    В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между модулями.

     Обмен информацией между отдельными устройствами компьютера производится по трем многоразрядным шинам (многопроводным линиям), соединяющим все модули: шине данных, шине адресов и шине управления.

     Разрядность шины данных связана с разрядностью процессора (имеются 8-, 16-, 32-, 64-разрядные процессоры).

     Данные по шине данных могут передаваться от процессора к какому-либо устройству, либо, наоборот, от устройства к процессору, т. е. шина данных является двунаправленной. К основным режимам работы процессора с использованием шины данных можно отнести следующие: запись/чтение данных из оперативной памяти, запись/чтение данных из внешней памяти, чтение данных с устройства ввода, пересылка данных на устройство вывода.

     ответы на экзамен

     Выбор абонента по обмену данными производит процессор, который формирует код адреса данного устройства, а для оперативной памяти код адреса ячейки памяти. Код адреса передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении от процессора к оперативной памяти и устройствам, т. е. шина адреса является однонаправленной.

     Разрядность шины адреса определяет объезд адресуемой процессором памяти. Имеются 16-, 20-, 24- и 32-разрядные шины адреса.

     Каждой шине соответствует свое адресное пространство, т. е. максимальный объем адресуемой памяти:

     ответы на экзамен
         В персональных компьютерах величина адресного пространства процессора и величина фактически установленной оперативной памяти практически всегда различаются.

     В первых отечественных персональных компьютерах величина адресного пространства была иногда меньше, чем величина реально установленной в компьютере оперативной памяти. Обеспечение доступа к такой памяти происходило на основе поочередного (так называемого постраничного) подключения дополнительных блоков памяти к адресному пространству.

     В современных персональных компьютерах с 32-разрядной шиной адреса величина адресуемой памяти составляет 4 Гб, а величина фактически установленной оперативной памяти значительно меньше и составляет обычно 16 или 32 Мб.

     По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией (ввод/вывод), и сигналы, синхронизирующие взаимодействие устройств, участвующих в обмене информацией.

     Аппаратно на системных платах реализуются шины различных типов. В компьютерах РС/286 использовалась шина ISA (Industry Standard Architecture), имевшая 16-разрядную шину данных и 24-разрядную шину адреса. В компьютерах РС/386 и РС/486 используется шина EISA (Extended Industry Standard Architecture), имеющая 32-разрядные шины данных и адреса. В компьютерах PC/ Pentium используется шина PCI (Peripheral Component Interconnect), имеющая 64-разрядную шину данных и 32-разрядную шину адреса.

     Подключение отдельных модулей компьютера к магистрали на физическом уровне осуществляется с помощью контроллеров, адаптеров устройств (видеоадаптер, контроллер жестких дисков и т. д.), а на программном уровне обеспечивается загрузкой в оперативную память драйверов устройств, которые обычно входят в состав операционной системы.

     Контроллер жестких дисков обычно находится на системной плате. Существуют различные типы контроллеров жестких дисков, которые различаются по количеству подключаемых дисков, скорости обмена информацией, максимальной емкости диска и др.

     ответы на экзамен

     IDE — Integrated Device Electronics EIDE — Enhanced Integrated Device Electronics SCSI — Small Computers System Interface В стандартный набор контроллеров, разъемы которых имеются на* системном блоке компьютера, обычно входят:

     — видеоадаптер (с помощью него обычно подключается дисплей);
     — последовательный порт СОМ1 (с помощью него обычно подключается мышь);
     — последовательный порт COM2 (с помощью него обычно подключается модем);
     — параллельный порт (с помощью него обычно подключается принтер);
     — контроллер клавиатуры.

     Через последовательный порт единовременно может передаваться 1 бит данных в одном направлении, причем данные от процессора к периферийному устройству и в обратную сторону, от периферийного устройства к процессору, передаются по разным проводам. Максимальная дальность передачи составляет обычно несколько десятков метров, а скорость до 115 200 бод. Устройства подключаются к этому порту через стандартный разъем RS-232.

     Через параллельный порт может передаваться в одном направлении одновременно 8 бит данных. К этому порту устройства подключаются через разъем Centronics. Максимальное удаление принимающего устройства обычно не должно превышать 3 м.

     Подключение других периферийных устройств требует установки в компьютер дополнительных адаптеров (плат).

2. Основные характеристики (разрядность, адресное пространство и др.) процессора компьютера.

    Процессор компьютера предназначен для обработки информации. Каждый процессор имеет определенный набор базовых операций (команд), например, одной из таких операций является операция сложения двоичных чисел.

     Технически процессор реализуется на большой интегральной схеме, структура которой постоянно усложняется, и количество функциональных элементов (типа диод или транзистор) на ней постоянно возрастает (от 30 тысяч в процессоре 8086 до 5 миллионов в процессоре Pentium II).

     Важнейшей характеристикой процессора, определяющей его быстродействие, является его тактовая частота. От нее, в частности, зависит количество базовых операций, которые производит процессор в секунду. За 20 лет тактовая частота процессора увеличилась почти на два порядка от 4 МГц (процессор 8086, 1978 г.) до 300 МГц (процессор Pentium II, 1997г.).

     Другой характеристикой процессора, влияющей на его производительность, является разрядность. В общем случае производительность процессора тем выше, чем больше его разрядность. В настоящее время используются 8-, 16-, 32- и 64-разрядные процессоры, причем практически все современные программы рассчитаны на 32- и 64-разрядные процессоры.

     Часто уточняют разрядность процессора и пишут, например, 16/20, что означает, что процессор имеет 16-разрядную шину данных и 20-разрядную шину адреса. Разрядность адресной шины определяет адресное пространство процессора, т. е. максимальный объем оперативной памяти, который может быть установлен в компьютере.

     В первом отечественном персональном компьютере «Агат» (1985 г.) был установлен процессор, имевший разрядность 8/16, соответственно его адресное пространство составляло 64 Кб. Современный процессор Pentium II имеет разрядность 64/32, т.е. его адресное пространство составляет 4 Гб.

     Производительность процессора является интегральной характеристикой, которая зависит от частоты процессора, его разрядности, а также особенностей архитектуры (наличие кэш-памяти и др.). Производительность процессора нельзя вычислить, она определяется в процессе тестирования, т. е. определения скорости выполнения процессором определенных операций в какой-либо программной среде.

     Увеличение производительности процессоров может достигаться различными путями. В частности, за счет введения дополнительных базовых операций. Так, в процессорах Pentium MMX достигается большая производительность при работе с мультимедиа-приложениями (программами для обработки графики, видео и звука).



     ответы на экзамен

3. Организация и основные характеристики памяти компьютера.

    Большое количество программ и данных, необходимых пользователю, долговременно хранятся во внешней памяти компьютера (на гибких и жестких магнитных дисках, CD-ROM и др.). В оперативную память компьютера загружаются те программы и данные, которые необходимы в данный момент.

     По мере усложнения программ и увеличения их функций, а также появления мультимедиа-приложений растет информационный объем программ и данных. Если в середине 80-х годов обычный объем программ и данных составлял десятки и лишь иногда сотни килобайт, то в середине 90-х годов он стал составлять мегабайты и десятки мегабайт. Соответственно растет объем оперативной памяти. В школьном компьютере БК-0010 (1986 г.) объем оперативной памяти составлял 64 Кб, в современных персональных компьютерах он обычно составляет 16 Мбайт и более.

     Логически оперативная память разделена на ячейки объемом 1. байт. Соответственно оперативная память 64 Кб содержит 65 536 ячеек, а память 16 Мб содержит 16 777 216 ячеек.

     Каждая ячейка имеет свой уникальный двоичный адрес. При необходимости проведения операции считывания/записи данных из данной ячейки адрес ячейки передается от процессора к оперативной памяти по адресной шине.

     Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти процессора и, соответственно, максимальный объем оперативной памяти, которую можно непосредственно использовать. Разрядность шины адреса у большинства современных персональных компьютеров составляет 32 разряда, т. е. максимальный объем оперативной памяти может составлять 2в32 = 4 Гб.

     Величина аппаратно установленной оперативной памяти в современных рабочих станциях обычно составляет 16 или 32 Мб, а в серверах 64 или 128 Мб. Таким образом, имеется возможность наращивания объема оперативной памяти компьютеров без увеличения разрядности шины адреса процессора.

     Физически оперативная память изготавливается в виде БИС (больших интегральных схем) различных типов (SIMM, DIMM), имеющих различную информационную емкость (1,4, 8, 16, 32 Мб). Различные системные платы имеют различные наборы разъемов для модулей оперативной памяти.

     Модули оперативной памяти характеризуются временем доступа к информации (считывания/записи данных). В современных модулях типа SIMM время доступа обычно составляет 60 не, в модулях типа DIMM — 10 не.

     Различные операционные системы используют различные способы организации оперативной памяти. В школьных компьютерах с 16-разрядной шиной адреса и, соответственно, максимально с 64 Кб адресуемой памяти («Агат», «YAMAHA») реализовывался принцип поочередного (так называемого постраничного) подключения дополнительных блоков физической памяти к адресному пространству процессора. Таким образом, удавалось увеличить объем оперативной памяти таких компьютеров до 128 Кб и более.

     Операционная система MS-DOS создает сложную логическую структуру оперативной памяти:

     • основная (conventional) память занимает адресное пространство от 0 до 640 Кб, в нее загружаются операционная система, программы и данные;
     • верхняя память (UMB — Upper Memory Blocks) занимает адресное пространство от 640 Кб до 1 Мб, в нее могут быть загружены драйверы устройств;
     • высокая (high) память начинается после 1 Мб и имеет объем 64 Кб, в нее может быть частично загружена операционная система;

     память, которая располагается в адресном пространстве «выше» высокой памяти, может использоваться в качестве расширенной памяти или дополнительной памяти; однако память остается недоступной для программ и данных. Таким образом, под управлением операционной системы MS-DOS аппаратно установленная оперативная память используется очень нерационально. Этот недостаток преодолен в операционной системе Windows, в которой используется простая неструктурированная модель памяти и вся память доступна для загрузки программ и данных.

4. Внешняя память компьютера. Носители информации (гибкие и жесткие диски, CD-ROM-диски).

    Основное назначение внешней памяти компьютера — долговременное хранение большого количества различных файлов (программ, данных и т. д.). Устройство, которое обеспечивает запись/считывание информации, называется накопителем, а хранится информация на носителях. Наиболее распространенными являются накопители следующих типов:

     — накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) двух различных типов, рассчитанные на диски диаметром 5,25" (емкость 1,2 Мб) и диски диаметром 3,5" (емкость 1,44 Мб);
     — накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД) информационной емкостью от 1 до 8 Гб;
     — накопители CD-ROM для CD-ROM-дисков емкостью 640 Мб.

     Для пользователя имеют существенное значение некоторые технико-экономические показатели: информационная емкость, скорость обмена информацией, надежность ее хранения и, наконец, стоимость накопителя и носителей к нему (см. таблицу).

     ответы на экзамен

     В основу записи, хранения и считывания информации положены два физических принципа, магнитный и оптический. В НГМД и НЖМД используется магнитный принцип. При магнитном способе запись информации производится на магнитный носитель (диск, покрытый ферромагнитным лаком) с помощью магнитных головок.

     В процессе записи головка с сердечником из маг-нитомягкого материала (малая остаточная намагниченность) перемещается вдоль магнитного слоя магнитожесткого носителя (большая остаточная намагниченность). Электрические импульсы создают в головке магнитное поле, которое последовательно намагничивает (1) или не намагничивает (О) элементы носителя.

     При считывании информации намагниченные участки носителя вызывают в магнитной головке импульс тока (явление электромагнитной индукции).Носители информации имеют форму диска и помещаются в конверт из плотной бумаги (5,25") или пластмассовый корпус (3,5"). В центре диска имеется отверстие (или приспособление для захвата) для обеспечения вращения диска в дисководе, которое производится с постоянной угловой скоростью 300 об/с.

     В защитном конверте (корпусе) имеется продолговатое отверстие, через которое производится запись/считывание информации. На боковой кромке дискет (5,25") находится маленький вырез, позволяющий производить запись, если вырез заклеить непрозрачной наклейкой, запись становится невозможной (диск защищен). В дискетах 3,5" защиту от записи обеспечивает предохранительная защелка в левом нижнем углу пластмассового корпуса.

     Диск должен быть форматирован, т. е. должна быть создана физическая и логическая структура диска. В процессе форматирования на диске образуются концентрические дорожки, которые делятся на сектора, для этого головка дисковода расставляет в определенных местах диска метки дорожек и секторов.

     Например, на гибком диске формата 3,5":
     • размер сектора — 512 байт;
     • количество секторов на дорожке — 18;
     • дорожек на одной стороне — 80;
     • сторон — 2.

     Жесткие магнитные диски состоят из нескольких дисков, размещенных на одной оси и вращающихся с большой угловой скоростью (несколько тысяч оборотов в минуту), заключенных в металлический корпус. Большая информационная емкость жестких дисков достигается за счет увеличения количества дорожек на каждом диске до нескольких тысяч, а количества секторов на дорожке — до нескольких десятков. Большая угловая скорость вращения дисков позволяет достигать высокой скорости считывания/записи информации (более 5 Мб/с).

     CD-ROM-накопители используют оптический принцип чтения информации. Информация на CD-ROM-диске записана на одну спиралевидную дорожку (как на грампластинке), содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью. Лазерный луч падает на поверхность вращающегося CD-ROM-диска, интенсивность отраженного луча соответствует значениям 0 или 1. С помощью фотопреобразователя они преобразуются в последовательности электрических импульсов,

     Скорость считывания информации в CD-ROM -накопителе зависит от скорости вращения диска. Первые CD-ROM-накопители были односкоростны-ми и обеспечивали скорость считывания информации 150 Кб/с, в настоящее время все большее распространение получают 24-скоростные CD-ROM-накопители, которые обеспечивают скорость считывания информации до 3,6 Мб/с.

     Информационная емкость CD-ROM-диска может достигать 640 Мб. Производятся CD-ROM-диски либо путем штамповки (диски белого цвета), либо записываются (диски желтого цвета) на специальных устройствах, которые называются CD-recorder.

5. Операционная система компьютера (назначение, состав, загрузка).

    Операционная система является базовой и необходимой составляющей программного обеспечения компьютера (software). Операционная система обеспечивает управление всеми аппаратными компонентами компьютера (hardware). Другими словами, операционная система обеспечивает функционирование и взаимосвязь всех компонентов компьютера, а также предоставляет пользователю доступ к его аппаратным возможностям. К системному блоку компьютера подключаются через специальные согласующие платы (контроллеры) периферийные устройства (дисковод, принтер и т. д.). Каждое периферийное устройство обрабатывает информацию по-разному и с различной скоростью, поэтому необходимо программно согласовать их работу с работой процессора. Для этого в составе операционной системы имеются специальные программы — драйверы устройств. Каждому устройству соответствует свой драйвер.

     Процесс работы компьютера в определенном смысле сводится к обмену файлами между периферийными устройствами, т. е. необходимо уметь управлять файловой системой. Ядром операционной системы является программа, которая обеспечивает управление файловой системой.

     Пользователь общается с компьютером через устройства ввода информации (клавиатура, мышь). После ввода команды операционной системы специальная программа, которая называется командный процессор, расшифровывает команды и исполняет их.

     Процесс общения пользователя с компьютером должен быть удобным. В состав современных операционных систем (Windows) обязательно входят модули, создающие графический интерфейс.

     Таким образом, в структуру операционной системы входят следующие модули:

     • базовый модуль, управляющий файловой системой;
     • командный процессор, расшифровывающий и выполняющий команды;
     • драйверы периферийных устройств;
     • модули, обеспечивающие графический интерфейс.

     Файлы операционной системы находятся на диске (жестком или гибком). Однако программы могут выполняться, только если они находятся в оперативной памяти, поэтому файлы операционной системы необходимо загрузить в оперативную память. Все файлы операционной системы не могут одновременно находиться в оперативной памяти, так как объем современных операционных систем составляет десятки мегабайт. Для функционирования компьютера обязательно должны находиться в оперативной памяти базовый модуль, командный процессор и драйверы подключенных устройств. Модули операционной системы, обеспечивающие графический интерфейс, могут быть загружены по желанию пользователя. В операционной системе Windows 95 выбор варианта загрузки представлен в виде меню.

     После включения компьютера производится загрузка операционной системы в оперативную память, т. е. выполняется программа загрузки. Однако для того чтобы компьютер выполнял какую-нибудь программу, эта программа должна уже находиться в оперативной памяти. Выход из этого противоречия состоит в последовательной, поэтапной загрузке.

     В соответствии с английским названием этого процесса — bootstrap, — система как бы «поднимет себя за шнурки ботинок». В системном блоке компьютера находится ПЗУ (BIOS), в котором содержатся программы тестирования компьютера и первого этапа загрузки операционной системы. После включения компьютера эти программы начинают выполйяться, причем информация о ходе этого процесса высвечивается на экране дисплея.

     На этом этапе процессор обращается к диску и ищет на определенном месте (в начале диска) наличие очень небольшой программы-загрузчика BOOT. Программа-загрузчик считывается в память, и ей передается управление. В свою очередь она ищет на диске базовый модуль операционной системы, загружает его в память и передает ему управление.

     В состав базового модуля операционной системы входит основной загрузчик, который ищет остальные модули операционной системы и загружает их в оперативную память.

     В случае, если в дисковод вставлен несистемный диск или диск вообще отсутствует, на экране дисплея появляется соответствующее сообщение.

     Вышеописанная процедура запускается автоматически при включении питания компьютера (так называемый «холодный» старт), однако часто используется процедура «перезагрузки» операционной системы («горячий» старт), которая происходит по нажатию на кнопку RESET или одновременного нажатия на клавиши + +

???…………………………………………………………….

???…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

6. Файлы (тип, имя, местоположение). Работа с файлами.

    Работа на персональном компьютере в среде операционной системы фактически сводится к работе с файлами. В операционной системе Windows 95 понятие файл часто заменяется понятием документ. Файлы создаются, записываются на диск, хранятся и считываются с него, распечатываются на принтере, пересылаются по информационным сетям и т. д.

     Строгое определение понятию файла дать достаточно сложно. В первом приближении можно сказать, что файл — это определенное количество информации, хранящееся на диске и имеющее имя. Рассмотрим это определение более подробно.

     Информация на диске записана на концентрических дорожках, которые разбиты на секторы. Сектор является минимальным адресуемым элементом информации на диске. На гибком диске объем одного сектора составляет 512 байт, на жестких дисках его величина больше.

     Файл хранится на диске. Следовательно, минимальный объем файла равен одному сектору. Максимальный объем файла равен, естественно, информационному объему диска. Объем реальных файлов обычно не превышает нескольких мегабайт.

     Файл имеет имя. Например, полное имя файла proba.txt состоит из имени файла (proba) и типа файла, его расширения (txt). В операционной системе MS-DOS имя файла может содержать до 8 букв латинского алфавита, цифр и некоторых специальных символов. Операционная система Windows 95 поддерживает также длинные имена файлов (документов), которые могут содержать до 255 символов, причем разрешается использовать буквы русского алфавита. Имя файлу дается его создателем (пользователем, программистом).

     Тип файла необходим операционной системе компьютера для того, чтобы определить, с помощью какой прикладной программы этот файл был создан и, соответственно, какую программу необходимо вызвать для его обработки. Тип файла задается прикладной программой, в которой он создается, с помощью трех символов, отделенных от имени точкой. Так, в Windows файлы, созданные текстовым редактором Word, имеют расширение DOC, Web-страницы Internet имеют расширение НТМ и т. д.

     Современные жесткие диски имеют информационную емкость в 1 Гб и более, на них могут храниться тысячи и десятки тысяч файлов. Каждый диск имеет логическое имя (А, В — гибкие диски, С, D и т. д. — жесткие диски, оптические диски и т. п.). Для удобства поиска файлы хранятся в иерархической структуре каталогов, которая имеет «древовидную» структуру. Из корневого каталога можно перейти в каталоги 1-го уровня, в свою очередь, из них в каталоги 2-го уровня и т. д. В каталогах всех уровней могут храниться файлы.

     ответы на экзамен

     Пусть на жестком диске С в корневом каталоге имеются два каталога 1-го уровня (GAMES, TEXT) и один каталог 2-го уровня (CHESS). Как найти имеющиеся файлы (chess.exe, proba.txt)? Для этого необходимо указать путь к файлу. В путь файла входит имя диска и последовательность имен каталогов, т. е. пути к вышеперечисленным файлам соответственно будут:

     C:GAMESCHESSchess.exe

     C:TEXTproba.txt

     В операционной системе MS-DOS операции с файлами (копирование, удаление, переименование, печать и т. д.) можно производить непосредственно из командной строки с помощью команд (copy, delete, rename, print). Однако это неудобно для пользователя, так как требует запоминания форматов команд операционной системы. Для работы с файлами обычно используется программная оболочка Norton Commander, которая представляет пользователю удобные возможности поиска файлов и операций над ними с помощью функциональных клавиш и мыши.

     В операционной системе Windows операции с файлами можно производить с помощью мыши с использованием технологии «возьми и перенеси».

7. Информационные процессы в природе, обществе, технике. Информационная деятельность человека.

    В современном мире роль информатики, средств обработки, передачи, накопления информации неизмеримо возросла. Средства информатики и вычислительной техники сейчас во многом определяют научно-технический потенциал страны, уровень развития ее народного хозяйства, образ жизни и деятельности человека.

     Для целенаправленного использования информации ее необходимо собирать, преобразовывать, передавать, накапливать и систематизировать. Все эти процессы, связанные с определенными операциями над информацией, будем называть информационными процессами. Получение и преобразование информации является необходимым условием жизнедеятельности любого организма. Даже простейшие одноклеточные организмы постоянно воспринимают и используют информацию, например о температуре и химическом составе среды для выбора наиболее благоприятных условий существования. Живые существа способны не только воспринимать информацию из окружающей среды с помощью органов чувств, но и обмениваться ею между собой.

     Человек также воспринимает информацию с помощью органов чувств, а для обмена информацией между людьми используются языки. За время развития человеческого общества таких языков возникло очень много. Прежде всего, это родные языки (русский, татарский, английский и др.)» на которых говорят многочисленные народы мира. Роль языка для человечества исключительно велика. Без него, без обмена информацией между людьми было бы невозможным возникновение и развитие общества.

     Информационные процессы характерны не только для живой природы, человека, общества. Человечеством созданы технические устройства — автоматы, работа которых также связана с процессами получения, передачи и хранения информации. Например, автоматическое устройство, называемое термостатом, воспринимает информацию о температуре помещения и в зависимости от заданного человеком температурного режима включает или отключает отопительные приборы.

     Деятельность человека, связанную с процессами получения, преобразования, накопления и передачи информации, называют информационной деятельностью.

     Тысячелетиями предметами труда людей были материальные объекты. Все орудия труда от каменного топора до первой паровой машины, электромотора или токарного станка были связаны с обработкой вещества, использованием и преобразованием энергии. Вместе с тем человечеству пришлось решать задачи управления, задачи накопления, обработки и передачи информации, опыта, знания, возникают группы людей, чья профессия связана исключительно с информационной деятельностью. В древности это были, например, военачальники, жрецы, летописцы, затем — ученые и т. д.

     Однако число людей, которые могли воспользоваться информацией из письменных источников, было ничтожно мало. Во-первых, грамотность была привилегией крайне ограниченного круга лиц и, во-вторых, древние рукописи создавались в единичных (иногда единственных) экземплярах.

     Новой эрой в развитии обмена информацией стало изобретение книгопечатания. Благодаря печатному станку, созданному И. Гутенбергом в 1440 году, знания, информация стали широко тиражируемыми, доступными многим людям. Это послужило мощным стимулом для увеличения грамотности населения, развития образования, науки, производства.

     По мере развития общества постоянно расширялся круг людей, чья профессиональная деятельность была связана с обработкой и накоплением информации. Постоянно рос и объем человеческих знаний, опыта, а вместе с ним количество книг, рукописей и других письменных документов. Появилась необходимость создания специальных хранилищ этих документов — библиотек, архивов. Информацию, содержащуюся в книгах и других документах, необходимо было не просто хранить, а упорядочивать, систематизировать. Так возникли библиотечные классификаторы, предметные и алфавитные каталоги и другие средства систематизации книг и документов, появились профессии библиотекаря, архивариуса.

     В результате научно-технического прогресса человечество создавало все новые средства и способы сбора, хранения, передачи информации. Но важнейшее в информационных процессах — обработка, целенаправленное преобразование информации осуществлялось до недавнего времени исключительно человеком.

     Вместе с тем постоянное совершенствование техники, производства привело к резкому возрастанию объема информации, с которой приходится оперировать человеку в процессе его профессиональной деятельности.

     Развитие науки, образования обусловило быстрый рост объема информации, знаний человека. Если в начале прошлого века общая сумма человеческих знаний удваивалась приблизительно каждые пятьдесят лет, то в последующие годы — каждые пять лет.

     Выходом из создавшейся ситуации стало создание компьютеров, которые во много раз ускорили и автоматизировали процесс обработки информации.

     Первая электронная вычислительная машина «ЭНИАК» была разработана в США в 1946 году. В нашей стране первая ЭВМ была создана в 1951 году под руководством академика В. А. Лебедева.

     В настоящее время компьютеры используются для обработки не только числовой, но и других видов информации. Благодаря этому информатика и вычислительная техника прочно вошли в жизнь современного человека, широко применяются в производстве, проектно-конструкторских работах, бизнесе и многих других отраслях.

     Компьютеры в производстве используются на всех этапах: от конструирования отдельных деталей изделия, его дизайна до сборки и продажи. Система автоматизированного производства (САПР) позволяет создавать чертежи, сразу получая общий вид объекта, управлять станками по изготовлению деталей. Гибкая производственная система (ГПС) позволяет быстро реагировать на изменение рыночной ситуации, оперативно расширять или сворачивать производство изделия или заменять его другим. Легкость перевода конвейера на выпуск новой продукции дает возможность производить множество различных моделей изделия. Компьютеры позволяют быстро обрабатывать информацию от различных датчиков, в том числе от автоматизированной охраны, от датчиков температуры для регулирования расходов энергии на отопление, от банкоматов, регистрирующих расход денег клиентами, от сложной системы томографа, позволяющей « увидеть» внутреннее строение органов человека и правильно поставить диагноз.

     Компьютер находится на рабочем столе специалиста любой профессии. Он позволяет связаться по специальной компьютерной почте с любой точкой земного шара, подсоединиться к фондам крупных библиотек не выходя из дома, использовать мощные информационные системы — энциклопедии, изучать новые науки и приобретать различные навыки с помощью обучающих программ и тренажеров. Модельеру он помогает разрабатывать выкройки, издателю компоновать текст и иллюстрации, художнику — создавать новые картины, а композитору — музыку. Дорогостоящий эксперимент может быть полностью просчитан и имитирован на компьютере.

     Разработка способов и методов представления информации, технологии решения задач с использованием компьютеров, стала важным аспектом деятельности людей многих профессий.

8. Информация и управление. Замкнутые и разомкнутые системы управления, назначение обратной связи.

    Преобразование, целенаправленная обработка информации — важнейший из информационных процессов.

     Преобразование информации о состоянии окружающей среды, выбор на основе этой информации

     наиболее целесообразного поведения — постоянная функция мозга и нервной системы человека или животного. Решение задачи, встающей перед человеком в любом виде его деятельности, — также процесс преобразования исходной информации в информацию, отражающую результат решения этой задачи. Преобразование, анализ информации — основа выбора решений, процессов управления в любой области.

     Рассмотрим с этих позиций, как осуществляется процесс управления на примере управления автомобилем.

     В процессе управления человек с помощью органов чувств воспринимает информацию об окружающей среде (состояние дороги, дорожные знаки, сигналы светофора, наличие встречного транспорта, пешеходов и т. д.). Эта информация через органы чувств передается в мозг человека, где преобразуется в другую информацию — последовательность сигналов, передающихся по нервным путям и управляющих движением ног и рук водителя, воздействующих на руль, сцепление, тормоза и другие устройства автомобиля.

     Этот пример показывает, что без информации, ее передачи, преобразования и использования управление невозможно. В основе любого процесса управления лежат информационные процессы.

     В любом процессе управления всегда происходит взаимодействие двух систем — управляющей и управляемой. Если они соединены каналами прямой и обратной связи, то такую систему называют замкнутой или системой с обратной связью.

     ответы на экзамен

     По каналу прямой связи передаются сигналы (команды) управления, вырабатываемые в управляющем органе. Подчиняясь этим командам, управляемый объект осуществляет свои рабочие функции. В свою очередь, управляемый объект соединен с управляющим органом каналом обратной связи, по которому поступает информация о состоянии управляемого объекта. В управляющем органе эта информация используется для выработки новых сигналов управления, направляемых к управляемому объекту.

     Рассмотрим простейший пример управления — поддержание постоянно заданной температуры в электрической печи (или термостате). Выполняя эту задачу вручную (без применения средств автоматики), человек должен: 1) наблюдать за показаниями термометра, 2) сравнивать эти показания с заданной температурой и 3) при наличии разности между заданным и наблюдаемым значениями передвигать ползунок регулируемого реостата, изменяя силу тока и температуру электронагревательного прибора таким образом, чтобы эта разность стремилась к нулю.

     Структура автоматической системы, предназначенной для решения такой задачи, сводится к схеме, изображенной на рисунке.

     ответы на экзамен

     с заданным значением и при наличии расхождения передает соответствующую команду на исполнительный орган, который и восстанавливает заданное значение регулируемой величины (в нашем случае — температуры). В качестве исполнительных органов используются устройства, непосредственно воздействующие на технологический процесс (двигатели, электромагниты и т. п.).
     Такие системы представляют собой типичный пример систем автоматического регулирования.

9. Текстовый редактор, назначение и основные функции.

    Для работы с текстами на компьютере используются программные средства, называемые текстовыми редакторами или текстовыми процессорами. Существует большое количество разнообразных текстовых редакторов, различающихся по своим возможностям, — от очень простых учебных до мощных, многофункциональных программных средств, называемых издательскими системами, которые используются для подготовки к печати книг, журналов и газет. Наиболее известны среди пользователей IBM-совместимых компьютеров текстовые редакторы Lexicon и Word for Windows.

     Основное назначение текстовых редакторов — создавать текстовые файлы, редактировать тексты, просматривать их на экране, изменять формат текстового документа, распечатывать его на принтере.

     Набираемый на клавиатуре компьютера текст воспроизводится на экране дисплея в рабочем поле редактора. Специальный значок — курсор указывает то место на экране, на которое пользователь в данный момент может оказывать воздействие (создавать, изменять символы и т. д.) с помощью редактора. Работая с текстовым редактором, можно получить на экране информацию о текущем состоянии курсора, т. е. его координатах на экране (номер строки и позиции в строке), а также о номере страницы текста, его формате, используемом шрифте и т. д.

     Интерфейс практически каждого текстового редактора позволяет иметь на экране меню команд управления редактором — изменение режимов работы, обращение за помощью, форматирование текста, печати и т. д. Как правило, меню имеет не только текстовую форму, но и форму пиктограмм, указывающих на выполняемую команду.

     Функциональные возможности большинства современных текстовых редакторов позволяют пользователю выполнять следующие операции:

     • набирать текст с клавиатуры;
     • исправлять символы, вставлять новый символ на место ошибочного;
     • вставлять и удалять группы символов в пределах строк, не набирая заново всю строку, а сдвигая часть ее влево/вправо в режиме вставки;
     • копировать фрагмент текста, используя определенную часть памяти — так называемый «буфер» (или «карман», как говорят программисты) для временного хранения копируемых фрагментов текста;
     • удалять одну или несколько строк, копировать и перемещать их в другое место текста;
     • раздвигать строки набранного текста, чтобы вставить туда новый фрагмент;
     • вставлять фрагменты из других текстов, просматривать тексты и обнаруживать встречающиеся в этом тексте слова или группы слов, заранее выделенных пользователем;
     • сохранять набранный текст (а при необходимости и все промежуточные варианты этого текста) в виде файла на магнитном диске или другом запоминающем устройстве;
     • форматировать текст (т. е. изменять длину строки, межстрочные расстояния, выравнивать текст по краю или середине строки и т. д.);
     • изменять шрифты, их размер, делать выделения с помощью подчеркивания или применения различного начертания букв (курсивного, полужирного и т. п.);
     • распечатывать подготовленный текст на принтере.

     Большинство редакторов текста имеют также режим орфографического контроля текста. В этом случае в памяти компьютера хранится достаточно большой словарь. Благодаря этому становится возможным автоматический поиск орфографических ошибок в тексте и последующее их исправление.

     Широкие возможности текстовых редакторов позволили компьютеру практически вытеснить пишущие машинки из делопроизводства, а использование компьютерных издательских систем во многом изменило организацию подготовки рукописи к изданию, автоматизировало труд людей нескольких типографских профессий — верстальщика, наборщика, корректора и др.

10. Графический редактор, назначение и основные функции.

    В компьютерах первых поколений форма представления результатов решения задач была очень громоздкой и не наглядной — необозримые колонки чисел или огромные таблицы. Очень часто, чтобы облегчить восприятие этой информации, приходилось вручную строить диаграммы, рисовать графики или чертежи. Известно, что в графическом виде информация становится более наглядной, лучше воспринимается человеком.

     Поэтому возникла идея поручить компьютерам осуществлять графическую обработку информации. Так появились графопостроители (или плоттеры), с помощью которых компьютер смог рисовать графики, чертежи, диаграммы. Однако это был только первый шаг в компьютерной графике.

     Следующим, принципиально новым шагом стало создание графических дисплеев. На графическом дисплее совокупности точек (так называемых пикселов — от английских слов picture element) различного цвета позволяют создавать статическое и даже динамическое (изменяющееся, движущееся) изображение.

     Работой графического дисплея управляет графический адаптер, состоящий из двух частей: видеопамяти и дисплейного процессора. Видеопамять (часть ОЗУ) служит для хранения видеоинформации — двоичного кода изображения. Дисплейный процессор урравляет лучами электронно-лучевой трубки дисплея в соответствии с информацией, хранящейся в видеопамяти. Дисплейный процессор непрерывно «просматривает» (50—60 раз в секунду) содержимое видеопамяти и выводит его на экран.

     Появление графических дисплеев существенно расширило возможности компьютерной графики. Она стала повсеместно применяться в инженерно-конструкторской работе, архитектуре, дизайне, геодезии и картографии, полиграфии, кино, телевидении, рекламе и т. д.

     Для построения, коррекции, сохранения и получения «бумажных» копий рисунков и других изображений используется специальная программа — графический редактор.

     Для создания изображений в графическом редакторе используются определенные «инструменты» — линейка («отрезок»), прямоугольник, круг, эллипс и т. д. Такие инструменты, позволяющие изображать простые фигуры, называются «графическими примитивами». Это как бы простейшие элементы, из которых строится изображение. Чтобы воспользоваться инструментом, необходимо выбрать соответствующий «графический примитив» и установить курсор в ту точку экрана, где необходимо изобразить выбранную фигуру.

     Функции всех графических редакторов приблизительно одинаковы (один из простейших графических редакторов для IBM-совместимых компьютеров — Paintbrush). Они позволяют пользователю:

     — создавать рисунки из графических примитивов;
     — применять для рисования различные цвета и «кисти» (т. е. использовать линии различной ширины и конфигурации);
     — «вырезать» рисунки или их части, временно хранить их в буфере («кармане») или запоминать на внешних носителях;
     — перемещать фрагмент рисунка по экрану;
     — «склеивать» один рисунок с другим;
     — увеличивать фрагмент рисунка для того, чтобы прорисовать мелкие детали;
     — добавлять к рисункам текст.

     Многие графические редакторы позволяют также создавать компьютерную мультипликацию (анимацию), т. е. создавать на компьютере движущиеся изображения.

     «Среда» графического редактора состоит из трех основных частей.

     Инструментальная часть — набор пиктограмм, изображающих инструменты. Обычно это — «кисть» для изображения линий произвольной конфигурации, «линейка» для проведения отрезков прямых, «круг», «прямоугольник», «эллипс» для создания соответствующих фигур, «ластик» для стирания изображений, «валик» для закраски фигур, «ножницы» для вырезания фрагментов изображений. Другая часть среды — палитра для выбора цвета изображений. Наконец, третья часть — меню команд редактора. Эти части среды обычно

     располагаются по краям экрана. Центральная часть экрана предназначена для рабочего поля (или, как говорят, «холста»), на котором создаются изображения.

     Графический редактор, как правило, имеет следующие основные режимы работы: режим выбора и настройки инструмента, режим выбора цвета, режим работы с рисунком (рисование и редактирование), режим работы с внешними устройствами.

     Работая с графическим редактором, пользователь применяет не только клавиатуру, но и (для большинства современных компьютеров и редакторов) манипулятор мышь. Создавая изображения на экране компьютера, можно не только рисовать их самому, но и использовать другие изображения, например фотографии, рисунки из книг и т. д. Для ввода такой дополнительной графической информации в компьютер используется специальное устройство — сканер.

11. Электронные таблицы, назначение и основные функции.

    Электронные таблицы (или табличные процессоры) — это прикладные программы, предназначенные для проведения табличных расчетов.

     В электронных таблицах вся обрабатываемая информация располагается в ячейках прямоугольной таблицы. Отличие электронной таблицы от простой заключается в том, что в ней есть «поля» (столбцы таблицы), значения которых вычисляются через значения других «полей», где располагаются исходные данные. Происходит это автоматически при изменении исходных данных. Поля таблицы, в которых располагаются исходные данные, принято называть независимыми полями. Поля, где записываются результаты вычислений, называют зависимыми или вычисляемыми полями. Каждая ячейка электронной таблицы имеет свой адрес, который образуется от имени столбца и номера строки, где она расположена. Строки имеют числовую нумерацию, а столбцы обозначаются буквами латинского алфавита.

     Электронные таблицы имеют большие размеры. Например, наиболее часто применяемая в IBM-совместимых компьютерах электронная таблица Excel имеет 256 столбцов и 16 384 строк. Ясно, что таблица такого размера не может вся поместиться на экране. Поэтому экран — это только окно, через которое можно увидеть только часть таблицы. Но это окно перемещается, и с его помощью можно заглянуть в любое место таблицы.

     Рассмотрим, как могла бы выглядеть таблица для подсчета расходов школьников, собравшихся поехать на экскурсию в другой город.

     ответы на экзамен

     Всего на экскурсию едут 6 школьников, в музей собирается пойти 4 из них, а в цирк — 5. Билеты на поезд стоят 60 р., но можно поехать и на автобусе, заплатив по 48 р. Тогда появляется возможность либо увеличить затраты на обед, либо купить билеты в цирк подороже, но на лучшие места. Существует и масса других вариантов распределения бюджета, отведенного на экскурсию, и все они легко могут быть просчитаны с помощью электронной таблицы.

     Электронная таблица имеет несколько режимов работы: формирование таблицы (ввод данных в ячейки), редактирование (изменение значений данных), вычисление по формулам, сохранение информации в памяти, построение графиков и диаграмм, статистическая обработка данных, упорядочение по признаку.

     Формулы, по которым вычисляются значения зависимых полей, включают в себя числа, адреса ячеек таблицы, знаки операций. Например, формула, по которой вычисляется значение зависимого поля в третьей строке, имеет вид: ВЗ*СЗ — число в ячейке ВЗ умножить на число в ячейке СЗ, результат поместить в ячейку D3.

     При работе с электронными таблицами пользователь может использовать и так называемые встроенные формулы (в Excel их имеется около 400), т. е. заранее подготовленные для определенных расчетов и внесенные в память компьютера.

     Большинство табличных процессоров позволяют осуществлять упорядочение (сортировку) таблицы по какому-либо признаку, например по убыванию. При этом в нашей таблице на первом месте (во второй строке) останется расход на покупку билетов (максимальное значение — 360 р.), затем (в третьей строке) окажется расход на посещение цирка (100 р.), затем расходы на обед (60 р.) и наконец в последней строке — расходы на посещение музея (минимальное значение — 8р.).

     В электронных таблицах предусмотрен также графический режим работы, который дает возможность графического представления (в виде графиков, диаграмм) числовой информации, содержащейся в таблице.

     Электронные таблицы просты в обращении, быстро осваиваются непрофессиональными пользователями компьютера и во много раз упрощают и ускоряют работу бухгалтеров, экономистов, ученых, конструкторов и людей целого ряда других профессий, чья деятельность связана с расчетами.

12. Система управления базами данных (СУБД). Назначение и основные функции.

    Системы управления базами данных (СУБД) используются для упорядоченного хранения и обработки больших объемов информации. В процессе упорядочения информации СУБД генерируют базы данных, а в процессе обработки сортируют информацию и осуществляют ее поиск.

     Информация в базах данных структурирована на отдельные записи, которыми называют группу связанных между собой элементов данных. Характер связи между записями определяет два основных типа организации баз данных: иерархический и реляционный.

     В иерархической базе данных записи упорядочиваются в определенную последовательность, как ступеньки лестницы, и поиск данных может осуществляться последовательным «спуском» со ступени на ступень. Иерархическая база данных по своей структуре соответствует структуре иерархической файловой системы.

     Реляционная база данных, по сути, представляет собой двумерную таблицу. Под записью здесь понимается строка двумерной таблицы, элементы которой образуют столбцы таблицы. В зависимости от типа данных столбцы могут быть числовые, текстовые или содержать дату. Строки таблицы нумеруются.

     Работа с СУБД начинается с создания структуры базы данных, т. е. с определения:

     • количества столбцов;
     • названий столбцов;
     • типов столбцов (текст/число/дата);
     • ширины столбцов.

     Рассмотрим структуру базы данных на примере базы данных Процессоры.

     Количество столбцов — 5.

     Названия и типы столбцов: Тип процессора (текст), Год создания (дата), Частота (число), Разрядность по данным (число), Разрядность по адресу (число). Ширина каждого столбца устанавливается пользователем в соответствии с удобством представления данных на экране.

     Структура созданной базы данных может быть впоследствии изменена (добавлены/удалены столбцы, изменены их названия и т. д.).



     В созданную «пустую» базу данных необходимо занести записи и при необходимости их редактировать. Обычно предусмотрены следующие режимы:

     • добавление записи;
     • удаление записи;
     • редактирование записи.

     Внесем в базу шесть записей, характеризующих технические характеристики различных процессоров Каждая запись состоит из пяти данных различных типов

     ответы на экзамен

     Занесенную в базу данных информацию можно обрабатывать, а именно — осуществлять следующие операции:

     • сортировка по любому столбцу (по возрастанию/ убыванию чисел, символьных строк, дат);
     • поиск по любому столбцу с различными условиями (равно, больше, меньше и т. д.).

     Так, в результате выполнения сортировки по убыванию по столбцу Год создания порядок записей изменится на противоположный.

     Могут осуществляться вложенные сортировки, т. е. сортировка 1 уровня по одному столбцу, в ней сортировка 2 уровня по другому столбцу и т. д.

     В результате выполнения операции поиска по столбцу Разрядность по данным с условием "= 32" будут найдены две записи (80386 и 80486).

     Могут осуществляться операции сложного поиска, когда задаются несколько условий по разным столбцам. В результате будут найдены записи, удовлетворяющие всем заданным условиям.

     Созданные базы данных можно записывать/считывать с диска и распечатывать на принтере. Это же относится к результатам операций сортировки и поиска.

     Вид представления записей на экране -может быть не только табличным, но и картотечным. В последнем случае каждая запись выводится в виде определенной формы. Структура формы одинакова для всех записей, причем название полей соответствует названиям столбцов табличной формы представления базы данных, а их расположение задается пользователем.

     Так, первая запись базы данных Процессор в виде формы может выглядеть следующим образом:

     ответы на экзамен

13. Понятие алгоритма. Свойства алгоритмов. Возможность автоматизации деятельности человека.

    Каждый из нас постоянно встречается с множеством задач от самых простых и хорошо известных до очень сложных. Для многих задач существуют определенные правила (инструкции, предписания), объясняющие исполнителю, как решать данную задачу. Эти правила человек может изучить заранее или сформулировать сам в процессе решения задачи. Такие правила принято называть алгоритмами.

     Под алгоритмом понимают понятное и точное предписание (указание) исполнителю совершить определенную последовательность действий, направленных на достижение указанной цели или решение поставленной задачи.

     Слово алгоритм происходит от algorithmi — латинской формы написания имени великого математика IX в. аль-Хорезми, который сформулировал правила выполнения арифметических действий. Первоначально под алгоритмами и понимали только правила выполнения четырех арифметических действий над многозначными числами. В дальнейшем это понятие стали использовать вообще для обозначения последовательности действий, приводящих к решению поставленной задачи.

     Рассмотрим пример алгоритма для нахождения середины отрезка при помощи циркуля и линейки.

     Алгоритм деления отрезка АВ пополам:

     1) поставить ножку циркуля в точку А;
     2) установить раствор циркуля равным длине отрезка АВ;
     3) провести окружность;
     4) поставить ножку циркуля в точку В;
     5) провести окружность;
     6) через точки пересечения окружностей провести прямую;
     7) отметить точку пересечения этой прямой с отрезком АВ.

     Каждое указание алгоритма предписывает исполнителю выполнить одно конкретное законченное действие. Исполнитель не может перейти к выполнению следующей операции, не закончив полностью выполнения предыдущей. Предписания алгоритма надо выполнять последовательно одно за другим, в соответствии с указанным порядком их записи. Выполнение всех предписаний гарантирует правильное решение задачи. Данный алгоритм будет понятен исполнителю, умеющему работать с циркулем и знающему, что такое поставить ножку циркуля, провести окружность и т. д.

     Анализ примеров различных алгоритмов показывает, что запись алгоритма распадается на отдельные указания исполнителю выполнить некоторое законченное действие. Каждое такое указание называется командой. Команды алгоритма выполняются одна за другой. После каждого шага исполнения алгоритма точно известно, какая команда должна выполняться следующей.

     Поочередное выполнение команд алгоритма за конечное число шагов приводит к решению задачи, к достижению цели. Разделение выполнения решения задачи на отдельные операции (выполняемые исполнителем по определенным командам) — важное свойство алгоритмов, называемое дискретностью.

     Каждый алгоритм строится в расчете на некоторого исполнителя. Для того чтобы исполнитель мог решить задачу по заданному алгоритму, необходимо, чтобы он был в состоянии понять и выполнить каждое действие, предписываемое командами алгоритма. Такое свойство алгоритмов называется определенностью (или точностью) алгоритма.

     Совокупность команд, которые могут быть выполнены исполнителем, называется системой команд исполнителя.

     Еще одно важное требование, предъявляемое к алгоритмам, — результативность (или конечность) алгоритма. Оно означает, что исполнение алгоритма должно закончиться за конечное число шагов.

     Приведем еще один пример алгоритма.

     Игра Ваше (в игре участвуют двое).

     Рассмотрим частный случай этой игры. Имеется 15 предметов. Соперники ходят по очереди, за каждый ход любой из играющих может взять 1, 2 или 3 предмета. Проигрывает тот, кто вынужден взять последний предмет.

     Алгоритм выигрыша для первого игрока имеет следующий вид:

     1) взять два предмета;

     2) второй и последующий ходы делать так, чтобы количество предметов, взятых вместе с соперником за очередной ход, в сумме составляло 4.

     Данный алгоритм приводит к выигрышу для 7, 11, 15, 19, ... предметов.

     Человек, пользующийся данным алгоритмом, всегда будет выигрывать в этой игре. Ему совершенно необязательно знать, почему надо поступать именно так, а не иначе. Для успешной игры от него требуется только строго следовать алгоритму.

     Таким образом, выполняя алгоритм, исполнитель может не вникать в смысл того, что он делает, и вместе с тем получать нужный результат. В таком случае говорят, что исполнитель действует формально, т. е. отвлекается от содержания поставленной задачи и только строго выполняет некоторые правила, инструкции.

     Это очень важная особенность алгоритмов. Наличие алгоритма формализовало процесс, исключило рассуждения. Если обратиться к примерам других алгоритмов, то можно увидеть, что и они позволяют исполнителю действовать формально. Таким образом, создание алгоритма дает возможность решать задачу формально, механически исполняя команды алгоритма в указанной последовательности.

     Построение алгоритма для решения задачи из какой-либо области требует от человека глубоких знаний в этой области, бывает связано с тщательным анализом поставленной задачи, сложными, иногда очень громоздкими рассуждениями. На поиски алгоритма решения некоторых задач ученые затрачивают многие годы. Но когда алгоритм создан, решение задачи по готовому алгоритму уже не требует каких-либо рассуждений и сводится только к строгому выполнению команд алгоритма.

     В этом случае исполнение алгоритма можно поручить не человеку, а машине. Действительно, простейшие операции, на которые при создании алгоритма расчленяется процесс решения задачи, может реализовать и машина, специально созданная для выполнения отдельных команд алгоритма и выполняющая их в последовательности, указанной в алгоритме. Это положение и лежит в основе работы автоматических устройств, автоматизации деятельности человека.

14. Разветвляющиеся алгоритмы. Команда ветвления.

    В отличие от линейных алгоритмов, в которых команды выполняются последовательно одна за другой, в разветвляющиеся алгоритмы входит условие, в зависимости от выполнения или невыполнения которого выполняется та или иная последовательность команд (серий).

     В качестве условия в разветвляющемся алгоритме может быть использовано любое понятное исполнителю утверждение, которое может соблюдаться (быть истинно) или не соблюдаться (быть ложно). Такое утверждение может быть выражено как словами, так и формулой. Таким образом, команда ветвления состоит из условия и двух последовательностей команд.

     Команда ветвления, как и любая другая, может быть:

     • записана на естественном языке;
     • изображена в виде блок-схемы;
     • записана на алгоритмическом языке;
     • закодирована на языке программирования.

     ответы на экзамен

     Рассмотрим в качестве примера разветвляющийся алгоритм, изображенный в виде блок-схемы.

     Аргументами этого алгоритма являются две переменные А, В, а результатом — переменная X. Если условие А >= В истинно, то выполняется команда Х:=А*В, в противном случае выполняется команда Х:=А+В. В результате печатается то значение переменной X, которое она получает в результате выполнения одной из серий команд.

     Запишем теперь этот алгоритм на алгоритмическом языке и на языке программирования Бейсик.



     ответы на экзамен

15. Циклические алгоритмы. Команда повторения.

    В отличие от линейных алгоритмов, в которых команды выполняются последовательно одна за другой, в циклические алгоритмы входит последовательность команд, выполняемая многократно. Такая последовательность команд называется телом цикла.

     В циклах типа пока тело цикла выполняется до тех пор, пока выполняется условие. Выполнение таких циклов происходит следующим образом: пока условие справедливо (истинно), выполняется тело цикла, когда условие становится несправедливым, выполнение цикла прекращается.

     Цикл, как и любая другая алгоритмическая структура, может быть:

     * записан на естественном языке;
     • изображен в виде блок-схемы;

     записан на алгоритмическом языке; закодирован на языке программирования.

     ответы на экзамен

     Рассмотрим циклический алгоритм типа пока на примере алгоритма вычисления факториала, изображенного на блок-схеме. Переменная N получает значение числа, факториал которого вычисляется. Переменной N!, которая в результате выполнения алгоритма должна получить значение факториала, присваивается первоначальное значение 1. Переменной К также присваивается значение 1. Цикл будет выполняться, пока справедливо условие К <= N. Тело цикла состоит из двух операций N! : = N!*K и К:=К+ 1.

     ответы на экзамен

     Циклические алгоритмы, в которых тело цикла выполняется заданное число раз, реализуются с помощью цикла со счетчиком. Цикл со счетчиком реализуется с помощью команды повторения.

     Рассмотрим в качестве примера алгоритм вычисления суммы квадратов целых чисел от 1 до 3. Запишем его на алгоритмическом языке. Телом цикла в данном случае является команда S : = S + п*п. Количество повторений тела цикла зафиксировано в строке, определяющей изменение значений счетчика цикла (для пот!доЗ), т. е. тело цикла будет выполнено три раза.

     ответы на экзамен

16. Разработка алгоритмов методом последовательной детализации. Вспомогательные алгоритмы.

    Процесс решения сложной задачи довольно часто сводится к решению нескольких более простых подзадач. Соответственно при разработке сложного алгоритма он может разбиваться на отдельные алгоритмы, которые называются вспомогательными. Каждый такой вспомогательный алгоритм описывает решение какой-либо подзадачи.

     Процесс построения алгоритма методом последовательной детализации состоит в следующем. Сначала алгоритм формулируется в «крупных» блоках (командах), которые могут быть непонятны исполнителю (не входят в его систему команд) и залисываются как вызовы вспомогательных алгоритмов. Затем происходит детализация, и все вспомогательные алгоритмы подробно расписываются с использованием команд, понятных исполнителю.

     Рассмотрим процесс создания алгоритма Домик для исполнителя Чертежник методом последовательной детализации. Пусть необходимо нарисовать домик с крышей.

     Сначала запишем алгоритм, состоящий из крупных блоков. Такими блоками, содержащими «непонятные» для исполнителя Чертежник команды, являются блоки стена, крыша. Теперь детализируем эти блоки и запишем их в виде вспомогательных алгоритмов, содержащих понятные Чертежнику команды.

     ответы на экзамен

     В результате мы имеем основной алгоритм (домик), созданный методом последовательной детализации, в который входят как составные части два вспомогательных алгоритма (стена, крыша).

17. Компьютер как формальный исполнитель алгоритмов (программ).

    Алгоритм может быть записан на естественном языке, изображен в виде блок-схемы, записан с соблюдением строгих правил синтаксиса на алгоритмическом языке или закодирован на языке программирования. Для того чтобы компьютер мог его выполнить, алгоритм должен быть записан на понятном для компьютера языке.

     Устройством, которое обрабатывает информацию в компьютере, является процессор, следовательно, алгоритм должен быть записан на языке, «понятном» для процессора, т. е. должен использовать систему команд процессора. Таким образом, алгоритм должен быть записан на машинном языке, представляющем собой логические последовательности нулей и единиц,

     Действительно, вначале, в 50—60 годы, программы писались на машинном языке, т. е. представляли собой очень длинные последовательности нулей и единиц. Однако составление программ на машинном языке было чрезвычайно трудоемким делом.

     Для облегчения труда программистов начали создаваться языки программирования, т. е. искусственно созданные языки с несколькими десятками слов (операторов) и строгими правилами синтаксиса, т. е. правилами соединения этих слов в предложения.

     Известный всем Бейсик был создан в 1964 году сотрудниками Дартмутского колледжа Дж. Кемени и Т. Курцом. (Название BASIC является аббревиатурой английского названия Beginners All-purpose Symbolic Instruction Code.) Интересно, что языки программирования развиваются так же, как и естественные, т. е. они обогащаются новыми операторами и новыми возможностями, возникают различные версии языка (QBasiC, VisualBasic и др.).

     Для того чтобы процессор мог выполнить программу, эта программа и данные, с которыми она работает, должны быть загружены в оперативную память.

     Итак, мы создали программу на Бейсике (некоторый текст) и загрузили ее в оперативную память из внешней памяти или с клавиатуры. Теперь мы хотим, чтобы процессор ее выполнил, однако процессор «понимает» команды на машинном языке, а наша программа написана на Бейсике. Как быть? Необходимо, чтобы в оперативной памяти находилась программа переводчик (транслятор), автоматически переводящая с Бейсика на машинный язык.

     Ясно, что один и тот же компьютер может «понимать» и QBasic, и Turbo Pascal, и какой-либо другой язык, все зависит от того, транслятор какого языка программирования размещен в оперативной памяти компьютера.

     Рассмотрим на простейшем примере (умножение двух чисел) процесс построения алгоритма, его кодирование на языке программирования и выполнение программы. В качестве языка программирования выбран Бейсик, однако это может быть практически любой язык программирования.

     Сначала запишем алгоритм на естественном языке. Он является линейным и состоит из трех действий. Затем построим блок-схему данного алгоритма, что позволяет в наглядной форме представить логическую структуру алгоритма и проследить динамику его выполнения. В процессе построения алгоритма особое внимание обратим на то, какие данные вводятся в компьютер и какие выводятся (фиксируются аргументы и результаты алгоритма).

     ответы на экзамен

     Следующим этапом является кодирование алгоритма на языке программирования (в данном случае Бейсике) и загрузка полученной программы в оперативную память. Оперативная память состоит из отдельных адресуемых ячеек, в которых информация может храниться, записываться и стираться. Каждая ячейка имеет уникальный адрес, и в ней может храниться 1 байт информации. Количество таких ячеек в современных компьютерах велико и соответствует объему памяти, выраженному в байтах. Для памяти 16 Мб оно составляет 16 777216 ячеек.

     Программа займет в оперативной памяти определенное количество ячеек в области, отведенной для программ пользователя. Программа будет записана в памяти во внутреннем представлении языка программирования (в данном случае Бейсика), который процессор «не понимает». Для перевода программы на машинный язык, понятный процессору, в памяти должна находиться программа-транслятор с данного языка программирования.

     Переход в режим выполнения программы задается соответствующей командой (RUN), процессор последовательно будет считывать из памяти операторы и их выполнять. Выполнение программы «проиграем» на структурной схеме компьютера на конкретном примере (например, умножение чисел 5 и 8).

     ответы на экзамен

     КЕМ — оператор комментариев; неисполняемый оператор, все, что стоит в строке программы после этого оператора, компьютером игнорируется.

     INPUT — оператор ввода значений переменных; процессор отводит в оперативной памяти области (некоторое количество ячеек) и «называет» их именами переменных (А, В) из списка ввода; запрашивает у пользователя их значения (на экране дисплея появляется знак вопроса ?); пользователь вводит значения переменных с клавиатуры (5,8); процессор записывает эти значения в отведенные области памяти.

     LET — оператор присваивания; процессор считывает из памяти значения переменных (А, В), составляющих арифметическое выражение в правой части присваивания; вычисляет значение арифметического выражения (40); отводит в памяти область под переменную, стоящую в левой части присваивания (X); записывает вычисленное значение (40) арифметического выражения в эту область.

     PRINT — оператор вывода значений переменных на экран; процессор считывает значение переменной (X) из памяти и высвечивает это значение (40) на экране дисплея.

     END — оператор окончания программы; на экране дисплея появляется соответствующее сообщение (Ok) и курсор.

18. Этапы решения задач на компьютере.

    Процесс исследования поведения какого-либо объекта или системы объектов на компьютере можно разбить на следующие этапы: построение содержательной модели объекта — построение математической модели объекта — построение информационной модели и алгоритма — кодирование алгоритма на языке программирования — компьютерный эксперимент.

     Лучше всего рассмотреть процесс решения задачи на компьютере на конкретном примере. Пусть мы изучаем полет пушечного снаряда. Сначала мы строим содержательную модель, в которой рассматриваем движение снаряда в поле тяготения Земли. В этой модели мы рассматриваем только те параметры, которые характеризуют движение снаряда (скорость и координаты), и отвлекаемся от других параметров (температура снаряда, его цвет и т. д.). Затем строим математическую модель.

     Математическая модель всегда основана на некоторых упрощениях, и поэтому этап построения математической модели весьма ответственный, неправильно выбранная модель с неизбежностью приводит к неверным результатам. Реально существующую физическую систему опишем с помощью идеализированной математической модели. Снаряд считаем материальной точкой, сопротивлением воздуха и размерами пушки пренебрегаем, ускорение свободного падения считаем постоянным g ~ 9,8 м/с2. Снаряд вылетает из пушки со скоростью V под углом а к горизонту.

     Математическая модель описывается с помощью уравнений.

     Пользуясь формулами из курса физики 9 класса и учитывая, что по оси X движение равномерное, а по оси У — равноускоренное, можно получить формулы зависимости координат снаряда от времени:

     х = (Vcos a)t, y = (Vsina)t-gt2/2.

     Следующим этапом является построение информационной модели и алгоритма. Здесь необходимо четко зафиксировать, какие величины являются аргументами и какие — результатами алгоритма, а также определить тип этих величин. В нашем случае аргументами являются следующие переменные: угол вылета снаряда А, его начальная скорость V и время полета Т. Результатом являются координаты X и У. Все они являются переменными вещественного типа. Затем строится алгоритм, который позволяет определять значения результатов при различных значениях аргументов.

     Построенный алгоритм записывается в какой-либо форме, например в виде блок-схемы:

     ответы на экзамен

     Следующим этапом является кодирование алгоритма на языке программирования. Закодируем наш алгоритм на языке программирования Бейсик.

     ответы на экзамен

     Теперь можно проводить компьютерный эксперимент, для этого необходимо загрузить программу в оперативную память компьютера и запустить на выполнение. Компьютерный эксперимент обязательно включает в себя анализ полученных результатов, на основании которого могут корректироваться все этапы решения задачи (математическая модель, алгоритм, программа).

     В некоторых случаях можно избежать этапа построения алгоритма и создания программы, так как можно воспользоваться одной из многих ранее созданных программ. Такие библиотеки алгоритмов (программ) существуют практически по всем областям науки и техники.

19. Передача информации. Организация и структура телекоммуникационных компьютерных сетей.

    С раннего детства мы знаем, что такое почта. Каждый из нас получал и отправлял письма и с их помощью обменивался информацией с друзьями, родственниками, учреждениями и организациями. Почта, телефон, телеграф обеспечивают человеку связь, возможность общения на расстоянии. Их называют средствами телекоммуникации. Термин телекоммуникация состоит из двух слов: теле-(в переводе с греческого означает — «далеко») и коммуникация (в переводе с латыни — «сообщение, связь») и означает «связь, сообщение на расстоянии».

     Если к вашему компьютеру подключить модем, т. е. устройство, позволяющее передавать информацию из компьютера через обыкновенную телефонную сеть, то вы сможете обмениваться сообщениями с любым человеком, чей компьютер также подключен к телефонной сети с помощью модема.

     Модем (МОдулятор/ДЕМодулятор) предназначен для модуляции (преобразования) сигналов на выходе компьютера в сигналы, которые могут передаваться по телефонной сети, и демодуляции при приеме информации на компьютер.

     Одной из важнейших характеристик модема является скорость передачи данных. Скорость передачи данных определяет, какое количество информации (бит) модем может передавать/принимать за единицу времени (секунду).

     Наиболее распространенные модемы имеют скорости в 14 400 бит/с и 28 800 бит/с.

     Чем выше скорость передачи данных, тем меньше времени потребуется модему на передачу или прием информации. Например, при пересылке файла размером 500 Кб модему со скоростью передачи данных 2400 бит/с понадобится около 36 минут, модему на 9600 бит/с — около 9 минут, модему на 14 400 бит/с — около 6 минут.

     Определенная совокупность компьютеров, подключенных через модем к телефонной или иной коммуникационной среде и таким образом имеющих возможность обмениваться между собой информацией, представляет собой компьютерную телекоммуникационную сеть. Телекоммуникационная сеть состоит из компьютеров-серверов, передающих между собой информацию по определенным правилам (протоколам), а также отвечающих на обращения компьютеров-абонентов. Серверы организуют использование так называемых сетевых ресурсов (т. е. общей памяти компьютеров сети и каналов связи). Для связи серверов сети между собой может использоваться беспроводная спутниковая связь, специально выделенные телефонные линии (служат для прямого соединения абонентов друг с другом, набора номера не требуется), обычные коммутируемые телефонные линии (обеспечивают соединение с тем абонентом, номер которого набран). Для связи абонента с сервером сети, как правило, используется обычная коммутируемая телефонная линия.

     Сервер сети, отвечая на телефонный звонок компьютера абонента, работает в одном из двух режимов: on-line (оператор на линии) или off-line (без оператора). Абонент, используя специальную коммуникационную программу и связываясь через свой компьютер с сервером, работающим в режиме on-line, получает возможность во время сеанса связи давать серверу определенные команды: просмотр разделов сервера, получение файлов с сервера на компьютер абонента, передача файлов с компьютера абонента на сервер. Связываясь с сервером, работающим в режиме off-line, абонент не имеет возможности непосредственно работать с сервером: коммуникационная программа абонента автоматически производит обмен информацией с сервером и прекращает сеанс связи. Иначе говоря, процесс ознакомления с полученной информацией в режиме off-line происходит уже тогда, когда связь с сервером уже прекращена. При обмене информацией между собой серверы сети используют режим offline.

     Серверы сети обмениваются информацией между собой, поэтому абонент, подключенный к какому-либо одному серверу сети, имеет возможность обмениваться информацией с любым другим абонентом, подключенным к сети. Так как большинство сетей имеют между собой шлюзы (средства обмена информацией между серверами различных сетей) и тем самым входят в мировое содружество сетей, абонент одной какой-либо сети, в принципе получает возможность обмениваться информацией с любым другим абонентом, подключенным к любой другой сети.

     Структура сети такова, что каждый сервер имеет по отношению к себе вышестоящий сервер, с которым и обменивается информацией. Так, серверы D и Е обмениваются информацией с серверами В и С. Серверы А, В, С обмениваются информацией с сервером N. Сервер же N имеет шлюз в мировое содружество сетей, включая наиболее распространенные в России сети: Relcom, GlasNet и др.

20. Услуги компьютерных сетей.

    Основной услугой компьютерных сетей является электронная почта. Этот режим работы компьютерных сетей назван так, потому что обеспечивает доставку электронных писем от одного абонента к другому. Электронное письмо — обычный текстовый файл, снабженный несколькими служебными строками (конвертом). Электронная почта позволяет пересылать не только тексты, но при необходимости программы, картинки и другую информацию. Электронная почта — быстрый и достаточно дешевый вид связи. В любую точку мира электронное письмо идет, как правило, не более 4 часов.

     Для каждого абонента сети на одном из компьютеров выделяется область памяти, так называемый электронный почтовый ящик. Все письма, поступающие на определенный почтовый адрес, записываются в соответствующий почтовый ящик. Чтобы использовать этот почтовый ящик (получать из него информацию), абонент должен передать на сетевой компьютер свой почтовый адрес и определенный пароль, обеспечивающий доступ к информации только тому пользователю, который знает этот пароль.

     Для того чтобы электронное письмо дошло до адресата, необходимо, чтобы оно было оформлено в соответствии с международным стандартом и имело почтовый электронный адрес. Почтовый электронный адрес может иметь разные форматы. Наиболее широко распространена схема формирования адреса, используемая, например, в сети Internet.

     По аналогии с адресом, который мы указываем на конверте обычного письма, электронный адрес содержит два основных компонента:

     идентификатор абонента (аналогично строке КОМУ: на почтовом конверте);

     координаты абонента, указывающие его местонахождение (аналогично строке КУДА: дом, улица, город, страна).

     Для того чтобы отделить идентификатор абонента от его почтовых координат, используется значок @.

     Например:

     kuz@tit-bit.msk.ru

     В рассматриваемом примере kuz — идентификатор абонента, отражающий обычно начальные буквы его фамилии или имени. Далее справа от знака @ указываются почтовые координаты абонента, которые описывают его местонахождение. Эти координаты называют доменом. Составные части домена разделяются точками. Крайне правая часть домена, как правило, обозначает код страны адресата. Код страны определяется международным стандартом ISO. В нашем случае ru — код России.

     Следующая часть домена — msk — указывает код города — Москвы.

     Наконец, третья часть домена обозначает имя машины (tit-bit), которой пользуется данный абонент.

     Использование компьютерных телекоммуникаций дает возможность не просто передавать сообщения абонентам сети, но еще и записывать, хранить и читать информацию, ранее оставленную там другим абонентом. Эти возможности привели к появлению так называемых электронных досок объявлений (ЭДО). Они получили такое название по аналогии их функций с обычными «досками объявлений» на стене школы, учреждения, в журнале или газете. Для организации электронной доски объявлений используется мощный компьютер с большим объемом дисковой и оперативной памяти. В ней хранятся сообщения, полученные от пользователей данной электронной доски объявлений. К этому компьютеру подключается несколько отдельных телефонных каналов, что дает возможность использования электронной доски объявлений одновременно большим числом пользователей.

     Абонент, обращающийся к ЭДО, входит в систему меню, предлагаемую ЭДО. Он может просмотреть меню, выбрать интересующий его раздел, переписать информацию из ЭДО в свой компьютер, передать информацию из своего компьютера в ЭДО или оставить сообщение для конкретного абонента.

     Дальнейшее развитие идеи электронного обмена информацией — это телеконференции.

     Телеконференция — обмен электронными сообщениями между абонентами по определенной тематике. Сообщение, посвященное определенной теме, попадает ко всем абонентам, подключенным к данной конференции. Существует огромное количество телеконференций, посвященных совершенно разнообразным темам: образованию, музыке, искусству, программированию, бизнесу и т. д.

     Телеконференции по своей организации и функционированию во многом близки к ЭДО, но имеют и отличие.

     Используя режим телеконференций, абонент может непосредственно не обращаться на ЭДО. Ему необходимо заранее подготовить сообщение, которое он хотел бы поместить в тот или иной раздел, и указать, содержимое каких разделов его интересует. Связавшись с сервером сети, абонент передает все функции организации работы компьютеру. Компьютер передаст все сообщения, предназначенные для отправки, и получит все содержимое из разделов, которые были выбраны абонентом.

     Благодаря совмещению технологий баз данных и компьютерных телекоммуникаций стало возможным использовать так называемые распределенные базы данных. Огромные массивы информации, накопленные человечеством, распределены по различным регионам, странам, городам, где хранятся в библиотеках, архивах, информационных центрах. Обычно все крупные библиотеки, музеи, архивы и другие подобные организации имеют свои компьютерные базы данных, в которых сосредоточена хранимая в этих учреждениях информация. Компьютерные сети позволяют осуществить доступ к любой базе данных, которая подключена к сети. Это избавляет пользователей сети от необходимости держать у себя гигантскую библиотеку и дает возможность существенно повысить эффективность работы по поиску необходимой информации.

     Если вы являетесь пользователем компьютерной сети, то можете сделать запрос в соответствующие базы данных и получить по сети электронную копию необходимой книги, статьи, архивного материала, увидеть, какие картины и другие экспонаты находятся в данном музее, и т. д. Вы можете также послать свою информацию в любую базу данных.