Аппаратное обеспечение. Программное обеспечение

Учебниковая опора

• Кадыркулов Р., Нурмуханбетова Г. «Информатика. 9 класс», 9 класс, Алматыкітап, 2019, с. 8–15, 27–32
• Исабаева Д. Н., Абдулкаримова Г. А., Рахимжанова Л. Б., Аубекова М. А. «Информатика. 11 класс (естественно-математическое направление)», 11 класс, Атамұра, 2020, с. 71–87
• Кадиркулов Р. А., Рыскулбекова А. Д., Нурмуханбетова Г. К. «Информатика. 7 класс», 7 класс, Алматыкітап баспасы, 2023, с. 36–39
• Кадиркулов Р. А., Нурмуханбетова Г. К. «Информатика. Учебник для учащихся 6 класса общеобразовательной школы», 6 класс, Алматыкiтап баспасы, 2020, с. 72–78

Главное

• Аппаратное обеспечение (Hardware) без программ — просто набор элементов; ПО (Software) — программы + документация.
• ПО по назначению: системное (ОС, антивирусы, архиваторы, диагностика, драйверы), прикладное (редакторы, СУБД, графика), инструментальное (языки программирования, трансляторы).
• ПО по лицензии: свободное (Open Source), бесплатное (Freeware), условно-бесплатное (Shareware), коммерческое.
• Транслятор: компилятор переводит программу целиком, интерпретатор выполняет пошагово.
• Виртуальная машина — изолированная программная среда, эмулирующая компьютер; управляет ресурсами гипервизор.
• Интерфейсы: CLI (командная строка, MS DOS) и GUI (графический, WIMP).
• Закон Мура: число транзисторов на кристалле удваивается примерно каждые 24 месяца.

Теория

Классификация ПО по применению

Вид	Условия	Примеры
Свободное (Open Source)	можно использовать, менять, распространять	Linux, OpenOffice, Firefox, GIMP
Бесплатное (Freeware)	бесплатно для некоммерческого использования	Skype, Opera, Avast
Условно-бесплатное (Shareware)	ограничен срок (30 дней) или число запусков	WinRAR, Nero Burning Rom
Коммерческое	платная копия, изменение кода запрещено	Windows, Kaspersky, CorelDRAW

Выбор ПО в три этапа: узнать технические характеристики (в Windows — команда DXDIAG), сверить системные требования, при несовместимости подобрать аналог (вместо Adobe Photoshop — бесплатный GIMP).

IDE — интегрированная среда разработки: текстовый редактор, компилятор/интерпретатор, средства сборки, отладчик. Python IDLE: >>> — приглашение, File → New File, Run → Run Module.

Интерфейс. CLI — исторически первый (C:\dir в MS DOS). GUI — концепция WIMP (Windows, Icons, Menus, Pointers), Xerox PARC, 1973; массово — Macintosh, 1984. Эргономичный интерфейс: пиктограмма точно отражает команду (ножницы — «Вырезать»).

Виртуализация. Гипервизор распределяет ресурсы хоста между гостевыми ОС.

Тип гипервизора	Где работает	Примеры
1-й (bare-metal)	прямо на оборудовании	VMware ESXi, Hyper-V, KVM, Xen
2-й (hosted)	как программа поверх ОС	VirtualBox, VMware Workstation, Parallels

Применение VM: консолидация серверов в ЦОД, тестирование ПО на разных ОС, «песочница» для подозрительных файлов, облака IaaS, снимки состояния (snapshots).

Мобильные устройства построены на SoC (система на кристалле). Процессоры — энергоэффективная архитектура ARM (у ПК — x86/x64), big.LITTLE (мощные и экономичные ядра), GPU, NPU для машинного обучения. Память: RAM (LPDDR) и постоянная (UFS, eMMC). Экраны: IPS и AMOLED/OLED; плотность — PPI; частота 60/90/120 Гц. Аккумуляторы Li-Ion и Li-Pol, ёмкость в мА·ч.

Законы развития

• Мура (1965): транзисторов вдвое больше каждые ~24 месяца; Intel 4004 (1971) — 2300 транзисторов.
• Деннарда: плотность мощности постоянна при уменьшении транзисторов; его замедление в 2000-х → переход к многоядерности.
• Амдала: ускорение ограничено последовательной частью программы.
• Вирта: ПО замедляется быстрее, чем ускоряется аппаратура.

Облачные технологии — вычисления и хранение на удалённых серверах, результат в браузере. Виды облаков: частное, публичное, гибридное, облако сообщества. Совместное редактирование (Google Drive) основано на Web 2.0.

Формулы

Закон Амдала: $S = \frac{1}{(1 - P) + \frac{P}{N}}$ $P$ — доля параллельного кода, $N$ — число процессоров.

Примеры

1. К какому виду ПО относится антивирус? Компилятор? Графический редактор? Системное; инструментальное; прикладное.
2. WinRAR работает 30 дней, затем просит оплату. Вид лицензии? Условно-бесплатное (Shareware).
3. Последовательная часть 40 % ($1 - P = 0{,}4$). Максимальное ускорение при $N \to \infty$? $S = 1 / 0{,}4 = 2{,}5$ раза.
4. VirtualBox установлен в Windows — гипервизор какого типа? 2-го (хостовой).

Типичные ошибки на ЕНТ

• Относят антивирусы и архиваторы к прикладному ПО — по учебнику это системное ПО.
• Путают Freeware (бесплатно, код закрыт) и Open Source (код можно менять).
• Путают компилятор (переводит целиком) и интерпретатор (пошагово; Python — интерпретируемый).
• Считают, что больше ядер всегда даёт пропорциональное ускорение — закон Амдала это ограничивает.
• Гипервизор 1-го типа ставится без основной ОС.

Самопроверка

1. Что такое Hardware? — Аппаратное обеспечение.
2. К какому виду ПО относятся языки программирования? — Инструментальное.
3. В каком году и где создана концепция WIMP? — 1973, Xerox PARC.
4. Какая архитектура процессоров типична для смартфонов? — ARM.
5. Как называется облако для одной организации? — Частное (private cloud).