Учебное пособие: Компьютерное моделирование технологических процессов

Федеральное агентство по рыболовству

Дальневосточный государственный технический

рыбохозяйственный университет

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Рекомендовано Дальневосточным региональным учебно-методическим центром (ДВ РУМЦ) в качестве учебного пособия для студентов по направлению 260500 «Технология продовольственных продуктов специального назначения и общественного питания» для специальности 260505 «Технология детского и функционального питания», 260303 «Технология молока и молочных продуктов», 260202 «Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий», 260302 «Технология мяса и мясных продуктов», 260100 «Технология продуктов питания», 260602 «Пищевая инженерия малых предприятий», 260601 «Машины и аппараты пищевых производств» и направлению подготовки магистров 260100 «Технология продуктов питания» по специальности 260100.62 «Технология продуктов из водного сырья»

Владивосток 2009УДК ББК Авторский знак

Утверждено учебно-методическим советом Дальневосточного государственного технического рыбохозяйственного университета.

Компьютерное моделирование технологических процессов : учебное пособие / авторы: А. А. Мисаковский, А. В. Перебейнос – Владивосток : изд во Дальрыбвтуз, 2009.

Первые пять глав знакомят с основами компьютеров, программированием и языком программирования C#. Используя этот учебник, вы научитесь управлять компьютером, заставлять его делать то, что вам нужно…

В учебном пособие приводится описание различных операционных систем но моделирование ведется в среде Windows.

Рецензенты - к. т. н., доцент Дальрубвтуза, кафедры «Технологии продуктов питания» Н. Г. Тунгусов, к. т. н., доцент Дальрубвтуза, кафедры «Прикладной математикии» Немцев.

© Мисаковский А. А., Перебейнос А. В., 2009

© Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет, 2009

Предисловие

Использование компьютерного моделирования в технологии производства рыбных, мясных, хлебных и молочных продуктов позволяет быстро вычислить на каждом этапе технологические процесса расход сырья, задать режимы и получить с заданными характеристиками готовый продукт.

Поэтому в учебном пособие рассказано не только о способе программирования, но и сделан уклон как применить выбранный язык к технологическому процессу.

В было решено выбрать в качестве языка программирования C# (Си Шарп) так он начинает заменять С как один из языков разработки систем в промышленности и есть основания считать, что C# станет доминирующим языком.

Цель создать учебник по компьютерному моделированию технологических процессов сделан с уклоном на программированию C# для дисциплине по выбору у пищевых технологов, студентам без опыта программирования.

Учебное пособи имеет водный курс в операционных системах (ОС), основы программирования на С# и методы компьютерного моделирования технологических. В конце лекционного материала приводятся практические работы для закрепления курса. В написание учебного пособия использовались знания крупных зарубежных и русских программистов.

Добро пожаловать в первую главу этой книги — "Введение в С#"! Здесь рассматриваются основополагающие вопросы, необходимые для качала работы на С#. В первой главе дается общий обзор С# и .NET Framework, рассказывается, что представляют собой эти технологии, какие причины побуждают ими пользоваться и каким образом эти технологии соотносятся между собой.

Начнем мы с самого общего рассмотрения .NET Framework. Это новая технология, и она включает множество понятий, которые на первый взгляд кажутся хитроумными (так как .NET Framework использует принципиально новый подход к разработке приложений). Отсюда следует, что при обсуждении этой темы вам за короткий промежуток времени придется столкнуться с большим количеством новых понятий. Однако это неизбежно, поскольку знание основ крайне важно для понимания программирования на С#. В последующих главах многие из этих тем будут рассмотрены повторно и более детально,

Далее приводится упрощенное описание собственно языка С#; среди прочего будут рассмотрены его корни и черты сходства с C#.

Наконец, вы познакомитесь с основным инструментом, который будет использоваться на протяжении всей книги,— Visual Studio.NET (VS).

NET Framework — это новая и революционная платформа, созданная компанией Microsoft для разработки приложений.

Самым интересным в этом утверждении является его неопределенность, однако для этого имеются достаточно веские основания. Для начала обратите внимание на то, что в нем не говорится: "для разработки приложений в операционной среде Windows". И хотя первая версия .NET Framework работает под управлением операционной системы Windows, а дальнейшие планы компании входит создание версий, которые будут работать с другими операционными системами, такими как FreeBSD, Linux, Macintosh, и даже на устройствах, относящихся к классу персональных цифровых устройств (personal digital assistant, PDA). Один из основных мотивов создания данной технологии — то, что она предназначается для объединения разнородных операционных систем.

Более того, приведенное выше определение .NET Framework не содержит никаких ограничений относительно типов приложений, создание которых она поддерживает. Причина в том, что никаких ограничений не существует: .NET Framework допускает создание Windows-приложений, web-приложений, web-служб и многого-многого другого, что только можно себе представить.

Технология .NET Framework разрабатывалась таким образом, чтобы ее можно было использовать из любого языка программирования. Это справедливо и по отношению к предмету настоящей книги — С#, а также в отношении С+ + , Visual Basic, JScript и даже более старых языков, таких как COBOL. Для того чтобы добиться такого результата, пришлось создать специальные версии соответствующих языков: Managed C# (управляемый C#), Visual Basic.NET, JScript.NET и т. д.— с течением времени появляются все новые и новые. Но все эти языки обладают не только доступом к .NET Framework, но и возможностью взаимодействовать друг с другом. Совершенно нормальной является ситуация, когда разработчики используют в С# код, написанный на Visual Basic.NET, и наоборот,

Все это обеспечивает немыслимый доселе уровень гибкости и является одной из причин, по которой использование .NET Framework представляется таким перспективным.

Почему C #?

Эта книга будет занимательной для вас по нескольким причинам. Ваши сверстники за последние несколько лет, возможно, изучили С или Паскаль в качестве своих первых языков программирования. Вы же изучите и С, и C#! Как? Да просто потому, что C# включает в себя стандарт ANSI для С и добавляет к нему много нового.

Ваши сверстники, возможно, изучали методологию программирования, называемую структурным программированием. Вы изучите как структурное программирование, так и современную новейшую методологию — объектно-ориентированное программирование. Зачем надо изучать обе эти методологии? Мы определенно предвидим, что объектно-ориентированный подход будет ключевой методологией программирования во второй половине 90-х годов. В этом курсе вы построите многие объекты и будете с ними работать. При этом вы обнаружите, что внутреннюю структуру этих объектов часто лучше создавать с помощью техники структурного программирования. И логика оперирования объектами в ряде случаев выражается лучше с помощью структурного программирования.

Другая причина, по которой мы представляем здесь обе методологии, состоит в том, что в предстоящее десятилетие будет происходить массовый переход от систем, основанных на С, к системам, основанным на C#. На местах существует огромное так называемое «наследие программ на С». С использовался почти четверть столетия и в последние годы его применение стремительно росло. Но те, кто изучил C#, обнаруживают, что его возможности гораздо более мощные, чем у С, и они часто предпочитают переходить на C#. Они начинают переводить свои системы на C# и этот процесс достаточно ярко выражен. Затем они начинают использовать различные свойства C#, известные как «усовершенствования C# по сравнению с С», чтобы улучшить свой стиль написания своих С-подобных программ. Наконец, они начинают пользоваться возможностями объектно-ориентированного программирования на C#, чтобы в полном объеме реализовать преимущества этого языка.

Интересный феномен, наблюдаемый на рынке языков программирования, состоит в том, что многие из основных продавцов продают теперь комбинированный C/C++ продукт охотнее, чем предлагаемые отдельные продукты. Это предоставляет пользователям возможность продолжать программировать на С, если они того пожелают, а затем постепенно продвигаться в сторону C#.

C# имеет шансы стать основным языком разработки программ 90-х годов. Но может ли он быть объектом изучения в начальном курсе программирования — именно для такого курса предназначена эта книга? Мы думаем, что может. Два года назад мы приняли подобный вызов, когда Паскаль являлся основным языком в начальных курсах по вычислительной технике. Мы написали книгу «Как программировать на С» — родную сестру данной книги. Сотни университетов во всем мире используют теперь второе издание «Как программировать на С». Курсы, основанные на этой книге, доказали, что они столь же эффективны, как их предшественники, основанные на языке Паскаль. Между ними не наблюдалось никаких существенных различий, за исключением того, что студенты были более заинтересованы в изучении С, поскольку они знали, что предпочтительнее использовать С, чем Паскаль, и в последующих курсах, и для их будущей карьеры. Студенты, изучающие С, знали также, что они будут лучше подготовлены к изучению C#.

История

Язык C# развился из С, который в свою очередь был создан на основе двух предшествующих языков — BCPL и В. Язык BCPL был создан в 1967 году Мартином Ричардом как язык для написания компиляторов и программного обеспечения операционных систем. Кен Томпсон предусмотрел много возможностей в своем языке В — дубликате BCPL и использовал В для создания ранних версий операционной системы UNIX в Bell Laboratories в 1970 году на компьютере DEC PDP-7. И BCPL, и В были «нетипичными» языками — каждый элемент данных занимал одно «слово» в памяти и бремя обработки элемента данных, например, как целого или действительного числа падало на плечи программиста.

Язык С был развит из В Деннисом Ритчи в Bell Laboratories и первоначально реализован на компьютере DEC PDP-11 в 1972 году. С использует многие важные концепции BCPL и В, а также добавляет типы данных и другие свойства. Первоначально С приобрел широкую известность как язык разработки операционной системы UNIX. Сегодня фактически все новые операционные системы написаны на С или на C#. В течение двух последних десятилетий С стал доступным для большинства компьютеров. С независим от аппаратных средств. При тщательной разработке на С можно написать мобильные программы, переносимые на большинство компьютеров.

В конце 70-х годов С развился в то, что теперь относят к «традиционному С», «классическому С» или «С Кернигана и Ритчи». Публикация издательством Prentice-Hall книги Кернигана и Ритчи «Язык программирования Со привлекла широкое внимание к этому языку. Эта публикация стала одной из наиболее удачных книг по вычислительной технике за все время.

Широкое распространение С на различных типах компьютеров (иногда называемых аппаратными платформами) привело, к сожалению, ко многим вариациям языка. Они были похожи, но несовместимы друг с другом. Это было серьезной проблемой для разработчиков программ, нуждавшихся в написании совместимых программ, которые можно было бы выполнять на нескольких платформах. Стало ясно, что необходима стандартная версия С. В 1983 году при Американском Национальном Комитете Стандартов в области вычислительной техники и обработки информации был создан технический комитет X3J11, чтобы «обеспечить недвусмысленное и машинно-независимое определение языка». В 1989 году стандарт был утвержден. ANSI скооперировался с Международной Организацией Стандартов (International Standards Organizations — ISO), чтобы стандартизировать С в мировом масштабе; совместный стандарт был опубликован в 1990 году и назван ANSI/ISO 9899: 1990. Копии этого документа можно заказать в ANSI. Второе издание книги Кернигана и Ритчи, вышедшее в 1988 году, отражает эту версию, называемую ANSI С; эта версия языка используется теперь повсеместно.

Visual Studio.NET

В данной книге для разработки всех программ на С#, начиная от самых простых примеров использования командной строки и заканчивая более сложными типами создаваемых проектов, мы будем применять Visual Studio.NET (VS),

VS не является обязательным для создания приложений на С#, однако эта система существенно упрощает жизнь программиста. Конечно, мы можем (при желании) производить манипуляции над файлами с исходным кодом на С# с помощью обычного текстового редактора (вроде широко распространенного приложения Notepad) и компилировать код в модули с помощью компилятора командной строки, который является составной частью .NET Framework. Но зачем это делать, если имеется такой мощный инструмент, как VS?

Ниже приводится краткий перечень возможностейч УБ, благодаря которым эта система является наиболее привлекательным средством разработки в .NET;

□   VS автоматически выполняет все шаги, необходимые для компиляции исходного кода, и одновременно позволяет управлять всеми используемыми опциями, если мы пожелаем их переопределить,

□   Текстовый редактор VS настроен для работы с теми языками, которые поддерживаются VS (включая С#), поэтому он может интеллектуально обнаруживать ошибки и подсказывать в процессе ввода, какой именно код необходим,

□       В состав VS входят программы, позволяющие создавать приложения

в Windows Forms и Web Forms путем простого перетаскивания мышью элементов пользовательского интерфейса.

□       Многие типы проектов, создание которых возможно на С#, могут разрабатываться на основе "каркасного" кода, заранее включаемого в программу. Вместо того чтобы каждый раз начинать с нуля,

VS позволяет использовать уже имеющиеся файлы с исходным кодом, что уменьшает временные затраты на создание проекта.

□   В состав VS входит несколько вспомогательных программ, которые позволяют автоматизировать выполнение наиболее распространенных задач; причем многие из этих программ могут добавлять необходимый код в уже существующие файлы, так что программисту не придется беспокоиться (а в некоторых случаях н вообще вспоминать) о соблюдении синтаксических правил.

□   VS имеет большое количество мощных инструментов, благодаря которым можно просматривать отдельные элементы проекта или осуществлять

в них поиск, независимо от того, являются ли эти элементы файлами

с кодами на языке С# или представляют собой какие-либо иные ресурсы,

например, двоичные графические или звуковые файлы,

□       Распространять приложения в VS столь же просто, как и писать их:

VS облегчает передачу кода клиентам и позволяет им инсталлировать его без каких-либо проблем.

□       VS допускает использование совершенных методов отладки при разработке проектов: например, пошаговое выполнение кода, когда выполняется один оператор за раз, что дает возможность следить за текущим состоянием приложения.

И это далеко не все преимущества VS!

Решения VS

Когда мы используем VS для разработки приложений, то мы делаем это через создание решений. В терминах VS решение — это нечто большее, чем просто приложение. Решения состоят из проектов, среди которых могут быть "проекты Windows Forms", "проекты Web Forms" и т. д. Решения могут включать несколько проектов, что позволяет группировать логически взаимосвязанные части кода в одном месте, даже если они в действительности компилируются в разные модули, расположенные в различных местах на жестком диске. Такая возможность оказывается очень полезной, поскольку она позволяет работать над "разделяемым" кодом (который может быть помещен в кэш глобальных модулей) одновременно с приложениями, использующими этот код. Отладка программ оказывается намного легче, когда имеется единая среда разработки, в которой применяется пошаговое выполнение операторов в различных модулях,

Итоги

В данной главе было дано общее описание .NET Framework н рассмотрено, каким образом эта система упрощает разработку эффективных н гибких приложений, Вы познакомились с процессом превращения программ, написанных на таких языках, как С#, в работающие приложения, и узнали, выгоды можно извлечь из использования управляемого кода, запускаемого под управлением единой системы выполнения программ CLR.NET.

Также было рассказано, что представляет собой С#, какое отношение он имеет к .NET Framework, и дано описание инструмента, который будет использоваться для выполнения разработок на С#,— Visual Studio.NET.

В следующей главе мы с помощью VS создадим работающий код на С#; полученные при этом знания в дальнейшем позволят нам сконцентрироваться собственно на языке С# и не уделять излишнего внимания работе VS.

Введение в объектное ориентирование начинается с главы 1!

Большинство вузовских профессоров, которые будут учить по этой книге, преподавали процедурное программирование много лет (вероятно, на С или Паскале) и имеют, возможно, некоторый опыт преподавания объектно-ориентированного программирования. C# сам по себе не является чисто объектно-ориентированным языком. Скорее он является гибридным языком, дающим возможность и процедурного, и объектно-ориентированного программирования.

Так что мы выбрали следующий подход. Первые пять глав книги знакомят с процедурным программированием на C#. Они описывают принципы программирования, управляющие структуры, функции, массивы, указатели и строки. Эти главы освещают компоненты С ANSI в C# и усовершенствования С, сделанные в C#.

В главе 1 раздел «Размышления об объектах» знакомит с концепциями и терминологией объектной ориентации. Соответствующие разделы глав 2-5 представляют набор требований для создания серьезного проекта объектно-ориентированной системы, а именно — программы моделирования лифта, и проводят студента через типичные этапы процесса объектно-ориентированного проектирования. В этих параграфах рассматривается, как идентифицировать объекты в задаче, как определить атрибуты и функции объекта и как определить взаимодействия объектов. К тому времени, когда студент завершил главу 5, он (или она) уже провел тщательное объектно-ориентированное проектирование модели лифта и готов, если не жаждет, начать программирование лифта на C#.

Об этой книге

Книга «Как программировать на C#» содержит богатый набор примеров, упражнений и проектов, взятых из различных областей, чтобы дать студенту возможность решать действительно интересные и жизненные задачи.

Книга решает прежде всего задачи обучения. Например, фактически по каждой новой теме как C#, так и объектно-ориентированного программирования, приводится законченная рабочая программа на C# и тут же показывается результат ее выполнения. Чтение этих программ весьма похоже на их ввод в компьютер с последующим прогоном.

Упражнения варьируются от простых вопросов на повторение пройденного до серьезных задач программирования и крупных проектов. Преподаватели, ищущие темы для курсовых проектов, найдут много подходящих задач в упражнениях глав 3-18.

Имеется пособие для преподавателя на дискетах в форматах PC и Макинтош с программами, встречающимися в основном тексте, и ответами на почти все вопросы, помещенные в конце глав (к данному изданию эти дискеты не прилагаются — прим. ред.).

При написании этой книги мы использовали варианты компиляторов C#, работающие на рабочих станциях Sun SPARCstation, компьютерах Apple Macintosh (Symantech Си++), IBM PC (Turbo C#, Borland C#, CSET++ фирмы IBM и Microsoft C/C++ версии 7 и Visual C#) и DEC VAX/VMS (DEC C#). Большая часть программ из текста книги будут работать на всех этих компиляторах при незначительной их модификации или вовсе без таковой. Мы публикуем версии, разработанные нами на Borland C#.

План

План главы помогает студенту обозреть весь изучаемый материал. Это также помогает студенту знать, что будет далее, и выбрать удобный и эффективный темп обучения. [Мелочи: книга содержит 2132722 печатных символа и 342980 слов.]

Возможности C# иллюстрируются рядом законченных рабочих программ на C#. Тут же показываются результаты выполнения этих программ. Это позволяет студенту убедиться, что программы работают, как ожидалось. Сопоставление результатов с операторами программы, дающими эти результаты, является отличным путем изучения и укрепления знаний. Наши программы демонстрируют различные особенности C#. Внимательное чтение книги во многом похоже на набор и прогон этих программ на компьютере.

По нашему опыту, научить студентов написанию ясных, понятных программ — это едва ли не наиболее важная задача первого курса программирования.

Так что сегодня делается большой упор на мобильность, то есть на способность программного обеспечения работать на разнообразных компьютерных системах при незначительном его изменении или даже вообще без изменений. Многие рекламируют C# как язык, подходящий для разработки мобильного программного обеспечения, основываясь на том, что C# тесно связан с С ANSI, и на том, что скоро появится стандартная версия C# ANSI. Некоторые считают, что если они разработали прикладную программу на C#, то она автоматически будет мобильной. Это просто не соответствует действительности. Достижение мобильности требует аккуратного и осторожного проектирования. На этом пути есть много «подводных камней».

Резюме

Каждая глава заканчивается дополнительным педагогическим приемом резюме. Мы представляем в виде списка основные итоги главы. Это помогает студентам просмотреть и закрепить ключевые вопросы данной главы.

Терминология

Мы включаем в каждую главу раздел «Терминология» с алфавитным списком важных терминов, определения которых даны в главе, для их дальнейшего закрепления.

525 заданий для самопроверки и ответов на них (при счете учтены отдельные части заданий)

Задания для самопроверки и ответы на них включены в книгу для целей самообучения. Они дают возможность студенту обрести уверенность в знании материала и подготовиться к основным упражнениям. 763 упражнения (решения в пособии преподавателя; при счете учтены отдельные части заданий) Каждая глава завершается большим набором упражнений, включающих:

•  простое напоминание важных терминов и принципов;

•  написание отдельных операторов на C#;

•  написание небольших функций и классов на C#;

•  написание законченных функций, классов и программ на C#;

•  написание крупных курсовых проектов.

Большое количество упражнений позволяет преподавателям приспосабливать свои курсы к потребностям конкретной аудитории и варьировать курсовые задания каждый семестр. Преподаватели могут использовать эти упражнения для составления домашних заданий, кратких опросов и проведения экзаменов. Книга разделена на несколько крупных частей. Первая часть — главы с 1 по 5, представляет собой детальное изложение процедурного программирования на C#, включая типы данных, ввод-вывод, управляющие структуры, функции, массивы, указатели и строки.

Обзор книги

Теперь давайте рассмотрим каждую главу в отдельности.

Глава 1, «Введение в C#», объясняет, что такое компьютер, как он работает и программируется. Глава знакомит с понятиями структурного программирования и объясняет, почему этот набор методик произвел революцию в разработке программ. В главе дается краткая история развития языков программирования от машинных до языков ассемблера и языков высокого уровня. Рассматривается происхождение языка C#. Глава включает знакомство с типичной средой программирования на C# и дает сжатое введение в технику написания программ на C#. Приводится подробное рассмотрение принятия решений и арифметических операций, представленных в C#. После изучения этой главы студент станет понимать, как писать простые, но законченные программы на C#.

Глава 2, «Управляющие структуры», знакомит с понятием алгоритма решения задачи. Объясняется важность эффективного использования управляющих структур в создании программ, которые понятны, легко отлаживаются, поддерживаются и с большой вероятностью работают с первой попытки. Глава знакомит со структурами следования, выбора (if, if/else и switch) и повторения (while, do/while и for). В ней подробно исследуется повторение и сравниваются варианты циклов, управляемых счетчиком и меткой. Глава объясняет методику нисходящей пошаговой детализации, которая является ключевой для создания хорошо структурированных программ, и представляет популярное средство построения программ — псевдокод. Методы и подходы, используемые в главе 2, способствуют эффективному применению управляющих структур в любом языке программирования, а не только в C#. Эта глава помогает студенту выработать навыки качественного программирования в преддверии более серьезных задач, с которыми он встретится далее. Глава завершается рассмотрением логических операций && (И), || (ИЛИ) и ! (НЕ).

Введение

Добро пожаловать в C#! Мы немало поработали над созданием для вас книги, которая, как мы надеемся, достаточно информативна, занимательна и поучительна. C# трудный язык, который может быть глубоко изучен только опытными программистами, так что эта книга уникальна среди учебников по C#:

• Она предназначена для специалистов технической ориентации с небольшим опытом программирования или вообще без такового.

Она предназначена для опытных программистов, которые хотят проработать язык более глубоко.

ВВЕДЕНИЕ В КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Цели

- понять структуру вычислительной техники

- изучить операционные системы

- познакомиться с компьютерным языком

- План

- о компьютере

- операционная система Windows

- операционная система Linux

- язык программирования C#

- среда для моделирования технологических процессов

- требования к аппаратным средствам

1.1 О компьютере

Компьютер - это прибор, способный производить вычисления и принимать логические решения в миллионы или даже миллиарды раз быстрее человека. Например, многие из современных персональных компьютеров могут выполнять десятки миллионов операций сложения в секунду. Человеку, работающему с настольным калькулятором, потребовались бы десятилетия для того, чтобы завершить тот же самый объем вычислений, который мощный персональный компьютер выполняет за одну секунду. (Информация к размышлению: Как вы могли бы узнать, правильно ли человек сложил числа? Как вы могли бы узнать, правильно ли компьютер сложил числа?) Сегодняшние самые быстрые суперкомпьютеры могут выполнять сотни миллиардов операций сложения в секунду — это примерно столько же, сколько сотни тысяч людей могут выполнить за год. А в исследовательских лабораториях уже функционируют компьютеры с быстродействием в триллионы операций в секунду.

Компьютеры обрабатывают данные под управлением наборов команд, называемых компьютерными программами. Эти компьютерные программы направляют действия компьютера посредством упорядоченных наборов действий, описанных людьми, называемыми компьютерными программистами.

Разнообразные устройства (такие как клавиатура, экран, диски, память и процессорные блоки), входящие в состав компьютерной системы, называются аппаратными средствами. Компьютерные программы, исполняемые компьютером, называются программным обеспечением. Стоимость аппаратных средств в последние годы существенно снизилась и достигла уровня, когда персональные компьютеры превратились в предмет массового потребления. К сожалению, стоимость разработки программного обеспечения неуклонно росла, так как программисты создавали все более мощные и сложные прикладные программы, не имея средств улучшить технологию их разработки. В этой книге вы изучите апробированные методы создания программного обеспечения, которые могут снизить его стоимость структурное программирование, нисходящую пошаговую детализацию, функционализацию и объектно-ориентированное программирование.

Компьютеры, которые 25 лет назад занимали большие помещения и стоили миллионы долларов, ныне могут быть вписаны в поверхность кремниевых микросхем, размером меньших ногтя на пальце и стоящих, возможно, всего несколько долларов каждая. Ирония судьбы заключается в том, что кремний является одним из наиболее распространенных на земле материалов — он входит в состав обычного песка. Технология кремниевых микросхем сделала вычисления настолько экономичными, что во всем мире используется около 200 миллионов компьютеров общего назначения, помогающих людям в бизнесе, производстве, управлении и личной жизни. За несколько лет это число может легко удвоиться.

Когда мы говорим о компьютере, первое, что мы представляем - это металлический ящик, обвешанный проводами. Или - компактный ноутбук в «дипломате». Во всех случаях мы правы, и во всех случаях делаем одну и ту же ошибку. Ведь каким бы модным, умелым и мощным не был компьютер, сама по себе эта куча металла, пластика и кремния не умеет ничего. «Железо» - «плоть» компьютера. А его дух - программное обеспечение, которое, собственно, и заставляет процессорное сердце компьютера биться с чудовищной скоростью, гоня по железным «венам» цифровую кровь.

Но и сами программы довольно беспомощны - всем им нужен некий посредник, который позволял бы работать с компьютерным железом. Сколько бы ни было в компьютере программ, всем им необходима единая ПЛАТФОРМА. Единый, общий язык, на котором они смогут общаться с компьютерным «железом» с одной стороны и с пользователем - с другой. Помощник, который снимет с их плеч решение самых распространенных проблем. Им нужнаоперационная система!

1.2 Операционная система Windows

Сама операционная система (ОС) - это своего рода буфер-передатчик между компьютерным железом и остальными программами. ОС принимает на себя сигналы-команды, которые посылают другие программы, и переводит их на понятный машине язык. ОС управляет всеми подключенными к компьютеру устройствами, обеспечивая доступ к ним другим программам. Наконец, ОС - обеспечить человеку-пользователю удобство работы с компьютером.

Первыми удачными версиями Windows считаются 3.1 и 3.11 (с поддержкой сетевого режима) рис.1.1, увидевшие свет в 1992-1993 годах. Однако впервые Windows приблизилась к своему нынешнему облику лишь через два года, с выходом по-настоящему революционной системы Windows 95.

Рис. 1.1. Первая ОС от Microsoft Windows 3.1 (дата выхода 18 марта 1992)

Впрочем, еще в 1993 году Microsoft начала работу над новой линейкой ОС, построенных на принципиально новом ядре. Ее основателем стала операционная система Windows NТ, рассчитанная на профессионалов и корпоративных пользователей. Несмотря на то, что интерфейс NT не слишком отличался от других версий Windows, устроена она была совершенно иначе - с большим упором на стабильность. Для новой ОС была даже разработана новая защищенная файловая система NTFS (NT File System).

Оба варианта Windows развивались параллельно вплоть до конца столетия. В двадцать первый век человечество должно было войти уже с новой системой...

С самого начала разработчики Vista дали понять, что их детище будет не очередным «латанием» старой ОС, а чем-то принципиально новым. Отчасти так и вышло -были полностью переработаны даже те элементы интерфейса, которые оставались неизменными со времен Windows 95. Другим стало и ядро системы - более надежным и стабильным. Улучшилась поддержка нового «железа». Обновились и традиционные программы - например, Internet Explorer. Привычный почтовый клиент Outlook Express уступил место новой программе под названием Почта Windows.

Наконец, новая Windows впервые стала по-настоящему интернациональной: выпуск отдельных версий для каждого языка ушел в прошлое, а превратить Vista из англоязычной в русскоязычную стало возможно, просто скачав с сайта Microsoft специальное дополнение. Модернизации подверглось всё, начиная с процедуры установки и заканчивая внешним видом меню Пуск. Пожалуй, последний раз столь кардинальную перелицовку старого «костюма» мы видели лишь при переходе с Windows 3.1 на Windows 95...

Основные преимущества Windows Vista:

Windows Vista действительно стала более защищенной рис. 1.2: ее оболочка и драйверы устройств окончательно отделены от ядра. Собственно, отчасти это было сделано еще в Windows ХР, но в Vista риск «положить» всю систему из-за сбоя очередного драйвера гораздо ниже. Кроме того, в Windows Vista появилась система UAC (User Account Control), которая, в теории, должна была надежно защитить компьютер от вторжения шпионских программ, вирусов и «троянов». С этой благой целью пользователь в Vista был несколько понижен в правах: если после установки ХР вы тут же становились «Администратором» и получали полный контроль над системой, то в Vista вы - всего лишь рядовой пользователь, и доступ к системным файлам для вас закрыт. К тому же при запуске новой программы вам необходимо подтвердить, что она безопасна для компьютера, и вы используете ее в относительно здравом уме и полностью осознавая последствия этого шага.

Наконец, в Vista Ultimate включена система шифрования диска BitLocker - возможно, это оценят бизнесмены, на которых эта дорогостоящая модификация и рассчитана. Но шифровать жесткий диск домашнего компьютера, на котором нет никакого криминала? К тому же для шифрования диска существует множество бесплатных программ на базе алгоритма PGP.

Трехмерный интерфейс Aero. Красиво, ничего не скажешь - все эти объемные тени, выпуклые бочонки значков, трехмерное меню переключения окон. Не сделать этого Microsoft просто не могла, ведь основные конкуренты Windows - MacOS и Linux -обзавелись этими игрушками уже давно. Другое дело, стоит ли эта красота существенного снижения производительности?

Расширенная система управления памятью. Фирменная «примочка» Ready Boost способна серьезно повлиять на скорость работы системы за счет кэширования файлов - но только при большом объеме оперативной памяти (2 Гб и выше). При меньшем количестве памяти выигрыша практически не дает. В Vista используется и другая технология - SuperFetch, позволяющая увеличить быстродействие системы за счет использования дополнительной флэш-памяти. Что ж, резон в этом есть: 4-гигабайтный флэш-брелок стоит столько же, сколько гигабайт обычной оперативки - хотя отнюдь не является конкурентом последней по скорости. Но некоторый выигрыш в производительности эта система все же дает - на «слабых» компьютерах, оснащенных 512-1024 Мб оперативки. Хотя рациональность установки Vista на такие компьютеры вообще сомнительна.

Рис. 1.2. Windows Vista (дата выхода 8 ноября 2006)

Улучшенная поддержка нового «железа» , 64-разрядных процессоров и большого объема памяти. Крыть тут противникам Vista нечем: качество 64-разрядной версии ХР было ниже всякой критики. Мощь современных многоядерных процессоров может по-настоящему использовать лишь Vista. Правда, взамен мы получаем море проблем не только со старым, но и новым «железом», для которого производители так и не удосужились написать новые драйверы: например, покупатели дорогостоящих звуковых карт от Creative вынуждены были ждать полноценных драйверов аж до осени 2007 года!

Улучшенная система поиска. Значительно улучшился механизм поиска файлов: в отличие от невероятно медленного поиска в Windows ХР, которым мог пользоваться только отъявленный мазохист, выуживать из общей кучи нужные файлы в Vista довольно просто. Значительно изменился Проводник - теперь в нем присутствуют специальные поля для быстрой сортировки и фильтрации файлов. Однако до возможностей таких программ (подчеркну - бесплатных!) как Google Desktop или Персональный поиск от Яндекса ей по-прежнему далеко, как до луны.

Панель Гаджетов, на которую можно вынести множество программ-информаторов (трехмерные часы, миниатюры фотографий из папки Документы, индикаторы загрузки процессора и т. д.). Кроме стандартных программ на Sidebar можно добавить множество мелких программ-гаджетов (их начали активно разрабатывать еще задолго до официального выпуска Vista). Эту «фишку» Microsoft пыталась добавить к Windows еще пять лет назад: прототип нынешнего Sidebar входил в одну из первых версий Microsoft Plus! Тогда новинку пользователи отвергли, но теперь от навязчивой панели будет просто некуда деться. Мило -но совершенно бесплатно и в большем количестве все это есть в уже упомянутой программе Google Desktop.

Центр Настройки и новая Панель управления . Для пользователей-новичков это действительно ценный подарок: благодаря этим программам настраивать систему стало гораздо проще. Опытным же «юзерам» эти надстройки, правда, могут показаться слишком перегруженными и помпезными...

Улучшенная поддержка мобильных устройств (центр Windows Mobile). Одно из самых больших преимуществ Vista - правда, оценить его смогут лишь владельцы карманных компьютеров и смартфонов на платформе Windows Mobile.

Вообще-то поначалу Microsoft обещала нам гораздо больше, однако часть заявленных новинок так и не была воплощена в жизнь. Шумно разрекламированный трехмерный интерфейс оказался НЕ СОВСЕМ трехмерным, а файловая система WinFS будет поставляться лишь в качестве опции (по-видимому, с ней смогут работать и пользователи Windows ХР).

Системные требования Windows Vista (мы говорим о РЕАЛЬНЫХ требованиях, а не о тех, что рекомендует сама Microsoft) скромными не назовешь:

■ Процессор - двухядерный, с частотой от 2 ГГц.

■Память - от 2 Гб.

■Видеоплата (в игровом компьютере) - с поддержкой DirectX 10 (GeForce 8 и старше).

■       Жесткий диск - от 100 Гб (только для себя система забронирует около 10 Гб, плюс вдвое больше - для необходимых программ).

Это не значит, что более слабая машина под Vista работать откажется, совсем нет. Другой вопрос - насколько комфортной и удобной будет эта работа.

Модификации Windows Vista:

Starter Edition. Версия с минимальными функциями - отсутствует трехмерный интерфейс, позволяет запускать не более трех программ, практически не содержит средств для работы в Сети. Словом - скорее бесплатная «демонстранта», чем полнофункциональная версия. Потребительская стоимость - 0 руб., магазинная – 1000-1500 руб.

Home Basic Edition . Базовая версия. Не слишком далеко ушла от Starter правда, в составе Windows появился Internet Explorer 7 и модуль защиты Defender... Трехмерный интерфейс Aero по-прежнему отсутствует. Обычно поставляется вместе с готовыми компьютерами и ноутбуками, но продается и отдельно (цена - около 3000 руб).

Home Premium Edition . Расширенная (а точнее сказать, полноценная) домашняя версия, включающая дополнительные функции Windows Медиацентр (поддержка телевидения высокой четкости - HDTV, запись телепрограмм и создание DVD), Фотоальбом, Родительский контроль и - наконец-то! - трехмерный интерфейс Aero! Цена - около 5000 руб за «коробочную» версию.

Business Edition . Для использования в офисе корпоративных пользователей. Возможна работа в режиме сервера, расширенные возможности работы в локальной корпоративной сети, шифрование данных, резервное копирование дисков. Зато мультимедийных функций в системе практически нет. Цена - 7000 руб.

Enterprise Edition . Расширенная «бизнес-версия». Совместима с Virtual PC. Добавлены механизмы шифрования данных, многоязычный интерфейс.

Ultimate Edition . Для самых продвинутых и требовательных индивидуальных пользователей. Сочетает преимущества домашней и бизнес-версии, а также содержит новые модули типа программы для шифрования жесткого диска (BitLocker). Кроме того, для Ultimate выпущены невероятно полезные программы-дополнения, например Dreamscene. Цена - 9000 руб.

Каждая версия существует еще в двух модификациях - 32 и 64-битной. На современный компьютер с процессором AMD х2 или Intel Core2Duo можно ставить любую версию (эти процессоры поддерживают оба режима). Принципиальная разница лишь в объеме поддерживаемой памяти.

Если в системе более 2 Гб оперативки - ставьте 64-разрядную версию (теоретически 32-битная Vista способна поддерживать до 4 Гб оперативной памяти, однако на деле проблемы начинаются уже при вдвое меньшем объеме). К тому же эта модификация может задействовать процессор по максимуму, что сказывается на скорости работы в «тяжелых» приложениях. Правда, имеются проблемы с драйверами, в особенности для старого «железа» - найти драйвер для 32-разрядной версии гораздо проще. Да и многие программы работать с 64-разрядной Vista отказываются наотрез.

Вообще же новая политика Microsoft, которая почему-то считает владельцем Windows не вас лично, а ваш компьютер, ничего кроме недоумения и чувства протеста вызвать у нормальных людей не может...

Помимо высокой цены, у Vista есть еще масса других проблем - она «дружит» далеко не со всеми программами, в интерфейсе у новой ОС масса недоработок и несуразностей. И, кончено же, ее аппетиты отнюдь не соответствуют тем преимуществам, которые она РЕАЛЬНО предоставляет пользователю. Но ведь то же самое происходило на первых порах и с ХР, а сегодня, после выпуска пакета обновлений Service Pack 1 для Vista, многие ее недостатки наконец-то устранены. Так что если вы покупаете новый компьютер именно сейчас, в конце 2007 - начале 2008 года - смело ставьте Vista: все равно нам с вами никуда от нее не деться...

Правда, прощание с ХР явно затянется - в отличие от домашних пользователей крупные организации не спешат бросаться в омут Vista с головой. Более того, на первых порах в ряде компаний и госучреждениях США существовал прямой запрет на установку Vista, а кое-где он существует и по сей день. Так что ситуация «двоевластия» (дома - Vista, на работе, в школе и в институте - ХР) продлится еще минимум два года... А к этому времени, возможно, Microsoft успеет разродиться новой ОС, известной сегодня под кодовым названием Vienna...

Windows 7 (ранее известная под кодовыми названиями Blackcomb и Vienna) — название новой операционной системы семейства Windows, последующей за Windows Vista [1], которая предположительно должна выйти в конце 2009 г рис. 1.3.

Рис. 1.3. Windows 7 Beta 6.1.6956 (тестовая версия 12 декабря 2008)

В состав Windows 7 должны войти некоторые разработки, исключенные из Windows Vista как и новшества в интерфейсе и встроенных программах. Windows 7 должна стать новым шагом в развитии операционных систем Microsoft.

Windows 7 будет обладать поддержкой multitouch-мониторов. Эта возможность была продемонстрирована [2] Microsoft на ежегодной конференции TechEd'08 в Орландо. В ходе демонстрации использовалась сборка 6.1.6589, а также опытная модель ноутбука с multitouch-экраном. По некоторым данным в Windows 7 будет частично реализован функционал, запланированный в Longhorn (она же Vista). Также планируется более тесная интеграция с программами и сервисами Windows Live.

Считается, что преемниками Windows Vista будут разрабатываемые клиентская и серверная версии Windows 7, ожидающиеся в 2009—2010 годах.

Согласно Paul Thurrott, Milestone 3 (сборка 6780) была разослана сотрудникам и близким партнерам Microsoft в первой неделе Сентября 2008. Mary Jo Foley из ZDNet [7] и Stephen Chapman из UX Evangelist [8] описали сборку визуально и функционально схожей с Windows Vista, однако некоторые встроенные приложения теперь имели «Ribbon» интерфейс, как в Office 2007. Были удалены множество приложений, встроенных в предыдущие версии Windows (такие как: Календарь, Фотоальбом, Mail, Meeting Space и Movie Maker). Эти приложения доступны для загрузки в Windows Live.

В конце декабря 2008-го в Сеть утекла очередная тестовая версия, пронумерованная как build 7000. Считается, что именно эта сборка будет распространена среди зарегистрированных тестеров компании как первая официальная бета новой системы, Windows 7 Beta 1.[12]

Некоторые другие функции, первоначально запланированные в Windows Vista могут быть реализованы в Windows 7.

Для Windows 7 Microsoft взяла интерфейс Vista Aero и модернизировала его, хотя он не имеет ничего общего со слухами о новом интерфейсе с кольцом команд на экране. Отнюдь, интерфейс поддерживает новую "Панель задач/Taskbar" которая сочетает кнопки запуска приложений, наиболее часто используемых, с иконками приложений, уже запущенных, так что вам не придётся переключаться между панелью задач, меню "Пуск/Start" и панелью "Быстрого запуска/Quick Launch". Вы может переносить иконки в меню "Пуск/Start" из него, а также выбирать желаемый порядок иконок, не зависящий от порядка, в котором вы запускали приложения. Версия пре-бета "milestone 3", которую Microsoft дала разработчикам, посетившим Professional Developer Conference, не имеет новой панели задач, однако новый интерфейс присутствует в более новом внутреннем билде, который нам тоже показали. Располагать окна стало легче; просто перетащите окно на верхнюю часть экрана, и оно максимально раскроется; переместите окно на край экрана, и оно закроется наполовину, чтобы облегчить процесс копирования/вставки.

В Windows Vista появился быстрый просмотр приложений в панели задач, который выводит уменьшенный экран работающего приложения, стоит только навести на него курсор мыши. Хотя, конечно, вы получите только приблизительное представление о том, что в данный момент делает программа. Все уменьшенные экраны были одного размера, и приложение, развёрнутое на весь рабочий стол, имело такой же размер экрана, что и, например, индикатор копирования. Windows 7 пошла намного дальше. Приложения получили собственные места на панели задач, и теперь вы можете навести курсор мыши на уменьшенный экран, чтобы просмотреть его в полном размере. Если окно вам больше не требуется, вы можете закрыть его из предварительного просмотра - без переключения в само приложение. Со вкладками Internet Explorer обошлись точно так же, каждая вкладка выводится отдельно.

Новой функцией в Windows 7 стали Jump Lists (списки перехода?) которые делают иконки панели задач более продуктивными, расширяя функцию "Недавние документы" в XP и Vista путём её привязки к отдельным приложениям. Щелчок правой клавиши мыши по иконке Word показывает самые свежие документы, которые вы редактировали. При этом Word может не меняться - за все эти функции отвечает Windows 7. Jumps Lists есть как у иконок в панели задач, так и в приложениях меню "Пуск/Start". Но если приложения написаны с учётом работы под Windows 7, то Jump Lists становятся ещё более мощными. Media Player получил опцию перезапуска плей-листов, а Explorer отображает историю и наиболее часто посещаемые web-сайты.

Многие годы Media Player входит в состав Windows. Работа с ним под Vista и XP была примерно одинаковой: запускалось "тяжёлое" приложение, которое интенсивно нагружало процессор, занимало много места на экране и в памяти даже для того, чтобы проиграть несколько простых мелодий. Windows 7 использует новый подход с "лёгким" мини-плеером, который можно запустить иконкой с панели задач; он замещает мини-панель Media Player в XP и Vista. Вы можете использовать его для предварительного просмотра фильмов и фотографий, или для управления музыкой, которая играет на вашем компьютере. Если вы подключены к сетевой домашней группе (HomeGroup) вы сможете использовать мини-плеер внутри Explorer при поиске музыки в музыкальной коллекции.

Меню "Пуск/Start" Windows 7 вернулось к двум панелям Windows XP, и если приложение использует стандартную опцию "Most Recent Documents/Недавние документы", оно автоматически выводит Jump List в меню "Пуск" так же хорошо, как и на панели задач. Так, у Paint и Internet Explorer есть Jump Lists, но у Outlook нет. По теории Microsoft, вы не будете очень часто пользоваться Explorer, поскольку вы будете получать список недавних документов в Jump Lists, но если вы всё таки запустите Explorer, вы сразу же можете перейти к папкам, которыми вы пользуетесь чаще всего (Frequent) или к папкам, которые вы открывали в последние несколько дней (Recent).

Идея Jump lists также используется и в новой функции "View Available Network/Просмотр доступных сетей". Вместо прохода через многие диалоги подключения, чтобы подсоединиться к беспроводной сети, теперь можно быстро выбрать нужную беспроводную сеть из значка беспроводных подключений в трее. Всё, что вам требуется - выбрать сеть, которую вы хотите использовать, после чего нажать клавишу "Connect/Подключиться". Если нужно ввести сетевой ключ защиты, то будет предложен соответствующий диалог, а если нужно войти через web-страницу, то на ней вы и окажетесь. Тот же самый список позволяет подключаться к мобильным широкополосным сетям через 3G-модем или к корпоративным VPN-сетям.

Не знаю, может быть, при наличии нужного видеодрайвера система поразила бы меня визуальными эффектами. Система достаточно шустра и отзывчива. После загрузки ОС зарезервировала около 480Мб оперативной памяти.

Гаджеты нынче интегрированы в оболочку Explorer. Можно щелкнуть на рабочем столе и выбрать "Add Gadget" или "Hide Gadget". Появился новый гаджет "Windows Media Center", отображающий информацию о воспроизводимой в WMC мультимедиа. В том же самом меню "Display" курсовые - 700 р.
Работы, похожие на Учебное пособие: Компьютерное моделирование технологических процессов