Разработка ППП является одним из основных направлений развития ПО ПК. Именно благодаря этому виду прикладного программного обеспечения ПК приобрели всеобщую популярность и стали необходимым инструментом, используемым в самых различных областях человеческой деятельности от бухгалтерии и отдела кадров до производственных и научных подразделений, спортивных мероприятий и развлекательных центров. При этом пользователь получил необходимый универсальный компьютер, не требующий знаний программирования и его разработки в большинстве массовых приложений. Это его выгодно отличало от ЭВМ предыдущих поколений и позволило многократно увеличить эффективность использования компьютерных технологий.
Широкий спектр ППП можно условно разделить на три иерархических уровня по степени распространения и частоте использования.
На нижнем уровне находятся пакеты универсального применения не связанные с конкретными приложениями – областями применения. Именно с этими пакетами связано массовое внедрение персональных компьютеров в самые разнообразные сферы деятельности человека.
На этом уровне, по-видимому, самыми популярными и наиболее часто используемыми являются ППП для подготовки текстов (технологии обработки текстовой информации). Диапазон применения таких ППП широк, а их разновидности определяются сферой применения от сравнительно простых текстовых редакторов (text – editor), которыми оснащаются (и оснащались ранее до появления персональных компьютеров) любая ОС и различные инструментальные среды для общения с пользователем и подготовки текстов программ с помощью полноэкранных редакторов до редакционно-издательских систем. Однако в современном представлении основными ППП для подготовки текстов являются так называемые текстовые процессоры (word – processor), запоминающие промежуточное положения, применяемые для подготовки статей, отчетов и т.п. и получившие наиболее широкое распространение. В рамках программного обеспечения персональных компьютеров их было разработано довольно много. Текстовые процессоры иногда разделяют на редакторы общего назначения (MS Word, Word Perfect и др.), редакторы научных текстов (Chi Writer, Tex и др.). По мере повышения производительности ПК функциональность и их эффективность повышаются.
Среди основных функций, которыми обладают все редакторы подобного класса, следующие:
создавать – означает набирать на клавиатуре текст, который при этом отражается на мониторе;
хранить – означает работу с файлами – сохранение на системном диске в виде файла, считывание с диска (файла) и его просмотр с перемещением (вверх-вниз, влево-вправо), копирование на сменные носители и т.п.;
редактировать. Среди традиционных функций всех текстовых процессов: строчное редактирование (вставка символов, их замена, удаление и т.п.), работа с группой строк (пометка фрагмента текста с размещением его в буфере и вставка в любое место текста или его удаление, «резка и склейка» строк и т.п.), быстрое перемещение курсора, контекстный поиск – по заданным фрагментам текста, орфографический и синтаксический контроль.
Более сложные функции, характерные для «продвинутых» редакторов следующие:
расположение текста в колонки;
включение графической информации;
сборка оглавления;
поддержка ссылок на страницы и примечание;
деловая и иллюстративная графика;
математические функции;
контроль опечаток, словарь и т.п.;
вывод на печать – обычно редакторы могут работать со многими шрифтами и алфавитами. При печатании документов возможен выбор принтера, жирности шрифта, подчеркивание слов, форматирование таблиц и т.п.
По-существу, компьютер превратился в супераналог пишущей машинки. Правда, следует отметить сложность освоения мощных редакторов и их низкую производительность, требующую определенного опыта и постоянного использования. В связи с этим при подготовке текстов программ обычно используются простые редакторы, встроенные в соответствующие инструментальные среды.
Наиболее высокий уровень ППП по подготовке текстов представляют редакционно-издательские системы, их сравнительно немного и они представляют специализированные системы, выходящие за пределы рассматриваемого класса ППП.
Иногда к редакторам текста относят также Web-редакторы (упоминавшийся ранее HTML) применяемые для подготовки Web-страниц Internet, а также программы Браузеры, предназначенные для просмотра электронных документов, выполненных в формате HTML. Однако эти средства не являются ППП рассматриваемого класса и относятся к инструментальным средствам компьютеров.
Особую группу ППП ПК составляют графические редакторы, ориентированные на растровую и векторную графику, с помощью которых можно, как создавать новые изображения, полученные с помощью сканера, видеокамеры, цифровой фотоаппаратуры и других средств. Однако они также не относятся к рассматриваемому классу ППП ПК.
К универсальным ППП ПК следует отнести также электронные таблицы. Табличные процессы или электронные таблицы (ЭТ) являются (наряду с текстовыми процессорами) одними из наиболее популярных и массовых применений ПК. Они нашли применение в экономических, конторских, управленческих делах, а иногда и в научных исследованиях. По мнению ряда авторов именно этот вид программного обеспечения ПК положил основу компьютерной революции, поскольку впервые пользователь, не владеющий искусством программирования смог воспользоваться всеми преимуществами компьютера.
В основе ЭТ лежит двумерная матрица. Каждая ячейка матрицы имеет свой уникальный номер, состоящий из имени столбца и номера строки, на пересечении которых она располагается. Столбцы именуются буквами латинского алфавита (A, B, … Z, AA, AB, … AZ), строки нумеруются числами (1, 2, 3, …).
Первоначально таблица служила простым вместилищем информации, используемой программой, затем возникла идея помещать в таблице одновременно с данными также формулы, позволяющие автоматически выполнять расчеты при изменении введенных данных. постепенно набор формул расширялся, вводились правила форматирования и обработки данных, т.е. появились так называемые средо-ориентированные языки программирования.
Первая программа ЭТ появилась в 1979 г. Под названием Visi Calc (от Visible Calculator – видимый калькулятор), разработки фирмы Software Arts, для компьютеров Apple II. В 1985 г. Microsoft выпустила пакет Excel для компьютера Macintosh, а в 1986 г. Для компьютеров IBM PC.
За прошедший период ЭТ успешно разрабатывались и совершенствовались рядом фирм и по своим принципам и возможностям отличались не очень сильно.
Все они имеют графический, оконный (Windows) пользовательский интерфейс, развитые средства программирования, обширные экранные возможности.
Кроме набора стандартных арифметических, логических функций,
Имеют встроенные экономические, статистические и др. функции (Excel – до 131 функции), имеют прекрасные средства графической обработки данных и очень удобные возможности вывода на печать. Язык макрокоманд облегчает управление таблицей. В таблицах обычно включаются некоторые функции управления традиционные для СУБД – поиск и сортировка данных в таблицах в заданных пользователем пределах. Практически во всех таких пакетах включены средства традиционного программирования. Так Excel использует стандартный Visual Basic.
Предельный размер таблиц (количество столбцов и строк) у различных фирм различен. Так Excel (Microsoft) имеет 256 столбцов и 16384 строк, Quattro (Borland) 8192 столбца и 256 строки.
ЭТ находятся в постоянном развитии, их возможности постоянно увеличиваются, следуя за ростом ресурсов современных ПК.
Кроме электронных таблиц к универсальным пакетам прикладных программ, безусловно, следует отнести системы управления базами данных (СУБД). Эти ППП занимают очень важное место, поскольку представляют основу всех систем автоматизированного управления (АСУ).
Возросшие возможности ПК позволили реализовать эти пакеты, ориентированные прежде на большие компьютеры, что позволило массовому внедрению АСУ.
Подробное описание этих пакетов будет рассмотрено в следующих частях данного учебного пособия.
Весьма логичным шагом в развитии рассмотренных выше универсальных ППП – их объединение в интегрированные пакеты, что облегчает их взаимодействие, в частности, перемещение данных (импорт данных), а одинаковый формат данных и идентичный интерфейс уменьшает потери времени на их освоение. Лидером создания интегрированных пакетов является фирма Microsoft. Распространяемый интегрированный пакет этой фирмы Office включает текстовый редактор Word, электронную таблицу Excel, СУБД Access, средства создания презентаций Power Pointer и ряд других структур.
Следующий уровень ППП ограничен рамками (хотя и достаточно широкими) определенной сферы применения.
Так кризис в проектировании, разразившийся в конце 60-х, начале 70-х г.г. прошлого столетия вызвал необходимость разработки ППП для систем автоматизированного проектирования (САПР). В связи с этим различными фирмами были успешно разработаны и непрерывно совершенствуются ряд пакетов для различных отраслей промышленности. Так для потребностей машиностроения фирмой Avtodesk был разработан пакет AutoCAD (CAD – Computer Aided Design - разработка с помощью компьютера). В электронной промышленности разработаны и активно используются такие пакеты как: P-CAD, Or CAD, Micro Cap, Electronics Workbench и т.п.
Широкое распространение получили математические пакеты, которые с определенной степенью условности можно назвать как САПР для математиков.
Изначально эти пакеты функционально разделялись на пакеты символьной математики, наиболее популярные из которых Mathematica и Maple V и пакеты численной математики, среди которых в отечественной практике наиболее популярны Math CAD и Mat Lab. Однако по мере развития и те и другие пакеты стали (различными способами) включать функции не характерные на начальном этапе развития универсальный пакет Mathcad, предназначенный для массового пользователя самой различной квалификации [6]. Пакет имеет ряд последовательных версий, первая из которых разработана в середине 80-х гг.; две из последних версий – Mathcad 8 PRO и Mathcad 2000 PRO (Mathcad PRO – сокращение от слов MATHematics for Computer Aided Design PROfessional). Упрощенная версия Mathcad 2000 Standard пригодна для большинства пользователей и учебных целей, а расширенная версия Mathcad 2000 Premium – для профессиональных математиков и ученых. Mathcad – интегрированный пакет, т.е. он может объединяться с другими математическими и графическими системами (пакетами) для решения сложных задач. Имеет удобный пользовательский интерфейс со многими окнами, кнопками, мышью, средствами управления курсором, вид которого можно изменять, и другими элементами. Решение описывается с помощью привычных математических знаков (сумм, интегралов, корней и т.д.) и формул.
Встроенный в пакет мощный символьный процессор позволяет выполнять многие символьные операции: дифференцирование, интегрирование, суммирование, разложение в ряды, упрощение формул, решение алгебраических и дифференциальных уравнений, преобразования Фурье, Лапласа и др. Имеется много встроенных функций и готовых для вычисления математических методов по обработке данных, статистике, регрессионному анализу, решению нелинейных уравнений, оптимизации, преобразованию Фурье и др. Богатые возможности пакета Mathcad позволяют с его помощью готовить отчеты, статьи, диссертации, проекты, книги и другие материалы по многим темам.
Не менее популярным является пакет прикладных программ MATLAB (сокращение от слов MATrix LABoratory), фактически представляющий собой объединение нескольких пакетов в единую систему. Первоначальная версия системы разработана в начале 80-х гг., затем был создан ряд все более мощных версий (некоторые из последних версий – MATLAB 5.3, MATLAB 6.0, MATLAB 7.3). Первая версия была написана на языке Фортран, более поздние версии на С. Имеется специальная упрощенная, «студенческая», версия системы «The Student Edition of MATLAB» с меньшими возможностями, но зато пригодная для недорогих компьютеров с ограниченными ресурсами.
Первоначально пакет MATLAB, как видно из названия, предназначался, в основном, для решения задач линейной алгебры и других задач, в которых все величины удобно представлять в виде матриц и векторов. Но в результате многих усовершенствований и переработок современный пакет MATLAB пригоден для решения широкого спектра задач в самых различных областях науки, техники, образования. Характерная особенность пакета — все величины рассматриваются как прямоугольные числовые массивы (скаляры, векторы, матрицы), возможно, с комплексными элементами, для которых не требуется указывать размерность явно. Символьные вычисления также возможны в рамках этого пакета благодаря интерфейсу с популярным пакетом символьной математики Maple.
Система MATLAB активно используется в учебной и научно-исследовательской работе многих высших учебных заведений, а ее изучение включено в учебные планы большого числа ведущих университетов мира. Система широко применяется также в научно-исследовательских, конструкторских и проектных организациях, на крупных предприятиях и других хозяйственных объектах.
К этой же группе ППП можно, по-видимому, отнести проблемно- и предметноориентированные экспертные системы – одно из наиболее перспективных направлений в области искусственного интеллекта, а также ряд других ППП достаточно широкого применения.
И, наконец, последний уровень ППП составляют узкоспециализированные пакеты не имеющие массового спроса, рассчитанные на решение частных, но часто весьма важных задач в различных областях науки и техники. К таким пакетам можно отнести ряд программных комплексов по проектированию различных электрофизических установок, установок ядерно-физического комплекса и другие.