Экзаменационные билеты по информатике.
2000/2001 учебный год.
Билет № 1
1. Магистрально-модульный принцип построения компьютера.
2. Технология объектно-ориентированного программирования. Объекты и их свойства.
Билет № 2
1. Основные характеристики (разрядность, адресное пространство и др.) процессора компьютера.
2. Системы программирования. Интерпретация и компиляция.
Билет № 3
1. Организация и основные характеристики памяти компьютера.
2. Технология алгоритмического программирования. Основные структуры и средства языка программирования (операторы, функции, процедуры).
Билет № 4
1. Внешняя память компьютера. Носители информации (гибкие и жесткие диски, CD-ROM-диски).
2. Технология логического программирования. Основные структуры и средства логического программирования (язык ПРОЛОГ).
Билет № 5
1. Операционная система компьютера (назначение, состав, загрузка).
2. Глобальная сеть Интернет и ее информационные ресурсы (файловые архивы, «всемирная паутина», электронная почта, телеконференции).
Билет № 6
1. Файлы (тип, имя, местоположение). Работа с файлами.
2. Основные подходы к программированию: процедурный (алгоритмический), логический, объектно-ориентированный.
Билет № 7
1. Информационные процессы в природе, обществе, технике. Информационная деятельность человека.
2. Структура программного обеспечения компьютера и назначение его составных компонентов.
Билет № 8
1. Информация и управление. Замкнутые и разомкнутые системы управления, назначение обратной связи.
2. Основные принципы структурного программирования.
Билет №9
1. Текстовый редактор, назначение и основные функции.
2. Основные типы и способы организации данных (переменные, массивы, списки).
Билет № 10
1. Графический редактор, назначение и основные функции.
2. Логические функции и их преобразования.
1. Электронные таблицы, назначение и основные функции.
2. Основные логические операции («И», «ИЛИ», «НЕ»).
Билет № 12
Система управления базами данных (СУБД). Назначение и основные функции.
Информация. Вероятностный подход к измерению количества информации.
Билет №13
1. Понятие алгоритма. Свойства алгоритмов. Возможность автоматизации деятельности человека.
2. Технология мультимедиа (аппаратные и программные средства).
Билет № 14
1. Разветвляющиеся алгоритмы. Команда ветвления.
2. Информационная технология решения задачи с помощью компьютера: основная технологическая цепочка.
Билет №15
1. Циклические алгоритмы. Команда повторения.
2. Аппаратные компоненты и программные средства компьютера.
Билет №16
1. Разработка алгоритмов методом последовательной детализации. Вспомогательные алгоритмы.
2. Функциональные узлы в процессорах регистры, сумматоры и др.
Билет № 17
1. Компьютер как формальный исполнитель алгоритмов (программ).
2. Системы счисления. Двоичная система счисления и ее применение в вычислительной технике.
Билет № 18
1. Этапы решения задач на компьютере.
2. Технология гипертекста. Компьютерные справочники и энциклопедии.
Билет № 19
1. Передача информации. Организация и структура телекоммуникационных компьютерных сетей.
2. Информатизация общества. Основные этапы развития вычислительной техники.
Билет № 20
1. Услуги компьютерных сетей.
2. Двоичное кодирование текста, изображения и звука.
Магистрально-модульный принцип построения компьютера.
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.
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 объем адресуемой процессором памяти. Имеются 16-, 20-, 24- и 32-разрядные шины адреса.
Каждой шине соответствует свое адресное пространство, т. е. максимальный объем адресуемой памяти:
216 = 64 Кб
220 = 1 Мб
224 = 16 Мб
232 = 4 Гб
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.
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).
Технология объектно-ориентированного программирования. Объекты и их свойства.
Объектно-ориентированное программирование (ООП) — это метод программирования, при использовании которого главными элементами программ являются объекты.
Такой подход объективно обусловлен тем, что окружающий нас мир состоит из целостных объектов, которые обладают определенными свойствами и поведением. Ранее при использовании технологии структурного программирования предусматривалось «расчленение» объекта, описание его свойств отдельно от поведения.
В технологии объектно-ориентированного программирования объекты сохраняют свою целостность, все свойства объекта и его поведение описываются внутри самого объекта.
В основе объектно-ориентированного подхода лежат три понятия:
Инкапсуляция. В объектно-ориентированном программировании объект представляет собой запись, которая служит «оболочкой» для соединения связанных между собой данных и процедур. Другими словами, объект обладает определенными свойствами и поведением. Рассмотрим в качестве примера кнопку — типичный объект, присутствующий в интерфейсе большого количества программ. Кнопка обладает определенным поведением: она может быть нажата, после нажатия на кнопку будут происходить определенные события и т. д. Соединение таких свойств и поведения в одном объекте и называется инкапсуляцией.
Наследование. Объекты могут наследовать свойства и поведение от других объектов, которые называются «родительскими объектами». Это понятие можно хорошо проиллюстрировать опять на примере интерфейсной кнопки. Возьмем в качестве «родительского объекта» самую простую квадратную кнопку серого цвета с надписью «Кнопка», при нажатий на которую запускается определенная процедура. На основе этой кнопки можно создать множество кнопок, обладающих различными размерами, цветами и надписями. Нажатие на каждую такую кнопку будет вызывать свою особенную процедуру. Таким образом, все это множество кнопок унаследует свои свойства и поведение от «родительского объекта», простой кнопки.
Полиморфизм — это слово из греческого языка, означающее «много форм». Перечень интерфейсных кнопок различных типов (простая кнопка, радиокнопка, кнопка-переключатель и т. д.) представляет собой хороший пример полиморфизма. Каждый тип объекта в этом перечне представляет собой различный тип интерфейсной кнопки. Можно описать метод для каждой кнопки, который изобразит этот объект на экране. В терминах объектно-ориентированного программирования можно сказать, что все эти типы кнопок имеют способность изображения самих себя на экране.
Однако способ (процедура), которым каждая кнопка должна изображать себя на экране, является различным для каждого типа кнопки. Простая кнопка рисуется на экране с помощью процедуры «вывод изображения простой кнопки», радиокнопка рисуется на экране с помощью процедуры «вывод изображения радиокнопки» и т. д.
Таким образом, существует единственное для всего перечня интерфейсных кнопок действие (вывод изображения кнопки на экран), которое реализуется специфическим для каждой кнопки способом. Это и является проявлением полиморфизма.
В системах объектно-ориентированного программирования обычно используется графический интерфейс, который позволяет визуализировать процесс программирования. Появляется возможность создавать объекты, задавать им свойства и поведение с помощью мыши.
Объектно-ориентированное программирование по своей сути — это создание приложений из объектов, подобно тому, как из блоков и различных деталей строятся дома. Одни объекты приходится полностью создавать самостоятельно, тогда как другие можно позаимствовать в готовом виде из разнообразных библиотек.
Наиболее распространенными системами объектно-ориентированного визуального программирования являются Microsoft Visual Basic и Borland Delphi. Катализатором широкого распространения объектно-ориентированного программирования стала технология World Wide Web. Практически все новейшие разработки для этой системы выполняются с помощью объектно-ориентированных языков (например, языка Java).
Объект — элементарная единица в объектно-ориентированном программировании, заключающая в себе как описывающие объект данные, так и средства обработки этих данных.
Класс — обобщенное описание набора объектов, обладающих некоторыми одинаковыми методами и структурами данных.
Подкласс — более подробное описание, относящееся к какому-либо специализированному подмножеству набора объектов, описанного классом. Иногда подклассы называют также производными или дочерними классами.
Наследование — механизм автоматического включения в состав различных классов, подклассов и объектов одних и тех же методов и структур данных.
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, 1997 г.).
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 ММХ достигается большая производительность при работе с мультимедиа-приложениями (программами для обработки графики, видео и звука).
Системы программирования. Интерпретация и компиляция.
Имеются два основных подхода к реализации языков программирования: компиляция и интерпретация. Компилятор переводит программу на языке программирования в машинный код (последовательность команд и данных) конкретного компьютера, на котором будет выполняться программа.
Исполнение этого кода осуществляется под управлением операционной системы и никак не зависит от компилятора. Интерпретатор же является собственно той системой, которая исполняет программу на языке программирования.
Между этими двумя подходами имеется множество промежуточных вариантов: существуют компиляторы, которые компилируют в интерактивном режиме, во время ввода программы. Существуют интерпретаторы, которые компилируют программу в промежуточный код.
Вообще говоря, код, полученный компилятором, будет более эффективным, т. е. программа будет выполняться быстрее. Но полное время, затраченное на проектирование, ввод текста и запуск на выполнение для компилирующей системы, может быть больше, чем для интерпретирующей. Кроме того, компилятор может точно указать место лишь синтаксической ошибки; если же ошибка другого рода, то компилятор может предложить лишь сгенерированный код для определения места вероятной ошибки. Интерпретатор же покажет ошибку в исходном тексте программы.
В самом языке программирования, вообще говоря, не заложен способ его реализации, однако одни языки почти всегда компилируются, например C++, другие, например Smalltalk, почти всегда интерпретируются, Java компилируется в байт-код и затем интерпретируется.
Сейчас практически любая реализация языка представлена как среда разработки, которая включает:
1) компилятор (или интерпретатор);
2) отладчик — специальную программу, которая облегчает процесс поиска ошибок; пользуясь ею, разработчик может выполнять программу «по шагам», отслеживать изменение значений переменных в процессе выполнения и др.;
3) встроенный текстовый редактор;
4) специальные средства для просмотра структуры программы, классов, модулей и проч.;
5) библиотеку готовых модулей, классов, напри-Q для создания пользовательского интерфейса (окна, кнопки и т. д.).
В 80-е годы активно прорабатывалась идея визуального программирования, основной смысл которой состоит в том, чтобы процесс «сборки» программы осуществлялся на экране дисплея из программных конструкций — картинок. В результате появились среды разработки 4-го поколения (4GL), в которых разрабатываемый программный продукт строится из готовых крупных блоков при помощи мыши. Примерами таких сред являются: Delphi, Visual Age, Visual Java.
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 232 == 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 нс, в. модулях типа DIMM — 10нс.
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 объём оперативной памяти таких компьютеров до 128 Кб и более.
Операционная система MS-DOS создает сложную логическую структуру оперативной памяти:
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.
Технология алгоритмического программирования базируется на методе последовательной детализации алгоритмов. Сначала формулируется основной алгоритм, который состоит из «крупных» блоков (команд), часть которых может быть непонятна исполнителю (не входит в его систему команд). В этом случае они записываются как вызовы вспомогательных алгоритмов. Затем происходит детализация, т. е. все вспомогательные алгоритмы подробно расписываются с использованием команд, понятных исполнителю.
Как основной алгоритм, так и вспомогательные алгоритмы могут включать основные алгоритмические структуры: линейную, разветвляющуюся и циклическую. В линейной алгоритмической структуре все команды выполняются в линейной последовательности, одна за другой.
В разветвляющиеся алгоритмы входит условие, в зависимости от выполнения или невыполнения которого выполняется та или иная последовательность команд (серий).
В циклические алгоритмы входит последовательность команд, выполняемая многократно. Такая последовательность команд называется телом цикла.
Алгоритмы могут быть описаны различными способами:
Для кодирования алгоритма на языке программирования необходимо знать синтаксис языка, т. е. его основные операторы, типы переменных и др. В школе знакомятся в основном с языком программирования Бейсик.
Язык программирования Basic (Beginner's All-purpose Symbolic Instruction Code — многоцелевой язык для начинающих) был разработан в 1964 году. Языки программирования, в том числе и Basic, развиваются, обогащаются новыми возможностями, и в результате возникают различные версии языка (Бейсик-Агат, MSX-Basic, QBasic, VisualBasic).
Команды и различные типы алгоритмических структур реализуются на языке программирования с помощью операторов. Каждый оператор имеет свой формат.
В формат операторов, кроме ключевых слов, входят переменные и арифметические выражения. Переменные бывают различных типов, тип переменной определяет, какие значения может принимать эта переменная. В Бейсике переменные могут быть следующих типов: целые (А% = 5), вещественные (А = 3.14), символьные (А$ = "информатика") и массивы DIM А(М, N). Массивы представляют собой одномерные или двумерные таблицы.
Арифметические выражения могут включать в себя: числа, переменные, знаки арифметических выражений, стандартные функции и круглые скобки. Например, арифметическое выражение, которое позволяет определить величину гипотенузы прямоугольного треугольника, будет записываться следующим образом: SQR (А*А + В*В).
Стандартные функции позволяют вычислить значения математических функций, например стандартная функция SIN (X) позволяет вычислить значения математической функции sin х.
Вспомогательные алгоритмы реализуются на Бейсике с помощью подпрограмм. Для перехода на подпрограмму используется специальный оператор, его формат: GOSUB <номер строки>. Возврат из подпрограммы реализуется с помощью оператора RETURN.
В некоторых других языках программирования, в частности в Паскале, вспомогательные алгоритмы реализуются с помощью процедур.
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.
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 магнитомягкого 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 (0) 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":
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 односкоростными 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.
Технология логического программирования. Основные структуры и средства логического программирования (язык ПРОЛОГ).
Язык Пролог хорошо приспособлен для решения тех задач, в которых речь идет об отношениях между различными объектами. Программирование на
Прологе состоит в определении отношений и в постановке вопросов, касающихся этих отношений. Классический пример — родственные отношения. Тот факт, что Иван является родителем Петра, записывается на Прологе так:
родитель(иван, петр).
родитель — это имя отношения, иван и петр — аргументы этого отношения. Итак, на Прологе можно определить отношение между двумя и более объектами или унарное отношение, т. е. утверждение относительно одного объекта. Вся система родственных отношений описывается следующей Пролог-программой:
родитель(мария, иван).
родитель(василий, иван).
родитель(иван, клавдия).
родитель(иван, пульхерия).
родитель(клавдия, петр).
Эту программу можно ввести в Пролог-систему и задавать вопросы системе:
? — родитель(иван, клавдия).
На этот вопрос система ответит «да». На вопрос:
? — родитель(иван, петр).
система ответит «нет».
В предложениях можно использовать переменные. Так, вопрос «Кто является родителем Клавдии?» можно записать так:
? — родителя (Х, клавдия).
На этот вопрос система даст ответ:
Вопросы к системе состоят из одного или более целевых утверждений (целей). Такая последовательность целей, как:
родителях (Х, клавдия), родитель (Х, пульхерия)
означает конъюнкцию целевых утверждений:
«X — родитель Клавдии» и «X» — родитель Пульхерии».
Кроме утверждений, касающихся отношений между конкретными объектами (такие утверждения предполагаются истинными и называются фактами), возможно описать в Пролог-программе правила — утверждения, истинность которых зависит от определенных условий, например отношение бабушкаилидедушка можно записать на Прологе так:
бабушкаилидедушка(Х, Z) — родитель(Х, Y),
родитель(¥, Z).
Процесс, в результате которого Пролог-система устанавливает, удовлетворяет ли объект запросу, включает в себя логический вывод и исследование различных вариантов. Все это делается автоматически самой Пролог-системой и, как правило, скрыто от пользователя.
Наиболее часто используемой структурой в Прологе являются списки. Список либо пуст, либо состоит из головы и хвоста, который, в свою очередь, также является списком. Как правило, для списков существует специальная нотация и определены операции: определения принадлежности элемента списку, конкатенация, добавление элемента, удаление элемента, удаление подсписка и т. п.
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:
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, т. к. 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 выполняться, 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 <Ctrl> + <Alt> + <Del>.
После окончания загрузки операционной системы управление передается командному процессору, на экране появляется приглашение системы, например, С>.
Система готова к работе, т. е. пользователь может начинать вводить команды операционной системы, а командный процессор их расшифровывать и выполнять. В случае использования графического интерфейса выбор действий (команд) производится с помощью мыши. В процессе выполнения команд осуществляется взаимодействие всех модулей операционной системы, причем необходимые в данный момент дополнительные модули могут подгружаться с диска.
Команды операционной системы — это фактически программы на машинном языке, которые размещены в файле командного процессора. Поскольку эти программы размещены непосредственно в оперативной памяти, они могут выполняться сразу (без обращения к диску). Такие команды (программы) называются резидентными.
Однако набор таких программ и их возможности ограничены. Для расширения возможностей пользователя в операционную систему вводятся дополнительные модули (программы), которые реализуют выполнение транзитных команд. После ввода транзитной команды происходит считывание с диска в оперативную память соответствующего файла (обычно одноименного), которому и передается управление.
Существует несколько наиболее распространенных операционных систем, каждая из которых ориентирована на определенное семейство процессоров и, соответственно, компьютеров.
RT-II (Real time system — Система реального времени). Операционная система RT-11 была разработана в 1972 году фирмой DEC для семейства малых ЭВМ PDP-11. На базе этой системы в СССР были разработаны версии этой системы (РАФОС, ОС ДВК, ФОДОС), которые использовались на мини-ЭВМ СМ-4, персональных ЭВМ ДВК и в школьных компьютерных классах УКНЦ и БК-0011.
СР/М (Control Program for Microcomputer — Управляющая программа для микрокомпьютеров). Одна из первых операционных систем для персональных компьютеров. Она разработана в 1975 году и использовалась на компьютерах «Ямаха» и «Корвет» (процессор Z80), IBM PC/XT (процессор 8086).
MSX-DOS. Операционная система MSX-DOS была разработана для 8-разрядных (процессор Z80) компьютеров стандарта MSX в середине 80-х годов. Использовалась на недорогих компьютерах типа «Ямаха».
MS-DOS (MicroSoft Disk Operation System — Дисковая операционная система Microsoft). Операционная система MS-DOS была разработана в начале 80-х годов для работы на компьютерах IBM PC/XT, созданных на базе процессора 8086 фирмы Intel. MS-DOS была наиболее распространенной операционной системой с интерфейсом командной строки, которая устанавливалась на компьютерах, созданных на базе процессоров 80286, 80386, 80486, Pentium. Последней версией была MS-DOS 6.22.
Microsoft Windows (Windows 3.1, Windows 3.11, Windows 95, Windows NT, Windows 2000). Многозадачная операционная система с графическим интерфейсом Windows пришла на смену MS-DOS. В настоящее время более 90% персональных компьютеров реализованы на платформе Intel & Windows, т. е. в них установлен Intel-совместимый процессор (Pentium) и инсталлирована операционная система Windows.
К основным достоинствам современных операционных систем (Windows 95 и Windows NT) следует отнести технологию «подключи и работай», многозадачность и графический интерфейс.
Технология «подключи и работай» (Plug-and-Play) позволяет даже начинающему пользователю подключить к компьютеру новое устройство (например, принтер) и продолжить работу. Windows сама установит необходимый драйвер и выделит ресурсы.
Многозадачность предоставляет пользователю возможность загрузить в оперативную память сразу несколько приложений (например, текстовый редактор Word, электронные таблицы Excel, браузер Internet Explorer и др.). Переход от работы в одном приложении в другое происходит очень быстро и просто, посредством перехода от одного открытого «окна» Windows к другому.
Графический интерфейс реализован с использованием технологии Drag-and-Drop. Это позволяет выполнять практически любые операции с помощью мыши.
OS/2 (Operation System). Операционная система OS/2 была разработана корпорацией IBM в конце 80-х годов для компьютеров PS/2 (Personal system/2). Большого распространения не получила.
Apple System (Операционная система фирмы Apple). Различные версии этой системы устанавливаются на компьютерах фирмы Apple (Macintosh, PowerPC и др.). В этой операционной системе в конце 80-х годов впервые был использован многооконный графический интерфейс и управление с помощью манипулятора типа мышь.
UNIX. На высокопроизводительных компьютерах, которые иногда называют «рабочие станции», широко распространена операционная система UNIX. Начало разработок этой системы относится к 1969 году, и к настоящему времени уже известно более 20 различных версий. В настоящее время достаточно большое количество серверов в Internet работают под управлением этой системы.
Интернет — это всемирная компьютерная сеть, объединяющая многие локальные и корпоративные сети, другими словами, Интернет — это сеть сетей. В настоящее время на десятках миллионов компьютеров, подключенных к Интернет, хранится громадный объем информации (миллионы файлов, документов и т.д.) и сотни миллионов людей пользуются услугами Интернет.
Локальная сеть объединяет компьютеры, установленные в одном помещении (например, школьный компьютерный класс, состоящий из 8—12 компьютеров) или в одном здании (например, в здании школы).
Корпоративная сеть может объединять тысячи и десятки тысяч компьютеров, размещенных в различных странах и городах (например, сеть корпорации Microsoft, MSN).
В каждой такой локальной или корпоративной сети должен быть, по крайней мере, один компьютер, который называется сервером Интернет и имеет постоянное подключение к Интернет с помощью линии связи с высокой пропускной способностью. В качестве таких «магистральных» линий связи обычно используются оптоволоконные или спутниковые линии с пропускной способностью от 1 до 100 Мбит/с.
Таким образом, основу, «каркас» Ийтернет составляют более двадцати миллионов серверов (на начало 1998 г.), постоянно подключенных к сети. К ним, в свою очередь, могут подключаться с помощью локальных сетей или коммутируемых телефонных линий десятки миллионов компьютеров пользователей Интернет.
Каждый компьютер, подключенный к Интернет, имеет свой уникальный 32-битный IP-адрес. В десятичной записи этот адрес состоит их 4 чисел, разделенных точками, каждое из которых лежит в диапазоне от 0 до 255. Например, IP-адрес сервера компании «Демос» записывается как 194.87.12.13.
Компьютеры легко могут найти друг друга по числовому IP-адресу, однако человеку запомнить числовой адрес нелегко, и для удобства была введена Доменная Система Имен (DNS — Domain Name System). Эта система ставит в соответствие числовому IP-адресу уникальное имя сервера. Так, сервер компании «Демос» имеет имя www. demos, ru.
Доменные адреса присваиваются в Центре сетевой информации Интернет (InterNIC) и читаются справа налево. Крайняя правая группа букв обозначает домен верхнего уровня (в данном случае «ru»). Домены верхнего уровня бывают двух типов: географические (двухбуквенные — каждой стране соответствует двухбуквенный код) и административные (трехбуквенные). В данном случае домен географический и «ru» обозначает Россию. Интересно, что давно существующие серверы могут относиться к домену «su» (СССР). Обозначение административного домена позволяет определить профиль организации, владельца сервера Интернет.
В таблице приведены некоторые имена доменов верхнего уровня.
Глобальная сеть Интернет привлекает пользователей своими информационными ресурсами и сервисами (услугами). Электронная почта (E-mail) Электронная почта является наиболее распространенным сервисом Интернет, т. к. является исторически первым сервисом компьютерных сетей и не требует обязательного наличия высокоскоростных и качественных линий связи. Любой пользователь Интернет может получить свой «почтовый ящик» на одном из серверов, в котором будут накапливаться передаваемые и получаемые электронные письма.
Электронное письмо кроме текста сообщения обязательно содержит электронный адрес получателя письма. Электронный адрес записывается по определенной форме и состоит из двух частей:
имя_пользователя@имя_сервера
Имя_пользователя имеет произвольный характер и задается самим пользователем, имя_сервера жестко связано с выбором пользователем сервера, на котором он разместил почтовый ящик.
К электронному письму может быть приложен файл любого типа, однако не рекомендуется, чтобы размер пересылаемого файла был слишком большим.
Для работы с электронной почтой необходимы специальные почтовые программы. Для любой компьютерной платформы существует большое разнообразие почтовых программ. Почтовые программы вошли в состав последних версий браузеров Microsoft Internet Explorer 5.0 и Netscape Communicator 4.03.
В Интернет существуют десятки тысяч конференций, каждая из которых посвящена обсуждению какой-либо проблемы. Каждой конференции выделяется свой почтовый Ящик на серверах Интернет, которые поддерживают работу телеконференций. Пользователи могут посылать свои сообщения на любой из этих серверов, а так как серверы периодически синхронизируются, т. е. обмениваются содержимым почтовых ящиков телеконференций, материалы конференций в полном объеме доступны на любом таком сервере.
Принцип работы в телеконференциях мало чем отличается от принципа работы с электронной почтой. Пользователь может посылать свои сообщения в любую телеконференцию и читать сообщения, посланные другими участниками. Для работы в телеконференциях используют обычно те же самые почтовые программы, что и при работе с электронной почтой.
Большое количество серверов (они называются FTP-серверы) Интернет содержат файловые архивы. Это очень удобно для пользователей, т. к. многие необходимые программы можно получить из Интернет.
Файловые серверы поддерживают многие компании — производители программного обеспечения или аппаратных компонентов компьютера и периферийных устройств.
Программное обеспечение, размещаемое на таких серверах, можно разделить на две большие группы: свободно распространяемое программное обеспечение (freeware) и условно бесплатное программное обеспечение (shareware).
Как это ни странно, многие производители программного обеспечения и компьютерного оборудования заинтересованы в широком бесплатном распространении программного обеспечения. К таким программным средствам относятся следующие:
Для работы с файловыми серверами можно использовать как универсальные браузеры, так и специализированные программы FTP-клиенты (например, CuteFTP).
Для поиска необходимых файлов можно использовать систему серверов Archie. Эти серверы хранят постоянно обновляемую информацию о содержимом файловых серверов.
Всемирная паутина (World Wide Web, WWW, 3W)
Бурное развитие сети Интернет, которое началось с начала 90-х годов, во многом обусловлено появлением новой технологии WWW. В основу этой технологии положена технология гипертекста, распространенная на все компьютеры, подключенные к сети Интернет.
При использовании технологии гипертекста текст структурируется и в нем выделяются слова-ссылки. При активизации ссылки (например, с помощью мыши) происходит переход на заданный в ссылке фрагмент текста или на другой документ. Так, мы могли бы наш текст преобразовать в гипертекст, выделив слова «технология гипертекста» в первом абзаце и зафиксировав, что при активизации этой ссылки произойдет переход на начало второго абзаца.
Технология WWW позволяет осуществлять переходы не только внутри исходного документа, но и на любой документ, находящийся на данном компьютере и, что самое главное, на любой документ любого компьютера, подключенного в данный момент к Интернету. Документы, реализованные по технологии WWW, называются Web-страницами.
Структурирование документов и создание Web-страниц осуществляется с помощью языка HTML (Hyper Text Markup Language). Последняя версия текстового редактора Word (Word 97) позволяет сохранять документы в формате Web-страниц. Просмотр Web-страниц осуществляется с помощью специальных программ просмотра — браузеров. В настоящее время наиболее распространенными бра-узерами являются Internet Explorer и Netscape Navigator.
Если компьютер подключен к Интернет, то можно загрузить один из браузеров и отправиться в путешествие по Всемирной паутине. Вначале необходимо загрузить Web-страницу с одного из серверов Интернет, затем найти ссылку и активизировать ее. В результате будет загружена Web-страница с другого сервера Интернет, который при этом может находиться в другой части света. В свою очередь можно активизировать ссылку на данной Web-странице, загрузится следующая Web-страница и т. д.
Сеть Интернет растет очень быстрыми темпами, и найти нужную информацию среди десятков миллионов документов становится все сложнее. Для поиска информации используются специальные поисковые серверы, которые содержат точную и постоянно обновляемую информацию о содержимом десятков миллионов Web-страниц.
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.
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:\GAMES\CHESS\chess.exe C:\TEXT\proba.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, т. к. 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».
Основные подходы к программированию: процедурный (алгоритмический), логический, объектно-ориентированный.
Основные подходы к программированию можно различать как по соответствию, определенному математическому формализму, так и по стилю.
Так, формализму рекурсивных функций соответствует функциональное программирование. Реализацией этого подхода являются языки FP, Haskell.
Формализму исчисления высказываний соответствует подход, называемый логическим программированием, который состоит в следующем. Имеется база знаний задачи — набор логических аксиом («факты») и правил вывода («правила»); запросы к базе знаний формулируются в виде целевых утверждений («целей»). База знаний вкупе с целевым утверждением называется логической программой. Выполнение программы состоит в доказательстве целевого утверждения для данной базы знаний.
В рамках логического программирования возможны две точки зрения: описательная и декларативная. Первая предусматривает описание того, как что-либо сделать. Эта точка зрения нашла отражение в языке Лисп. Вторая предусматривает описание того, что нужно сделать, т. е. «целей». Данная точка зрения представлена различными реализациями языка Пролог.
Объектно-ориентированное программирование (ООП) часто называют новой парадигмой программирования. Вот как выглядят основные принципы ООП в изложении Алана Кэя, одного из авторов объектно-ориентированной системы Смолток:
1. Все является объектом.
2. Объекты взаимодействуют друг с другом посредством посылки сообщений. Сообщение — это запрос на выполнение действия, дополненный набором аргументов, которые необходимы для выполнения действия. Все вычисления выполняются путем взаимодействия между объектами.
3. Каждый объект имеет независимую память, в которой размещены другие объекты.
4. Каждый объект является представителем класса, который выражает общие свойства объектов, например целых чисел или массивов.
5. В классе задается поведение объекта. Все объекты одного класса умеют выполнять одни и те же действия.
6. Классы организованы в единую иерархическую древовидную структуру с общим корнем. Память и поведение объектов некоторого класса наследуются объектами класса, расположенного ниже в иерархическом дереве.
Примерами объектно-ориентированных языков являются Смолток (Smalltalk), C++, Actor, Object Pascal, Java.
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.
Структура программного обеспечения компьютера и назначение его составных компонентов.
Программное обеспечение компьютера можно разделить на операционную систему и прикладное программное обеспечение.
Операционная система обеспечивает функционирование и взаимосвязь всех компонентов компьютера и предоставляет пользователю доступ к его аппаратным возможностям. Внутренняя структура современных операционных систем достаточно сложная (подробнее см. билет № 5, вопрос 1).
Прикладное программное обеспечение можно разделить на две группы программ: средства разработки и приложения.
Средства разработки — это инструменты программиста. Традиционными средствами разработки являются алгоритмические (процедурные) языки программирования. Основой систем программирования является транслятор. Трансляторы языков программирования, т. е. программы, обеспечивающие перевод исходного текста программы на машинный язык (объектный код), бывают двух типов: интерпретаторы и компиляторы.
Интерпретатор — это транслятор, который обеспечивает последовательный синхронный «перевод» и выполнение каждой строки программы, причем при каждом запуске программы на выполнение вся процедура полностью повторяется. Достоинством интерпретатора является удобство отладки программы в интерактивном режиме, а недостатком — малая скорость работы.
Компилятор — это транслятор, который переводит текст программы целиком на машинный язык, в результате чего получается исполняемая программа. Получаемый загрузочный модуль обычно выполняется быстрее интерпретируемой программы.
Современные системы объектно-ориентированного визуального программирования позволяют сделать процесс программирования более наглядным за счет использования графического интерфейса.
Системы логического программирования реализуют декларативный способ представления знаний, когда программист лишь формулирует задачу с помощью фактов и правил. Система логического программирования с помощью механизма логического вывода получает все возможные следствия, т. е. ищет решение задачи.
Системы управления базами данных (СУБД) позволяют создавать, редактировать и модифицировать базы данных.
Системы компьютерной графики позволяют создавать и редактировать изображения, а также создавать анимацию.
Системы автоматизированного проектирования (САПР) позволяют разрабатывать проекты и создавать чертежи и схемы различных объектов (машин и механизмов, зданий, электронных схем и т. д.).
Инструментальные средства создания Web-страниц на основе HTML (Hyper Text Markup Language) используются большим количеством профессионалов (Web-мастеров) и просто пользователей сети для разработки Web-страниц.
Приложения — это программы для пользователя. Наибольшее количество пользователей работает с офисными приложениями, к которым относятся текстовый редактор, электронные таблицы, графический редактор и системы подготовки презентаций. Квалифицированный пользователь может также создавать простые базы данных и работать с ними.
Для работы во всемирной компьютерной сети Internet используются специальные сетевые приложения, такие, как браузеры, позволяющие «путешествовать» по Всемирной паутине, почтовые программы, необходимые для работы с почтой и доступа к телеконференциям, и некоторые другие.
Важнейшей частью прикладного программного обеспечения являются различные утилиты (антивирусные программы, архиваторы и т. д.). Все большее количество пользователей использует обучающие программы для самообразования или в учебном процессе. Прежде всего, это программы обучения иностранным языком, истории, географии и т. д.
Большую пользу приносят различные мультимедиа - энциклопедии и справочники на CD-ROM, которые содержат огромный объем информации и средства быстрого поиска.
Программы распознавания текста позволяют преобразовывать отсканированные страницы текста из графического формата в текстовый формат.
Программы-переводчики позволяют производить автоматический перевод текстов с русского на иностранные языки или, наоборот, с иностранных языков на русский.
Компьютерные игры бывают самых различных типов (логические, стратегические и т. д.).
Структура программного обеспечения компьютера (в скобках приведены п-римеры широко распространенных программ соответствующих типов).
1. Операционная система (Windows 95, Windows NT)
2. Прикладное программное обеспечение
2.1 Средства разработки
2.1.1 Системы процедурного (алгоритмического) программирования, трансляторы языков программирования
2.1.1.1 Интерпретаторы (QBasic)
2.1.1.2 Трансляторы (Turbo Pascal)
2.1.2 Системы объектно-ориентированного визуального программирования (VisualBasic, Delphi)
2.1.3 Системы логического (декларативного) программирования (Пролог)
2.1.4 Системы управления базами данных (dBase, Access)
2.1.5 Системы компьютерной графики (CorelDraw, Animator Pro)
2.1.6 Системы автоматизированного проектирования (AutoCad)
2.1.7 Средства создания Web-страниц (FrontPage)
2.2 Приложения приложения (Microsoft Office)
2.2.1 Офисные Works)
2.2.1.1 Текстовый редактор (Word)
2.2.1.2 Электронные таблицы (Excel)
2.2.1.3 Графический редактор (Photo Editor)
2.2.1.4 Мультимедиа-презентации (PowerPoint)
2.2.1.5 Базы данных (Works)
2.2.2 Сетевые приложения (Internet Explorer, Netscape Communicator)
2.2.3 Утилиты
2.2.3.1 Антивирусные программы (Dr.Web)
2.2.3.2 Архиваторы (Arj)
2.2.4 Обучающие программы
2.2.5 Энциклопедии, справочники
2.2.6 Программы распознавания текста (FineReader)
2.2.7 Программы - переводчики с иностранных языков (Stylus)
2.2.8 Игры
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.
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.
Датчик (измерительный орган) измеряет величину, подлежащую регулированию (температуру) и преобразует ее в другую величину, более удобную для использования в управляющем органе. Последний воспринимает эту информацию, сравнивает ее 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.
Основные принципы структурного программирования.
Рост затрат на разработку программного обеспечения заставил искать такую технологию разработки программ, которая позволила бы:
а) получать надежные программные продукты, т. е. программный код, без ошибок;
б) поручать разработку программы коллективу программистов (увеличение количества разработчиков, как правило, не приводило к сокращению времени разработки программ).
Реализация этих требований привела с одной стороны к появлению доказательного программирования. Это означает, что правильность программы должна быть по возможности доказана. Кроме того, был предложен стиль программирования, который обеспечил бы выполнение этих требований. Программа должна быть понятна коллегам-программистам и должна допускать повторное использование, должна допускать модификации таким образом, чтобы изменения в тексте программы касались бы не всего текста, а отдельных фрагментов.
Ключевая идея структурного программирования — отражение внутренней структуры алгоритма в структуре текста программы. Например, следуя Н. Вирту, реализуем алгоритм Евклида поиска наибольшего общего делителя двух целых чисел (НОД), который состоит в замене большего из двух чисел на их разность до тех пор, пока числа не станут равными. Тогда полученное число и есть искомый НОД.
Первый набросок выглядит так:
WHILE х #у DO
«заменить большее из х и у на их разность»
WEND
Здесь символ «#» означает «не равно». Заменим теперь текст в кавычках на предложения формального языка:
IF х > у THEN
х : = х — у
ELSE у: = у — х
END IF
Иерархия операторов в данном фрагменте текста отражает структуру алгоритма. Первый набросок — это один оператор, который содержит другой — подчиненный «оператор» (текст в кавычках). В формальном тексте этот внутренний оператор детализирован.
Развитие идей структурного программирования привело к появлению модульного программирования. Программа разбивается на модули, соответствующие иерархии абстракций. Каждый модуль с точки зрения его внешнего функционирования соответствует какой-либо абстракции, например, операция ввода-вывода; при этом нам совершенно безразлично внутреннее устройство модуля. Более того, внутреннее устройство модуля должно быть скрыто. Такое скрытие внутренней информации модуля, защищенность от внешнего доступа, с одной стороны, гарантирует правильность функционирования модуля, с другой стороны, предоставляет возможность изменения в случае необходимости только этого модуля без изменения остальных модулей.
С внедрением в широкую практику разработки программ объектно-ориентированного программирования, впитавшего в себя идеи структурного и модульного программирования, структурное программирование стало фактом истории информатики.
Билет № 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.
Основные типы и способы организации данных (переменные, массивы, списки).
Базисным понятием для обсуждения организации данных, т. е. информации, подлежащей обработке, является переменная. Обычно этот термин ассоциируется с понятием переменной величины в математике. С развитием технологии программирования первоначальное значение этого термина было расширено. Сейчас под переменной понимают идентификатор (имя), который указывает на какой-либо элемент данных, а в объектно-ориентированных языках — на объект, в котором инкапсулированы (содержатся) как данные, так и процедуры.
Почти во всех современных языках переменную следует объявить, прежде чем использовать. При объявлении переменной указывается ее тип, который определяет множество допустимых значений переменной и набор допустимых действий, которые можно совершать с этой переменной. Как правило имеются базовые типы и типы, которые может задавать пользователь. Типы условно делятся на скалярные и структурные. Переменная скалярного типа указывает на одно значение, например число или символ. Переменная структурного типа состоит из некоторого числа элементов, как бы содержит в себе множество других переменных и фиксирует их взаимосвязь.
Вот как выглядит иерархия скалярных типов (классов) в языке Смолток:
В популярном языке Java имеются следующие базовые скалярные типы: четыре целочисленных, два вещественных, символьный и логический. Во многих языках используется такой тип, как указатель. Переменная этого типа содержит физический адрес, который указывает на какую-либо другую переменную.
Структурные типы языка Смолток имеют следующую иерархию:
В языке Паскаль и родственных ему языках для создания сложных структур данных используется тип «запись», в языке С для этой же цели служит тип «структура».
Графический редактор, назначение и основные функции.
В компьютерах первых поколений форма представления результатов решения задач была очень громоздкой и ненаглядной — 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 управляет 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 мыть. 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.
Логические функции и их преобразования.
Во многих науках, в том числе и информатике, мы имеем дело с различными высказываниями, выражающими свойства предметов или взаимосвязи между ними.
Под высказыванием понимают повествовательное предложение, относительно которого имеет смысл говорить, истинно оно или ложно. Например, выражение «Расстояние от Москвы до Киева больше, чем от Москвы до Тулы» истинное, а выражение «4<3» — ложное.
Высказывания принято обозначать большими буквами латинского алфавита: А, В, С... и т.д. Если высказывание С истинно, то пишут С = 1, а если оно ложно, то С = О.
В алгебре высказываний над высказываниями можно производить определенные логические операции, в результате которых получаются новые высказывания. Истинность полученных высказываний зависит от истинности исходных высказываний и использованных для их преобразования логических операций.
Для образования новых высказываний наиболее часто используются логические операции, выражаемые словами «не», «и», «или».
Объединение двух (или нескольких) высказываний в одно с помощью союза «и» называется операцией, логического умножения, или конъюнкцией. Эту операцию принято обозначать знаком «л» или знаком умножения «•». Сложное высказывание АлВ истинно только в том случае, когда истинны оба входящих в него высказывания. Истинность такого высказывания задается следующей таблицей:
Объединение двух (или нескольких) высказываний с помощью союза «или» называется операцией логического сложения, или дизъюнкцией. Эту операцию обозначают знаком «v» или знаком сложения «+». Сложное высказывание AvB истинно, если истинно хотя бы одно из входящих в него высказываний. Таблица истинности для логической суммы высказываний имеет вид:
Присоединение частицы «не» к данному высказыванию называется операцией отрицания. Она обозначается А и читается «не АО . Если высказывание А истинно, то А ложно, и наоборот. Таблица истинности в этом случае имеет вид:
Помимо операций «и», «или», «не» в алгебре высказываний существует много других операций. Например, операция эквиваленции (А~В), которая имеет следующую таблицу истинности:
Другим примером может служить логическая операция импликации (А—>В), объединяющая высказывания словами «если..., то» и имеющая следующую таблицу истинности:
Высказывания, образованные с помощью логических операций, называются сложными. Истинность сложных высказываний можно установить, используя таблицы истинности. Например, истинность сложного высказывания Ā • В определяется следующей таблицей:
Высказывания, у которых таблицы истинности совпадают, называются равносильными. Для обозначения равносильных высказываний используют знак «=». Рассмотрим сложное высказывание (А • В) + (А • В).
Запишем таблицу истинности этого высказывания:
Если сравнить эту таблицу с таблицей истинности операции эквивалентности высказываний А и В, то можно увидеть, что высказывания (Ā • В) + (А • В) и А~В тождественны, т. е. А~В = (А • В) + (А • В).
В алгебре высказываний можно проводить тождественные преобразования, заменяя одни высказывания равносильными им другими высказываниями.
Исходя из определений дизъюнкции, конъюнкции и отрицания, устанавливаются свойства этих операций и взаимные распределительные свойства. Приведем примеры некоторых из этих свойств:
А = А, А • А = А, А + (В + С)_= (А + В) + С, А-В+А-В= А, А • (В~С) = А_- В -А- С^_ _ А-В=А+ В,А+В^А-В. Используя эти свойства, можно проводить тождественные преобразования, упрощения формул алгебры высказываний. Например, сложная формула (А • В+С) • (А+В)+С может быть преобразована в более простую —С • А + С • В + С.
Билет № 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.
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 биле-
ты 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 —8 р.).
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 постоянными расчетами.
Основные логические операции («И», «ИЛИ», «НЕ»).
В алгебре высказываний рассматривают в качестве основных три логические операции: дизъюнкции, конъюнкции и отрицания.
Объединение двух (или нескольких) высказываний в одно с помощью союза «и» называется операцией логического умножения или конъюнкцией. Эту операцию принято обозначать знаком «л» или знаком умножения « • ». Сложное высказывание А/\В истинно только в том случае, когда истинны оба входящих в него высказывания. Истинность такого высказывания задается следующей таблицей:
А О О
АлВ О О О
AvB О
Присоединение частицы «не» к данному высказыванию называется операцией отрицания. Она обозначается А и читается «не А». Если высказывание А истинно, то А ложно, и наоборот. Таблица истинности в этом случае имеет вид:
Эти логические операции принято называть основными, потому что через них можно выразить любые другие логические операции. Например, операция импликации (А—>В), таблица истинности которой имеет вид:
может быть представлена как дизъюнкция не А и
В, т.е. _ А->В =AvB.
Еще одна логическая операция, называемая эк-виваленцией (А~В), имеет следующую таблицу ис-
тинности:
и может быть представлена в виде дизъюнкции двух высказываний (А-В) и (А- В), т. е. А~В = (А • B)v(A • В).
В вычислительной технике для построения более сложных логических устройств используются три основных логических элемента — «И», «ИЛИ», «НЕ», которые реализуют три основных логических операции: дизъюнкции (элемент «ИЛИ»), конъюнкции (элемент «И») и отрицания (элемент «НЕ»).
Благодаря тому что любая логическая операция может быть представлена с помощью трех основных логических операций, набора элементов «И», «ИЛИ» и «НЕ» в принципе достаточно для построения любого устройства процессора компьютера.
Рассмотрим в качестве примера, как может быть построен двоичный сумматор (т. е. устройство для сложения чисел в двоичной системе счисления) из элементов «И», «ИЛИ» и «НЕ».
Вспомним, что при сложении чисел образуется сумма в данном разряде и перенос в соседний старший разряд. Поэтому мы имеем дело с двумя разными логическими операциями: суммирование в одном разряде (обозначим эту операцию как S) и перенос {Р) в другой разряд. Таблицы истинности этих логических операций имеют следующий вид:
Сумма двоичных чисел А и В в данном разряде равна 1, когда одно из слагаемых равно 1. Если оба слагаемых равны 1, то сумма в данном разряде равна 0, но образуется перенос в соседний старший разряд.
Нетрудно увидеть, что операция переноса Р представляет собой конъюнкцию А и В, т. е. Р = А/\В. Операцию S можно представить следующим образом: S = (A ' B)v{A • В).
66
Из формул операций S и Р видно, что одноразрядный двоичный сумматор должен состоять из трех элементов «И», двух элементов «НЕ» и одного элемента «ИЛИ». Логическая схема сумматора будет иметь следующий вид:
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:
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 соответствие 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:
Внесем в базу шесть записей, характеризующих технические характеристики различных процессоров. Каждая запись состоит из пяти данных различных типов.
Занесенную в базу данных информацию можно обрабатывать, а именно — осуществлять следующие операции:
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, внутри нее 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:
Информация, безусловно, является ключевым понятием в курсе информатики. Слово information — латинского происхождения и означает — сведение, разъяснение, ознакомление.
Очень трудно из-за многозначности понятия «информация» дать его четкое определение, можно лишь попытаться выразить его через другие известные понятия. Можно выделить, по крайней мере, четыре различных подхода к определению понятия «информация».
В первом, «обыденном», слово информация применяется как синоним интуитивно понимаемых слов: сведения, знания, сообщение, осведомление о положении дел.
Во втором, «кибернетическом», понятие информация используется для характеристики управляющего сигнала, передаваемого по линии связи.
В третьем, «философском», понятие информация тесно связано с такими понятиями, как взаимодействие, отражение, познание.
Наконец, в четвертом, «вероятностном», информация вводится как мера уменьшения неопределенности и позволяет количественно измерять информацию, что чрезвычайно важно для информатики как технологической науки.
Количество информации в этой теории определяется по следующей формуле, введенной К. Шенноном:
где:
I — количество информации,
n — количество возможных событий,
pi — вероятности отдельных событий.
Пусть потенциально может осуществиться некоторое множество событий (n), каждое из которых может произойти с некоторой вероятностью (pi), т. е. существует неопределенность. Предположим, что одно из событий произошло, неопределенность уменьшилась, вернее, наступила полная определенность. Количество информации (I) является мерой уменьшения неопределенности.
Для частного, но широко распространенного случая, когда события равновероятны (pi = 1/ n), величина количества информации I принимает максимальное значение:
Для измерения количества информации нужна единица измерения. За единицу количества информации приняли такое количество информации, при котором неопределенность уменьшается в два раза, т. е., например, когда в простейшем случае из двух возможных событий реализуется одно:
I = log22 = 1 бит.
Эта единица измерения информации получила название бит (bit — от английского словосочетания BInary digiT).
Например, при бросании монеты существует два равновероятных исхода (события): «орел» или «решка». Монета упала, событие произошло, количество информации равно 1 бит.
В детской игре «Угадай число» первый игрок загадывает число (например, в диапазоне от 1 до 100), второй задает вопросы типа: «Число больше 50?» Ответ («да» или «нет») несет информацию 1бит, т. к. неопределенность (количество возможных событий) уменьшается в два раза. Оптимальная стратегия отгадывания состоит в делении на каждом шаге массива возможных чисел пополам. Действительно, именно в случае равновероятных событий (одинаковых по объему массивов чисел) количество информации, которое несет ответ, максимально.
Рассмотрим двоичное представлением информации, которое производится с помощью двух цифр (0 и 1), с точки зрения вероятностного подхода к измерению количества информации. Цифры 0 и 1 можно рассматривать как два равновероятных события. Следовательно, при записи одного двоичного разряда происходит одно из двух возможных событий и, следовательно, один двоичный разряд содержит количество информации, равное 1 биту. Два двоичных разряда несут соответственно 2 бита информации и т.д., т.е. каждый разряд двоичного числа содержит 1 бит информации.
Билет № 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.
Технология мультимедиа (аппаратные и программные средства).
Технология мультимедиа (multimedia — комплексное представление) позволяет пользователю работать на компьютере с информацией, представленной в различных формах (числовой, текстовой, графической, видео, звуковой и др.).
Технология мультимедиа предъявляет высокие требования к аппаратным возможностям компьютеров. Рассмотрим минимальную и оптимальную (имеется в виду соотношение цена/производительность) на сегодняшний день (начало 1998 года) конфигурацию мультимедиа-компьютера.
Процессор мультимедиа-компьютера должен иметь высокую производительность, особенно для работы со звуковыми и видеофайлами. Как минимум, необходим процессор 486DX-50, который появился в начале 90-х годов (кстати, именно тогда начала развиваться технология мультимедиа). Оптимальным является процессор Pentium 166 ММХ, который функционирует с использованием технологии ММХ, т. е. имеет новые специальные базовые команды для обработки мультимедиа объектов.
Мультимедиа-приложения, т. е. программы создания и обработки мультимедиа-объектов, а также сами мультимедиа-объекты имеют большой информационный объем (десятки и сотни мегабайт). Это требует наличия в компьютере оперативной памяти и жесткого диска с большой информационной емкостью. Минимальная конфигурация компьютера (8Мб оперативной памяти и жесткий диск 200 Мб) позволит использовать мультимедиа-технологии с большими ограничениями.
Объем памяти видеоплаты определяет возможные видеорежимы, которые характеризуются разрешающей способностью (количеством точек на экране) и глубиной цвета (количеством цветов). Так, для объема видеопамяти 512Кб наилучшим видеорежимом будет видеорежим 640 на 480 точек с палитрой из 256 цветов. Для объема видеопамяти 2 Мб наилучшим видеорежимом будет видеорежим 1024 на 768 точек с палитрой из 65 536 цветов. (Подробнее смотри билет № 20, вопрос 2.)
Технология мультимедиа предъявляет повышенные требования к качеству мониторов. Размер экрана монитора характеризуется величиной его диагонали, выраженной в дюймах. Размер диагонали 14" (35 см) явно недостаточен, оптимален монитор с диагональю 17" (43 см).
Важнейшей характеристикой монитора, влияющей на утомляемость пользователя, является частота смены кадров (частота вертикальной развертки). Недопустимо, если она меньше 50 Гц, и желательно, чтобы ее величина была больше 70 Гц. Размер точки на экране также важен, он не должен быть больше 0,28 мм, в современных качественных мониторах он составляет 0,26 мм и меньше.
Мультимедиа-программы и файлы распространяются на CD-ROM-дисках. CD-ROM-дисководы различаются скоростями вращения дисков (12-скоростные, 24-скоростные дисководы), где за единицу принята скорость вращения первых CD-ROM-дисководов. Скорость вращения диска определяет скорость чтения информации с диска, для односкоростного CD-ROM-дисковода она составляет 150 Кб/с, соответственно для 24-скоростного — 3600 Кб/с. Интересно, что по этому показателю CD-ROM-дисководы сравнялись с жесткими дисками.
Звуковые платы обеспечивают двоичное кодирование аналогового звукового сигнала. Непрерывный сигнал дискретизируется, т. е. заменяется серией его отдельных выборок — отсчетов. Качество двоичного кодирования зависит от двух параметров: количества распознаваемых дискретных уровней сигнала и количества выборок в секунду.
Различные звуковые карты могут обеспечить 8-или 16-битные выборки, 8-битные карты позволяют закодировать 256 различных уровней дискретизации звукового сигнала, соответственно 16-битные — 65 536 уровней.
Количество выборок в секунду, т. е. частота дискретизации аналогового звукового сигнала, может принимать следующие значения: 5,5 КГц, II КГц, 22 КГц и 44 КГц. Таким образом, качество звука в дискретной форме может быть очень плохим (качество радиотрансляции) при 8 битах и 5,5 Кгц и очень высоким (качество aудиoCD) при 16 битах и 44 КГц.
Для записи звука к звуковой плате может быть подключен микрофон или устройство воспроизведения звука (магнитофон, CD-плейер). Для воспроизведения звука к ее выходу могут быть подключены акустические колонки или наушники, а также любая акустическая система (магнитофон, музыкальный центр и т. д.).
Для полной реализации мультимедиа-технологий к компьютеру могут быть подключены дополнительные периферийные устройства:
— сканер (преобразует изображения в графические
— файлы);
— цветной принтер (позволяет распечатывать графические файлы);
— CD-recorder (позволяет записывать CD-ROM-диски); ' TV-тюнер (позволяет просматривать на экране монитора телевизионные программы);
— цифровая фото- или видеокамера (позволяет сохранять фотографии и видеофильмы в виде файлов).
Программные средства мультимедиа.
В операционной системе Windows 95 имеются стандартные средства работы с мультимедиа-объектами. Прежде всего, это программы, входящие в группу «Мультимедиа»:
— фонограф (запись и редактирование звуковых файлов);
— универсальный проигрыватель (проигрывание аудиофайлов, видеофайлов, файлов анимации);
— лазерный проигрыватель (проигрывание ау-дио-CD дисков).
В Microsoft Office 97 имеются следующие программы:
— PowerPoint (создание мультимедиа-презентаций);
— Photo Editor (создание и преобразование графических файлов);
— Word (создание и редактирование мультимедиа-документов).
Для создания и редактирования графических файлов, создания анимации и разработки мультимедиа-проектов используются специализированные системы, такие, как CorelDraw, AnimatorPro, ToolBook и др.
Для профессиональной работы по создания и редактирования звуковых файлов используются специализированные звуковые редакторы.
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:
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. алг ветвление (вещ А, В, X) аргА, В рез Х нач ввод А, В если А >= В то Х : - А*В иначе Х : =А+В
Вывод Х Конец )
все вывод Х кон
10 REM ветвление
20 INPUT А, В
30 IF A >= В THEN X = А*В ELSE X = A + В
40 PRINT X
50 END
Информационная технология решения задачи с помощью компьютера: основная технологическая цепочка.
Существует определенная последовательность использования компьютера для решения достаточно широкого класса задач, которая задает следующую основную технологическую цепочку:
постановка задачи; построение математической модели;
уточнение задачи с использованием математических понятий;
построение информационной модели, т. е. модели из символов;
написание программы для компьютера или использование готовых программных средств;
исполнение программы;
анализ результатов
(стрелка означает, что при неудовлетворительных результатах необходимо уточнить модель).
При этом под моделью будем понимать совокупность объектов и отношений, называемых моделирующими, которые выражают существенные стороны изучаемого объекта или процесса.
В моделях заключена информация о внешнем мире. Чем точнее модель, тем большую информацию она несет.
Модель, построенная из математических объектов (чисел, формул и пр.), называется математической моделью. Например, из механики известно, что движущаяся по плоскости материальная точка хорошо описывается уравнением: F == т • а (2-й закон Ньютона). Это уравнение и есть математическая модель движения.
Компьютер не работает с математическими моделями. Он не понимает, что такое «число», «функция» и пр. Он может понимать только знаки, которыми обозначаются числа, функции и пр. и которые условно называются «0» и «1».
Таким образом, для анализа математической модели на компьютере необходимо перейти от математических моделей к их знаковой записи, т. е. к информационным моделям.
Отличие информационных моделей от математических заключается в том, что информационные модели строятся из букв.
Например, математическая модель движения F == т • а состоит из букв: «F», «=», «тп», « • », «а».
Информационная модель состоит из двух основных компонент: данных, т. е. некоторой совокупности букв, выражающих ту информацию, которую надо обработать, и последовательности команд, которые предписывают компьютеру совершить последовательность действий над данными, чтобы получить необходимый результат (это аналогично тому, что естественный язык состоит из существительных и глаголов). Эта последовательность команд называется алгоритмом.
Алгоритм адресован конкретному исполнителю. По отношению к нему алгоритм должен обладать двумя основными свойствами: все команды алгоритма должны быть понятны исполнителем (свойство понятности); исполнитель должен быть в состоянии выполнить все команды алгоритма (свойство точности).
Можно сделать так. Для каждого исполнителя надо фиксировать систему его команд, т. е. те команды, которые он понимает и в состоянии выполнить и далее строить алгоритм, используя только эти команды.
Для того чтобы компьютер понимал алгоритм, его необходимо записать на некотором языке, который называется языком программирования. Известны языки программирования: Бейсик, Фортран, Паскаль и др.
Если результат работы алгоритма по тем или иным причинам неудовлетворителен, то уточняется модель и решение задачи повторяется по той же самой технологической цепочке.
В последние годы для решения многих задач уже не нужно строить специальный алгоритм, а можно использовать готовое программное обеспечение с широкой областью применения. К такому обеспечению относятся: графические и текстовые редакторы, базы данных и пр.
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.
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.
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 1 до 3), т.е. тело цикла будет выполнено три раза. алг сумма квадратов (цел S)
рез S нач нат п S:=0 для п от 1 до 3
на
I S:=S+n*n кц
Аппаратные компоненты и программные средства компьютера.
В процессе ответа целесообразно изложить общее представление о компьютере, последовательно раскрывая функциональное назначение тех или иных его аппаратных компонентов и программных средств. Параллельно объяснению полезно рисовать простейшую схему компьютера, обращая особое внимание на информационное взаимодействие компонентов компьютера, а также на их техническую реализацию.
Компьютер предназначен для обработки информации, следовательно, должно существовать центральное устройство, которое эту функцию выполняет. Такое устройство называется процессор и в настоящее время аппаратно реализуется в виде большой интегральной схемы (БИС). Современные процессоры типа Pentium II содержат в себе миллионы функциональных элементов (типа диод или транзистор).
Процессор может обрабатывать числовую, текстовую, графическую, видео- и звуковую информацию. Все эти виды информации кодируются в последовательности электрических импульсов: есть импульс (1), нет импульса (0), т. е. в последовательности нулей и единиц. Такое кодирование информации в компьютере называется двоичным кодированием.
Однако пользователь (человек) очень плохо понимает информацию, представленную в виде последовательностей нулей и единиц (машинный язык), и тем более не воспринимает ее в виде последовательностей электрических импульсов. Следовательно, в компьютере необходимы специальные устройства ввода/вывода информации, которые «переводят» информацию с языка человека на язык компьютера и обратно.
Рассмотрим сначала устройства ввода информации, т. е. устройства, которые «переводят» информацию с языка пользователя на язык компьютера. Для ввода числовой и текстовой информации используется клавиатура.
Для ввода графической информации чаще всего используется манипулятор типа мышь. Если мы хотим ввести в компьютер фотографию или рисунок, то используется специальное устройство — сканер.
Для ввода звуковой информации используется микрофон, подключенный ко входу звуковой платы.
Устройства вывода информации переводят ее с машинного языка на язык человека. Наиболее универсальным устройством вывода является дисплей, на экране которого высвечивается числовая, текстовая, графическая и видеоинформация.
Для сохранения числовой, текстовой и графической информации в виде « твердой копии » на бумаге используется принтер. Принтеры бывают матричные, струйные и лазерные.
Для вывода на бумагу сложных чертежей, рисунков и схем большого формата используется плоттер (графопостроитель).
Вывод звуковой информации осуществляется с помощью акустических колонок или наушников, подключенных к выходу звуковой платы.
В общих чертах мы рассмотрели, как происходит диалог пользователь — компьютер. Следующий вопрос: «Кто и как управляет работой процессора и тем самым определяет содержание процесса обработки информации?»
В основе процесса обработки информации лежит программный принцип работы компьютера, т. е. существует инструкция для процессора (программа), которая определяет, какие данные, как и в какой последовательности обрабатывать.
В процессе работы программы и данные загружаются в специальное устройство — оперативную память. Объем оперативной памяти на современных компьютерах составляет от 8 до 32 Мб, а аппаратно оперативная память реализуется на БИС различных типов (SIMM, DIMM и т. д.).
Однако при выключении компьютера вся информация из оперативной памяти стирается. Как повторно загрузить программу или оперативно загружать различные программы? Для пользователя необходимо иметь возможность долговременного хранения большого количества различных программ и данных. Предназначенные для этого устройства называются устройствами внешней памяти.
Аппаратно внешняя память реализуется на накопителях на гибких магнитных дисках (НГМД) емкостью 1,2 Мб или 1,44 Мб, жестких дисках (НЖМД) емкостью от 1 до 6 Гб и CD-ROM-дисководах емкостью 640 Мб. Дисководы для гибких дисков и жесткие диски используют магнитный принцип записи, когда информация записывается путем намагничивания отдельных небольших участков (нет намагниченности — 0, есть намагниченность — 1). CD-ROM-дисководы используют лазер для считывания информации с CD-ROM-диска, на котором чередуются участки с различной отражающей способностью.
Пользователи для работы на компьютере используют программы-приложения. С помощью этих программ они могут создавать различные файлы-документы (текстовые, графические, звуковые и др.). Программы-приложения имеют объем в десятки и сотни мегабайт, хранятся во внешней памяти и по мере необходимости загружаются в оперативную память. Это могут офисные приложения (Word, Excel и т. д.), сетевые приложения (браузе-ры, почтовые программы и т. д.), программы обработки графики (CorelDraw) и другие.
Программисты для работы используют трансляторы языков (Turbo Pascal, С) и современные системы программирования с графическим интерфейсом (VisualBasic, Delphi). С помощью этих программ создаются исполняемые программы. Системы программирования имеют объем в десятки мегабайт, хранятся во внешней памяти и при необходимости загружаются в оперативную память.
Для того чтобы все устройства компьютера работали согласованно и пользователю были доступны аппаратные ресурсы, необходима операционная система. Операционная система хранится во внешней памяти и при включении компьютера загружается в оперативную память. На IBM-совместимых компьютерах долгое время использовалась операционная система MS-DOS, в настоящее время используется операционная система с графическим интерфейсом Windows.
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 записываются 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.
Ширина домика: 4
Высота стены: 2
Высота крыши: 1
алг домик нач 1 стена 1 крыша
алг стена нач сместиться в точку опустить перо сместиться в точку сместиться в точку сместиться в точку сместиться в точку поднять перо кон
(0,0)
(0,2) (4,2) (4,0) (0,0)
алг крыша нач
сместиться в точку (0, 2) опустить перо сместиться в точку (2, 3) сместиться в точку (4, 2) сместиться в точку (0, 2) поднять перо кон
В результате мы имеем основной алгоритм (домик), созданный методом последовательной детализации, в который входят как составные части два вспомогательных алгоритма (стена, крыша).
Функциональные узлы процессорах регистры, сумматоры и др.
Процессор должен выполнять команды программы, которые хранятся в оперативной памяти по определенным адресам. В команде указано, какие действия необходимо выполнить над данными, а также адреса данных. Для того чтобы считывать команды и данные из оперативной памяти, а также записывать результаты выполнения команд в оперативную память, внутренняя магистраль процессора должна быть подключена к внешней магистрали системной платы. Подключение внутренней магистрали процессора ко внешней магистрали осуществляется через буферы адреса и данных.
Основным устройством процессора является арифметико-логическое устройство (АЛУ). Именно это устройство выполняет все операции над данными. Таким образом, это устройство должно иметь специальные регистры (команд и данных) для временного хранения поступивших из оперативной памяти команд и данных.
Для того чтобы выполнить команду, процессор должен ее расшифровать (декодировать), т. е. по двоичному коду определить характер и последовательность действий с данными. Значит, в составе АЛУ должно быть декодирующее устройство.
Операции над данными производятся в сумматоре, а результат помещается в специальный регистр, называемый аккумулятором.
В состав процессора входит устройство управления, которое помимо других функций отслеживает последовательность выполнения команд, т. е. в нем имеется счетчик команд (программный счетчик).
Кроме этого, в состав процессора входят регистры общего назначения, представляющие собой совокупность ячеек памяти, предназначенных для временного хранения необходимой процессору информации. Так как регистры общего назначения выполнены непосредственно в БИС процессора, они обладают очень большим быстродействием. В современных процессорах типа Pentium такие регистры образуют кэш-память.
Рассмотрим цикл работы процессора, например, при сложении двух чисел:
1. В результате начального включения или завершения предыдущей команды в программном счетчике устанавливается адрес команды и через буфер передается в шину адреса компьютера.
2. В оперативную память компьютера из устройства управления процессора посылается сигнал «чтение», происходит считывание команды из ячейки с указанным адресом, содержимое ячейки выдается в шину данных компьютера и через буфер данных попадает в регистр команд.
3. Декодирующее устройство расшифровывает код операции, содержащийся в команде, и передает управление сумматору.
4. Сумматор начинает выполнение соответствующих действий и запрашивает из оперативной памяти (или с устройства ввода) находящиеся по указанным адресам данные.
5. Результат выполнения команды помещается в аккумулятор и при необходимости пересылается в определенные ячейки оперативной памяти компьютера.
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 Beginner's 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).
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).
REM — 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 вво'да; 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.
Системы счисления. Двоичная система счисления и ее применение в вычислительной технике.
Под системой счисления понимают совокупность приемов для представления и записи чисел с помощью определенного количества знаков (цифр).
Мы привыкли считать предметы десятками: десять единиц образуют десяток, десять десятков — сотню, десять сотен — тысячу и т. д. Наша система счисления десятичная. Но десятичная система не единственно возможная. Существуют, например, двенадцатеричная система счисления (там счет идет на дюжины) или римская система счисления.
Различают позиционные и непозиционные системы счисления. В позиционных системах значение (вес) каждой цифры изменяется в зависимости от ее положения (позиции) в последовательности цифр, изображающих число. Примером позиционной системы является десятичная система счисления. Проанализируем, как представляются числа в этой системе.
Для представления чисел в десятичной системе используются десять цифр: от 0 до 9. Число 2359,407, записанное в десятичной системе, читается как «две тысячи триста пятьдесят девять и четыреста семь тысячных » и может быть представлено следующим образом:
2-1000+3-100+5-10+9-1+4-0,1+7-0,001. Множители каждого слагаемого представляют собой одну из степеней числа 10, т.е. можно записать:
10^+9-10°+4- 10^ +
10^ + 10^ + 7
10^ +
+ 0 - 10" + 7 - 10"
Подчеркнем, что положение (позиция) цифры определяют ее значение. Двойка, стоящая на первом месте, означает количество тысяч в этом числе, а четверка, стоящая после запятой, — количество десятых долей.
В непозиционных системах значение цифры не зависит от ее позиции. Общеизвестным примером непозиционной системы является римская система счисления. Так, в числе МСХХХ11 (1132) значение цифры Х не изменяется и всегда равно десяти.
В ЭВМ применяются позиционные системы счисления, в основном двоичная система. Применение двоичной системы обусловлено, прежде всего, простотой представления в ЭВМ только двух цифр (0 и 1), которые она использует. Чтобы представить две цифры в ЭВМ, надо иметь элементы с двумя устойчивыми состояниями, одно из которых можно принять за 1, другое — за 0. Таких элементов достаточно много: намагниченный или ненамагниченный сердечник, открытый или закрытый транзистор и др.
Число в двоичной системе, так же как в десятичной, изображается последовательностью цифр. Например, десятичное число 13 изображается как последовательность двух цифр 1 и 3, это же число в двоичной системе — последовательность четырех цифр—1101: 1310^11012.
Так же как в десятичной, в двоичной системе есть понятие разряда числа. Если в десятичной — это разряд единиц, десятков, сотен и т. д. (т. е. разряд 10*\ 10^ 10^ и т. д.), то в двоичной — это разряд 2°, 2^, 2^, 2^ и т. д. Двоичный разряд принято называть битом.
Например, число 1101 в двоичной системе можно представить как 1-2^+1-2^+0-2^+1-2^.
Алгоритм перевода числа из двоичной системы счисления в десятичную достаточно простой. Напомним, что для такого перевода необходимо вычислить сумму вкладов битов по правилам десятичной системы счисления. Примеры: 101 = 2+0+1==
= 5; 110 010 = 2^+2^+0+0+2+0= 50.
Для перевода десятичной записи числа в двоичную существует несколько различных способов. Рассмотрим, например, следующий алгоритм (все действия выполняются по правилам десятичной системы счисления):
1. Разделим число, подлежащее преобразованию, на 2, остаток от деления может быть 1 или О, значение остатка присваивается младшему (самому первому) значащему биту искомой двоичной записи.
2. Полученное частное вновь делим на 2, остаток от деления равен значению следующего по старшинству бита.
3. Повторим п. 2 до тех пор, пока частное не станет меньше двух, частное от последнего деления равно значению старшего бита, остаток — второму по старшинству биту.
Графически работу этого алгоритма изобразим так:
27:2-13+(1) 13:2=6+(l) 6:2°3+(0)
3:2=l+(l)
ч I
1 10
Рассмотрим, как выполняются арифметические действия в двоичной системе. Для этого проведем анализ таблиц сложения и умножения в двоичной системе:
0+0=0, 0-0=0, 0+1 =1, 0 • 1=0, 1+1=10, 1 -1= 1. Следует обратить внимание на аналогию в правилах выполнения арифметических действий в двоичной и десятичных системах счисления: если при сложении двух двоичных чисел (точнее, представленных в двоичной системе счисления) сумма цифр окажется больше единицы, то возникает перенос в старший разряд; если уменьшаемая цифра меньше вычитаемой, то нужно сделать «заем» единицы в старшем разряде: * * ***
1)^10 II 101
_101 II
10
3)111 101 1100
4)
^111 110 1110
11100
101010
* — перенос (заем).
Анализируя примеры умножения в двоичной системе счисления, необходимо обратить внимание на одну важную особенность выполнения этой операции в данной системе. Так как очередная цифра множителя может быть только 1 или 0, то промежуточное произведение равно либо множимому, либо 0. Таким образом, операция умножения в двоичной системе фактически не производится: в качестве промежуточного произведения записывается либо множимое, либо 0, а затем промежуточные произведения суммируются. Иначе говоря, операция умножения заменяется последовательным сложением.
Рассмотрим теперь, как можно проводить вычитание. Для этого в компьютерах используется так называемый дополнительный код, позволяющий и эту операцию свести к сложению чисел.
Дополнительное число — это число, дополняющее данное до значения следующего старшего разряда. Например, дополнительным числом к 67 будет 33, так как 33 дополняет 67 до 100, к числу 8210 дополнительным будет 1790 (1790 +8210= 10 000).
Правила выполнения вычитания с дополнительным числом следующие. Чтобы вычесть число А из числа В, достаточно сложить В с дополнительным числом к А и отбросить перенос в соседний старший разряд. Например, чтобы вычесть 623 из 842, достаточно сложить 842 с 377; отбросив перенос, получим 219 (842 - 623 = 219).
Такой прием часто используется в практике вычислений. Его преимущество заключается в том, что вычитание производится только из круглого числа (при образовании дополнения). Еще большие преимущества в этом случае предоставляет двоичная система счисления. Дело в том, что дополнительное число в этой системе образуется очень просто: все цифры числа заменяются на противоположные (О на 1, а 1 на 0), после чего к числу прибавляется единица.
Приведем пример образования дополнительного числа в двоичной системе счисления. Изменим все цифры числа а = 11011 на противоположные: 00100—и прибавим единицу:
,00100
00101, тогда Одоп = 101. 101
Теперь рассмотрим, как выполняется вычитание с помощью дополнительного числа. Предположим, надо найти разность чисел а = 11110, Ь = 10011. Образуем число, дополнительное к Ь:
,01100
1101, тогда Ьдод-1101. Сложим а и &доп и отбросим перенос:
11110 1101
101011, получим 1011.
Это и будет разность чисел а и Ь, т.е. вычитание заменяется действием сложения с помощью дополнительного числа.
Таким образом, важнейшее преимущество двоичной арифметики заключается в том, что она позволяет все арифметические действия свести к одному — сложению, а это значительно упрощает устройство процессора ЭВМ.
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 a к горизонту.
Математическая модель описывается с помощью уравнений.
Пользуясь формулами из курса физики 9-го класса и учитывая, что по оси Х движение равномерное, а по оси Y — равноускоренное, можно получить формулы зависимости координат снаряда от времени:
х = (V cos a)t,
у = (V sin a)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 снаряд а А, его начальная скорость V и время полета Г. Результатом являются координаты Х и Y. 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:
Следующим этапом являются кодирование алгоритма на языке программирования. Закодируем наш алгоритм на языке программирования Бейсик.
10 RЕМ движение снаряда
20 INPUT V, А, Т 30 LET G = 9.8
40 LET X = V * COS (А)*Т
50 LET Y = V * SIN (А)*Т- G*T*T/2
60 PRINT X, Y
70 END
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, т. ^. можно воспользоваться одной из многих ранее созданных программ. Такие библиотеки алгоритмов (программ) существуют практически по всем областям науки и техники.
Технология гипертекста. Компьютерные справочники и энциклопедии.
Технология гипертекста структурирует текст документа, выделяя в нем слова-ссылки. При активизации ссылки (например, с помощью мыши) происходит переход на заданный в ссылке фрагмент текста. Любой текст можно преобразовать в гипертекст, выделив в нем слова-ссылки и зафиксировав для каждой ссылки точный адрес (метку) перехода.
Технология гипертекста, перенесенная в компыо-терные сети, позволила создать «Всемирную паутц-ну» в сети, Интернет. При активизации ссылки может произойти переход не только на любой фрагмент данного документа, но и на любой другой документ, находящийся на компьютере, подключенном к всемирной компьютерной сети Интернет. Активизируя ссылку в этом новом документе, можно' перейти на следующий документ, находящийся на другом континенте и т. д. Используя такие гиперссылки, можно путешествовать по «Всемирной па-утине».
Во «Всемирной паутине» основным и универсальным средством создания гипертекстовых документов стал язык HTML (Hyper Text Markup Language). Последняя версия текстового редактора Word (Word 97) позволяет теперь сохранять документы в формате НТМ, т. е. в формате гипертекста.
Ссылки в таких документах могут обеспечивать переход не только на определенные фрагменты текста, но и на графические файлы, аудио- и видеоклипы. Можно сказать, что с помощью языка HTIVIL можно реализовать технологию гипермедиа.
Для просмотра документов формата НТМ необходимы специальные программы-браузеры (Internet Explorer, Netscape Navigator). При инсталля13;ии
последней версии Internet Explorer 4.0 на компьютере с операционной системой Windows 95 этот бра-узер становится стандартным интерфейсом операционной системы.
Современные компьютерные справочники и энциклопедии являются документами, созданными с использованием технологии гипертекста. Большинство таких справочников и энциклопедий являются мультимедийными, т. е. реализованными с использованием технологии гипермедиа.
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 Б 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: Relcorn, GlasNet и др.
Информатизация общества. Основные этапы развития вычислительной техники.
Деятельность человека всегда связана с процессами получения, преобразования, накопления и передачи информации.
Важнейшим историческим этапом в развитии процесса обмена информацией, знаниями в человеческом обществе стало создание письменности. Язык и информация, отражаемая им, получил и материальную основу. Сначала это были камень, глина и дерево, затем папирус и, наконец, бумага. С изобретением письменности (около 5 тысяч лет назад) человечество получило возможность обмениваться информацией не только при непосредственном общении людей, но и записывать ее, хранить я передавать следующим поколениям.
Настоящей информационной революцией стало изобретение книгопечатания. Печатный станок, созданный И.Гутенбергом в Германии в 1440 году, открыл новую эру в обмене информацией между людьми. Знания, информация стали широко тиражируемыми, доступными многим людям. Это послужило мощным стимулом для увеличения грамотности населения, развития образования, науки, производства.
Однако постоянное совершенствование техники, производства привело к резкому возрастанию информации, с которой приходится оперировать человеку в процессе его профессиональной деятельности. Например, современный авиадиспетчер должен каждую секунду знать положение многих самолетов, метеорологические условия, состояние взлетно-посадочных полос и оперативно принимать необходимые решения.
Все это привело к тому, что человечество уже не справлялось с обработкой нарастающих объемов информации старыми методами и средствами.
Выходом из создавшейся ситуации стала автоматизация процессов обработки информации. Точнее — избавление человека от многих трудоемких, но не требующих творческого подхода видов деятельности, связанных с обработкой информации.
Первые попытки создания средств, инструментов для обработки информации связаны со стремлением упростить выполнение действий над числами. В Древнем Китае (около 4 тысяч лет назад) были изобретены счеты. Греки и римляне более двух тысячелетий назад начали использовать «абак» — счетную доску, на которой числа изображались определенным количеством камешков, а действия над числами — передвижением этих камешков.
В 1642 году известный французский физик и математик Б. Паскаль изобрел арифмометр — устройство для сложения и вычитания чисел, а двадцать лет спустя немецкий математик Г. Лейбниц сконструировал арифмометр, выполнявший все четыре арифметических действия.
Арифмометры несколько столетий верно служили людям, являясь незаменимым помощником человека в бухгалтерском учете, проведении научных расчетов и других областях его деятельности. Однако возможности арифмометров были ограничены — скорость вычислений на них была невелика, «память» арифмометра могла хранить лишь результат очередной арифметической операции.
В конце прошлого века в США проводилась первая перепись населения. В преддверии этой работы, связанной с учетом и обобщением огромного количества данных о многомиллионном населении, американский инженер Г. Холлерит сконструировал электромеханическое вычислительное устройство — табулятор. Табулятор в несколько раз превосходил арифмометр по скорости вычислений, имел память на перфокартах — картонных картах, на которых пробивались (перфорировались) специальные отверстия. Определенная система отверстий изображала число. Табуляторы нашли широкое применение и были предшественниками вычислительных машин нашего времени.
Первая электронная вычислительная машина «ЭНИАК» была создана в США в 1946 году. В нашей стране первая ЭВМ «МЭСМ-1» была разработана в 1951 году под руководством академика В. А. Лебедева.
Первые компьютеры были дорогостоящими, громоздкими устройствами, требующими для эксплуатации больших, специально оборудованных помещений. Их обслуживали десятки программистов и инженеров. Средства «общения» человека с машиной были весьма ограничены — все данные, вводимые в ЭВМ, набивались на перфокарты. Машинные языки были сложны, и ими владели лишь профессиональные программисты. «Машинное время» (т.е. время работы на ЭВМ) стоило дорого. В 50—60-е годы ЭВМ создавались для ускорения и автоматизации вычислительной работы. Область их применения ограничивалась, как правило, выполнением огромного объема однообразной вычислительной работы. Это имеет место, например, при вычислениях траектории движения спутников или начислениях зарплаты на большом предприятии.
Ситуация с использованием вычислительной техники стала принципиально меняться в 70-х годах. Во-первых, благодаря разработке новой технологии удалось в сотни раз уменьшить размеры и стоимость электронных элементов ЭВМ. Компьютер стал помещаться на письменном столе и предназначаться для использования одним человеком. Такие компьютеры получили наименование «персональных ЭВМ». Во-вторых, изменились средства общения человека с компьютером. Теперь человек может обращаться к ЭВМ с помощью клавиатуры (подобной клавиатуре пишущей машинки), а машина вести диалог с человеком и выдавать решения поставленных задач в виде текста или рисунков на телевизионном экране. В-третьих, получили дальнейшее развитие языки общения с компьютером.
В настоящее время они все более приближаются к естественному языку человека и поэтому овладение ими стало доступно каждому человеку за достаточно небольшое время. Кроме того, профессиональными программистами создано большое количество прикладных программ для решения на компьютерах типовых задач, часто встречающихся во многих областях деятельности человека. Наборы таких прикладных программ для типовых задач по какой-либо отрасли позволяют воспользоваться компьютером для их решения специалисту, не владеющему программированием. В-четвертых, значительно расширилась сфера применения компьютеров. Если в первые годы своего существования ЭВМ использовались в основном для вычислений, то в настоящее время компьютеры широко применяются для обработки не только числовой, но и других видов информации.
Каждый этап развития компьютеров определялся совокупностью элементов, из которых строились компьютеры, — элементной базой, а также уровнем развития их программного обеспечения.
С изменением элементной базы ЭВМ значительно изменялись характеристики, внешний вид и возможности компьютеров. Каждые 10—12 лет происходил резкий скачок в конструкции и способах производства ЭВМ.
Именно поэтому принято говорить о поколениях ЭВМ, сменявших друг друга в ходе развития вычислительной техники.
Естественно, что смена поколений заключалась не только в обновлении элементной базы. С каждым новым поколением в практику применения ЭВМ входили новые способы решения задач и новые компоненты программного обеспечения.
В ЭВМ первого поколения элементы электронных схем изготовлялись на базе вакуумных электронных ламп. Машины первого поколения занимали громадные залы, весили сотни тонн и расходовали сотни киловатт электроэнергии.
Появление ЭВМ второго поколения стало возможным благодаря изобретению транзисторов. Резкое уменьшение размеров транзисторов по сравнению с радиолампами позволило делать блоки ЭВМ в виде так называемых печатных плат. Использование транзисторов и печатных плат позволило значительно уменьшить размеры ЭВМ и потребление энергии.
Основу ЭВМ третьего поколения составляют так называемые интегральные схемы. Благодаря изобретению интегральных схем резко повысился уровень надежности электронных схем при значительном падении их стоимости благодаря уменьшению размеров и автоматизации их проектирования и производства. В ЭВМ третьего поколения применялись интегральные схемы, содержащие более тысячи элементов на одном кристалле.
ЭВМ четвертого поколения используют большие интегральные схемы (БИС), в которых количество элементов на кристалле кремния равно десяткам тысяч. Процессор ЭВМ стал целиком размещаться на одном кристалле кремния. Такие процессоры получили название микропроцессоров. В результате на одной плате оказалось возможным разместить электронные схемы всех устройств ЭВМ, а саму ЭВМ, которая еще двадцать лет назад занимала большой зал, сделать по габаритам и по стоимости доступной для индивидуального применения на рабочем месте пользователя. Так появились персональные ЭВМ.
Сегодня информатика и вычислительная техника проникли во многие сферы деятельности человека, завтра станут неотъемлемой частью практически всех профессий, прочно войдут в наш быт, образование, культуру. Именно поэтому знание информатики, умение использовать компьютер становится компонентом общего образования человека в современном обществе, а компьютерная грамотность — второй грамотностью человека.
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. Б ней хранятся сообщения, полученные от пользовате-
лей 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.
Двоичное кодирование текста, изображения и звука.
Компьютер может обрабатывать числовую, текстовую, графическую видео- и звуковую информацию. Возникает вопрос: «Как, каким образом процессор обрабатывает столь различающиеся по восприятию человеком виды информации?»
Двоичное кодирование текстовой информации Начиная с конца 60-х годов компьютеры все больше стали использоваться для обработки текстовой информации, и в настоящее время большая часть персональных компьютеров в мире значительную часть времени занято обработкой именно ТЕКСТОВОЙ информации.
Для представления текстовой информации обычно используется 256 различных символов (прописные и заглавные буквы русского и латинского алфавита, цифры, знаки, графические символы и т. д.). Поставим вопрос: «Какое количество бит информации или двоичных разрядов необходимо, чтобы закодировать 256 различных символов?»
256 различных символов можно рассматривать как 256 различных состояний (событий). В соответствии с вероятностным подходом к измерению количества информации необходимое количество информации для двоичного кодирования 256 символов равно;
I = log2 256 = 8 бит = 1 байт
Следовательно, для двоичного кодирования 1 символа необходим 1 байт информации или 8 двоичных разрядов. Таким образом, каждому символу соответствует своя уникальная последовательность из восьми нулей и единиц.
Присвоение символу конкретного двоичного кода — это вопрос соглашения, которое фиксируется в кодовой таблице. К сожалению, существуют пять различных кодировок русских букв, поэтому тексты — созданные в одной кодировке, не будут правильно отображаться в другой.
Хронологически одним из первых стандартов кодирования русских букв на компьютерах был КОИ8 («Код обмена информацией, 8-битный»). Эта кодировка применяется на компьютерах с операционной системой UNIX.
Наиболее распространенная кодировка — это стандартная кириллическая кодировка Microsoft Windows, обозначаемая сокращением СР1251 («СР» означает «Code Page», «кодовая страница»). Все Windows-приложения, работающие с русским языком, поддерживают эту кодировку.
28 = 256 символов
Для работы в среде операционной системы MS DOS используется «альтернативная» кодировка, в терминологии фирмы Microsoft — кодировка CP866.
Фирма Apple разработала для компьютеров Macintosh свою собственную кодировку русских букв (Мае).
Международная организация по стандартизации (International Standards Organization, ISO) утвердила в качестве стандарта для русского языка еще одну кодировку под названием ISO 8859-5.
Наконец, появился новый международный стандарт Unicode, который отводит на каждый символ не один байт, а два, и потому с его помощью можно закодировать не 256 символов, а целых 65 536. Эту кодировку поддерживает пакет Microsoft Office 97.
Двоичное кодирование текста происходит следующим образом: при нажатии на определенную клавишу в компьютер передается определенная последовательность электрических импульсов, причем каждому символу соответствует своя последовательность электрических импульсов (нулей и единиц на машинном языке). Программа драйвер клавиатуры и экрана по кодовой таблице определяет символ и создает его изображение на экране.
Таким образом, тексты хранятся в памяти компьютера в двоичном коде и программным способом преобразуются в изображения на экране.
Двоичное кодирование графической информации
С 80-х годов бурно развивается технология обработки на компьютере ГРАФИЧЕСКОЙ информации. Компьютерная графика широко используется в компьютерном моделировании в научных исследованиях, компьютерных тренажерах, компьютерной анимации, деловой графике, играх и т. д.
В последние годы, в связи с резким ростом аппаратных возможностей персональных компьютеров, пользователи получили возможность обрабатывать ВИДЕО информацию.
Графическая информация на экране дисплея представляется в виде изображения. Которое формируется из точек (пикселей). В современных компьютерах разрешающая способность (количество точек на экране дисплея), а также количество цветов зависит от видеоадаптера и может меняться программно.
Цветные изображения могут иметь различные режимы: 16 цветов, 256 цветов, 65 536 цветов (high color), 16 777 216 цветов (true color). Каждый цвет представляет собой одно из вероятных состояний точки экрана. Рассчитаем количество бит на точку, необходимых для режима true color: I = logs 65 536-16 бит = 2 байт.
Наиболее распространенной разрешающей способностью экрана является разрешение 800 на 600 точек, т.е. 480000 точек. Рассчитаем необходимый для режима true color объем видеопамяти: 1 = 2 байт 480 000 = 960 000 байт = 937,5 Кб. Аналогично рассчитывается объем видеопамяти, необходимый для хранения битовой карты изображений при других видеорежимах.
В видеопамяти памяти компьютера хранится битовая карта, являющаяся двоичным кодом изображения, отсюда она считывается процессором (не реже 50 раз в секунду) и отображается на экран. Двоичное кодирование звуковой информации. Сначала 90-х годов персональные компьютеры получили возможность работать со ЗВУКОВОЙ информацией. Каждый компьютер, имеющий звуковую плату, может сохранять в виде файлов и воспроизводить звуковую информацию. С помощью специальных программных средств (редакторов аудиофайлов) открываются широкие возможности по созданию, редактированию и прослушиванию звуковых файлов. Создаются программы распознавания речи, и появляется возможность управления компьютером голосом.
При двоичном кодировании аналогового звукового сигнала непрерывный сигнал дискретизи-руется, т. е. заменяется серией его отдельных выборок — отсчетов. Качество двоичного кодирования зависит от двух параметров: количества распознаваемых дискретных уровней сигнала и количества выборок в секунду.
Различные звуковые карты могут обеспечить 8-или 16-битные выборки.
Замена непрерывного звукового сигнала его дискретным представлением в виде ступенек
8-битные карты позволяют закодировать 256 различных уровней дискретизации звукового сигнала, соответственно 16-битные — 65 536 уровней.
Частота дискретизации аналогового звукового сигнала (количество выборок в секунду) может принимать следующие значения: 5,5 КГц, 11 КГц, 22 КГц и 44 КГц. Таким образом, качество звука в дискретной форме может быть очень плохим (качество радиотрансляции) при 8 битах и 5,5 КГц и очень высоким (качество аудиоCD) при 16 битах и 44 КГц.
Можно оценить объем моноаудиофайла длительностью звучания 1 сек при среднем качестве звука (16 бит, 22 КГц). Это означает, что 16 бит на одну выборку необходимо умножить на 22 000 выборок в секунду, получим 43 Кб.
