Классификация программного обеспечения компьютера. Взаимосвязь аппаратного и программного обеспечения компьютера

Наибольшее распространение  в нашей стране  получили  программы-детекторы,а  вернее программы, объединяющие в себе  детектор  и доктор. Наиболее известные представители этого класса - Aidstest, Doctor Web,MicroSoft AntiVirus. Антивирусы-детекторы расчитаны на конкретные вирусы и основаны на сравнении последовательности кодов содержащихся в теле  вируса  с кодами проверяемых программ.Такие программы нужно  регулярно  обновлять, так как они быстро устаревают и  не  могут  обнаруживать новые виды вирусов.

Ревизоры - программы, которые  анализируют  текущее  состояние  файлов и системных областей диска и сравнивают его с информацией, сохраненной ранее в одном из файлов  данных  ревизора.  При  этом проверяется состояние BOOT-сектора, таблицы FAT,  а  также  длина файлов, их время создания, атрибуты, контрольная сумма.  Анализируя сообщения программы-ревизора, пользователь может решить,  чем вызваны изменения: вирусом или нет. При выдаче такого рода  сообщений не следует предаваться панике, так как причиной  изменений, например, длины программы может быть вовсе и не  вирус.

К последней группе относятся самые неэффективные антивирусы вакцинаторы. Они записывают в вакцинируемую  программу  признаки конкретного вируса так, что вирус считает ее уже зараженной.

Большой темой является архивация  данных. Как известно, большинство  современных форматов записи данных содержат их в виде, удобном для быстрого манипулирования, для удобного прочтения пользователями. При этом данные занимают объем больший, чем это действительно требуется для их хранения. В настоящее время существует огромное множество программ для сжатия данных, основанных на нескольких основных способах. Зачем же нужна архивация в криптографии? Дело в том, что в современном криптоанализе, то есть науке о противостоянии криптографии, с очевидностью доказано, что вероятность взлома криптосхемы при наличии корреляции между блоками входной информации значительно выше, чем при отсутствии таковой. А алгоритмы сжатия данных по определению и имеют своей основной задачей устранение избыточности, то есть корреляций между данными во входном тексте.

Все алгоритмы сжатия данных качественно делятся :

1) алгоритмы сжатия без потерь, при использовании которых данные  на приемной восстанавливаются  без малейших изменений. 

2) алгоритмы сжатия с потерями, которые удаляют из потока  данных информацию, незначительно  влияющую на суть данных, либо вообще невоспринимаемую человеком (такие алгоритмы сейчас разработаны только для аудио- и видео- изображений). В криптосистемах, естественно, используется только первая группа алгоритмов.

Существует два основных метода архивации без потерь:

• алгоритм Хаффмана (англ. Huffman), ориентированный  на сжатие последовательностей байт, не связанных между собой,

• алгоритм Лемпеля-Зива (англ. Lempel, Ziv), ориентированный на сжатие любых  видов текстов, то есть использующий факт неоднократного повторения "слов" – последовательностей байт.

Практически все популярные программы  архивации без потерь (ARJ, RAR, ZIP и  т.п.) используют объединение этих двух методов – алгоритм LZH.

Сжатие данных (data compression) — технический  прием сокращения объема (размеров) записи данных на их носителе (жестком магнитном диске, дискете, магнитной ленте); реализуется разными методами, преимущественно использующими кодирование (повторяющихся слов, фраз, символов). Можно выделить две группы режимов сжатия данных: статический и динамический; различают также физическое и логическое сжатие; симметричное и асимметричное сжатие; адаптивное, полуадаптивное и неадаптивное кодирование; сжатие без потерь, с потерями и минимизацией потерь. Способы (виды) сжатия данных:

Статическое сжатие данных (static data compression) — используется для длительного хранения и архивации; выполняется при помощи специальных сервисных программ-архиваторов, например ARJ, PKZIP/PKUNZIP. После восстановления (декомпрессии) исходная запись восстанавливается.

Динамическое сжатие (сжатие в реальном времени; dynamic compression, compression in real time) —  предназначено для сокращения занимаемой области дисковой памяти данными, требующими оперативного доступа и вывода на внешние устройства ЭВМ (в том  числе на экран монитора). Динамическое сжатие данных и их восстановление производится специальными программными средствами автоматически и «мгновенно».

Физическое сжатие (physical compression) —  методология сжатия, при которой  данные перестраиваются в более компактную форму «формально», то есть без учета характера содержащейся в них информации.

Логическое сжатие (logical compression) —  методология, в соответствии с которой  один набор алфавитных, цифровых или  двоичных символов заменяется другим. При этом смысловое значение исходных данных сохраняется. Примером может служить замена словосочетания его аббревиатурой. Логическое сжатие производится на символьном или более высоком уровне и основано исключительно на содержании исходных данных. Логическое сжатие не применяется для изображений.

Симметричное сжатие (symmetric compression) — методология сжатия, в соответствии с которой принципы построения алгоритмов упаковки и распаковки данных близки или тесно взаимосвязаны. При  использовании симметричного сжатия время, затрачиваемое на сжатие и распаковку данных, соизмеримо. В программах обмена данными обычно используется симметричное сжатие.

Асимметричное сжатие (asymmetric compression) —  методология, в соответствии с которой  при выполнении работ «в одном  направлении» времени затрачивается больше, чем при выполнении работ в другом направлении. На сжатие изображений обычно затрачивается намного больше времени и системных ресурсов, чем на их распаковку. Эффективность этого подхода определяется тем, что сжатие изображений может производиться только один раз, а распаковываться с целью их отображения – многократно. Алгоритмы асимметричные «в обратном направлении» (на сжатие данных затрачивается меньше времени, чем на распаковку) используется при выполнении резервного копирования данных.

Адаптивное кодирование (adaptive encoding) — методология кодирования при  сжатии данных, которая заранее не настраивается на определенный вид  данных. Программы, использующие адаптивное кодирование, настраиваются на любой  тип сжимаемых данных, добиваясь максимального сокращения их объема.

Неадаптивное кодирование (nonadaptive encoding) — методология кодирования, ориентированная на сжатие определенного  типа или типов данных. Кодировщики, построенные по этому принципу, имеют  в своем составе статические словари «предопределенных подстрок», о которых известно, что они часто появляются в кодируемых данных. Примером может служить метод сжатия Хаффмена.

Полуадаптивное кодирование (half-adaptive coding) — методология кодирования  при сжатии данных, которая использует элементы адаптивного и неадаптивного кодирования. Принцип действия полуадаптивного кодирования заключается в том, что кодировщик выполняет две группы операций: вначале — просмотр массива кодируемых данных и построение для них словаря, а затем — собственно кодирование.

Сжатие без потерь (lossless compression) — методология сжатия, при которой  ранее закодированная порция данных восстанавливается после их распаковки полностью без внесения изменений.

Сжатие с потерями (lossy compression) —  методология, при которой для обеспечения максимальной степени сжатия исходного массива часть содержащихся в нем данных отбрасывается. Для текстовых, числовых и табличных данных использование программ, реализующих подобные методы сжатия, является неприемлемой. Однако для программ, работающих с графикой, это часто бывает целесообразно. Качество восстановленного изображения зависит от характера графического материала и корректности реализованного в программе алгоритма сжатия. Существует ряд алгоритмов сжатия, учитывающих допустимые уровни потерь исходного графического образа в конкретных вариантах использования его восстановленного изображения, например, путем просмотра его на экране монитора, распечатки принтером, в полиграфии. Эти методы имеют общее наименование «сжатия с минимизацией потерь».

Сжатие изображения (image compression) —  технический прием или метод  сокращения объема (размеров) записи графических  изображений (рисунков, чертежей, схем) на их носителе (например, на магнитном  диске, магнитной ленте). По существу «сжатие изображения» является разновидностью динамического сжатия. Для его реализации используются различные способы кодирования данных, которые ориентированы на элементы графики, составляющие изображение, включая и движущиеся объекты. Применяется также при передаче факсимильной информации по каналам связи, в системах мультимедиа, видеофонах.

Сжатие диска (disk compression) — технический  прием, основанный на динамическом сжатии в процессе их записи на диск, а при  считывании — их автоматическом восстановлении в исходную форму. Сжатие диска используется с целью увеличения емкости диска. В зависимости от характера записей емкость диска может быть увеличена примерно от 1,5 до 5 раз. Сжатие диска осуществляется специальными прикладными программами, например DoubleSpace, Stacker, SuperStor.

Методы и средства сжатия данных:

Метод сжатия Хаффмена (Huffman compression method, кодирование CCITT) разработан в 1952 году Дэвидом Хаффменом (David Huffman). Международный  консультативный комитет по телефонии  и телеграфии (CCITT) разработал на его основе ряд коммуникативных протоколов для факсимильной передачи черно-белых изображений по телефонным каналам и сетям передачи данных (Стандарт T.4 CCIT и T.6 CCITT, они же — сжатие CCITT group 3 и сжатие CCITT group 4).

Фрактальное сжатие (fractal compression) — метод сжатия растровых изображений путем преобразования их в так называемые фракталы. Хранение изображений в виде фракталов требует в четыре раза меньше дисковой памяти, нежели в пикселях.

ART — метод для сжатия текста, графики, аудио и видео. Принцип работы алгоритма сжатия основан на анализе изображения и выявлении его ключевых признаков (цвет, помехи, края, повторяющиеся особенности).

AC3 Dolby — метод и формат сжатия, который позволяет сжимать, хранить  и передавать в одном файле со скоростью от 32 до 640 кбит/с до 6 каналов аудиоданных.

DJVU (DjVu, djvu, deja vu) — технология и  формат динамического сжатия  отсканированных страниц изданий,  содержащих текстовые и иллюстративные  материалы.

DVI (Digital Video Interactive) — система динамического сжатия и восстановления аудио- и видеозаписей в цифровой форме. Ее использование позволяет записать на CD-ROM полноформатный видеофильм вместе со звуковым сопровождением.

EAD (Encoded Archival Description) — стандарт  кодирования, разработанный подразделением Network Development and MARC Standards Office Библиотеки Конгресса США в сотрудничестве с Society of American Archivists в 1998 году (обновление — 2002 г.). Стандарт устанавливает принципы создания, разработки и поддержки схем кодирования для архивных и библиотечных помощников поиска (finding aids).

Image compression manager — программа управления  динамическим сжатием изображений,  которая обеспечивает возможность  использования различных методов  сжатия/восстановления изображений  (MPEG, JPEG).

JBIG (Joint Bi-level Image Experts Group) — метод  сжатия двухуровневых (двухцветных)  изображений без потерь, создан  Объединенной группой экспертов  по двухуровневым изображениям ISO и CCIT в 1988 году. Метод JBIG в 1993 году утвержден как стандарт кодирования двухуровневых данных вместо менее эффективных алгоритмов сжатия MR (Modified READ) и MMR (Modified Modified READ).

LZW (Lempel-Ziv-Welch) — метод динамического  сжатия, основанный на поиске  во всем файле и сохранении  в словаре одинаковых последовательностей данных (они называются фразы). Каждой уникальной последовательности данных присваиваются более короткие маркеры (ключи).

MP3 (Moving Pictures Experts Group, Layer 3) — метод  (алгоритм) динамического сжатия  и специальный формат записи  файлов аудиоданных. MP3 обеспечивает высокую степень сжатия звуковых записей, используется в приложениях мультимедиа, в частности, в цифровых проигрывателях (плейерах) и Интернете.

RLE (Run Length Encoding) — метод динамического  сжатия графических данных, в  первую очередь изображений, основанный на уменьшении физического размера повторяющихся строк символов.

Формат .ZIP. Это один из наиболее древних форматов, которому более десяти лет. Во времена MS-DOS для работы с этим форматом использовались две программы: PKZIP.EXE для упаковки файлов и PKUNZIP.EXE для их распаковки. Сегодня и ту, и другую функцию выполняет одна программа — WinZip. Из названия видно, что она рассчитана на работу в операционной системе Windows 9x. Несмотря на свою «древность», этот формат сегодня используется чрезвычайно широко. Это связано с тем, что это основной формат в котором поставляются программы и драйверы из Интернета.

Формат .ARJ. По-видимому, это самый популярный формат первой половины 90-х годов. И упаковка, и распаковка производятся одной программой ARJ. ЕХЕ. По степени сжатия ощутимо превосходит формат .ZIP, но с появлением Windows 95 этот формат заметно отступил на второй план и остался популярным форматом сжатия для MS-DOS. Это связано с тем, что при сжатии файлов портятся «длинные» имена файлов, введенные в обиход операционной системой Windows 95. Версия ARJ.EXE, способная корректно обращаться с «длинными» именами файлов, появилась только в 1997 г.

Формат .RAR. Формат, весьма популярный и в России, и в мире, особенно среди молодого поколения. У программы WinRAR российский автор — Евгений Рошаль. По потребительским свойствам она объективно превосходит зарубежные аналоги. В международном секторе Интернета этот формат используют профессионалы, а в России он давно является потребительским. Поскольку архиватор WinRAR позволяет работать также с архивами в форматах .ZIP, .ARJ и некоторых других, он в общем-то удовлетворяет большинство потребностей пользователя в средствах сжатия и разуплотнения информации.

Архиваторы

Утилиты сжимающие один или несколько файлов в один меньший, сопутствуют персональные компьютеры с самого начала их возникновения. Малый объем носителей информации и невысокая скорость передачи информации в сетях этому очень способствовали.

Несмотря на то, что со времени возникновения первых архиваторов места на дисках стало значительно больше, а скорости в Интернете возросли в тысячи раз, архиваторы не исчезли, а по прежнему остаются одними из самых используемых программ в арсенале любого пользователя компьютера.

Архиватор — компьютерная программа, которая осуществляет сжатие данных в один файл архива для более легкой передачи, или компактного их хранения. В качестве данных обычно выступают файлы и папки. Процесс создания архива называется архивацией или упаковкой (сжатием, компрессией), а обратный процесс — распаковкой или экстракцией.

Вот уже несколько лет лидером  среди «альтернативных» архиваторов  остается 7-Zip. По степени сжатия он является лучшим не только среди бесплатных программ, но и подавляющего большинства  коммерческих продуктов. 7-Zip работает со всеми популярными форматами архивов, поддерживает шифрование, умеет создавать самораспаковывающиеся архивы и обладает многими другими удобными функциями.