используется для пометки сразу нескольких файлов или для сокращения записи имен файлов. В шаблонах используются знак "*", который обозначает произвольное число любых символов, и знак "?", который разрешает замаскировать любой один символ в имени или расширении файла.

Например:

*.bat - все файлы с расширением bat

Doc - все файлы с расширением doc, которые имеют не больше 2-х символы в имени файла.

Команды MS DOS. Команды вводятся пользователем с клавиатуры в ответ на приглашение DOS. Каждая команда носит имя и, возможно, параметры, которые отделяются от имени команды и один от одного пропусками. Команды, делятся на внутренние и внешние. Внутренние команды выполняются командным процессором. Внешние команды - это выполнять файлы, которые запускаются за обычными правилами DOS. Имена таких программ совпадают с именами команд.

^ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Какое строение имеет компьютер?

2. Какими показателями характеризуется персональный компьютер?

3. Что такая операционная система? Для чего она нужна?

4. Что такой файл? Как составляются имена файлов?

5. Для чего нужны каталоги? Какие виды каталогов вы знаете?

6. Что такой путь к файлу?

ЛИТЕРАТУРА.

1. Брябрин В.М. Программное обеспечение персональных ЭВМ,-М:"Наука", 1990.

2. Клюев А.В. Пользователю MS DOS. Справочное руководство,-МП"Контакт", 1992.

3. Мячев А.А., Степанов В.Н. Персональные ЭВМ и микроэвм, основы организации, - М.:"Радио и связь", 1991.

4. П.Кортон, Р.Джорден Работа с жестким даском IBM PC, -М.:"Мир", 1992.

5. Смирнов Н.Н. Программные средства персональных ЭВМ, -Лен.:"Машиностроение", 1990.

6. Герхард Франкен MS DOS 5.0 для пользователя. -К.: "Торгово-издательское бюро BHV", 1992.

7. Гильберт Хелд IBM PS/2. Справочник пользователя, - М.:"Радио и связь", 1993.

8. Финогенов К., Черных В. MS DOS 6. - Г., 1993.

^ ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ.

ТЕМА: Изучение команд операционной системы MS DOS.

1. Сделать текущим накопитель:

2. Просмотреть корневой каталог диска G:.

3. Сделать текущим каталог Windows. Вывести его содержание. Вывести информацию о всех файлах каталога, которые имеют расширение INI.

4. Сделать текущим дисковод X:. Просмотреть каталог LEXICON. Просмотреть каталог LEXICON поэкранно. Вывести информацию только об именах файлов этого каталога. Вывести информацию и содержимое файла LEXICON.DOC.

5. В корневом каталоге диска G: создать серию подкаталогов:

R1 - R2 - R3 - R4 (R1 - подкаталог 1-го уровня, R2 - 2-го уровня, ..., R4 - 4-го уровня).

6. В каталог R3 ввести с клавиатуры 2 текстовых файла с именами A.TXT и B.TXT - свое имя и фамилия.

7. Файлы с каталога R3 скопировать в каталога R2 с такими же самими именами.

8. Файлы с каталога R3 скопировать в каталог R1 так, чтобы расширение файлов изменилось на DOC.

9. Изъять каталог R1. Выполнить все задачи на компьютере и записать команды, которые нужны для их выполнения, в тетрадь.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА. Методические указания.

1. Контрольная работа выполняется в отдельной тетради. На обложке тетради пишется, по какому предмету написана контрольная работа, фамилия, имя, отчество.

3. Контрольная работа должна быть безупречно грамотной, изложенной ясно, в определенной логической последовательности.

4. Контрольная работа подается студентом в термины, определенные учебным планом.

^ ВАРИАНТ №1.

1. Файл. Виды файлов. Имена файлов.

2. Из предложенного перечня файлов выбрать файлы с правильными именами:

11 $ A.B AS:1.COM 123 B\22.EXE Ф11.EXE ADR.COS1 A.T.TXT 111.2 STORNET11.TXTFLP. Описать каждую ошибку.

3. Вывести информацию о всех файлах текущего каталога, которые имеют в имени не больше 2-х символов и расширение которых начинается буквой "Р".

4. В корневом каталоге дисковода D: создать 2 серии подкаталогов:

Z1 - Z2 - Z3 N1 - N2 - N3 - N4 Текущим есть корневой каталог диска D: .

5.В каталог N 2 записать 2 файлы с клавиатуры с именами N21.TXT и N22.TXT. В N21.TXT внести перечень команд, которые используются для работы с файлами, а в N22.TXT - перечень команд, которые используются для работы с каталогами.

6. Вывести содержимое файла N22.TXT.

7. Скопировать файлы N21.TXT и N22.TXT с каталога N2 в каталог Z3.

8. Скопировать файлы N21.TXT и N22.TXT с каталога N2 в каталог N4 так, чтобы в имени файлов вторым символом стала цифра "4", а расширение файлов изменилось на DAT.

9. Переименовать файл N41.DAT на файл P41.DAT.

10.Изъять каталог Z1 и N1.

11.На накопителе В: создать системную дискету.

^ ВАРИАНТ №2.

1. Каталоги. Виды каталогов.

2. Из предложенного перечня файлов выбрать файлы с правильными именами: MFS.$$$ FERRUM11.DOC DOC.DOC1 OS=77.B DECOR.S 7% 18 TEN_A.A_A MOФ.TXT ASSEMBLER.TXT. Описать каждую ошибку.

3. Вывести информацию о всех файлах текущего каталога, которые имеют расширение "EXE" и "N" как третий символ в имени.

4. В корневом каталоге диска Е: создать серию подкаталогов R1 - R2 - R3 - R4. Текущим есть корневой каталог диска A:.

5. В каталог R2 записать с клавиатуры файл с именем R2.TXT. В R2.TXT внести команды изъятия.

6. В каталог R3 скопировать все файлы, которые имеют расширение DOC и содержатся в корневом каталоге диска A:.

7. Вывести информацию о файле R2.TXT

8. Переименовать все файлы каталога R3 так, чтобы первым символом в имени каждого была буква "R".

9. Файл R2.TXT скопировать в каталог R4.

10.Изъять каталог R1.

11.Отформатировать диск D:.

^ ВАРИАНТ №3.

2. Из предложенного перечня файлов выбрать файлы с правильными именами: 13718 ПОRT.DOC S.S ABC.T.T STORY.EXE ASS\N.TXT 2A%_1.T 1$.$ FIN.EXCP AN-1. Описать каждую ошибку.

3. Вывести информацию о всех файлах текущего каталога, которые имеют в имени не более 4-х символов, начинаются буквой "М" и имеют расширение "EXE".

4. В корневом каталоге диска G: создать серию подкаталогов:

Р1 - Р2 - Р3 - Р4 - Р5. Текущим есть корневой каталог диска С:.

5. В каталог Р1 скопировать все файлы, которые начинаются сочетанием букв "FIN" и содержатся в каталоге первого уровня FINEX диска В:

6. В каталогах Р5 записать с клавиатуры файл с именами Р5.ТХТ. Внести в него команды работы с каталогами.

7. Скопировать Р5.ТХТ в Р3.

8. В Р3 переименовать файл Р5.ТХТ в Р3.DAT.

9. Вывести содержимое файла Р3.DAT.

10.Изъять каталог Р2.

11. ПК имеет один накопитель на гибких дисках. Подготовить на нем системную дискету.

^ ВАРИАНТ №4.

1. Файл. Путь к файлу.

2. Из предложенного перечня файлов выбрать файлы с правильными именами: SEND GR\11.COM 171.11 A_B.A_B FIN1.$$.1 GROSSBOOK1.DAT ПUSK.EXE GRE1.& SOLUTION.11 EN_F.ABC. Описать каждую ошибку.

3. Вывести информацию о всех файлах текущего каталога, имена которых начинаются буквой "R", а расширение - буквой "К".

4. В корневом каталоге диска F: создать 2 серии подкаталогов:

Z1 - Z2 - Z3 M1 - M2 - M3 Текущим есть корневой каталог диска A:.

5. В каталог М1 записать с клавиатуры 2 файла с именами М11.DAT и М12.DAT. В М11.DAT занести команды работы с файлами, а в М12.DAT - команды работы с каталогами.

6. Файлы М11.DAT и М12.DAT скопировать в каталог Z3 так, чтобы их имена изменились на Z11.ТХТ и Z12.TXT соответственно.

7. Переименовать файлы М11.ТХТ и М12.DAT на М111.DOC и М121.DOC соответственно.

8. Вывести содержимое файла Z12.ТХТ.

9. Просмотреть каталоги М2 и М3.

10.Изъять каталоги Z1 и M1.

11.Отформатировать диск D:.

^ ВАРИАНТ №5.

1. Операционная система. Определение, состав.

2. Из предложенного перечня файлов выбрать файлы с правильными именами: TRN.DAT1 P.EXE 1$.$ TR N11 ASS.COM STORYF111.TXT FR1.F ENГOB1.111 S:1\2.TXT. Описать каждую ошибку.

3. Вывести информацию о всех файлах текущего каталога, в имени которых не более 3-х символов, а расширение заканчивается буквой "F".

4. В корневом каталоге диска Е: создать серию подкаталогов S1 - S2 - S3 - S4 - S5 Текущим есть корневой каталог диска В:.

5. В каталог S3 скопировать файлы, которые начинаются буквой "А", имеют расширение ТХТ и содержатся в каталоге 1-го уровня R1 диска Х:.

6. В S5 записать с клавиатуры файл с именами S51.TXT. Внести в него команды изъятия файлов и каталогов.

7. Файлы с каталога S3 скопировать в каталог S1.

8. Вывести информацию о всех файлах каталога S1.

9. Изъять каталог S4.

10.Переименовать файлы каталога S1 так, чтобы они имели расширение DAT.

11.Сделать системную дискету. Использовать дисковод В:.

^ ВАРИАНТ №6.

1. Накопители. Их имена. Изменение текущего накопителя.

2. Из предложенного перечня файлов выбрать файлы с правильными именами: 1.1 AS1.COM1 FR.WR1 ПR.TXT D1\T3.EXE G1.$$ GROSSBOOR1.EXE TR1_1.111 A_B.B_A PERL.DAT. Описать каждую ошибку.

3. Вывести информацию о всех файлах текущего каталога, которые имеют в имени не более 2-х символов, а в расширении - не больше 1-го символа.

4. В корневом каталоге диска G: создать 2 серии подкаталогов:

R1 - R2 F1 - F2 - F3 - F4. Текущим есть каталог диска G:.

5. В каталог F2 с клавиатуры записать файл с именем A.DAT. Внести в него команды работы с каталогами.

6. Файл A.DAT скопировать в каталог F4.

7. В каталоге F4 файл A.DAT переименовать на файл A1.TXT.

8. В каталог R2 скопировать файлы с расширением TXT, которые содержатся в корневом каталоге диска A:

9. Изъять каталог F1.

10.Просмотреть каталог R2.

11.Создать системную дискету. Использовать накопитель А:.

^ ВАРИАНТ №7.

1. Файловая система. Имена файлов.

2. Из предложенного перечня файлов выбрать файлы с правильными именами: P_D-1.$% PENTIИМPR.TXT 315 MOR:S Z.Z111 T\T1.EXE N.N.EXE MIC.FRI ФО.COM N.N. Описать каждую ошибку.

3. Вывести информацию о всех файлах текущего каталога, которые начинаются буквой "В", а заканчиваются буквой "R".

4. В корневом каталоге диска Е: создать серию подкаталогов M1 - M2 - M3 - M4. Текущим есть корневой каталог диска A:.

5. В каталог М3 скопировать все файлы с расширением DOC с каталога 1-го уровня LEX диска F:

6. Файлы в каталоге M3 переименовать так, чтобы они имели новое расширение TXT.

7. В каталог М1 записать с клавиатуры файл с именем M1.TXT. Записать в него команды работы с каталогами.

8. Вывести содержимое файла М12.ТХТ

9. Просмотреть каталог М1.

10.Изъять каталог М1.

11.Отформатировать дискету. Использовать накопитель В:

^ ВАРИАНТ №8.

1. Устройства сохранения информации. Накопители. Их имена.

2. Из предложенного перечня файлов выбрать файлы с правильными именами: ST1_111.1 1%_1.A PRIMUS M.M 11_11 FTRRUM111.EXE ЦО1.111 MONO.TXT GR\1.EXE FRAMEW.P. Описать каждую ошибку.

3. В корневом каталоге диска D: создать серию подкаталогов F1 - F2 - F3 - F4 - F5. Текущим есть каталог C:. 4. В каталог F2 с клавиатуры записать файл с именем F11.TXT Записать в него команды изъятия и создание каталогов.

5. В каталог F4 скопировать файлы, которые имеют в имени не более 2-х символов, начинаются буквой "А", имеют расширение EXE и содержатся в каталоге 1-го уровня LEX диска A:

6. Просмотреть информацию только об именах файлов каталога F4.

7. Файл F11.TXT переименовать на файл P1.DOC.

8. Вывести содержимое файла P1.DOC.

9. В каталоге F4 просмотреть каталог F1.

10.Изъять каталог F1.

11.Сделать системную дискету. Использовать накопитель А:.

^ ВАРИАНТ №9.

1. Центральный процессор.

2. Из предложенного перечня файлов выбрать файлы с правильными именами: T.T TRENT111.COM1 1$ PNT Ф11.TXT 1%_1.$ N32_72_5.7 TOBAR.BR P35:1.EXE FR\1.TXT. Описать каждую ошибку.

3. Вывести информацию о всех файлах каталога 1-го уровня R1 диска A:, которые имеют расширение COM и начинаются буквой "Р".

4. В корневом каталоге диска F: создать серию подкаталогов F1 - F2 - F3 - F4. Текущим есть корневой каталог диска С:.

5. В каталог F1 записать с клавиатуры файл с именем B.TXT. Вывести в него команды работы по файлами.

6. Скопировать B.TXT в каталог F4. Дать ему новое имя F4.FAT.

7. В каталог F3 скопировать все файлы, которые начинаются буквой "F", имеют расширение TXT и содержатся в корневом каталоге диска B:

8. Просмотреть поэкранно каталог F3.

9. Вывести содержимое файла F4.DAT

10.Изъять каталог F1.

11.Отформатировать диск D:.

^ ВАРИАНТ №10.

1. Родительской и текущий каталоги. Имена каталогов.

2. Из предложенного перечня файлов выбрать файлы с правильными именами: TNR.T M.M11 P_P_P T\F11.EXE 1%$.1 FERBOOK11.TXT ПЕ1.TXT DR.COM FR.EXE1 58ANK.A_A. Описать каждую ошибку.

3. Вывести информацию о всех файлах текущего каталога, имена которых заканчиваются буквой "S", а расширение начинается буквой "F".

4. В корневом каталоге диска D: создать серию подкаталогов R1 - R2 - R3 - R4. Текущим есть каталог 1-го уровня F1 диска F:.

5. В каталог R3 записать с клавиатуры файл с именами R.TXT. Записать в него все команды работы с каталогами.

6. В каталоге R2 создать серию подкаталогов S1 - S2.

7. Файл R.TXT скопировать в каталог S2 с новым именем S.FAT.

8. Вывести содержимое файла S.DAT.

9. В каталог R4 скопировать файл с расширением COM с корневого каталога диска B:.

10.Изъять каталог R1.

11.Отформатировать диск E:.

^ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКЕ ТЕМЫ "ТЕХНИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПК. ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА MS DOS"

I. Техническое обеспечение персонального компьютера.

При изучении этого вопроса следует учитывать, что большинство известных моделей ПК состоит из отдельных функционально завершенных модулей, которые не объединяются общей конструкцией. Состав модулей практически стандартный. Он требует системный блок и комплект периферийных устройств (ПУ). Системный блок содержит процессор, платы состава с ПУ и силовой блок. У большинства моделей ПК системный блок имеет также встроенный дисковод для гибких магнитных дисков и накопитель для жесткого диска. Базовую конфигурацию ПК составляет системный блок, монитор и клавиатура. Набор дополнительных аппаратных способов, которыми может быть дополнен компьютер, очень разнообразный и может быть разделен на такие функциональные группы:

Устройства ввода. Устройство типа "мышь", сканер, световое перо, дигитайзер, трекбол.

Устройства вывода. Принтером (матричные, лазерные, струйные, термопринтеры и т.п.), графопостроители.

Устройства коммуникации. Интерфейсные платы, модемы и т.п..

Устройства сохранения информации. Кассетные накопители, или стримеры, которые записывают информацию на кассету с магнитной лентой (картридж), дисководы для оптических компакт-дисков, которые можно поделить на три группы:

1. Только для чтения - CD-ROM, O-ROM, с частичной возможностью перезаписи P-ROM.

2. Только для одной записи - WORM.

3. Магнитооптические (могут перезаписываться) - ROD. В современный процессор обычно монтируют блок математического сопроцессора, который быстро и точно выполняет операции над числами с плавающей запятой. Если оперативное запоминающее устройство не обеспечивает достаточной скорости выполнения операций, дополнительно ставят наиболее быстродействующую кеш-память.

При изучении базовых устройств ПК особое внимание надо обратить на строение клавиатуры. Клавиши расположены блоками. Они делятся на алфавитно-цифровые и специальные.

Специальные:

1. Клавишные редактирования:

BS - изымает символ, который находится слева от курсора, DELETE - изымает символ, который находится над курсором, INSERT - включает/выключает режим установления символов.

2. Клавиши модификации кодов: CAPS LOCK - фиксирует режим верхнего регистра, SHIFT - вызывает переключение на верхний регистр, CTRL, ALT - работают в соединении с другими клавишами.

3. Клавиши управления курсором - перемещают курсор на одну позицию в соответствующем направлении. HOME - перемещает курсор на начало строки, END - перемещает курсор на конец строки, Page Up - перемещает курсор на страницу вверх, Page DOWN - перемещает курсор на страницу вниз.

4. Функциональные клавиши F1...F12, которые используются прикладными или ужитковыми программами.

5. Клавиши для ввода "горячих" команд. Break (Pause) - прекращает вывод информации на экран (для продолжения надо нажать на любую клавишу). CTRL+Break - перерывает выполнение программы или команды, PRINT SCREEN - печатает образ экрана на принтере, SCROLL LOCK - используется прикладными или ужитковыми системами.

6. Клавиша Enter означает конец введения строки, клавиша ESC - отменяет команды и клавиша Num Lock включает цифровой блок. Информация о структуре персонального компьютера подробнее изложенная в пособиях:

1. Ключев А.В. Пользователю MS DOS. Справочное руководство. - К.:М "Контакт", 1992.

2. Мячев А.А. Степанов В.Н. Персональные ЭВМ и микроЕВМ. Основы организации. - Г.:"Радио и связь", 1991.

3. Герхард Франкен. MS DOS 5.0 для пользователя. - К.: "Торгово-издательское бюро BHV", 1992.

4. Гилберт Хелд. IBM PS/2. Справочник пользователя. Г.:"Радио и связь", 1993.

5. Справочник пользователя IBM PC. - К.:"ТЕХНИКОМ",МИП "Арфа", 1991.

II. Операционная система MS DOS.

Надо осознать, что операционная система есть неотъемлемой частью персонального компьютера, что она обеспечивает управление памятью, операциями ввода/вывода, файловой системой, взаимодействием процессов, диспетчеризацией процессов, защитой, учетом использования ресурсов, обработкой команд, работой компьютера в сети.

Важно учитывать, что одной из главнейших функций ОС есть организация файловой системы. Файл - это область памяти на физическом носителе, который носит имя. Файлы делятся на текстовые и двоичные. Имя файла состоит из собственно имени и расширения, между которыми ставится точка. Расширение файла есть необязательным. Оно описывает содержимое файла, поэтому много программ создает расширение имени файла автоматически. Файлы с расширением COM, EXE, BAT означают готовые к выполнению программы. Команды MS DOS.

Существуют два типа команд MS DOS: внутренние и внешние. Внутренние команды являются частью командного процессора. Они загружаются в память компьютера и потому выполняются немедленно. Чтобы запустить внешнюю команду, надо иметь соответствующий файл на одном из носителей информации.

Основные команды:

1. Изменение текущего дисководу (накопителя). Формат команды: имя дисковода:.

Чтобы изменить текущий дисковод, надо указать имя этого дисковода со знаком "двоеточие".

Например, C:; D:; E:.

2. Изменение текущего каталога CD(CHANGE DIRECTORY) - изменить каталог. Формат команды: cd /дисковод:/ путь "//" означает необязательность параметра. Например 1. С текущего каталога перейти в каталог NC cd R1\R2\R3.

DIR /дисковод://путь//\//имя файла// /Р// /W/. Если пути нет, выводится информация о всех файлах и пидкаталоги текущего каталоге. Если дисковода нет, выводится информация о каталоге текущего дисковода. Если в команде задано имя об этом файле, имя файла может быть групповым. Параметр /Р задает вывод содержания каталога поэкранно. Параметр /W задает вывод информации только об именах файлов в каталоге (по 5 в каждой строке).

Например:

1. Просмотреть текущий каталог DIR.

2. Текущий дисковод G:, текущий каталог - корневой. Просмотреть каталог TRK, который располагается в корневом каталоге диска В: DIR B:\TRK

3. Просмотреть все файлы этого каталога с расширением DOC DIR B:\TRK\*.DOC .

4. Вывод содержимого файла TYPE. Формат команды: TYPE /дисковод://путь\/имя файла. В имя файла не могут входить символы "*" и "?"

Например: Вывести содержимое файла TRK.DOC TYPE B:\TRK\TRK.DOC.

5. Создание нового каталога md(make directory) - создание каталога.

Формат команды: md /дисковод:/путь. Например: В корневом каталоге диска G: создать серию подкаталогов Z1 - Z2 - Z3.

I вариант:

Md Z1 md Z1\Z2 md Z1\Z2\Z3;

II вариант:

Md Z1 cd Z1 md Z2 cd Z2 md Z3.

6. Введение файла с клавиатуры COPY CON. Надо:

1. Вывести команду COPY CON имя файла.

2. Нажать ENTER.

3. Ввести нужную информацию.

4. Задать конец файла с помощью комбинации клавиш CTRL + Z.

5. Нажать ENTER.

6. Изъятие файлов: DELETE (DEL) - изъятие. Формат команды:

DEL_/дисковод://путь\/имя файла. В имя файла могут входить символы "*" и "?". Например: DEL *.* - изымает все файлы с текущего каталога DEL A:\LEX - изымает все файлы каталога LEX. DEL A:\LEX\LEX.DOC - изымает файл LEX.DOC с каталога LEX.

7. Изъятие каталогов RD (remove directory) - изъятие каталога. Формат команды: RD /дисковод:/путь.

ЗАМЕЧАНИЕ.

1. Изъять можно только пустой каталог.

2. Каталог можно изъять с родительского каталога или с какого-нибудь каталога на уровень выше.

8. Копирование файлов COPY. Формат команды:

I COPY /дисковод://путь\/имя файла /дисковод://путь\/имя файла;

II СOPY /дисковод://щлях\/имя файла /дисковод://путь/.

Количество программ, которые устанавливаются на современном компьютере, насчитывает сотни и даже тысячи. Именно они дают возможность пользователю комфортно работать.

Определение 1

Вся совокупность программ и составляет так называемое программное обеспечение компьютера. Состав программного обеспечения компьютера − важнейшая его функциональная характеристика. Программное обеспечение (Software ) - это совокупность:

• программ постоянного использования, необходимых для решения задач пользователя,
• программ, позволяющих наиболее эффективно использовать вычислительную технику, обеспечивая пользователям наибольшие удобства в работе и минимум затрат труда на программирование задач и обработку информации,
• техническая программная документация для них.

Определение 2

Техническая документация − набор документов, используемых при проектировании и создании программного и аппаратного обеспечения. Программа для компьютера − описание алгоритма решения задач и, которое задаётся на языке программирования и при помощи транслятора автоматически переводится на машинный язык конкретного компьютера.

Программное обеспечение (ПО) − продолжение аппаратных средств, неотъемлемая часть компьютерной системы. Даже если программа, как кажется, никак не взаимодействует с оборудованием, не запрашивает ввод данных с устройства ввода и не выполняет вывод данных на устройства вывода, по сути, ее работа нужна для управления аппаратными устройствами компьютера.

В зависимости от того, какие работы предполагается выполнять на компьютере, подбирается состав программного обеспечения, или программная конфигурация. Большинство программ работают, опираясь на другие программы более низкого уровня, т.е. между ними существует взаимосвязь, или межпрограммный интерфейс. Такой интерфейс основывается на технических условиях и протоколах взаимодействия и обеспечивается распределением программного обеспечения на несколько категорий, которые взаимодействуют между собой.

Уровни ПО (cнизу вверх):

1. Базовое ПО – базовый уровень
2. Системное ПО – системный уровень
3. Прикладное ПО
4. Инструментарий технологий программирования

Каждый вышележащий уровень повышает функциональность всей системы.

Всё программное обеспечение можно условно поделить на четыре категории.

Базовое программное обеспечение – это минимальный набор программных средств, которые обеспечивают работу компьютера; отвечают за взаимодействие с базовыми программными средствами (входят в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхемах). Эти микросхемы носят название постоянное запоминающее устройство (ПЗУ – Read Only Memory). ПЗУ является энергозависимой памятью. Программы и данные записываются («прошиваются») в микросхемы ПЗУ на этапе производства, такие микросхемы не могут быть изменены в процессе сроков работы компьютера.

Рисунок 1.

Если есть необходимость в изменении базовых программных средств во время эксплуатации компьютера, то вместо микросхем ПЗУ используют микросхемы ППЗУ – перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства (Erasable and Programmable Read Only Memory). Тогда изменение содержания ППЗУ можно сделать в самой вычислительной системе (флэш-технология) или на специальном устройстве, которое называется программатором. К базовому программному обеспечению также относится BIOS (Basiс Input/Output System) − базовая система ввода-вывода), которая определяет ход процесса загрузки компьютера. Лишь только после этого происходит загрузка операционной системы персонального компьютера, и дальнейшая его работа происходит уже под управлением операционной системы. Во время работы компьютера BIOS обеспечивает базовые функции ввода-вывода информации и функции взаимодействия различных устройств между собой. Это набор микропрограмм, которые сначала тестируют (POST) оборудование, размещённое на материнской плате, потом осуществляют дальнейший запуск операционной системы и обеспечивают взаимодействие всех компонентов компьютера. В современных компьютерах некоторые платы (видеокарта, звуковая карта и т.п.) имеют свои микросхемы BIOS на материнской плате расширения (кроме основной микросхемы BIOS). При настройке основного BIOS можно разрешить или запретить использование BIOS плат расширения. В функции основной BIOS входят:

• тестирование компьютера с помощью специальных тестовых программ при включении питания;
• поиск и подключение к системе других BIOS, которые расположены на платах расширения;
• распределение ресурсов между компонентами компьютера.

Физически BIOS - это набор микросхем постоянной памяти (ROM, Read Memory − только для чтения), расположенных на материнской плате. Программы, содержащиеся в системной BIOS, обеспечивают взаимодействие микросхем чипсета, оперативной памяти, кэш-памяти, процессора с внешними (периферийными) устройствами, а также друг с другом. Когда происходит инициализация и тестирование оборудования, BIOS сравнивает полученные данные системной конфигурации и ту информацию, которая хранится в чипе CMOS. Если найдено несоответствие/сбой, то система выдает сообщение на мониторе или звуковой сигнал об ошибке. Чип CMOS расположен на материнской плате. Это энергозависимая память, которой нужно питаться от специальной батарейки.

Системное программное обеспечение (System Software ) - это программы и программные комплексы для работы компьютера и телекоммуникационного оборудования. Системное программное обеспечение служит:

• для создания операционной среды для работы других программ;
• для обеспечение надежной и эффективной работы компьютера и телекоммуникационной сети;
• для проведения диагностики аппаратуры компьютера и сетей;
• для архивирования данных, копирования, восстановления файлов программ и баз данных и т.п.

Системное программное обеспечение (СПО) по сути выполняет функции «организатора» всех компонентов ПК, а также подключенных к нему периферийных устройств. Системное программное обеспечение должно быть надежным, технологичным, удобным и эффективным в использовании. Подразделяется СПО на базовое и сервисное.

Рисунок 2.

Базовое программное обеспечение, как правило, приобретается вместе с компьютером, а сервисное может быть приобретено дополнительно.

Прикладное программное обеспечение (appliation program pakage ) − комплекс связанных между собой программ, предназначенных для решения конкретных задач определённой предметной области, написаны для пользователей или самими пользователями, например, экспертная система или программа создания списков рассылки. Это самый многочисленный класс программных продуктов.

Инструментарий технологий программирования (ИТП) облегчает процесс создания новых программ для компьютера. С помощью ИТП выполняется разработка новых программ, т.к. данный инструментарий содержит специализированные программные продукты. Эти продукты являются инструментальными средствами разработчика и должны поддерживать все технологические этапы процесса создания (проектирование, программирование, отладку и тестирование) новых программ. Система программирования включает в себя следующие программные компоненты: редактор текста, транслятор с соответствующего языка, компоновщик (редактор связей), отладчик, библиотеки подпрограмм. Важно знать и понимать, что любой ИТП может работать только в той ОС, под которую он создан, но при этом он позволяет разрабатывать программное обеспечение и под другие ОС.

ИТП делится на следующие подкатегории:

1. Средства для создания приложений. Они включают в себя интегрированные среды для разработчиков программ, необходимые для выполнения работ по созданию программ, и локальные средства, которые нужны для выполнения отдельных работ по созданию этих программ;
2. СASE-технологии (Сomputed Aided Software Engineering) – это система-конструктор программ с помощью компьютера, в которую входят методы анализа, проектирования и создания программных систем. Предназначены СASE-технологии для автоматизации процессов разработки и реализации информационных систем. Это целый программный комплекс, который автоматизирует весь технологический процесс (анализ, проектирование, разработка и сопровождение сложных программных систем).

При составлении классификации сразу оговоримся, что очень быстрое развитие вычислительной техники и расширение сфер применения компьютеров повлекли за собой процесс эволюции ПО. Если раньше можно было легко распределить между основными категориями программного обеспечения операционные системы, трансляторы и пакеты прикладных программ, то сейчас совсем иная ситуация: развитие ПО пошло и вширь (прикладные программы приобрели самостоятельную ценность и перестали быть прикладными), и вглубь (появились совсем новые подходы к построению операционных систем и т.д).

Соотношение между необходимыми и имеющимися на рынке программными продуктами меняется очень быстро. Даже традиционные программные продукты непрерывно развиваются. Например, операционные системы могут моделировать те виды человеческой деятельности, которые всегда считались интеллектуальными. Появились программы, классифицировать которые по привычным критериям сложно, а порой и невозможно, программа − электронный собеседник, например, или компьютерное зрение, которое связано ещё и с робототехникой, или область машинного обучения, к которой относится достаточно большой класс задач на распознавание образов (распознавание символов, рукописного текста, речи, анализ текстов).

Замечание 1

Можно сказать, что на сегодняшний день более или менее определённо можно выделить следующие группы ПО:

• операционные системы и их оболочки (текстовые или графические);
• системы программирования (отладчики, трансляторы, библиотеки подпрограмм и т.д.);
• инструментальные технологические системы;
• интегрированные программные пакеты;
• системы машинной графики (растровая, векторная, 3D-графика, САПР);
• динамические электронные таблицы;
• системы управления базами данных (СУБД).

В заключение можно сказать, что почти всякая классификация не является единственно возможной.

С начала 80-х годов 20 века, в связи с массовым производством и внедрением персональных компьютеров (ПК), идея системной автоматизации процесса проектированиястановится практически осуществимой для проектных организаций любого масштаба: от крупного института до частного бюро. Понятие САПР, с одной стороны, упростилось и зачастую ассоциируется с той или иной компьютерной программой. С другой стороны, проектирование сложных технических объектов возможно лишь в рамках САПР как организационно-технической системы,в основе которой - весь потенциал информационных технологий.

Средства обеспечения САПР классифицируют как единство следующих компонентов: техническое, программное, математическое, методическое, информационное и организационное .

2.1. Техническое и программное обеспечение

Техническое обеспечение - это комплекс технических средств, с помощью которого осуществляют сбор, обработку, хранение, преобразование и передачу данных, связанных с объектом проектирования.

Основу технического обеспечения составляют средства вычислительной техники и, в первую очередь, это - персональный компьютер.

Стандартная конфигурация компьютера общеизвестна (см. рис. 2.1):

· системный блок, состоящий из процессора, оперативнойпамяти, блока питания, винчестера, другихнакопителей данных, портовподключения периферийных устройств;

· клавиатура для ввода информации;

· монитор для отображения информации;

· мышь для удобства диалога "человек-компьютер".

Рис. 2.1. Персональный компьютер стандартной конфигурации

Понятие периферийных устройств включает широкий перечень технических средств. В первую очередь, это средства сбора и обработки данных для проектирования. К ним можно отнести электронное геодезическое оборудование (тахеометры, системы спутниковой навигации, лазерные сканеры и пр.), которое или работает непосредственно под управлением компьютеров, или передает данные измеренийв виде компьютерных файлов. Более подробная информация о технических средствах инженерных изысканий изложена в гл. 4.

Если исходная информация о проектируемой дороге представлена в виде планшетов топографических планов, то для преобразования информации из бумажного вида в электронный применяют сканеры (см. рис.2.2,а). Сканеры бывают рулонные или планшетные. Точность сканирования последних существенно выше и может достигать 12000 dpi (dots per inch - точек на дюйм). Когда речь идет о проектировании сложных технических объектов, то применяют инженерные сканеры большого формата A 0(A 1).

Выходную графическую информацию об объекте проектирования (чертежи) печатают на плоттерах также большого формата. По способу подачи бумаги плоттеры как и сканеры, бывают рулонные (рис.2.2,б)или планшетные. По способу нанесения красящего вещества – лазерные или струйные. Вопрос о том, каким должен быть инженерный чертеж,черно-белым или цветным, в последнее время однозначно решается в пользу цветного. Во-первых, в виду существенного прогресса в области цветной печати, которая стала незначительно дороже черно-белой. Во-вторых, цвет несет дополнительную информацию о проектируемом объекте и способствует повышению эффективности зрительного анализа таких чертежей.

SHAPE\* MERGEFORMAT

Рис. 2.2. а) Сканер рулонный; б) Плоттеррулонный

К периферийным устройствам компьютера также можно отнести аппараты цифрового фото и видео, которые в настоящее время широко применяются при сборе исходных данных для проектирования дорог.

Для организации коллективной работы над проектом и оперативного обмена информацией компьютеры объединяют в локальные (интранет) и глобальные (интернет) сети, техническими компонентами которых являются серверы, сетевые плата, модемы, оптоволоконные сети и пр.

Программное обеспечение САПР подразделяют на общесистемное и прикладное .

К общесистемному программному обеспечению относят, в первую очередь, операционные системы (ОС), которые управляют всеми процессами, происходящими в компьютерах. Появление и эволюция ОС происходила параллельно с развитием самих компьютеров. Если создание первого персонального компьютера ассоциируют с фирмой IBM (www . ibm . com ), то первая массовая ОС появилась для этого компьютера от фирмы Microsoft ( www. microsoft. com ) и называлась MS - DOS .

14-летний путь эволюции (с 1981 по 1995 г.г.) MS - DOS версий 1.0-7.0 способствовал внедрению компьютеров от решенияузких инженерных задач до повсеместного их применения во всех сферах жизни.

С начала 90-х годов на смену MS - DOS приходит Windows (от англ. – окна) также от фирмы Microsoft , котораяпозволяет одновременно работать с несколькими программами (окнами), с легкостью переключаясь между ними без необходимости закрывать и перезапускать отдельные программы. На начальном этапе развития Windows выполняла роль графического интерфейса для MS - DOS .

С выходом Windows 3.1 (1992 г.) эта операционная система ассоциируется как самостоятельная, способная работать с оперативной памятью более 640 кб, с масштабируемыми шрифтами TrueType .

Выпуск в 1993 г. Windows NT (сокращение от New Technology – новая технология) был хорошо принят разработчиками благодаря ее повышенной защищенности, стабильности и развитому API -интерфейсу Win 32 , упрощающему составление мощных программ.

В 1995 г. выходит Windows 95 – самая дружественная пользователю версия Windows , для инсталляции которой не требуется предварительно устанавливать DOS ; ее появление делает ПК более доступным массовому потребителю. В Windows 95 имеются встроенный набор протоколов TCP / IP и допускается использование длинных имен файлов.

Windows 98 (1998 г.) – последняя версия Windows на базе старого ядра, функционирующего на фундаменте DOS . Система Windows 98 интегрирована с браузером Internet Explorer 4 и совместима с многочисленными новыми аппаратными стандартами, в том числе USB-портами. Последующие версии Windows разрабатывались на базе ядра NT.

В настоящее время (с 2001 г.) большинство прикладных программ, в том числе САПР, функционирует под управлением операционной системы MS Windows XP (от англ. eXPerience – опыт).

Новый проблемно-ориентированный интерфейс MS Windows XP позволяет в кратчайшие сроки освоить принципы работы с операционной системой даже тем пользователям, которые ранее никогда не сталкивались с системами семейства Windows . Применяемые в Windows XP расширенные web-технологии открывают возможность обмена текстовыми и голосовыми сообщениями, создания web-проектов различного уровня сложности и совместного использования приложений не только в локальной сети, но и в Интернете.

К условно общесистемному программному обеспечению можно отнести MS Office , ряд приложений которого (текстовый редактор Word , электронные таблицы Excel ) стали де-факто стандартами в своем классе программ. Практически все САПР, формирующие в качестве выходных данных текстовые документы, осуществляют это в среде MS Word , а табличные формы – в среде MS Excel .

К прикладным программам, помимо самих САПР, можно отнести: векторизаторы; программы обработки геодезических данных, данных дистанционного зондирования; системы управлениями базами данных (СУБД);системы управления проектно-конструкторской документацией (СУПКД) и др.

Последние из перечисленных (СУПКД) являются исключительно важными в работе проектных организаций, поскольку в значительной степени обеспечивают функционирование систем контроля качества при производстве проектной продукции.

Из множества программ этого класса наиболее полнофункциональной системой является Party PLUS (разработчик – компания Лоция Софт, Москва, www . lotsia . com ).

Party PLUS является профессиональной системой, построенной в архитектуре "клиент-сервер" на базе СУБД типа Oracle , MS SQL - Server , Sybase и отличающейся надежностью, производительностью, масштабируемостью и защищенностью.

Рис. 2.3. Система управления документацией Party PLUS

Система содержит защищенный архив документов, а также встроенные средства свободной и предопределенной маршрутизации документов, работ и управления бизнес-процессами. Система поддерживает режим параллельной коллективной работы различных групп пользователей и обеспечивает управление всей относящейся к проекту информацией, что позволяет сотрудникам проектной организации не только получать доступ к описанию проекта, но и управлять информацией об этом проекте.

Если на предприятии несколько территориально распределенных проектных отделов, то с помощью Party PLUS можно организовать отлаженное взаимодействие удаленных подразделений при работе над несколькими проектами.

Party PLUS обладает функцией ведения истории всех инженерных изменений в структуре проекта, возможностью сравнения текущего состояния с состоянием на любую дату. Имеются средства поддержки многовариантного проектирования с хранением вариантов, не вошедших в основной проект, средства поддержки работы с версиями документов. Имеется возможность задавать для элемента проекта аналоги или родственные элементы, группировать элементы по различным критериям.

Система Party PLUS универсальна, максимально гибка для решения задач в различных отраслях инженерной деятельности, включая дорожную отрасль, и ориентирована на равноправную работу с различными САПР.

2.2. Математическое и методическое обеспечение

Математическое обеспечение – это совокупность аналитических и численных методов, математических моделейи алгоритмов выполнения проектных процедур. Применение тех или иных методов зависит от уровня развития САПР, свойств объектов проектирования и характера решаемых задач.

На начальном этапе развития САПР осуществлялась алгоритмизация ручных методов проектирования. Это способствовало сокращению времени проектирования, но качество проектных решений при этом практически не улучшалось.

Первые работы в области оптимизации проектных решений начались в 70-е годы и были связаны, в первую очередь, с проектированием продольного профиля. Работы Е.Л.Фильштейна и его метод "граничных итераций", В.И.Струченкова и его метод "проекции градиента" устанавливали положение проектной линии продольного профиля с учетом минимизации объемов земляных работ. Уже на этом этапе пришлось отказаться от представления проектной линии в виде последовательности прямых и дуг окружностей, а перейтина модель проектной линии в виде ломаной (линейного сплайна). Однако этиметоды не затрагивали общих (базовых) принципов изысканий и проектирования автомобильных дорог.

Переход в 90-е годына системную автоматизацию дорожного проектирования на основе цифровых моделей местности привел к существенному изменению всей технологии проектно-изыскательских работ.

В период "ручного" проектирования автомобильных дорог геодезические изыскания выполнялись "пикетным" методом. Суть этого метода заключается в следующих этапах работ :

· Полевое трассирование автомобильной дороги. При этом тангенциальный ход трассы является одновременно и магистральным ходом для всех последующих разбивочных работ, как на стадии изысканий, так и на стадии строительства.

· Планово-высотное закрепление трассы притрассовыми реперами и угловыми столбами.

· Разбивка пикетажа по трассе. Разбиваются и закрепляются не только пикетные точки, но и плюсовые (характерные) точки, связанные с изломами рельефа, пересечением водных потоков, инженерных коммуникаций и дорог.

· Двойное продольное геометрическое нивелирование трассы по принятому пикетажу.

· Съемка поперечников. При разбивке пикетажа по трассе одновременно осуществляют разбивку поперечников на всех пикетных и плюсовых точках. На прямолинейных участках трассы поперечники разбивают перпендикулярно к оси дороги, а на криволинейных участках – перпендикулярно касательной к трассе. Длину поперечника принимают такой, чтобыв его пределах разместились земляное полотно со всеми его конструктивными элементами.

Съемку поперечников осуществляют для построения продольного и поперечных профилей по принятой трассе для последующего проектирования земляного полотна, организации системы поверхностного водоотвода, подсчета объемов земляных работ и подготовки проектной документации.

Как следует из вышеприведенного, при "пикетном" методе изысканий изменение положения трассы и, следовательно, всех остальных проекций на проектной стадии не возможно. Таким образом, творческое начало проектной деятельности при этом методе ограничено ввиду предопределенности положения трассы дороги,что существенно сказывается на качестве конечных проектных решений. Заметим также, что в полевых условиях трассирования, в отсутствии компьютерной техники, инженер-изыскатель ограничивался элементарной схемой закругления трассы типа "клотоида- круговая кривая-клотоида", разбивку которойможно было произвести по соответствующим разбивочным таблицам.

Совершенно другую перспективу открывает "беспикетный" метод изысканий дорог, приоритетное применение которого стало возможным благодаря достижениям электронной тахеометрии и вычислительной техники.

Изыскания по этому методу состоят в следующем:

· В полосе возможных проектных решений, определенной на предпроектной стадии, закладывается и закрепляется магистральный ход (сеть ходов).

· Осуществляется тахеометрическая съемка полосы варьирования. При этом обеспечивается высокая производительность работ, посколькувсе измерения, необходимые для определения пространственных координат съемочных точек местности, выполняют комплексно с использованием одного геодезического прибора – тахеометра.

· С электронного тахеометра в компьютер считывается цифровая модель местности, которая является основой для всех последующих проектных процедур.

Заметим, что при "беспикетном" методе изысканий местоположение трассы определяется ни на стадии изысканий, а на стадии проектирования (в камеральных условиях). Это дает возможность варьировать местоположением трассы практически на любом этапе проектирования, применять для установления местоположения трассы и ее описаниясамые современные математические методы, в том числе и оптимизационные.

Учитывая трехмерную природу ЦММ и порождаемых ею поверхностей, появляется уникальная возможность пространственного трассирования дорог. В настоящее время методология и алгоритмы пространственного трассирования успешно разрабатываются в рамках САПР и скоро должны пополнить арсенал передовых технологий для дорожной проектной практики.

Из множества методов вычислительной математики, ставших доступными в условиях системной автоматизации проектных работ, остановимся на сплайнах и кривых Безье, применяемых при автоматизированном трассировании дорог в плане и продольном профиле.

Интерполяционные сплайны. Как известно, термин "сплайн" происходит от названия чертежного инструмента – тонкой металлической или деревянной линейки, которая изгибается так, чтобы проходить через заданные точки (x i , y i = f (x i )).

Тогда сплайн в положении равновесия принимает форму, которая минимизирует его потенциальную энергию. И в теории балок установлено, что эта энергия пропорциональна интегралу по длине дуги от квадрата кривизны сплайна:

при условиях S (x i ) = y i .

Рис. 2.4. Очертания сплайна как математического аналога линейки

Сплайны можно определить 2-мя способами: исходя из взаимного согласования простых функций и из решения задачи минимизации .

К сплайнам, определяемым по первому способу, можно отнести интерполяционные сплайны, которые необходимы для аналитического представления дискретно заданной информации.

Сглаживающие сплайны определяют чаще всего на основе 2-го способа. Именно сглаживающие сплайны должны найти самое широкое применение для оптимизации тех проектных решений, которые на начальной стадии рассмотрения носят, как правило, приближенный характер.

В проектной практике применяют, как правило, сплайны 1-й и 3-й степени. Сплайны 1-й степени (линейные) служат, во-первых, хорошей и доступной иллюстрацией к пониманию процессов построения сплайновых алгоритмов, во-вторых, достаточны для описания геометрических элементов дорог, представляемых в виде ломаных линий (магистральные и тангенциальные ходы, продольные и поперечные профили земли и т.д.).

Сплайны 1-й степени. Сплайны 1-й степени (ломаные) достаточно просты для понимания и,в то же, время, отражают основные свойства сплайн-функций. С математической точки зрения, сплайн 1-й степени – это кусочно-непрерывная функция, на каждом отрезке описываемая уравнением вида:

y = a i + b i x , (2.2)

где i – номер рассматриваемого интервала между узлами интерполяции x i и x i + 1 .

Как видно из формулы (2.2), на элементарноминтервале вид уравнения не отличается от общепринятого выражения прямой. В целом, уравнение ломаной (сплайна 1-й степени) в матричной форме можно записать как:

(2.3)

Эта система линейных уравнений не требует совместного решения и распадается на решения каждого уравнения в отдельности. Сплайн, решение которого связано с вычислением подсистем небольшой размерности, в данном случае – уравнений первого порядка, будем называть локальным.

Интерполяционный сплайн 1-й степени – это ломаная, проходящая через точки (x i , y i ). Для совокупности x i (i = 0, 1,… , n ) в интервале [a, b ] при этом должно выполняться условие x i 1 .

Используя полином Лагранжа, можно построить сплайн для интервала i – (i + 1):

(2.4)

Обозначение S 1 (x ) будем понимать как сплайн-функцию первой степени. Иначе уравнение (2.4) можно записать:

(2.5)

Если принять о форма уравнений (2.2) и (2.5) совпадает. Для построения алгоритма и составления процедуры построения и вычисления сплайна необходимо помнить всего лишь 2n +2 числа.

Сплайны 3-й степени. Сплайны 3-й степени (кубические) – это кусочно-непрерывная (непрерывность 1-й и 2-й производных) функция,состоящая из отрезков кубических парабол.

В настоящее время существует множество алгоритмов построения и расчета на ЭВМ кубических сплайнов, что обусловлено широким их использованием в решении технических задач, связанных синтерполяцией кривых и поверхностей.

При решении поставленной задачи между n узлами находятся n –1 фрагментов кубических кривых, а кубическая кривая, в свою очередь, определяется 4-мя параметрами. Поскольку значение функции и 1-й, 2-й производных (X s , X ¢ s , X ² s ) непрерывны во всех (n –2)-х внутренних узлах, то имеем 3(n –2) условий. В узлах X si = X i накладываются еще n условий на X s . Отсюда получаем 4n –6 условий. Для однозначного определения сплайна необходимо еще два условия, которые обычно связываются с так называемыми краевыми (граничными) условиями. Например, зачастую принимается просто . В этом случае получаем необходимое количество условий для определения естественного сплайна в виде:

Недостатком этого сплайна является то, что у него нет возможности изменения формы на участке между двумя жестко закрепленными интерполяционными точками. Лишь перемещением одной из точек интерполяции можно добиться некоторого изменения формы сплайн-кривой. При этом, в силу того, что кубический интерполяционный сплайн относится к нелокальным методам аппроксимации, его значения в точках, не совпадающих с узлами сетки Δ: a = x 0 x N = b , зависят от всей совокупности величин f i = f (x i ), i = 0, 1 ,…, N , и еще от значений краевых условий в точках a , b ; следовательно, желательный эффект изменения формы сплайн-кривой в одном месте интервала интерполяции может перекрываться нежелательными изменениями на всем остальном отрезке.

Однако методы борьбы с этим неприятным явлением известны. Это, во-первых, применение локальных интерполяций эрмитового типа, для которых значение сплайна на промежутке между узлами сетки зависит от значений функции и ее производных только из некоторой окрестности этого промежутка.

Во-вторых, интерполяция на основе рациональных сплайнов . Сохраняя одно из важнейших свойств кубической сплайн-интерполяции – простоту и эффективность реализации на ЭВМ – рациональные сплайны обладают возможностью приближения функций с большими градиентами или точками излома, при этом устраняя осцилляции, присущие обычному кубическому сплайну.

Рациональной сплайн-функцией называют функцию S (x ), которая на каждом промежутке интерполяции [x i , x i +1 ] записывается в виде

(2.7)

где t = (x-x i )/h i , h i = x i + 1 - x i , p i , q i – заданные числа, -1 p i , q i и при этом непрерывна вместе со своими первой и второй производными.

Из выражения (2.7) видно, что при p i = q i = 0, i = 0, 1,…, N –1, рациональный сплайн превращается в обычный кубический сплайн. Кроме того, можно считать, что сплайн первой степени также является частным случаем кубического сплайна, поскольку при всех p i , q i –>∞, i = 0, 1,…, N –1, справедливо S (x )–> f i (1– t )+ f i +1 t , x Î [x i , x i +1 ].

Таким образом, можно ожидать, что при использовании рациональных сплайнов путем надлежащего выбора свободных параметров p i , q i достигается высокая точность приближения на участках достаточной гладкости интерполируемой функции, а на участках с большими градиентами удовлетворяются требования качественного характера – выпуклости и монотонности.

Использование рациональной сплайн-функции позволяет описать единообразной зависимостью трассу с максимальным приближением к трассе, заданной традиционными элементами. Варьируя значениями коэффициентов p i и q i , имеется возможность полной имитации сплайн-функцией традиционных элементов плана трассы (прямой, круговой кривой, клотоиды).

"Слабым" местом в обосновании интерполяционных сплайнов как универсального математического аппарата при трассировании автомобильных дорог является допущение (условие), что узлы интерполяции назначены проектировщиком верно и при вычислении значений самого сплайна корректировке не подлежат.

Проанализируем, как на практике назначают местоположение узлов?

Если трассирование выполняется на основе карты или топографического плана, то проводится эскизная линия дороги, которая, по мнению проектировщика,является наиболее целесообразной при заданных условиях, "от руки" или с помощью механических приспособлений. Далее на эскизной линии фиксируются узлы интерполяции и замеряются их координаты. При этом не существует строго формализованных алгоритмов назначения местоположения узлов, есть лишь ряд практических советов. В частности: частое расположение узлов приводит к осцилляции кривизны такого сплайна ввиду неизбежной погрешности съемки координат узлов интерполяции; редкое их расположение вызывает существенные отклонения сплайн-трассы от порождающей ее эскизной линии.

Если трассирование выполняется по материалам полевых изысканий, то узлами сплайн-интерполяции, в этом случае, являются съемочные точки цифровой модели местностии погрешность в установлении их координат еще более очевидна ввиду наличия ошибок случайного и систематического характера.

Хорошего приближения сплайн-трассы к эскизному варианту и, в то же время, достаточной ее гладкости (плавности) можно добиться, как правило, лишь при многократной интуитивной корректировке проектировщиком узлов интерполяции.

Отсюда следует, что интерполяционные сплайны не являются математическим аппаратом оптимального трассирования, а лишь удобным и во многих задачах чрезвычайно эффективным инструментарием компьютерной обработки эскизно назначенных проектных решений. Качество таких решений существенно зависит от квалификации проектировщика.

Из вышеприведенных рассуждений вытекает, что постановка задачи трассирования на основе сплайнов должна предполагать следующее: узлы интерполяции эскизной трассы, а в случае реконструкции – исходной трассы, назначаются приближенно (с допуском) и точное их местоположение вычисляется по определенным закономерностям, учитывающим ряд основополагающих целевых установок самого процесса трассирования. В математической терминологии эту задачу можно отнести к задачам генерации геометрических форм по их грубым (приближенным) описаниям или задачам сглаживания.

Сглаживающие сплайны. В качестве математического аппарата для решения задачи трассирования дорог применяют сглаживающие сплайны, которые минимизируют функционал вида:

при ограничениях, например,

В записи функционала q = 1, 2; S (x i ) – сплайн; r i – вe совой коэффициент узла интерполяции; f 0 (x i ) – функция начального приближения.

Ограничения могут быть самыми разными и в случае трассирования дорог это: ограничения по допустимому радиусу, направлению трассыв плане иуклону в продольном профиле и т. п. При этом для сплайнов третьей степени должны быть добавлены так называемые "краевые условия" в точках x 0 = a , x n = b , обеспечивающие единственность построения сплайна. Например, это могут быть условия заданного начального и конечного направления проектируемого участка трассы S ¢ (x a ), S ¢ (x b ).

Из формы записи совместных условий (2.8) – (2.10) следует, что это – задача условной оптимизации.

Условие (2.9) позволяет смещать узлы интерполяции в установленном коридоре варьирования по заданному алгоритму. Признаком завершения итерационного процесса оптимизации служит выполнение условия(2.10) и означает, что на каждом дальнейшем итерационном шаге сдвиг любого из узлов не превысит величины d .

Если в условии (2.9) e i = 0, то вновь приходим к понятию интерполяционных сплайнов. Отсюда становится очевидным, что интерполяционные сплайны являются всего лишь частным случаем сглаживающих сплайнов.

Выбор сглаживающих сплайнов для дальнейшего подробного рассмотрения только в виде алгебраических полиномов и только 1-й и 3-й степени из всего многообразия обусловлен тем, что это наиболее простые в компьютерной реализации сплайны и, в то же время, имеют достаточные аппроксимативные свойства для описаний очертаний трассы и ее дифференциального анализа. В случае сплайнов 1-й степени этот анализ (1-еи 2-е производные) можно выполнить в виде разделенных разностей, а для сплайнов 3-й степени – непосредственным дифференцированием функции.

Функционал (2.8) хорошо моделирует задачу трассирования дорог при их реконструкции, которая состоит в том, чтобы добиться минимального отклонения проектируемой трассы от существующей, при одновременном условии по уклону и кривизне в продольном профиле,и по кривизне и скорости нарастания кривизны в плане согласно требованиям СНиП для данной категории дороги. Минимальное отклонение достигается за счет второго слагаемого,а условия по кривизне и уклону – первого слагаемого функционала (2.8).

При совместной минимизации двух слагаемых соотношение между ними регулируется весовыми коэффициентами r i , которые должны быть определенным образом нормированы.

Рассмотрим оптимизационные возможности функционала (2.8) в порядке возрастания его сложности.

Второе слагаемое функционала

известно как метод наименьших квадратов, и оно представляет собой функцию n +1-ой переменной S (x i ), i = 0, 1,…, n . Минимизация последней распадается в данном случае на минимизацию отдельных слагаемых независимо по каждой переменной.

В случае применения сплайнов 1-й степени первое слагаемоефункционала (2.8) будет записано, как

.(2.12)

Рассмотрим линейное приближение функционала длины дуги кривой

(здесь предполагается, что |S `(x )| мало). Очевидно, что решение задачи о минимизации функционала (2.13) совпадает с решением линеаризованной задачи об отыскании элемента минимальной длины. Полученное решение часто называют сплайном в выпуклом множестве.

После подстановки первой производной сплайна, совпадающей в данном случае с разделенной разностью, примет вид

(2.14)

где h i = x i +1 –x i .

Продифференцируем по переменной S (x i ) и сложим два последовательных слагаемых уравнения, содержащих эту неизвестную:

Приравняв полученную сумму нулю и выразив неизвестное S (x i ), получим

Здесь знак "=" представляет собой оператор присваивания. Если принять шаг интерполяции равномерным, то есть h i = const , то процесс оптимизации (пошаговых итераций) в графической интерпретации будет вполне понятен (рис. 3. 10).

Быстрая сходимость итерационного процесса позволяет рекомендовать этот метод для предварительной выработки проектных решений по проектной линии продольного профиля. В этом случае радиус кривизны и уклон проектной линии можно контролировать посредством построения первых и вторых разделенных разностей.

Рис. 2.5. Графическая интерпретация сглаживания линейного сплайна

Совместное рассмотрение суммы функционалов (2.12) и (2.14) дает нам рекуррентную формулу для оптимизации:

Сходимость итерационного процесса здесь, по сравнению с формулой (2.17), ниже и существенно зависит от величины r i . Весовой коэффициент r i позволяет замедлять или ускорять итерационный процесс в отдельных точках (узлах) и может, например для проектной линии, служить средством учета объема или стоимости возведения земляного полотна (дорожных работ) на участке единичной длины.

Рассмотрим первое слагаемое функционала (2.8) применительно к кубическим сплайнам:

Аналогично, решение задачи о сплайне в выпуклом множестве описывает (в линеаризованной постановке) положение, занимаемое упругой рейкой в коридоре ограничений. При замене второй производной второй разделенной разностью данный функционал примет вид:

где S ¢ (x a ), S ¢ (x b ) – одни из возможных краевых условий кубического сплайна. Применительно к проектной линии – это уклон в начальной (x a ) и конечной (x b ) точках проектируемого участка дороги.

Дифференцирование и суммирование уравнений даст нам соответствующие рекуррентные формулы, которые подробно приведены в специальной литературе .

Проектирование закруглений дороги в плане по классической схеме "клотоида – круговая кривая – клотоида" достаточно обоснованно с теоретических позиций, но на практике такая схема имеет множество изъянов и неудобств. Не вдаваясь в их суть, заметим, что если применить какую-либо функцию, которая могла бы одна в какой-то мере моделировать классическую схему (составную кривую), то с позиций удобства алгоритмизации и организации диалога "инженер-компьютер" это было бы достаточно эффективно.

Кривые Безье. В 1970г. Пьер Безье (французский математик) подобрал составляющие параметрического кубического многочлена таким образом, что их физический смысл стал очень наглядным и весьма подходящим для решения многих прикладных задач, в том числе и для целей проектирования дорог по принципу "тангенциального трассирования".

Формула Безье для кубического многочлена (n = 3) имеет следующий вид.

Пусть r i = , i = 0, 1, 2, 3, тогда для 0 ≤ t ≤ 1:

или в матричной форме:

Матрица M называется базисной матрицей кубической кривой Безье.

Кривая, представленная в форме Безье, проходит через точки r 0 и r 3 , имеет касательную в точке r 0 , направленную от r 0 к r 1 , и касательную в точке r 3 , направленную от r 2 к r 3 .

Прямые Р 0 Р 1 , Р 1 Р 2 и Р 2 Р 3 образуют фигуру, называемую характеристической (определяющей) ломаной, которая и предопределяет очертания кривой Безье (рис. 2.6).

Чтобы построить кривую, задают точки Р 0 и Р 3 , через которые должна проходить кривая, затем на желаемых касательных к этой кривой в точках Р 0 и Р 3 задают точки Р 1 и Р 2 . Изменяя длины отрезков Р 0 Р 1 и Р 2 Р 3 варьируют очертаниями кривой, придавая ей желаемую форму.

Рис. 2.6. Сегмент кубической кривой Безье

Главной контролируемой величиной при проектировании кривых в плане является радиус кривизны. Для того, чтобы вычислять радиус кривизны в каждой точке кривой, необходимо знать значения первой и второй производных радиуса-вектора точки. Для кубической кривой Безье первая и вторая производные вычисляют по нижеприведенным формулам:

Тогда кривизна (величина, обратная радиусу кривизны) вычисляется по формуле:

Помимо кривой Безье 3-го порядка (кубической) для целей трассирования дорог возможно применение также кривых Безье 2-го, 4-го и 5-го порядков. Соответствующие формулы для вычисления радиусов-векторов (и их производных) для этих кривых приведены ниже.

Кривая Безье 2-го порядка:

Кривая Безье 4-го порядка:

Кривая Безье 5-го порядка:

Объединением элементарных кривых Безье γ (1) , γ (2) ,…, γ ( l ) , у которых концевая точка кривой γ ( i ) , i = 1, 2,…, l – 1, совпадает с начальной точкой кривой γ ( i +1) , получается составная кривая Безье. Если каждая кривая γ ( i ) задается параметрическим уравнением вида

r = r ( i ) (t ), 0 ≤ t ≤ 1,

то это условие записывается так:

r ( i ) (1) = r ( i +1) (0), i = 1, 2,…, l –1.

В частности, для того, чтобы касательная составной кривой Безье, определяемой набором точек P 0 , P 1 , …, P m , изменялась непрерывно вдоль этой кривой, необходимо, чтобы тройки вершин P 3 i -1 , P 3 i , P 3 i +1 (i ≥ 1) были коллинеарными, то есть лежали на одной прямой (см. рис. 2.7).

Рис. 2.7. Составная кубическая кривая Безье

Пространственные кривые Безье. Выше, в рассуждениях о Безье-кривых понималось плоское расположение опорных точек трассы и, соответственно, рассматривалось представление только плоских кривых. В общем случаеопорные точки характеристической ломаной Безье задаются точками трехмерного пространства P i (x i , y i , z i ), i = 0, 1 ,…, m .

Тогда пространственная кривая Безье степени m определяется уравнением, имеющим следующий вид:

где – многочлены Бернштейна.

Матричная запись параметрических уравнений, описывающих пространственную кривую Безье, имеет вид:

0≤ t ≤ 1,

Более подробное изложение пространственного трассирования дорог приведено в гл. 5.

Методическое обеспечение – совокупность методических материалов, способствующих функционированию САПР.

Профессиональные САПР имеют, как правило, методическое сопровождение в виде "Справочных руководств" в бумажном виде. Главное меню таких систем также содержит раздел Справка (Помощь), в котором представлено описание основных проектных процедур.

В процессе эксплуатации САПР накапливается опыт рациональной выработки проектных решений на основе всей совокупности инструментальных средств системы. Этот опыт, как правило, излагается в форме "Практических руководств (пособий)" и способствует повышению эффективности и качества инженерного труда.

2.3. Информационное и организационное обеспечение

Информационное обеспечение – это совокупность средств и методов построения информационной базы для целей проектирования.

В состав информационного обеспечения входят: государственные стандарты (ГОСТ), строительные нормы (СН), строительные нормы и правила (СНиП), ведомственные строительные нормы (ВСН), типовые проектные решения по сооружениям и элементам автомобильных дорог. Все вышеперечисленные нормативно-информационные материалы существуют в бумажном виде или в виде электронных аналогов.

Другая часть информационного обеспечения существует только в электронном виде и является неотъемлемой частью САПР. Это библиотеки условных знаков (см. рис.2.8), классификаторы и коды, шаблоны типовых элементов в составе графических алгоритмов.

Рис. 2.8. Библиотечный условный знак для топографического плана

В процессе проектированияиспользуется также информация регионального характера. К ней относятся сведенияметеорологического и экологического характера, данные о рельефе и геологическом строении местности, сведения о местоположении карьеров грунтов и каменных материалов и др.

По другой классификации информацию можно подразделить на входную, промежуточную и выходную. Входная - совокупность исходных данных, необходимых для принятия проектного решения. Промежуточная -полученная ранее в результате решения одних задач и используемая для решения других, но не окончательные результаты решения задач. Выходная - полученная как результат решения задач и предназначенная для непосредственного использования в проектировании.

Организационное обеспечение представляет собой совокупность организационных и технических мероприятий, направленных на повышение эффективности функционирования САПР. К ним относятся: изменение организационной структуры проектной организации, ее отделов и подразделений; перераспределение функций между отделами; изменение технологии проектно-изыскательских работ и кадров состава сотрудников,повышение квалификации проектировщиковв сфере САПР, организация и функционирование систем управления качеством проектнойпродукции на основе международных стандартов ISO 9001:2000.

• Назад
• Вперёд