Информатика для поступающих в ВУЗ Часть 1

Министерство образования и науки Российской Федерации
____________
Псковский
государственный политехнический институт
______________________________________________________________





Основы информатики
и
информационных технологий
Часть 1
Основы информатики
Пособие для поступающих в вуз









Санкт-Петербург/Псков
Издательство СПбГПУ
2004
УДК 681.3 (075)

Рекомендовано к изданию
Научно-методическим советом
Псковского государственного политехнического института
Рецензенты:
Ильин С.Н., заместитель генерального директора ОАО «СКБ ВТ»,
Юдов А.И., к.т.н., начальник отдела информатизации и телекоммуникаций Псковского государственного политехнического института.


Белов В.С., Бруттан Ю.В., Мотайленко Л.В., Мотина Н.В., Николаев В.В., Полетаева О.А., Хагги П.А. “Основы информатики и информационных технологий. Часть 1. Основы информатики.” Пособие для поступающих в вуз. Под общ. ред. к.т.н., доцента В.С. Белова, СПб/Псков, Изд-во СПбГПУ, 2004 160 с.

Издание «Основы информатики» является первой частью пособия для поступающих в вуз «Основы информатики и информационных технологий». В этой части изложены основные понятия об информатике, об информации и информационных технологиях, о формах представления информации и системах счисления, о двоичной арифметике и логике, об устройстве компьютера, о моделировании и формализации задач, их алгоритмизации и программировании. Пособие содержит также рабочую программу учебного курса «Информатика», соответствующего по содержанию требованиям обязательного минимума содержания среднего (полного) общего образования одноименной школьной дисциплины.
При изучении учебного материала пособия не предусматривается освоение конкретных языков программирования и конкретных информационных технологий с использованием средств вычислительной техники.
Рекомендуется для абитуриентов, желающих поступить в Псковский государственный политехнический институт.








© Псковский государственный
политехнический институт, 2004
© Белов В.С., Бруттан Ю.В., Мотайленко Л.В.,
Мотина Н.В., Николаев В.В., Полетаева О.А.,
Хагги П.А., 2004
содержание
Стр.

13 TOC \o "1-3" 14Предисловие 13 PAGEREF _Toc67464300 \h 14515
Введение 13 PAGEREF _Toc67464301 \h 14615
Рабочая программа по дисциплине «информатика» 13 PAGEREF _Toc67464302 \h 14915
Часть. 1. Основы информатики 13 PAGEREF _Toc67464303 \h 141615
1. Информация и информационные процессы 13 PAGEREF _Toc67464304 \h 141615
1.1.Понятие информации.Информация и информационные процессы. 13 PAGEREF _Toc67464305 \h 141615
1.2.Свойства информации. 13 PAGEREF _Toc67464306 \h 141815
1.3.Методы обработки данных. 13 PAGEREF _Toc67464307 \h 141915
1.4.Структуры данных. 13 PAGEREF _Toc67464308 \h 141915
1.5.Информационные процессы. 13 PAGEREF _Toc67464309 \h 142015
1.6.Информационные основы процессов управления. 13 PAGEREF _Toc67464310 \h 142115
1.7.Информационная деятельность человека. Основные характерные черты информационного общества. 13 PAGEREF _Toc67464311 \h 142215
1.8.Тренировочные тестовые задания по разделу 1. 13 PAGEREF _Toc67464312 \h 142315
2. Представление информации 13 PAGEREF _Toc67464313 \h 142515
2.1.Язык как способ представления информации. Количество информации. 13 PAGEREF _Toc67464314 \h 142515
2.2.Вероятностный подход к определению количества информации. Понятие энтропии. 13 PAGEREF _Toc67464315 \h 142815
2.3.Формы представления информации. 13 PAGEREF _Toc67464316 \h 143015
2.4.Кодирование информации. Двоичное кодирование. Единицы измерения количества информации. 13 PAGEREF _Toc67464317 \h 143415
2.5.Тренировочные тестовые задания по разделу 2. 13 PAGEREF _Toc67464318 \h 143615
3. Системы счисления и основы логики 13 PAGEREF _Toc67464319 \h 143815
3.1.Системы счисления. 13 PAGEREF _Toc67464320 \h 143815
3.2.Системы счисления, используемые в компьютере. 13 PAGEREF _Toc67464321 \h 143915
3.3.Перевод чисел из одной системы счисления в другую. 13 PAGEREF _Toc67464322 \h 144015
3.4.Двоичная арифметика. Арифметические операции в позиционных системах счисления. 13 PAGEREF _Toc67464323 \h 144215
3.5.Основные понятия логики. 13 PAGEREF _Toc67464324 \h 145115
3.6.Логические операции. 13 PAGEREF _Toc67464325 \h 145215
3.7.Логические выражения. 13 PAGEREF _Toc67464326 \h 145415
3.8.Базовые логические элементы. 13 PAGEREF _Toc67464327 \h 145615
3.9.Построение сумматоров на логических элементах. 13 PAGEREF _Toc67464328 \h 145815
3.10.Тренировочные тестовые задания по разделу 3. 13 PAGEREF _Toc67464329 \h 145915
4. Компьютер 13 PAGEREF _Toc67464330 \h 146515
4.1.Архитектура компьютера. 13 PAGEREF _Toc67464331 \h 146515
4.2.Базовая аппаратная конфигурация персонального компьютера (ПК). 13 PAGEREF _Toc67464332 \h 146815
4.3.Системный блок. 13 PAGEREF _Toc67464333 \h 147115
4.4.Микропроцессоры ПК. 13 PAGEREF _Toc67464334 \h 147215
4.5.Классификация памяти ПК. 13 PAGEREF _Toc67464335 \h 147315
4.5.1.Внутренняя память. 13 PAGEREF _Toc67464336 \h 147315
4.5.2.Внешняя память. 13 PAGEREF _Toc67464337 \h 147515
4.6.Периферийные (внешние) устройства ПК. 13 PAGEREF _Toc67464338 \h 148115
4.7.Классификация программного обеспечения ПК 13 PAGEREF _Toc67464339 \h 148915
4.7.1.Системное ПО. 13 PAGEREF _Toc67464340 \h 149015
4.7.2.Прикладное ПО. 13 PAGEREF _Toc67464341 \h 1410215
4.8.Файловая система и файловая структура. 13 PAGEREF _Toc67464342 \h 1410515
4.9.Правовая охрана программ и данных. 13 PAGEREF _Toc67464343 \h 1410815
4.10.Тренировочные тестовые задания по разделу 4. 13 PAGEREF _Toc67464344 \h 1411115
5. Моделирование и формализация 13 PAGEREF _Toc67464345 \h 1411915
5.1.Моделирование как метод познания. 13 PAGEREF _Toc67464346 \h 1411915
5.2.Виды моделей. Классификация моделей. 13 PAGEREF _Toc67464347 \h 1412115
5.3.Понятие о технологии информационного моделирования. 13 PAGEREF _Toc67464348 \h 1412315
5.4.Исследование информационных моделей конкретных предметных областей. 13 PAGEREF _Toc67464349 \h 1412515
5.5.Тренировочные тестовые задания по разделу 5. 13 PAGEREF _Toc67464350 \h 1412915
6. Алгоритмизация и программирование 13 PAGEREF _Toc67464351 \h 1413215
6.1.Алгоритм. Формальное исполнение алгоритмов. 13 PAGEREF _Toc67464352 \h 1413215
6.2.Свойства алгоритмов. 13 PAGEREF _Toc67464353 \h 1413315
6.3.Способы записи алгоритма. 13 PAGEREF _Toc67464354 \h 1413415
6.4.Основные алгоритмические конструкции. Детализация алгоритмов. 13 PAGEREF _Toc67464355 \h 1413815
6.5.Методы разработки алгоритмов. 13 PAGEREF _Toc67464356 \h 1413915
6.6.Понятие о языках программирования. Классификация языков программирования. 13 PAGEREF _Toc67464357 \h 1413915
6.7.Средства создания программ. 13 PAGEREF _Toc67464358 \h 1414115
6.8.Базовые элементы алгоритмических языков программирования. 13 PAGEREF _Toc67464359 \h 1414215
6.9.Основные типы данных. 13 PAGEREF _Toc67464360 \h 1414315
6.10.Операторы языка программирования. 13 PAGEREF _Toc67464361 \h 1414515
6.11.Подпрограммы. 13 PAGEREF _Toc67464362 \h 1414715
6.12.Технологии программирования. 13 PAGEREF _Toc67464363 \h 1414815
6.13.Тренировочные тестовые задания по разделу 6. 13 PAGEREF _Toc67464364 \h 1415015
Ответы на примерные тестовые задания 13 PAGEREF _Toc67464365 \h 1415515
Приложение. Содержание части 2 «Основы информационных технологий» 13 PAGEREF _Toc67464366 \h 1415715
Литература для самостоятельной подготовки 13 PAGEREF _Toc67464367 \h 1415815
15
Предисловие
Издание «Основы информатики», являющееся частью 1 пособия для поступающих в вуз «Основы информатики и информационных технологий», состоит из введения, рабочей программы учебного курса «Информатика» и разделов 16, в каждом из которых содержится краткая теоретическая справка и примеры тестовых заданий, подобных тем, которые будут выноситься на вступительные испытания по дисциплине «Информатика» в Псковский государственный политехнический институт.
По структуре содержание издания «Основы информатики» соответствует структуре части 1 рабочей программы учебного курса «Информатика», составленной на основе требований обязательного минимума содержания среднего (полного) общего образования к дисциплине «Информатика», утвержденного приказом Министерства образования РФ «Об утверждении обязательного минимума содержания среднего (полного) общего образования» от 30.06.1999 № 56.
Неотъемлемой часть пособия для поступающих в вуз «Основы информатики и информационных технологий» является часть 2 «Основы информационных технологий». Во второй части (разделы 712) рассматриваются вопросы построения и применения прикладных информационных технологий.
Особенностью данного издания является то, что при изучении учебного материала не предусматривается освоение конкретных информационных технологий, конкретных операционных систем и программных средств.
Введение
Еще не очень давно под информатикой понимали научную дисциплину, изучающей структуру и общие свойства научной информации, а также закономерности всех процессов научной коммуникации от неформальных процессов обмена научной информацией (при непосредственном устном и письменном общении ученых и специалистов) до формальных процессов обмена путем научной литературы. Это понимание было близко к таким, как “библиотековедение”, “книговедение”. Синонимом понятия “информатика” иногда служил термин “документация”.
Стремительное развитие вычислительной техники изменило содержание понятия “информатика”, придав ему значительно более направленный на вычислительную технику смысл. По этим причинам имеются до сих пор различные толкования этого термина. Так, в Америке применяется термин “Computer Science” наука о компьютерах. Этот же термин зачастую переводится как “системотехника”. Однако, наиболее правильным будет следующее толкование термина “информатика”.
Определение. Информатика наука, изучающая свойства информации, а также способы представления, получения, накопления, преобразования, обработки, передачи и использования информации с помощью средств вычислительной техники и других технических устройств.
Предметом изучения информатики являются:
теоретические вопросы информатики, связанные с теорией информации, теорией алгоритмов, математической логикой и комбинаторным анализом;
практические вопросы информатики, связанные с программированием и использованием прикладных программ;
вопросы проектирования, разработки и использования технических средств обработки информации.
Теоретическая информатика является фундаментом для построения общей информатики. Она занимается построением моделей, построением дискретных множеств, которые описывают эти модели. Неотъемлемой частью теоретической информатики является логика.
Определение. Логика совокупность правил, которым подчиняется процесс мышления. Математическая логика изучает логические связи и отношения, лежащие в основе дедуктивного (логического) вывода.
Важной частью теоретической информатики является Симеотика.
Симеотика исследует знаковые системы, составляющие которых - знаки - могут иметь самую разнообразную природу, лишь бы в них можно было выделить три составляющие, связанные между собой договорными отношениями: синтаксис (или план выражения), семантику (или план значения) и прагматику (или план использования). Симеотика позволяет установить аналогии в функционировании различных систем как естественного, так и искусственного происхождения. Ее результаты используются в компьютерной лингвистике, искусственном интеллекте, психологии и других науках.
Другой важно частью теоретической информатики является Кибернетика.
Кибернетика возникла в конце 40-х годов, когда Н.Винер выдвинул идею, что правила управления живыми, неживыми и искусственными системами имеют много общих черт. Именно эта идея привела к появлению первых компьютеров. Сегодня кибернетика может рассматриваться как направление информатики, рассматривающее создание и использование автоматизированных систем управления разного назначения и степени сложности.
В 1978 году международный научный конгресс официально закрепил за "информатикой" следующие понятие:
Определение. Информатика это научные и производственно-экономические области, связанные с разработкой, созданием, использованием и материально-техническим обслуживанием систем обработки информации, включая компьютеры и их программное обеспечение, а также организационные, коммерческие, административные и социально-политические аспекты компьютеризации массового внедрения компьютерной техники во все области жизни людей.
Таким образом, информатика это комплексная научная дисциплина с широчайшим диапазоном применения и она базируется на компьютерной технике и немыслима без нее. Вот ее приоритетные направления:
разработка вычислительных систем и программного обеспечения;
Теория информации, изучающая процессы, связанные с передачей, приёмом, преобразованием и хранением информации;
Математическое моделирование, методы вычислительной и прикладной математики и их применение к фундаментальным и прикладным исследованиям в различных областях знаний;
Методы искусственного интеллекта, моделирующие методы логического и аналитического мышления в интеллектуальной деятельности человека (логический вывод, обучение, понимание речи, визуальное восприятие, игры и др.);
Системный анализ, изучающий методологические средства, используемые для подготовки и обоснования решений по сложным проблемам различного характера;
Биоинформатика, изучающая информационные процессы в биологических системах;
Социальная информатика, изучающая процессы информатизации общества;
Методы машинной графики, анимации, средства мультимедиа;
Телекоммуникационные системы и сети, в том числе, глобальные компьютерные сети, объединяющие всё человечество в единое информационное сообщество;
Разнообразные приложения, охватывающие производство, науку, образование, медицину, торговлю, сельское хозяйство и все другие виды хозяйственной и общественной деятельности.
Российский академик А.А. Дородницын (1910 1994) выделял в информатике три неразрывно и существенно связанные части технические средства, программные и алгоритмические.
Технические средства, или аппаратура компьютеров, в английском языке обозначаются словом Hardware, которое буквально переводится как "твердые изделия".
Программные средства, под которыми понимается совокупность всех информационных и компьютерных технологий, программных систем, используемых компьютерами, и область деятельности по их созданию и применению, называемые английским словом Software (в буквальном переводе "мягкие изделия"). Это слово (Software) подчеркивает равнозначность самой машины и программного обеспечения, а также способность программного обеспечения модифицироваться, приспосабливаться и развиваться.
Алгоритмические компоненты, под которыми понимается разработка способа решения научной и прикладной задачи программными средствами в виде последовательности действий, ведущих от исходных данных к искомому результату. Иными словами это построение алгоритма решения задачи с использованием разнообразных методов и приемом теории алгоритмов, системного анализа, математического моделирования, принципов искусственного интеллекта, для описания которого используют термин Brainware (от англ. brain интеллект).
Роль информатики в развитии общества чрезвычайно велика. С ней связано начало революции в области накопления, передачи и обработки информации. Эта революция, следующая за революциями в овладении веществом и энергией, затрагивает и коренным образом преобразует не только сферу материального производства, но и интеллектуальную, духовную сферы жизни как человека-индивидуума, так и общества в целом.

Рабочая программа по дисциплине «информатика»
Утверждена
Приемной комиссией Псковского
государственного политехнического института
1 марта 2004 г., протокол № 2.
Часть. 1. Основы информатики
Информация и информационные процессы
Основные понятия:
информация, информационные процессы, информационное общество, информационная картина мира, информационная культура.

Понятие информации. Информация и информационные процессы.
Свойства информации: Полнота или качество, Достоверность, Адекватность, Доступность, Актуальность или востребованность, Оперативность или своевременность, Объективность и субъективность.
Методы обработки данных: Сбор, Транспортировка, Формализация, Фильтрация данных, Сортировка, Защита, Архивация, Преобразование.
Структуры данных: Линейная, Табличная, Иерархическая.
Информационные процессы: восприятие, хранение, накопление, передача, обработка.
Информационные основы процессов управления: Система, Система управления, Субъект и объект управления, Прямая и Обратная связь, Информационный процесс управления.
Информационная деятельность человека: Информационные технологии, информационное общество, информационная культура.
Представление информации
Основные понятия:
Количество информации, Кодирование информации, Формы представления информации, Бит, Байт.

Язык как способ представления информации. Количество информации. Вероятностный подход к определению количества информации. Понятие энтропии.
Формы представления информации. Аналоговая (непрерывная), Дискретная, Десятичная, Экспоненциальная, Двоичная.
Кодирование информации. Единицы измерения количества информации: Бит, Байт, Кбайт, Мбайт, Гбайт.
Системы счисления и основы логики
Основные понятия:
десятичная, двоичная, восьмеричная, шестнадцатеричная системы счисления, Переход из одной системы счисления в другую, двоичная арифметика, Логические операции, Логические выражения, Логические элементы.

Системы счисления: Позиционная, Непозиционная, Десятичная, С произвольным основанием.
Системы счисления, используемые в компьютере: Двоичная, Восьмеричная, Шестнадцатеричная, Двоично-десятичный код.
Перевод чисел из одной системы счисления в другую: из системы с произвольным основанием в десятичную и обратно (целых чисел и правильных дробей); Из двоичной системы в восьмеричную, из двоичной в шестнадцатеричную и обратно.
Двоичная арифметика: Представление положительных и отрицательных чисел в компьютере, Сложение и Вычитание двоичных чисел, Вычитание двоичных чисел как сложение положительного числа с отрицательным.
Арифметические операции в позиционных системах счисления с произвольным основанием.
Основные понятия логики: Логика, Формальная логика, Элементарная логика, двоичная логика, Логические высказывания, простые и сложные высказывания, Логические переменные.
Логические операции: НЕ, И, ИЛИ.
Логические выражения: Правила преобразования, Таблицы истинности.
Базовые логические элементы. НЕ, И, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, исключающее ИЛИ.
Построение сумматора на логических элементах: одноразрядный сумматор.
4. Компьютер
Основные понятия:
Персональный компьютер (ПК), Центральный процессор, Оперативная и Постоянная память, Внешняя память, Периферийные устройства, Программное обеспечение (Системное, Прикладное), операционная система, Файловая система и Файловая структура, файлы и Каталоги.

Архитектура ПК: Магистрально-модульный принцип построения компьютера Джона фон Неймана. Системная магистраль (шина данных, шина адреса, шина управления).
Базовая аппаратная конфигурация ПК: Структура, Интерфейс, Периферийные устройства и способы их подключения. Стационарные (настольные), Портативные (переносные), Карманные ПК.
Системный блок: Системная плата, Микропроцессорный комплект, Северный и Южный мосты.
Микропроцессоры ПК: Типы, Разрядность, Тактовая частота, Производительность.
Классификация памяти ПК: Внутренняя (первичная) и Внешняя (вторичная) память.
Внутренняя память: Оперативное запоминающие устройства (ОЗУ), кэш-память, Специальная память.
Внешняя память: Внешние запоминающие устройства с прямым и с последовательным доступом; Магнитные накопители (Жёсткие и гибкие магнитные диски, Стримеры, Сменные магнитные диски, Физическая и Логическая структура магнитных дисков и виды их форматирования), Стримеры, Оптические и Магнитооптические диски, Flash-память.
Периферийные (внешние) устройства ПК: Клавиатура, Манипуляторы, Сканер, Цифровые камеры, Аудиоадаптер, Монитор, Принтер, Плоттер, Модем.
Классификация программного обеспечения ПК: системное и прикладное программное обеспечение (ПО).
Системное ПО: операционные системы (однозадачные, многозадачные, сетевые, реального времени), сервисные программы (Оболочки, Утилиты, Программы обслуживания магнитных дисков, Архиваторы, Антивирусные программы), инструментальные программные средства (Трансляторы языков программирования), Программы технического обслуживания.
Прикладное ПО: Редакторы (Текстовые, графические, Издательские систем), Электронные таблицы, системы управления базами данных (СУБД), Интегрированные пакеты прикладных программ, CASE-технологии, экспертные системы.
Файловая система и файловая структура: Файл и Файловая система, Типы файлов и правила их именования, Атрибуты файла, Каталоги Корневой каталог и Подкаталоги, Файловая структура диска 9дерево каталогов), Текущий и родительский каталог.
Правовая охрана программ и данных: Лицензионные, Условно бесплатные и Бесплатные программы, Правовая охрана информации, Электронная подпись, Защита информации (Защита доступа к компьютеру, Защита от нелегального копирования, Защита данных на дисках, Защита информации в Internet).
Моделирование и формализация
Основные понятия:
моделирование, формализация, Системный подход к моделированию, информационная модель, Технология информационного моделирования, Компьютерный эксперимент.

Моделирование как метод познания: Системный подход к моделированию, Объект моделирования, Постановка задачи моделирования, Формализация.
Виды моделей: Материальные, информационные.
Классификация моделей: Содержательные (смысловые), Физические, Геометрические, Математические, Логические, Структурные.
Понятие о технологии информационного моделирования: постановка задачи, построение модели, разработка алгоритма и программы, отладка и исполнение программы, Компьютерный эксперимент, анализ результатов.
Исследование информационных моделей из различных предметных областей (примеры).
Алгоритмизация и программирование
Основные понятия:
алгоритм, Свойства алгоритмов, исполнитель, система команд исполнителя, Способы записи алгоритмов, Основные алгоритмические конструкции, Методы разработки алгоритмов, Языки программирования, Базовые элементы алгоритмических языков программирования, Данные, Операторы, Подпрограммы, Технологии программирования.

Алгоритм: Понятие алгоритма, Свойства алгоритма, Исполнитель алгоритма, система команд исполнителя алгоритма.
Формальное исполнение алгоритмов. Компьютер как формальный исполнитель, Возможность автоматизации деятельности человека на основе алгоритмов.
Способы записи алгоритма: Словесный, Графический (блок-схема), Запись на алгоритмическом языке.
Основные алгоритмические конструкции: линейная, разветвляющаяся, циклическая.
Детализация алгоритмов: Укрупненный и Детальный алгоритмы, Вспомогательные алгоритмы.
Составление простейших алгоритмов и запись их различными способами.
Методы разработки алгоритмов: Метод последовательной детализации (сверху – вниз), Сборочный метод (снизу – вверх).
Понятие о языках программирования: Языки низкого уровня (Машинно-зависимые), Языки высокого уровня (Машинно-независимые).
Классификация языков программирования: Алгоритмические языки, Языки программирования баз данных, Языки программирования для Интернет-приложений.
Средства создания программ: Текстовый редактор, Интерпретатор, Компилятор, Библиотеки модулей, Редактор связей, Отладка программ.
Базовые элементы алгоритмических языков программирования: Алфавит, Данные (тип, имя, значение, Операции), Выражения, Операторы, Подпрограммы.
Основные типы данных: Простые, Структурированные (составные).
Операторы языка программирования: Присваивание, Управление, Последовательность, Условие, Цикловые операторы, Процедурные операторы, Операторы ввода/вывода.
Подпрограммы: функции, процедуры, Свойства подпрограмм.
Технологии программирования: Модульное (алгоритмическое), Структурное, Объектно-ориентированное.
Часть 2. Информационные технологии
Технологии обработки текстовой информации
Основные понятия:
текстовый редактор и процессор, Формат текстового файла, Текст и его основные элементы, Этапы формирования текстового документа.

Текстовые редакторы и процессоры: Назначение, Основные функции, Классификация. Форматы текстовых файлов.
Понятие о тексте и его обработке: Текстовый файл, Основные элементы текстового документа (символ, слово, предложение, абзац, фрагмент текста, страница). Атрибуты шрифта, абзаца, страницы.
Этапы формирования текстового электронного документа: Создание документа или его Загрузка, Ввод текста, Редактирование текста, Рецензирование текста, Форматирование текста, Сохранение документа, вывод документа на печать.
Основные операции над текстом: Ввод, Редактирование, Форматирование, Выделение, Удаление, Копирование, Перемещение, Поиск и замена и т.д.
Приемы автоматизации разработки текстовых документов: Стили, Шаблоны, Автоформатирование, Автоматическая проверка орфографии и грамматики и прочее.
Специальные возможности текстовых процессоров: Таблицы, Создание графических объектов с помощью встроенных средств, Специальные текстовые эффекты. Внедрение объектов из других приложений.
Основы издательского делопроизводства.
Технология обработки графической информации
Основные понятия:
Компьютерная графика (Растровая, Векторная, Фрактальная, Трехмерная), Пиксел, Разрешение оригинала и его изображения, Масштабирование изображений, Графические примитивы и их атрибуты, Цветовое разрешение (глубина цвета), Цветовая модель, Цветовая палитра, Форматы графических данных, Графический редактор.

Теоретические основы представления графических данных: Виды компьютерной графики (Ррастровая,Ввекторная, Фрактальная, Трехмерная).
Форматы графических данных: TIFF, PSD, PCX, PCD, BMP, GIF, PNG, WNF, EPS, PDF.
Растровая графика: Пиксел, Разрешение оригинала, Разрешение экранного изображения, Разрешение печатного изображения, Динамический диапазон, Масштабирование растровых изображений.
Векторная графика: Графические примитивы и их атрибуты.
Трехмерная (3D) графика: Основные понятия, Программные средства обработки трехмерной графики.
Цвет и способы его описания: Цветовое разрешение, Цветовые модели, законы Грассмана, Цветовая палитра, Системы управления цветом.
Модели цветообразования (цветовые модели): CIE Lab, RGB, CMYK, HSB.
Аппаратные и программные средства создания и обработки изображений: Видеосистема ПК, Графические редакторы (назначение, классификация, основные функции).
Технология обработки числовой информации
Основные понятия:
электронные таблицы, адрес ячейки, типы и формат данных, Этапы формирования электронной таблицы, Вычисления в электронных таблицах, абсолютная и относительная адресация, диаграмма.

Редакторы электронных таблиц и табличные процессоры: Назначение, Основные функции, Классификация, Форматы табличных файлов.
Понятие об электронной таблице и ее обработке: Электронные таблицы, Основные объекты в электронных таблицах (ячейка, столбец, строка, лист, книга). Атрибуты ячеек, шрифта, страницы. Типы и формат данных вводимых в ячейки (числа, текст, формулы).
Этапы формирования электронной таблицы: Создание таблицы или ее Загрузка, Ввод данных в ячейки, Редактирование данных, Программирование вычислений в таблице, Оформление таблицы, Редактирование структуры таблицы, Сохранение таблицы, вывод таблицы на печать.
Основные операции над таблицей: Ввод, Редактирование, Форматирование, Выделение, Удаление, Копирование, Перемещение, Поиск, Сортировка.
Вычисления в электронных таблицах: формулы и функции, Понятие об абсолютной и относительной адресации ячеек.
Приемы автоматизации разработки табличных документов: Автоматизация ввода, Автоформатирование, Автоматическая проверка орфографии и прочее.
Специальные возможности табличных процессоров: Деловая графика, Создание графических объектов с помощью встроенных средств, Сводные таблицы, Консолидация, Внедрение объектов из других приложений.
Использование электронных таблиц для решения задач: Решение уравнений и задач оптимизации, Статистическая обработка данных, Решение задач прогнозирования, Решение задач моделирования объектов, процессов, явлений.
Технология хранения, поиска и сортировки информации
Основные понятия:
База данных, Информационная система, СУБД, иерархические, сетевые и реляционные Базы данных, Операции по работе с БД, Запись, Поле и Операции над ними, Поиск данных, Запросы.

Базы данных (БД): Назначение, Основные функции, Информационная система (ИС), Система управления базами данных (СУБД).
Требования, предъявляемые к БД и информации, хранящейся в ней: адекватность, логическая непротиворечивость, надежность функционирования, простота и удобство использования, Защищенность от сбоев и несанкционированного доступа, Быстродействие и производительность, Возможность расширения.
Типы баз данных: иерархические (в виде дерева), сетевые (в виде графа) и реляционные (в виде таблиц).
Основные понятия реляционных БД: тип данных (символьный, числовой, логический, временной, специализированный), домен (потенциальное множество допустимых значений данного типа), кортеж (строка отношения), атрибут (столбец отношения), первичный ключ (набор атрибутов, значения которых однозначно определяют кортеж отношения) и их эквиваленты (таблица, поле, запись).
Операции по работе с БД: Создание новой таблицы, Удаление таблицы, Изменение структуры существующей таблицы, Установление связей между существующими таблицами.
Основные объекты в базах данных: Запись, Поле.
Основные операции по работе с объектами в БД: Ввод и редактирование записей, добавление записей, Удаление записей, Изменение структуры базы данных, Редактирование значений атрибутов отдельных записей, Сортировка всех записей по одному или нескольким атрибутам.
Поиск записей. Понятие о запросе. Виды запросов и способы их организации: На выборку, На модификацию, На удаление. Использование операций алгебры логики (И, ИЛИ, НЕ) и операторов сравнения (>, <, =, !=) для построения запросов.
Мультимедийные технологии
Основные понятия:
Мультимедиа, Гипертекст, гипермедиа, Объекты мультимедиа, Средства обеспечения и создания мультимедиа.

Понятие мультимедиа. Гипертекст и гипермедиа. Объекты мультимедиа: текст, графика, аудио, видео. Форматы объектов мультимедиа.
Средства обеспечения мультимедиа-технологий. Схемы хранения и воспроизведения мультимедиа-файлов.
Средства создания мультимедиа документов (обзор).
Компьютерные коммуникации
Основные понятия:
Компьютерные сети (топология, архитектура, средства реализации), Интернет (IР-адрес, домен, электронная почта, телеконференции, файловый архив, WWW), Интернет-провайдер, Web-браузер, поисковый Web-сервер.

Компьютерные сети: локальные, корпоративные, региональные, глобальные.
Топология сети: шинная, кольцевая, звездообразная, иерархическая, смешанная.
Архитектура сети: Одноранговая и клиент-серверная.
Средства реализации сетей: аппаратные, телекоммуникационные, программные.
Глобальная сеть Интернет: структура, адресация, доменная система имен; базовые информационные службы (электронная почта, телеконференции, файловые архивы, Web-сервис). Интернет-провайдеры, Web-Броузеры.
Основы технологии WWW: основные компоненты, организация взаимодействия клиента с Web-сервером. Средства поиска информации в WWW.


Часть. 1. Основы информатики
Информация и информационные процессы
Понятие информации. Информация и информационные процессы.
Свойства информации.
Методы обработки данных.
Структуры данных.
Информационные основы процессов управления.
Информационная деятельность человека.

1.1.Понятие информации. Информация и информационные процессы.
Понятие информация достаточно широко используется в обычной жизни современного человека, поэтому каждый имеет интуитивное представление, что это такое. Слово информация происходит от латинского informatio разъяснение, изложение. Но когда наука начинает применять общеизвестные понятия, она уточняет их, приспосабливая к своим целям, ограничивает использование термина строгими рамками его применения в конкретной научной области.
Сложность явления информации, его многоплановость, широта сферы применения и быстрое развитие отражается в постоянном появлении новых толкований понятий информатики и информации. Поэтому имеется много определений понятия информации, от наиболее общего философского “Информация есть отражение реального мира») до узкого, практического “Информация есть все сведения, являющееся объектом хранения, передачи и преобразования” ).
Приведем для сопоставления также некоторые другие определения и характеристики:
«Информация это содержание сообщения или сигнала, т.е. сведения, рассматриваемые в процессе их передачи или восприятия, позволяющие расширить знания об интересующем объекте» ).
«Информация это сведения, передаваемые одними людьми другим людям устным, письменным или каким-нибудь другим способом» (БСЭ).
«Информация это отраженное разнообразие, то есть нарушение однообразия»1).
«Информация является одним из основных универсальных свойств материи»1).
Под информацией необходимо понимать не сами предметы и процессы, а их отражение или отображение в виде чисел, формул, описаний, чертежей, символов, образов. Сама по себе информация может быть отнесена к области абстрактных категорий, подобных, например, математическим формулам, однако работа с ней всегда связана с использованием каких-нибудь материалов и затратами энергии. Информация хранится в наскальных рисунках древних людей в камне, в текстах книг на бумаге, в картинах на холсте, в музыкальных магнитофонных записях на магнитной ленте, в данных оперативной памяти компьютера, в наследственном коде ДНК в каждой живой клетке, в памяти человека в его мозгу и т.д. Для ее записи, хранения, обработки, распространения нужны материалы (камень, бумага, холст, магнитная лента, электронные носители данных и пр.), а также энергия, например, чтобы приводить в действие печатающие машины, создавать искусственный климат для хранения шедевров изобразительного искусства, питать электричеством электронные схемы калькулятора, поддерживать работу передатчиков на радио и телевизионных станциях. Успехи в современном развити информационных технологий в первую очередь связаны с созданием новых материалов, лежащих в основе электронных компонентов вычислительных машин и линий связи.
Таким образом, с информацией мы постоянно сталкиваемся в реальной жизни, она наряду с такими понятиями, как вещество и энергия, является одним из основных понятий науки.
Все, что нас окружает, относится либо к физическим телам, либо к физическим полям. Физические тела находятся в непрерывном движении, а физические поля непрерывно изменяются. Все это сопровождается появлением сигналов, имеющих энергетическую природу, и их можно регистрировать. В момент регистрации сигналов образуются данные.
Примечание.
Если эти данные, полученные каким-либо способом, востребованы, они становятся информацией иными словами информация это продукт взаимодействия данных и адекватных им методов обработки ).
Пример: Учитель объясняет материал урока. Звуковые сигналы, в виде звуковых волн, достигая ваших ушей, регистрируются вашим мозгом и становятся данными. Если учитель говорит на знакомом вам языке, то данные могут быть вами усвоены и они станут для вас информацией. Если учитель говорит на незнакомом вам языке, то информацией по данному предмету эти данные не станут, а останутся просто набором данных.
Вывод: не все данные становятся информацией.
Отсюда следует, что
Определение. Информация – это совокупность знаний о фактических данных и зависимостях между ними.
Информацию можно сгруппировать по различным признакам, в частности, следующим:
По области возникновения. Информация, отражающая процессы, явления неодушевленной природы называется элементарной или механической, процессы животного и растительного мира биологической, человеческого общества социальной.
По способу передачи и восприятию. Информацию, передаваемую видимыми образами и символами называют визуальной, ощущениями – тактильной и т.д.
По общественному назначению. Информация может быть личной, массовой, социальной.
1.2.Свойства информации.
К информации предъявляется ряд требований, т.е. любая информация должна обладать определенными свойствами:
Полнота или качество информации, определяющее достаточность данных для принятия решения либо для создания новых данных на основе уже имеющихся.
точность информации это степень детализации описания свойств изучаемого объекта (системы, процесса, явления).
Достоверность информации это показатель истинности, то есть степени близости полученных данных реальным исходным. При передаче любой информации наряду с необходимыми данными часто присутствуют и посторонние данные, которые частично искажают исходную информацию. Например, если в телефонной линии сильные помехи, то некоторые слова собеседника вы можете или не расслышать, или воспринять совершенно по иному.
Адекватность информации это степень соответствия исходной информации реальному состоянию объекта. Неадекватная информация может возникать на основе неполных или недостоверных данных, или если к информации применяются неадекватные методы.
Доступность информации это мера возможности получить ту или иную информацию. Например, если вы знаете, что где-то есть ответы на все вопросы экзаменационных билетов, но добыть их не можете.
Актуальность или востребованность информации, которая определяет степень ценности информации к моменту ее использования.
Оперативность или своевременность информации тесно связана с предыдущим свойством. Любая информация имеет определенную ценность, лишь когда она поступает вовремя.
Объективность и субъективность информации мера влияния методов обработки на искажение самой информации или ее полноты. Это понятие является относительным, так как критерии оценки могут быть разными. Более объективной принято считать ту информацию, в которую методы вносят меньший субъективный элемент. Так, например, фотография объекта содержит более объективную информацию, чем рисунок этого объекта.
Все свойства информации определенным образом взаимосвязаны между собой и в целом определяют так называемое качество информации.
1.3.Методы обработки данных.
Для того, чтобы на основе полученных данных, то есть зарегистрированной информации, принять какое-нибудь решение, необходимо произвести с данными определенные действия, или операции, то есть применить методы обработки анных.
Можно выделить следующие методы обра-ботки данных (рис.1.1):
Сбор данных это накопление информации с целью обеспечения ее достаточной полноты для принятия решений.
Транспортировка данных это передача их между источником и приемником информации.
Формализация данных это приведение их к одинаковой форме для возможности сопоставления, т.к. информация из разных источников часто представляется по разным правилам и в разных форматах.
Фильтрация данных это отсеивание лишней информации, которая не требуется для принятия решения. При этом повышается коэффициент информативности сообщений.
Сортировка данных это процедура их упорядочивания по какому-либо признаку для удобства их использования.
Защита данных это реализация мер, направленных на предотвращение угроз утраты, искажения и перехвата информации, предназначенной получателю.
Архивация данных это организация их хранения в удобной и легкодоступной форме.
Преобразование данных это перевод их из одной формы представления в другую. Это обычно связано с изменением типа носителя.
Пример: Можно выдать задание устно, а можно зафиксировать на бумаге или записать на магнитную ленту и т.п. Необходимость преобразования возникает при передаче данных. В частности, звуковые сигналы при передаче их по телефонной линии приходится преобразовывать в электрические, а потом, на приемной стороне, производить обратное преобразование.
1.4.Структуры данных.
Работа с большими наборами данных автоматизируется проще, когда данные упорядочены, то есть образуют заданную структуру. Различают три основных вида структур: линейную, табличную и иерархическую.
Линейная структура или список отличается тем, что ее каждый элемент данных однозначно определяется своим номером в массиве.
Пример: Простейшая подобная структура это обычный список группы. Каждая фамилия в списке зарегистрирована под уникальным номером. Номер обычно называется адресом.
В линейной структуре все элементы списка должны быть зарегистрированы под своим адресом, то есть не должно быть двух элементов с одним и тем же адресом, (это будет восприниматься как один элемент) и не может быть элементов списка не имеющих адресов.
В табличной структуре данных все элементы, входящие в таблицу имеют два параметра номер строки и номер столбца, на пересечении которых эти элементы находятся. Существуют и многомерные таблицы, в которых для однозначного поиска элемента требуется задавать три и более параметров (координат).
Примечание.
Списки и таблицы хороши, когда мы имеем дело с регулярными данными. Но существуют информационные массивы, этим свойством не обладающие. Такова система почтовых адресов. Здесь элементом массива данных является адресат с указанием города, улицы, номера дома и квартиры. Условно такую структуру можно представить в виде дерева, вершиной которого является название города, ветвями – улицы, а более мелкими ветвями номера домов. Т.е. здесь есть как бы главенствующие элементы адреса и подчиненные.
Такая структура данных и называется иерархической. Адрес каждого элемента тут задается в виде пути доступа к нему, ведущем от вершины структуры по соответствующим ветвям.
При организации хранения данных требуется решить две основные проблемы: сохранить их в наиболее компактном виде и обеспечить к ним удобный и быстрый доступ.
1.5.Информационные процессы.
Определение. Информационный процесс – это процесс восприятия, накопления, хранения, обработки и передачи информации.
Процессы восприятия, хранения и накопления информации человеком заключаются в том, что информация воспринимается, запоминается и накапливается в памяти человека. Для удобства и с целью предотвращения потери информации человек заносит информацию на внешние носители информации (бумагу, магнитофонную ленту, в память компьютера) и там ее хранит и накапливает.
Процесс передачи информации от человека к человеку двусторонний: есть источник и приемник информации. Информация может передаваться и с помощью технических средств связи: телефон, радио, телевидение, Интернет, по каналам передачи информации. Количество информации, передаваемой за единицу времени по информационному каналу называется скоростью передачи информации или скоростью информационного потока.
Процессом обработки информации является ее преобразование по каким-либо правилам или законам.
Оценивая информацию о состоянии окружающей среды мы выбираем наиболее целесообразное поведение. Процесс преобразования исходной информации в информацию, отражающую результат решения какой-либо задачи – это и есть решение задачи, поставленной перед человеком в любом виде его деятельности.
1.6.Информационные основы процессов управления.
Чтобы говорить об процессах управления необходимо понять, что из себя представляет система управления.
Определение. Система – это упорядоченная совокупность разнородных элементов или частей, взаимодействующих между собой и с внешней средой, объединенных в единое целое и функционирующих в интересах достижения единых целей.
Система управления характеризуется наличием двух компонентов (рис.1.2):
Субъекта управле-ния, реализующего формирование целей, принятие решений и обеспечивающего контроль за их выполнением;
Объекта управле-ния, выполняющего поставленные задачи.
Пример: промышленное предприятие: здесь субъект управления это администрация, а объект управления производственный коллектив, выполняющий работу и располагающий для этого необходимыми ресурсами.
Управление базируется на информации. В процессе управления возникают информационные потоки между объектом и субъектом управления, а также между ними и внешней средой. Направленность внутренних информационных потоков характеризует прямую и обратную связь в системе управления.
Система управления (субъект управления) на основе информации о состоянии объекта и информации, поступающей из внешней среды, определяет цели для объекта и воздействует на объект (прямая связь).
Обратная связь представляет собой движущийся в обратном направлении информационный поток, формируемый объектом управления.
В процессе функционирования происходят изменения в объекте управления. Субъект управления воспринимает информацию от объекта управления и новую информацию об внешней среде, обрабатывает ее, принимает новое решение и вырабатывает новое управляющее воздействие. И так далее. В процессе управления необходимая информация регистрируется, передается, хранится, накапливается и обрабатывается. Комплекс этих процедур составляет информационный процесс управления. Информация в этом процессе рассматривается и как предмет (исходная информация), и как продукт труда (результатная информация) системы управления. Исходная, первичная информация преобразуется в результатную, пригодную для формирования управленческих решений. По этим причинам информационный процесс является частью управленческой деятельности.
Для организации и реализации информационного процесса необходимы соответствующие средства и методы обработки информации, а также персонал, способный выполнять процедуры информационного процесса.
1.7.Информационная деятельность человека. Основные характерные черты информационного общества.
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. Информатика и компьютеры уже проникли практически во все сферы деятельности человека. Появилась необходимость в формировании новой, информационной технологии, деятельности человека.
Вот как ЮНЕСКО характеризует понятие «Информационная технология»:
Определение. Информационная технология это комплекс взаимосвязанных, научных, технологических и инженерных дисциплин, изучающих методы эффективной организации труда людей, занятых обработкой и хранением информации; изучающих вычислительную технику и методы организации и взаимодействия ее с людьми и производственным оборудованием, их практические приложения, а также связанные со всем этим социальные, экономические и культурные проблемы.
Сами информационные технологии требуют сложной подготовки, больших первоначальных затрат и наукоемкой техники.
В настоящее время человечество завершает переход к информационному обществу, в котором можно эффективно и оптимально строить любую деятельность на основе овладения информацией о самых различных процессах и явлениях. В информационном обществе повышается качество не только потребления, но и производства, труд человека становится творческим и интеллектуальным, если он использует новые информационные технологии, значительно улучшаются условия труда.
Определение. «Информационная культура» это совокупность способностей, знаний, умений и навыков, связанных с пониманием закономерностей информационных процессов в природе, обществе и технике, современными информационными и коммуникационными технологиями, со способностью и умением использовать средства информационных коммуникационных технологий при решении задач в своей практической деятельности.
1.8.Тренировочные тестовые задания по разделу 1.
(правильные ответы см. в конце пособия).
Информация, которая отражает истинное положение дел, называется:
Понятной
Достоверной
Объективной
Полной
Актуальной

Информация, которая важна в настоящий момент, называется:
Понятной
Достоверной
Объективной
Полной
Актуальной
Информация, объем которой достаточен для решения поставленной задачи, называется:
Понятной
Достоверной
Объективной
Полной
Актуальной
По способу восприятия человеком различают следующие виды информации:
Текстовую, числовую, графическую, табличную
Научную, социальную, политическую
Обыденную, производственную, техническую
Визуальную, звуковую, тактильную
Математическую, биологическую, медицинскую
Какую информацию можно отнести к визуальной:
Запах цветов
Фотографии
Музыка
Вкус напитка
Ощущения холода
Хранить аудиоинформацию можно, используя:
Учебник
Световую рекламу
Книгу
Магнитофонную кассету
Партитуру музыкального произведения
Записную книжку используют с целью:
Передачи информации
Обработки информации
Хранения информации
Защиты информации
Транспортировки информации
Термин «информатизация общества» обозначает:
Увеличение количества избыточной информации
Увеличение роли средств массовой информации
Целенаправленное и эффективное использование информации во всех областях человеческой деятельности, достигаемое за счет массового применения информационных технологий
Массовое использование компьютеров
Введение изучения информатики в учебные заведения страны
Данные имеют табличную структуру:
Список продуктов, которые надо купить
Классный журнал со списком класса и оценками
Перечень Ваших друзей
Список музыкальных альбомов
Перечень предметов, которые Вы проходили в 9 классе
В процессе управления результатная информация используется для:
Отчета работы
Хранения в базе данных
Вычислений
Формирования управленческих решений
Воздействия на субъект управления
Представление информации
Язык как способ представления информации.
Количество информации.
Вероятностный подход к определению количества информации.
Понятие энтропии.
Формы представления информации.
Кодирование информации.
Единицы измерения количества информации.

2.1.Язык как способ представления информации. Количество информации.
Напомним одно из определений понятия «Информация».
Определение. Информация это содержание сообщения, сигнала, памяти и т.д.
Примечание.
Очень важным при этом является способ представления той или иной информации. Только представив информацию в каком-либо виде, ее можно передавать. Чтобы понять содержание информации, надо знать правила (соглашения), по которым представление переводится в содержание, смысл.
Пример: Перед посадкой самолета в Лондоне стюардесса делает объявление: “Сейчас в городе идет дождь, температура воздуха – два градуса выше нуля”. Эту информацию она получила от бортинженера. Для передачи полученной информации она воспользовалась английским языком. В самолете есть люди, которые не понимают английский язык. Тогда информацию о погоде, переданную стюардессой на английском языке, они воспримут как некий “шум”, а не как совет приготовить зонтик.
Этот пример показывает, что при неизвестной форме представления информации, ее содержание не будет воспринято принимающей стороной.
Можно выделить, по крайней мере, четыре различных подхода к определению способа представления информации.
В быту слово "информация" часто применяется как синоним слов "сведения", "сообщение", "осведомление о положении дел". Очевидно, что количественно измерить такую информацию невозможно, в лучшем случае можно говорить о ее достоверности или недостоверности.
В кибернетике понятие "информация" используется для характеристики управляющих сигналов, которые обеспечивают устойчивое функционирование сложных систем. В этом случае следует говорить о конкретном представлении управляющих сигналов в виде конкретных технических характеристик этих сигналов, их единиц измерения, других свойств и параметров, дающих достаточно полное описание изучаемых сигналов.
В философии понятие "информация" тесно связано с такими понятиями как взаимодействие и познание. В процессе взаимодействия двух объектов происходят их изменения, можно сказать, что на них отпечатывается информация о взаимодействии. Человек познает окружающий мир, в его сознании накапливаются Знания, т.е. информация. Количественную оценку информации в этом случае произвести затруднительно, т.к. подобные знания зачастую носят смысловой, содержательно-описательный характер, который трудно поддается измерению.
В информатике понятие "информация" вводится как мера уменьшения неопределенности. В этом случае под информацией понимается изменение некоторой количественной величины, характеризующей состояние исследуемого объекта (системы, процесса, явления), определенной до и после опыта, проведенного над этим объектом.
Во всех отмеченных подходах к представлению информации важным является способ измерения количества информации. Существует несколько подходов к измерению количества информации Статистический, Семантический, Прагматический:
Статистический подход оценивается количество информации в передаваемых сообщениях о состояниях некоторой системы, которая может иметь определённое количество дискретных состояний. Если до получения информации было известно сколько таких состояний может получать система и после получения стало известно в каком состоянии она оказалась, то можно получить количество принятой информации как меру снятия неопределённости о состоянии системы. Если считать, что все N состояний системы равновероятны, количество информации можно определить, используя формулу английского инженера Р.Хартли i = log2 N , причем N = 2I
Пример: "Бросание монеты": перед броском существует неопределенность, как упадет монета предсказать невозможно. После броска реализуется полная определенность (например "орел"). Аналогично, при бросании четырехгранной пирамиды существуют 4 возможных исхода, а при бросании игрального кубика 6 возможных исходов.
Вывод: чем больше возможных событий, тем больше начальная неопределенность результата и, главное, тем больше количество информации будет получено после проведения опыта.
Семантический подход количество полученной информации измеряется с учётом её смысла для получателя. Оценивается количество смысла полученной информации, с помощью сравнения объёмов тезаурусов до и после получения информации, т.е. оно равно разности тезауруса Sп до получения информации Sп.0 и после получения информации Sп.1, т.е. I = Sп.1 – Sп.0 .
Определение. Тезаурус свод слов, устойчивых словосочетаний, описывающих предметную область, сгруппированных и упорядоченных по некоторым правилам (например, в порядке убывания алфавита).
Прагматический подход количество информации в данном случае оценивается как полезность сообщения. Для этого используется следующее соотношение I = log2 (P1/P0) , где P вероятность решения задачи: P0 до получения сообщения и P1 после получения сообщения.
Определение. Вероятность величина, которая может принимать значения в диапазоне от 0 до 1. Она может рассматриваться как мера возможности наступления какого-либо события, которое может иметь место в одних случаях и не иметь места в других.
Получение информации это, в конечном счете, получение фактов, сведений и данных о свойствах, структуре или взаимодействии объектов и явлений окружающего нас мира с использованием некоторой абстрактной системы символов (жестов, знаков, рисунков и прочее) для представления содержательной информации.
В процессе развития человеческого общества люди выработали большое число подобных систем языков. Среди них язык жестов и мимики, язык рисунков и чертежей, язык музыки, разговорные языки и т.д.
Пример: Язык жестов морской флажковый семафор. Язык музыки ноты. Языки программирования Visual Basic, Pascal, Perl, C.
Основой большинства языков является алфавит. Алфавит это набор символов, из которых можно составить слова и фразы данного языка.
Пример:
Латинский алфавит (прописные буквы): A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M, N, O, P, Q, R, S, T, U, V, W, X, Y, Z.
Русский алфавит (прописные буквы): А, Б, В, Г, Д, Е, Ё, Ж, З, И, Й, К, Л, М, Н, О, П, Р, С, Т, У, Ф, Х, Ц, Ч, Ш, Щ, Ъ, Ы, Ь, Э, Ю, Я.
Алфавит десятичных цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.
Алфавит двоичных цифр: 0, 1.
Примечание.
Простота двоичного алфавита обеспечила его широкое применение в вычислительной технике. Значения 0 и 1 в компьютерах представляются физическими состояниями “намагничено не намагничено”, “есть напряжение нет напряжения”.
Одним из самых распространенных способов представления информации является естественный (разговорный или письменный) язык. Люди обмениваются устными сообщениями, записками, посланиями. Они передают друг другу просьбы, приказы, отчеты о проделанной работе, описи имущества; публикуют рекламные объявления и научные статьи, хранят старые письма и документы. Одним из самых простых способов получения интересующей нас информации у собеседника состоит в задании ему вопросов, которые предполагают ответ, имеющий только два значения “Да” или “Нет”.
Пример: Задаем человеку такой вопрос: «Вы сегодня обедали?». С одинаковой вероятностью следует ожидать ответ «Да» или «Нет».

Примечание.
Обозначить ответы «Да» и «Нет» можно не только словами, но и любым другим образом. Можно было бы взять буквы А и Е, либо цифры 3 и 7. Однако, для простоты записи обычно применяются символы двоичного алфавита 1 и 0.
Определение. Количество информации, которое можно получить при ответе типа «да-нет» на какой-либо вопрос, называется битом (bit аббревиатура от binary digit двоичная единица), причем бит минимальная единица количества информации, ибо получить информацию, меньшую, чем 1 бит, невозможно.
Примечание.
Одно из главных понятий XX века бит впервые было введено американским ученым-статистиком Джоном Тьюки в 1946 году.
2.2.Вероятностный подход к определению количества информации. Понятие энтропии.
Если обратить внимание на разговорные языки, например русский, то можно сделать интересные выводы. Для упрощения теоретических исследований в информатике принято считать, что русский алфавит состоит из 32 символов (е и ё, а также ь и ъ между собой не различаются, но добавляется знак пробела между словами). Если считать, что каждая буква русского языка в сообщении появляется одинаково часто (т.е. равновероятно) и после каждой буквы может стоять любой другой символ, то, используя двоичную логарифмическую меру измерения информации Хартли, можно определить количество информации в каждом символе русского языка как:
I = log2 32 = 5.
Однако, фактически все бывает не так. Во всех разговорных языках одни буквы встречаются чаще, другие гораздо реже. Исследования говорят, что на 1000 букв приходится следующее число повторений:
В русском языке:
В английском языке:

О 110, Е 87, А 75, И 75, Т 65...
Е 131, Т 105, А 86, О 80, N 71, R 68

Кроме того, вероятность появления отдельных букв зависит от того, какие буквы им предшествуют. Так, в русском языке после гласной не может следовать мягкий знак, не могут стоять четыре гласные подряд и так далее. Любой разговорный язык имеет свои особенности и закономерности. По этим причинам количество информации в сообщениях, построенных из символов любого разговорного языка, нельзя оценивать двоичной логарифмической мерой Хартли.
Какое количество информации тогда содержится, к примеру, в тексте романа "Война и мир", во фресках Рафаэля или в генетическом коде человека? Ответа на эти вопросы наука не даёт и, по всей вероятности, даст не скоро. А возможно ли объективно измерить количество информации? К задачам подобного рода относятся также следующая:
Пример: Являются ли равновероятными сообщения "первой выйдет из дверей здания женщина" и "первым выйдет из дверей здания мужчина". Однозначно ответить на этот вопрос нельзя. Все зависит от того, о каком именно помещении идет речь. Если это, например, вестибюль станции метро, то вероятность выйти из дверей первым одинакова для мужчины и женщины, а если это военная казарма, то для мужчины эта вероятность значительно выше, чем для женщины.
Для задач такого рода используется общая оценка количества информации Шеннона. Американский учёный [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] в 1948 г. предложил формулу определения количества информации, учитывающую возможную неодинаковую вероятность сообщений в наборе. Он использовал применяемую в математике и гидродинамике вероятностную меру неопределенности (энтропию) для того, чтобы в полной мере оценить состояние изучаемой системы и получить максимально возможную информацию о протекающих в этой системе процессах. Эта оценка количества информации, по-существу, является вероятностной мерой, и, как оценка неопределенности, она
Вывод: отражает способность какого-либо ис-точника проявлять все новые и новые состояния и таким образом отдавать информацию.
Шеннон энтропию определил как среднюю логарифмическую функцию множества вероятностей возможных состояний системы (возможных исходов опыта) ). Для расчета энтропии H Шеннон предложил следующее уравнение:
H = – ( p1log2 p1 + p2 log2 p2 + . . . + pN log2 pN),
где p i вероятность появления i-е события в наборе из N событий.
Тогда количество информации, полученное исследователем после опыта будет не что иное, как разность между энтропией системы до H0 и после H1 опыта, или
I = H0 – H1,
причем если неопределенность в результате опыта снимается полностью имеем:
I = – H1 или I =
· (p i log2 p i), i = 1,,N .
Если события равновероятны, то количество информации определяется по формуле Хартли:
i = log2 N .
Пример: После экзамена по информатике, который сдавали студенты, объявляются оценки («2», «3», «4» или «5»). Какое количество информации будет нести сообщение об оценке учащегося A, который выучил лишь половину билетов, и сообщение об оценке учащегося B, который выучил все билеты..
Опыт показывает, что для учащегося A все четыре оценки (события) равновероятны, а для для учащегося B наиболее вероятной оценкой является «5» (p1 = 1/2), вероятность оценки «4» в два раза меньше (p2 = 1/4), а вероятности оценок «2» и «3» еще в два раза меньше (p3 = p4 = 1/8).
Тогда, количество информации, которое несет сообщение об оценке учащегося А, равно (на основании формулы Хартли)
i = log2 4 = 2,
а количество информации, содержащее в сообщении об оценке ученика В, есть
I = – (1/2 log21/2 + 1/4 log21/4 + 1/8 log21/8 + 1/8 log21/8) = 1,75.
Вычисления показали, что при равновероятных событиях мы получаем большее количество информации, чем при неравновероятных событиях.
2.3.Формы представления информации.
2.3.1.Аналоговая (непрерывная) и дискретная формы представления.
Информация очень емкое понятие, в которое вмещается весь мир: все разнообразие вещей и явлений, вся история, все тома научных исследований, творения поэтов и прозаиков. И все это отражается в двух формах непрерывной (аналоговой) и дискретной. Обратимся к их сущности.
Объекты и явления характеризуются значениями физических величин, такими как масса тела, его температура, расстояние между двумя точками, длинна пути (пройденного движущимся телом), яркость света и т.д. Природа некоторых величин такова, что величина может принимать принципиально любые значения в каком-то диапазоне. Эти значения могут быть сколь угодно близки друг к другу, исчезающе малоразличимы, но все-таки, хотя бы в принципе, различаться, а количество значений, которое может принимать такая величина, бесконечно велико.
Примечание.
Такие величины называются непрерывными (аналоговыми) величинами, а информация, которую они несут в себе, непрерывной информацией.
Слово “непрерывность” отчетливо выделяет основное свойство таких величин - отсутствие разрывов, промежутков между значениями, которые может принимать величина. Масса тела непрерывная величина, принимающая любые значения от 0 до бесконечности. То же самое можно сказать о многих других физических величинах расстоянии между точками, площади фигур, напряжении электрического тока.
Кроме непрерывных существуют иные величины, например, количество людей в комнате, количество электронов в атоме и т.д. Такого рода величины могут принимать только целые значения, например, 0, 1, 2, ..., и не могут быть дробными.
Примечание.
Величины, принимающие не всевозможные, а лишь вполне определенные значения, называют дискретными. Для дискретной величины характерно, что все ее значения можно пронумеровать целыми числами 0, 1, 2,...
Пример: К дискретным величинам, в частности, относятся:
Геометрические фигуры (треугольник, квадрат, окружность);
Буквы алфавита (например, русского А, Б, В, Г,;
Цвета радуги (красный, оранжевый, желтый, .).
Можно утверждать, что различие между двумя формами информации обусловлено принципиальным различием природы величин. В то же время, непрерывная и дискретная информация часто используются совместно для представления сведений об объектах и явлениях.
Пример: Рассмотрим утверждение “Это окружность радиуса 8,25”.
Здесь:
”Окружность“ дискретная информация, выделяющая определенную геометрическую фигуру из всего разнообразия фигур;
Значение “8,25” непрерывная информация о радиусе окружности, который может принимать бесчисленное множество значений.
Рассмотри еще один пример.
Пример: Пусть имеются пружинные весы. Масса тела, измеряемая на них, величина непрерывная по своей природе. Представление о массе (т.е. информацию о массе) содержит в себе длина отрезка, на которую перемещается указатель весов под воздействием массы измеряемого тела. Длина отрезка тоже непрерывная величина. Чтобы охарактеризовать массу, в весах традиционно используется шкала, отградуированная, например, в граммах. Пусть, для определенности, шкала конкретных весов имеет диапазон от 0 до 50 граммов. Тогда масса может быть характеризована одним из 51 значений: 0, 1, 2, ..., 50, т.е. дискретным набором значений. Таким образом, информация о непрерывной величине, массе тела, приобрела дискретную форму.
Вывод: Любую непрерывную (аналоговую) величину можно представить в дискретной форме. И механизм такого преобразования очевиден.
Определение. Процесс преобразования непрерывной (аналоговой) величины в дискретную форму называется аналого-дискретным преобразованием.
Примечание.
Возникает вопрос, а можно ли по дискретному представлению восстановить непрерывную величину. И ответ будет таким: да, в какой-то степени можно, но сделать это не так просто, и восстанавливаемый образ может отличаться от подлинника. Такое обратное преобразование называется дискретно-аналоговым.
Для представления непрерывной величины могут использоваться самые разнообразные физические процессы. В рассмотренном выше примере о пружинных весах физическая величина “масса тела” представляется “длиной отрезка”, на который переместится указатель весов (стрелка). В свою очередь, механическое перемещение можно преобразовать, например, в “напряжение электрического тока”. Для этого можно воспользоваться линейным потенциометром, на который можно подать постоянное напряжение (например, 10 вольт) от источника питания, а движок потенциометра связать с указателем весов. В таком случае изменение массы тела от 0 до 50 граммов приведет к перемещению движка потенциометра в пределах допустимой длины (от 0 до L миллиметров) и, следовательно, к изменению напряжения на его выходе от 0 до 10 вольт. Отсюда можно сделать вывод, что информация о массе тела может представляться, вообще говоря, многими способами. В качестве носителей непрерывной информации при этом могут использоваться любые физические величины, принимающие непрерывный “набор” значений (правильнее было бы сказать принимающие любое значение внутри некоторого интервала).
Примечание.
Отметим, что физические процессы (перемещение, электрический ток и др.) могут существовать сами по себе или использоваться, например, для передачи энергии. Но в ряде случаев эти же процессы применяются в качестве носителей информации. Чтобы отличить одни процессы от других, введено понятие “сигнал”. Если физический процесс, т.е. какая-то присущая ему физическая величина, несет в себе информацию, то говорят, что такой процесс является сигналом. Именно в этом смысле пользуются понятиями “электрический сигнал”, “световой сигнал”, “радиосигнал” и т.д. Таким образом, электрический сигнал не просто электрический ток, а ток, величина которого несет в себе какую-то информацию.
2.3.2.Десятичная и двоичная формы представления.
Как уже отмечалось, дискретность это случай, когда объект или явление имеет конечное (счетное) число разнообразий. Чтобы выделить конкретное из всего возможного, нужно каждому такому конкретному дать оригинальное имя (иначе, перечислить). Эти имена и будут нести в себе информацию об объектах, явлениях и т. п. В качестве имен часто используют целые числа 0, 1, 2,... Так именуются (нумеруются) страницы книги, дома вдоль улицы, риски на шкалах измерительных приборов. С помощью чисел можно перенумеровать все “разнообразия” реального мира. Именно такая цифровая форма представления информации и используется в компьютерах.
Следует отметить, что в обыденной жизни цифровая форма представления информации не всегда удобна. Первенство здесь принадлежит слову и последовательностям слов.
Определение. Слово некоторое имя объекта, действия, свойства и т.п., с помощью которого выделяется именуемое понятие в устной речи или в письменной форме.
Слова относятся к естественным человеческим языкам и, как уже упоминалось, строятся из букв определенного алфавита (например, А, Б, ... , Я). Кроме букв используются специальные символы знаки препинания, математические символы +, –, знак интеграла, знак суммы и т.п. Все разнообразие используемых символов образует алфавит, на основе которого строятся самые разные смысловые объекты:
Из цифр числа;
Из букв собственно слова,
Из цифр, букв и математических символов формулы и т.д.
И все эти объекты несут в себе информацию :
Числа информацию о значениях;
Слова информацию об именах и свойствах объектов;
Формулы информацию о зависимостях между величинами и т.д.
Эта информация (и это очевидно) имеет дискретную природу и представляется в виде последовательности символов. О такой информации говорят как об особом виде дискретной информации и называют этот вид символьной информацией.
Утверждение. Наличие разных систем письменности, в том числе таких, как иероглифическое письмо, доказывает, что одна и та же информация может быть представлена на основе самых разных наборов символов и самых разных правил использования символов при построении слов, фраз, текстов.
Из этого утверждения можно сделать следующий вывод.
Вывод:Разные алфавиты обладают одинаковой “изоб-разительной возможностью”, т.е. с помощью одного алфавита можно представить всю ин-формацию, которую удалось представить на основе другого алфавита.
Можно, например, ограничиться алфавитом из десяти цифр 0, 1, ..., 9 и с использованием только этих символов записать текст любой книги или партитуру музыкального произведения. При этом сужение алфавита до десяти символов не привело бы к каким-либо потерям информации. Такую форму представления информации часто называют десятичной. Более того, можно использовать алфавит только из двух символов, например, символов 0 и 1. И его “изобразительная возможность” будет такой же. В последнем случае можно говорить о двоичной форме представления информации.
Итак, символьная информация может представляться с использованием самых различных алфавитов (наборов символов) без искажения содержания и смысла информации: при необходимости можно изменять форму представления информации вместо общепринятого алфавита использовать какой-либо другой, искусственный алфавит, например, двухбуквенный.
2.3.3.Экспоненциальная формы представления информации.
Для представления очень маленьких или очень больших чисел их стандартное позиционное представление становится нечитаемым и трудно употребимым для проведения вычислительных действий над такими числами.
Пример: Вот трудночитаемые числа: 0,0000000000000000015567 либо 1542825000000000000000.
В этом случае для записи подобных чисел применяется так называемая экспоненциальная форма записи в виде двух составляющих мантиссы и экспоненты, причем основание экспоненты может быть любое, в том числе и основание системы счисления.
Пример: Используя числа предыдущего примера запишем их в экспоненциальном виде при использовании в качестве основания числа 10: 1,5567(10-18 для малых чисел и 1,542 825 (1021 для больших.
Существует две основных экспоненциальной формы записи числа. В первой из них мантисса записывается в виде значащих цифр с произвольным местоположением запятой, отделяющей целую часть от дробной, а экспонента записывается как определенная степень основания системы счисления. Во втором случае признаком экспоненциальной формы представления числа является нахождение в записи символа Е, отделяющего мантиссу от экспоненты (точнее от порядка этой экспоненты).
Пример: Числа в стандартной экспоненциальной записи имеют вид 1,5567Е-18 или 1,542 825Е21.
Однако, существуют определенные рекомендации по формату экспоненциального представления чисел. Вот они:
Рекомендация. Для научного (SCIENTIFIC) формата вывода числа в экспоненциальной форме для мантиссы M должно выполняться неравенство 0 < |M| < 1; значение порядка P любое целое; а для инженерного (ENGINEERING) формата вывода числа в экспоненциальной форме мантисса M формируется с целой и дробной (если необходимо) частями, причем целая часть содержит не более трех значащих цифр так, чтобы значение порядка P было равным максимальному возможному числу, кратному трем.
Пример: Пусть дано число 31450000. Тогда запись 0,3145Е8 соответствует научному формату, а запись 31,45Е6 инженерному формату экспоненциальной записи числа 31450000.
2.4.Кодирование информации. Двоичное кодирование. Единицы измерения количества информации.
Для автоматизации работы с информацией, относящейся к различным типам, очень важно унифицировать форму представления, т.е. надо преобразовать символьную, текстовую и графическую информацию таким образом, чтобы она получила некий единый стандартный вид. Для решения этой задачи обычно используется прием кодирования.
Определение. Форма представления информации, отличная от естественной, общепринятой, называется кодом, а процесс выражения данных одного типа через данные другого называется Кодированием.
Примечание.
Широко известны такие коды, как почтовые индексы, нотная запись музыки, телеграфный код Морзе, цифровая запись программ для ЭВМ (программирование в кодах), помехозащищенные коды в системах передачи данных и т.п.
Как было указано ранее, информатика неразрывно связана обработкой, хранением и передачей информации средствами вычислительной техники. Но, для того, чтобы компьютер мог каким-то образом обрабатывать, хранить и передавать информацию, необходимо, чтобы, информация была представлена в понятном для нее виде.
Мы уже знаем, что существуют различные формы представления информации. Однако, компьютер это техническое устройство, основанное на работе электронных компонентов, а значит, обладающее определенными физическими характеристиками. По этим причинам информация, предназначенная для ЭВМ, должна иметь физическое представление, причем это представление должно быть наиболее простым.
Этим требованиям отвечает, так называемое, битовое представление информации, основанное на двоичной форме кодирования, при котором каждая запоминаемая частица может принимать только два значения 0 либо 1. В технических устройствах битовое представление используется для обозначения систем с двумя возможными состояниями, при этом каждая двоичная цифра содержит один бит информации.
Стоит напомнить, что битом называется количество информации, заключающееся в определении одного из двух возможных состояний.
Бит действительно является очень маленьким объемом хранения информации, содержащим всего два состояния: 0, 1. Если объединить два бита в одно целое, то в таком объеме можно хранить уже больше состояний: 00, 01, 10, 11. Если объединить три, то появляется возможность для хранения еще большей информации: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. И так далее. Чтобы было нагляднее, изобразим это в таблице 2.1:
Таблица 2.1.
13PRIVATE15Количество битов
Возможные комбинации
Количество
комбинаций

1
0, 1
2

2
00, 01, 10, 11
22

3
000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111
23

n
........
2n

Известно, что бит это наименьшая единица информации. Но компьютеры довольно редко работают с конкретными битами. Как правило, они оперируют с машинными словами, представляющими собой объединения из нескольких битов. Наиболее известным подобным объединением является комбинация из восьми битов, называется байтом.
Примечание.
Byte в дословном переводе с английского обозначает "сцепка", "выделенный кусок".
Именно байт компьютер часто воспринимает как единый информационный блок, как единое целое. По этим причинам в информатике и ее приложениях принято считать, что байт также является единицей измерения количества информации.
Современные электронно-вычислительные машины обрабатывают, хранят, передают очень большие объемы информации. Если попробовать выразить подобный объем в байтовом виде, то получится громоздкое, неудобное для восприятия число. По эти причинам, для обозначения больших объемов информации существуют более крупные единицы производные измерения:
1 килобайт (кб) = 1024 байта = 210 байт,
1 Мегабайт (Мб) = 1024 кб = 220 байт,
1 Гигабайт (Гб) = 1024 Мб = 230 байт.
В последнее время в связи с увеличением объёмов обрабатываемой информации входят в употребление такие производные единицы, как:
1 Терабайт (Тб) = 1024 Гб = 240 байт,
1 Петабайт (Пб) = 1024 Тб = 250 байт.


2.5.Тренировочные тестовые задания по разделу 2.
(правильные ответы см. в конце пособия).

Оценкой какого качественного свойства явления, процесса, состояния объекта является энтропия?
Незнания
Неидентичности
Определенности
Неопределенности
Неизмеримости
Когда исчезает неопределенность события при бросании монеты человеком?
В момент отрыва монеты от руки
В момент полета монеты
В момент успокоения монеты после касания земли
В момент взятия монеты рукой (перед бросанием)
В момент касания монеты земли

Какой сигнал называется дискретным?
Обладающий конечным (счетным) множеством разнообразий
Имеющий несколько различных определяющих характеристик (например, напряжение, ток, частота для электрического сигнала)
Который можно зарегистрировать разными измерителями
Зарегистрированный конечным (счетным) числом приемников
Излучаемый конечным (счетным) числом передатчиков

Какое количество двоичных разрядов требуется, чтобы закодировать одну из клеток шахматной доски (8(8)?
5 разрядов
6 разрядов
8 разрядов
9 разрядов
7 разрядов
Сколько байт содержится в 66560 битах?
6656
832
65
4160
8320

Сколько бит содержится в килобайте?
1000
1024
8000
8192
10000

За минимальную единицу количества информации принят?
1 бод
1 бит
1 байт
1 символ
1 бар

В какой из последовательностей единицы измерения информации указаны в порядке возрастания ?
Байт, бит, килобайт, мегабайт, гигабайт
Килобайт, байт, бит, мегабайт
Байт, мегабайт, килобайт, гигабайт, терабайт
Мегабайт, килобайт, терабайт, килобайт
Бит, байт, килобайт, мегабайт, гигабайт

Какая из нижеприведенных экспоненциальных записей десятичного числа 75,9 представлена в стандартной экспоненциальной форме?
0,759 ( 102
759,0 ( 210
0,759Е2
0,759Е10
759Е10

Какое количество двоичных разрядов требуется, чтобы закодировать 512 байт?
9 разрядов
8 разрядов
10 разрядов
12 разрядов
16 разрядов

Системы счисления и основы логики
Системы счисления.
Системы счисления, используемые в компьютере.
Перевод чисел из одной системы счисления в другую.
Двоичная арифметика.
Арифметические операции в позиционных системах счисления.
Основные понятия логики.
Логические операции.
Логические выражения.
Базовые логические элементы.
Построение сумматора на логических элементах.

3.1.Системы счисления.
Определение. Системой счисления называется совокупность символов (цифр) и правил их использования для представления чисел.
Существует два вида систем счисления:
Непозиционные системы счисления Примером этой системы счисления является Римская система, в которой в качестве цифр используются некоторые буквы: I(1), V(5), X(10), L(50), C(100), D(500), M(1000). Значение цифры не зависит от ее положения в числе. Например, в числе ХХХ цифра Х встречается трижды и в каждом случае обозначает одну и ту же величину 10, а в сумме ХХХ 30.
Позиционные системы счисления В позиционной системе счисления количественное значение цифры зависит от ее позиции в записи числа. Позиция цифры называется разрядом. Разряд числа возрастает справа налево.
Определение. Количество различных цифр (символов), употребляемых в позиционной системе счисления для представления (записи) числа, называется основанием.
В позиционных системах счисления основание системы определяет, во сколько раз различаются весовые значения цифр соседних разрядов записей чисел.
Любое число, записанное в позиционной системе с произвольным основанием, можно записать в виде полинома (многочлена) ):
As = anSn + an-1Sn-1 + + a1S1 + a0S0 + a-1S-1 + + a-mS-m,
где S основание системы счисления.
Примечание.
Числа принято представлять в виде последовательности соответствующих цифр a i , где запятая отделяет целую часть числа от дробной (коэффициенты при положительных степенях, включая нуль, от коэффициентов при отрицательных степенях):
X=anan-1 a1a0 , a-1 a-m
Пример: число 5279,409 это сокращенная запись суммы
5279,40910 = 5 ( 103 + 2 ( 102 + 7 ( 101 + 9 ( 100 + 4 ( 10-1 + 0 ( 10-2 + 9 ( 10-3
3.2.Системы счисления, используемые в компьютере.
Позиционный принцип используется и при записи двоичных чисел. В этом случае коэффициентами при степенях числа 2 будут двоичные цифры 0 и 1. Число 5279 в двоичной системе счисления изображается следующим образом:
527910 = 1 ( 212 + 0 ( 211 + 1 ( 210 + 0 ( 29 + 0 ( 28 + 1 ( 27 + 0 ( 26 + 0 ( 25+ +1 ( 24 + 1 ( 23+ 1 ( 22 + 1 ( 22 + 1 ( 21 + 1 ( 20
или в сокращенном виде: 1010010011111112 = 527910
Примечание.
Индексы, записанные рядом с изображением числа (например, 527910), указывают основание системы счисления.
Двоичное представление первых шестнадцати чисел показано в таблице 3.1.
Удобная для вычислительных машин двоичная система счисления не употребляется людьми из-за того, что большие числа в этой системе представляются очень длинными последовательностями цифр. Было найдено компромиссное решение переводить в двоичную систему не все число целиком, а каждую его цифру отдельно:
5 2 7 9
0101 0010 0111 1001
Примечание.
Для отображения одной десятичной цифры в этом случае используются 4 двоичные цифры 4 бита (одна тетрада). Такой способ кодирования называется двоично-десятичным.
Двоично-десятичная система не единственная из применяемых в ЭВМ вспомогательных систем счисления. Достаточно широкое распространение получила шестнадцатеричная система счисления, которая позволяет получить более компактную запись числа (иными словами, увеличить информационную емкость одной тетрады). Десяти арабских цифр для шестнадцатеричной системы недостаточно, и для изображения шести старших цифр в этой системе используют 6 начальных букв латинского алфавита:
1010 = A16, 1110 = B16, 1210 = C16, 1310 = D16, 1410 = E16, 1510 = F16
Пример: число 527910 (заданное в десятичной системе счисления) в системе счисления с основанием 16 записывается следующим образом:
527910 = 1 ( 163 + 4 ( 162 + 9 ( 161 + 15 ( 160 = 149F16
Наряду с шестнадцатеричной системой счисления используется и восьмеричная система, в которой используются 8 цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.
Пример: число 2510 (заданное в десятичной системе счисления) в системе счисления с основанием 8 записывается следующим образом:
2510 = 3 ( 81 + 1 ( 80 = 318
Примечание.
Двоичное изображение числа требует большего (для многоразрядного числа примерно в 3,3 раза) количества разрядов, чем его десятичное представление. Тем не менее, применение двоичной системы в ЭВМ создает большие преимущества из-за возможности использования для построения электронных схем простых элементов с двумя устойчивыми состояниями.
3.3.Перевод чисел из одной системы счисления в другую.
3.3.1. Перевод чисел из десятичной системы счисления в систему счисления с произвольным основанием.
Для того чтобы перевести число в десятичную систему счисления, запишем его в виде полинома
As = anSn + an-1Sn-1 + + a1S1 + a0S0 + a-1S-1 + + a-mS-m,
и вычислим его значение.
Пример:
10101,0112 = 1 ( 24 + 0 ( 23 + 1 ( 22 + 0 ( 21 + 1 ( 20 + 0 ( 2-1 + 1 ( 2-2 + 1 ( 2-3 = = 21,37510
Существует несколько способов выполнения операций перевода десятичных чисел в систему счисления с произвольным основанием. Рассмотрим их.
Способ первый.
Для перевода нужно представить исходное число в виде полинома
As = anSn + an-1Sn-1 + + a1S1 + a0S0 + a-1S-1 + + a-mS-m,
взяв в качестве S основание той системы счисления, в которую данное число нужно перевести. Затем выпишем коэффициенты ai , которые и составят нужное число.
Пример: Перевести число 1310 в систему счисления с основанием 2.
Для этого представим 13 как сумму степеней числа 2:
1310 = 8 + 4 + 1.
Далее воспользуемся формулой As = anSn + an-1Sn-1 + + a1S1 + a0S0 и запишем число 13 в виде полинома
1310 = 1 ( 23 + 1 ( 22 + 0 ( 21 + 1 ( 20.
Теперь выпишем все коэффициенты ai: 1101. Таким образом,
1310 = 11012.
Примечание.
Обычно этот способ перевода в двоичную систему счисления используют для представления небольших чисел.
Способ второй.
Этот способ применяется для перевода больших чисел. Для его усвоения рассмотрим пример.
Пример: Перевести число 23410 в систему счисления с основанием 2.
Будем делить число 23410 последовательно на 2 нацело и записывать остатки, не забывая нулевые:
234 : 2 = 117 остаток 0
117 : 2 = 58 1
58 : 2 = 29 0
29 : 2 = 14 1
14 : 2 = 7 0
7 : 2 = 3 1
3 : 2 = 1 1
Результат последнего деления на 2 уже не делится, и эта цифра будет старшей цифрой нашего числа. Выписав все остатки, начиная с последнего, получим двоичное представление числа:
23410 = 111010102.
3.3.2. Перевод правильных дробей в систему счисления с произвольным основанием.
Перевод правильных десятичных дробей в систему счисления с произвольным основанием выполняют по следующему правилу:
Правило. Исходную дробь или дробные части получающихся произведений умножить на число, равное основанию системы счисления, и отделить целую часть. Целые части получающихся произведений дают последовательность цифр в новой системе счисления. Умножение нужно производить до тех пор, пока дробная часть не станет равной нулю либо при достижении требуемой точности.

Пример: Перевести число 0,4510 в двоичную систему счисления.
Имеем следующую последовательности действий:
0,45 ( 2 = 0,9
0,9 ( 2 = 1,8
0,8 ( 2 = 1,6
0,6 ( 2 = 1,2
Таким образом: 0,4510 = 0,01112
3.3.3. Преобразования чисел из двоичной в восьмеричную, шестнадцатеричную системы счисления и обратно.
Эти действия осуществляются по упрощенным правилам с учетом того, что основания этих систем счисления кратны целой степени 2, т.е. 8 = 23, а 16 = 24. Это означает, что при преобразовании восьмеричного кода числа в двоичный необходимо его каждую восьмеричную цифру заменить соответствующим трехзначным двоичным кодом (триадой).
Пример: 5316,28 = 101 011 001 110, 0012
При преобразовании шестнадцатеричного кода числа в двоичный необходимо каждую шестнадцатеричную цифру заменить черырехзначным двоичным кодом (тетрадой).
Пример: 83BE,616 = 1000 0100 1010 1110, 01102
При преобразовании шестнадцатеричного кода числа в восьмеричную необходимо произвести сначала преобразование шестнадцатеричного числа в двоичную запись, а затем из двоичную, выделив триады, сформировать восьмеричную запись.
Пример: 1CD,416 = 0001 1100 1101, 01002 = 000 111 001 101, 010 02 = 715,28
При преобразовании двоичного кода в восьмеричный или шестнадцатеричный, двоичный код делится соответственно на триады или тетрады влево и вправо от запятой (точки), разделяющей целую и дробную части числа. Затем триады (тетрады) заменяются восьмеричными (шестнадцатеричными) цифрами.
Пример: 1001100101011,101012 = 001 001 100 101 011, 101 010 = 11453, 528
1 0011 0010 1011,1010 12 = 0001 0011 0010 1011, 1010 1000 = 132B. A816
Примечание.
Если при разбиении двоичного кода в крайних триадах (тетрадах) недостает цифр до нужного количества, они дополняются нулями. Это соответственно, «лишние» нули слева и справа (см. выделение), не вошедшие в триады (тетрады) при первоначальном разбиении двоичной записи.
3.4.Двоичная арифметика. Арифметические операции в позиционных системах счисления.
3.4.1. Представление чисел в компьютере,
Числовая информация была первым видом информации, который начали обрабатывать вычислительные машины, и долгое время она оставалась единственным видом. Не удивительно поэтому, что в современном компьютере существует большое разнообразие типов и представлений чисел. Прежде всего, это целые и вещественные числа, которые по своей сути и по представлению в машине различаются очень существенно. Целые числа, в свою очередь, делятся на числа со знаком и без знака, имеющие уже не столь существенные различия. Наконец, вещественные числа также имеют два способа представления с фиксированной и с плавающей запятой, правда, первый способ сейчас представляет в основном исторический интерес. Рассмотрим отмеченные типы компьютерных представлений чисел в порядке увеличения их сложности.
Беззнаковые целые числа Хотя в математических задачах не так часто встречаются величины, не имеющие отрицательных значений, беззнаковые типы данных получили в компьютерах достаточно большое распространение. Возможно, главная причина этого состоит в том, что в самой машине и программах для нее имеется много подобного рода объектов, таких как, адреса ячеек, всевозможные счетчики (количество повторений циклов, число параметров в списке или символов в тексте и т.п.). К этому списку следует также добавить числа, обозначающие дату и время, размеры графических изображений в пикселях. Всё перечисленное выше всегда и во всех программах принимает только целые и неотрицательные значения.
Беззнаковые целые числа представляются в машине наиболее просто. Для этого достаточно перевести требуемое число в двоичную форму и дополнить полученный результат слева нулями до стандартной разрядности (это число разрядов, как правило, кратно 8).
Пример: число 14 будет в восьмиразрядной записи имеет следующий вид 00001110, а в шестнадцатиразрядном представлении 0000000000001110.
Зная разрядность N представления можно легко определить минимальное и максимальное значение чисел для N-разрядного беззнакового целого: минимальное состоит из одних нулей, а значит, при любом N равняется нулю; максимальное, напротив, образовано одними единицами и, разумеется, для разных N различно. Для вычисления максимально допустимого значения беззнакового целого A Max(N) при известном чисое разрядов для его записи обычно используют формулу
A Max(N) = 2N – 1
Целые числа со знаком Добавление отрицательных значений приводит к появлению некоторых новых свойств. Ровно половина из всех 2N чисел теперь будут отрицательными; учитывая необходимость нулевого значения, положительных будет на единицу меньше, т.е. допустимый диапазон значений оказывается принципиально несимметричным.
Для того, чтобы различать положительные и отрицательные числа, в двоичном представлении чисел выделяется знаковый разряд. По традиции для кодирования знака используется самый старший бит, причем нулевое значение в нем соответствует положительному знаку "+", а единичное отрицательному "–".
Примечание.
С точки зрения описываемой системы кодирования число нуль является положительным, т.к. все его разряды, включая и знаковый, нулевые.
Представление положительных чисел, при переходе от беззнаковых чисел к целым со знаком, сохраняется, за исключением того, что теперь для самого числа остается на один разряд меньше. А вот о представлении отрицательных чисел поговорим подробнее.
Первое, что напрашивается, это кодировать отрицательные значения точно так же, как и положительные, только добавлять в старший бит единицу. Подобный способ кодирования называется прямым кодом.
Примечание.
Несмотря на свою простоту и наглядность, для представления целых чисел он не получил широкого применения в ЭВМ. Главной причиной является то, что, хотя сам код прост, действия над представленными в нем числами выполняются достаточно сложно. Поэтому для практической реализации кодирования отрицательных чисел используется другой метод, который и будет описан ниже.
Суть метода в следующем. Все отрицательные числа записываются в ЭВМ в виде:
2N – |m|
где N количество двоичных разрядов, а m конкретное значение отрицательного числа.
Поскольку фактически вместо числа теперь записывается его дополнение до некоторой характерной величины 2N, то такой код назвали дополнительным. Для получения такого представления отрицательных чисел обычно используется следующий алгоритм преобразования:
Модуль |m|отрицательного m числа переводится в двоичную форму;
Производится поразрядное инвертирование получившегося кода, т.е. осуществляется замена единиц нулями, а нулей – единицами (кстати, такой код называется обратным);
К полученному обратному коду обычным образом прибавляем единицу.
Пример: пусть 00001000 есть исходное число


11110111
обратный код числа


1
добавляемая единица


11111000
дополнительного код числа

Примечание.
Хотя дополнительный код гораздо менее наглядный, чем прямой, он позволяет значительно проще реализовать арифметические операции. Более того, наличие дополнительного кода позволяет упразднить действие вычитания, сводя его к сложению с дополнительным кодом вычитаемого. Этот метод вычитания будет писан ниже (см. пп. 3.4.6).
Завершить изложение данной части вопроса хочется цитатой из книги известного российского специалиста по разработке ЭВМ Н.П.Бруснецова ):
Цитата. К понятию дополнительного кода, весьма неудобному для человеческого восприятия, можно подойти естественным путем, выполняя вычитание из меньшего числа большего. Этот подход не избавляет от неудобств, но может служить определенным утешением, так как показывает, что неудобства не придуманы людьми, а являются неотъемлемым свойством двоичного представления чисел.
Вещественные числа В отличие от целых чисел, которые дискретны, и отсюда каждому целому числу соответствует свой уникальный двоичный код (если разрядной сетки представления достаточно для кодирования максимального числа в данном массиве), вещественные числа, напротив, непрерывны, а значит, не могут быть полностью корректно перенесены в дискретную по своей природе вычислительную машину.
Примечание.
Последнее замечание означает, что некоторые вещественные числа, незначительно отличающиеся друг от друга, могут иметь одинаковый код. Кроме того, неизбежное отбрасывание младших двоичных разрядов при переходе в компьютере ко внутреннему двоичному представлению привело к появлению специфической "машинной" погрешности.
Известны два способа представления вещественных чисел: с фиксированной и с плавающей запятой ). Первый способ считается устаревшим и он в настоящее время не используется.
Вещественные числа с фиксированной запятой В старых машинах, использовавших фиксированное размещение запятой, положение последней в разрядной сетке ЭВМ было заранее обусловлено раз и навсегда для всех чисел и для всех технических устройств. Поэтому отпадала необходимость в каком-либо способе ее указания во внутреннем представлении чисел. Все вычислительные алгоритмы были заранее "настроены" на это фиксированное размещение.
Но в практических задачах встречаются самые разнообразные по величине числа. Как же их втиснуть в "прокрустово ложе" с фиксированной запятой? Для этого программист, подготавливая задачу к решению на ЭВМ, проделывал большую предварительную работу по анализу величины данных и их масштабированию: маленькие числа умножались на определенные коэффициенты, а большие, напротив, делились. Масштабы подбирались так, чтобы результаты всех операций, включая промежуточные, не выходили за пределы разрядной сетки и, в то же время, обеспечивали максимально возможную точность (об этом чуть позднее). Тщательная подготовительная работа требовала много времени и часто являлась источником ошибок. Отсюда очевидно, что каждая задача помимо собственно программирования требовала большой специализированной подготовки данных к обработке на данной конкретной ЭВМ. Поскольку чаще всего запятая фиксировалась перед самым старшим из разрядов, что было очень удобно для умножения, то масштабы для чисел обычно выбирались так, чтобы сделать их как можно ближе к единице. С другой стороны, то, что хорошо при умножении, угрожало выйти за пределы разрядной сетки, скажем, при сложении.
Итак, при использовании представления с фиксированной запятой наиболее сложным и трудоемким местом является масштабирование данных, занимающим зачастую до 70-80% времени подготовки задачи к решению на ЭВМ.
Это натолкнуло разработчиков ЭВМ на мысль, а научить ли машину самостоятельно размещать запятую так, чтобы числа при счете по возможности не выходили за разрядную сетку и сохранялись с максимальной точностью. Для этого, разумеется, пришлось разрешить ЭВМ "перемещать" запятую, а значит, дополнительно как-то сохранять в двоичном представлении числа ее текущее положение. В этом, собственно, и заключается представление чисел с плавающей запятой.
Вещественные числа с плавающей запятой Следует отметить, что такое удобное представление вещественных чисел не пришлось специально придумывать. В математике уже существовал подходящий способ записи, основанный на том факте, что любое число A в системе счисления с основанием Q можно записать в виде
A = (±M) · Q ±P ,
где M мантисса, а показатель степени P порядок числа.
Примечание.
Для десятичной системы это выглядит очень привычно, например: заряд электрона равен -1,6·10-19 к, а скорость света в вакууме составляет 3*108 м/сек. Некоторое неудобство при этом вносит тот факт, что представление числа с плавающей запятой не является единственным, например, 3·108 = 30·107 = 0,3·109 = 0,03·1010 = ...
По этим причинам договорились до следующего правила записи вещественных чисел с плавающей запятой:
Правило. Для записи вещественных чисел в форме с плавающей запятой считать, что мантисса всегда меньше единицы, а ее первый разряд содержит отличную от нуля цифру.
Пример: Тогда из всех записей 3·108 = 30·107 = 0,3·109 = 0,03·1010 = ... для числа 300 000 000 справедлива только одна форма 0,3·109.
Описанное представление чисел с плавающей запятой называется нормализованным и является единственным, причем, любое число может быть легко нормализовано.
Примечание.
Следует добавить, что требования к нормализации чисел вводятся исходя из соображений обеспечения максимальной точности их представления.
Все сказанное о нормализации можно легко применить и к двоичной системе:
A = (± M) · 2 ±P, причем Ѕ
· M <1.
Пример: –310 = –0,11·210, где M = 0,11 и P = 10 (записи M и P в двоичном коде).
Примечание.
Характерно, что двоичная мантисса всегда начинается с единицы (M
· Ѕ ). Поэтому во многих ЭВМ эта единица не записывается в оперативную память, что позволяет сохранить еще один дополнительный разряд мантиссы (это так называемая скрытая единица).
Таким образом, мы видим, что при использовании метода представления вещественных чисел с плавающей запятой фактически хранится два числа: мантисса и порядок. Разрядность первой части определяет точность вычислений, а второй – диапазон представления чисел.
К описанным выше общим принципам представления вещественных чисел с плавающей запятой необходимо добавить правила кодирования мантиссы (особенно отрицательной) и порядка. Эти правила могут отличаться для различных машин.
В частности, для IBM PC, мантисса хранится в прямом коде, а для хранения порядка используется так называемый сдвиг: к значению порядка прибавляется некоторая константа. В результате все значения порядка становятся положительными беззнаковыми числами, что заметно упрощает «операцию сравнения произвольного числа с нулем, которая выполняется аппаратно довольно часто» ).
Рассмотрим далее правила выполнения арифметических операций над числами в двоичной системе счисления с фиксированной запятой ).
Примечание.
Арифметика чисел с плавающей запятой заметно сложнее, чем с фиксированной. Например, чтобы сложить два числа с плавающей запятой, требуется предварительно привести их к представлению, когда оба порядка равны; такая процедура называется выравниванием порядков. Кроме того, в результате вычислений нормализация часто нарушается, а значит необходимо ее восстанавливать. Тем не менее, вычислительные машины со всем этим великолепно умеют автоматически справляться, и именно такой способ вычислений лежит в основе работы современных компьютеров. Заметим также, что в многих современных микропроцессорах все операции с плавающей запятой вынесены в специальный блок, который принято называть математическим сопроцессором.
3.4.2.Двоичное сложение.
Сложение двоичных чисел подобно сложению десятичных. В обоих случаях операции начинаются с обработки наименьших значащих цифр, расположенных в крайней справа позиции. Если результат сложения наименьших значащих цифр двух слагаемых не помещается в соответствующем разряде результата, то происходит перенос. Цифра, переносимая в соседний слева разряд, добавляется к содержимому последнего. Сложение цифр любых одноименных разрядов может повлечь за собой перенос в более старший разряд. Перенос возникает, если результат сложения цифр одноименных разрядов больше 9 при использовании десятичной системы счисления и более 1, при двоичной системы счисления.
Правило. Сложение двоичных чисел осуществляется вычислением суммы значений одноименных разрядов и единицы переноса из предыдущего разряда, если она есть. Перенос производится, если эта сумма не меньше, чем основание системы счисления, т.е. число 210.
Таким образом, для одноразрядных двоичных чисел имеем:
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 0 = 1
1 + 1 = 10 (0 и единица переноса в следующий старший разряд)
Сравним десятичное и двоичное сложение
Пример:
Десятичная арифметика
Двоичная арифметика

Слагаемое
099

0 1 1 0 0 0 1 1


Слагаемое
095

0 1 0 1 0 1 1 0


Перенос (единицы)
11

1 0 0 0 1 1 0


Сумма
194

1 0 1 1 1 0 0 1


Приведем еще пример сложения чисел, заданных двоичным кодом.
Пример: сложим 910 и 310, заданные двоичным кодом
1001
0011
11002 = 1210
3.4.3.Двоичное вычитание.
Двоичное вычитание подобно десятичному вычитанию. Как и в случае сложения, различие выполнения вычитания в двоичной и десятичной форме состоит лишь в особенностях поразрядных операций.
Вычитание двоичных чисел производится поразрядно по следующим правилам:
0 – 0 = 0
10 – 1 = 1
1 – 0 = 1
1 – 1 = 0
Выполняя вычитание из нуля единицы, следует занять единицу из старшего значащего разряда:
Сравнение процедур десятичного и двоичного вычитания можно продемонстрировать следующим образом:
Пример:
Десятичная арифметика
Двоичная арифметика

Заем (единица)

1


0 0 1 1 0 0 0 0


Уменьшаемое

109


0 1 1 0 1 1 0 1


Вычитаемое

49


0 0 1 1 0 0 0 1


Разность

060


0 0 1 1 1 1 0 0


Десятичное и двоичное вычитание начинается операцией над содержимым самых младших (крайних справа) разрядов, а по мере необходимости выполняется заем в старшим разряде.
3.4.4.Двоичное умножение.
Двоичное и десятичное умножение, так же, как двоичное и десятичное сложение или вычитание, во многом похожи. Умножение – это быстрый способ сложения нескольких одинаковых чисел. Умножение выполняется поразрядно.
Двоичное умножение следует производить в соответствии со следующими правилами:
0 ( 0 = 0
0 ( 1 = 0
1 ( 0 = 0
1 ( 1 = 1
Создан простой способ выполнения двоичного умножения, получивший название умножения путем сдвига и сложения. Перечислим его основные правила.
А).Формирование первого частного произведения. Если значение младшего значащего разряда множителя равно 0, то и результат равен 0, если значение этого разряда равно 1, то результат является копией множимого.
Б).Правило сдвига. При использовании очередного разряда множителя для формирования частного произведения производится сдвиг множимого на один разряд (позицию) влево.
В).Правило сложения. Каждый раз, когда значение разряда множителя равно 1, к результату необходимо прибавить множимое, расположенное в позиции, определенной правилом сдвига.
Г).Определение результирующего произведения. Искомое произведение есть результат выполнения всех операций сдвига и сложения.
Пример:
Десятичная арифметика
Двоичная арифметика

Множитель
13

101

10100

Множитель
129

011

1010

1-е частное произведение
117

101

00000

2-е частное произведение
26

101

10100

3-е частное произведение
13

000

00000

Произведение
1677

01111

10100






11001000

3.4.5.Двоичное деление.
Деление это операция, обратная умножению. Иначе говоря, при делении операцию вычитания повторяют до тех пор, пока уменьшаемое не станет меньше вычитаемого. Число этих повторений показывает, сколько раз вычитаемое укладывается в уменьшаемом. Процедура деления несколько сложнее процедуры умножения. При делении приходится в качестве промежуточных вычислений выполнять действия умножения и вычитания.
Пример:
Десятичная арифметика
Двоичная арифметика

Делимое
2057
17
11110
110


Делитель
(1) 17
121
(1) 110
101


1-е частная разность
035

0011



(2) 34

(0) 0000


2-е частная разность
017

110



(1) 17

(1) 110


3-е частная разность
0

0


3.4.6.Двоичное вычитание с использованием дополнительных кодов.
При реализации двоичной арифметики в современных процессорных элементах ЭВМ необходимо учитывать, что возможности аппаратной «двоичной электроники» не позволяют непосредственно осуществлять операцию вычитания. Одним из приемлемых технических решений, позволяющих заменить операцию двоичного вычитания двоичным сложением. является замена вычитаемого представлением его в виде дополнительного кода.
Формирование дополнительного кода, или сокращенного дополнения, как было рассмотрено в пп.3.4.1, состоит из двух операций: операции получения обратного кода и операции добавления единицы в младший разряд.
Правило. Обратный (инверсный) код числа получается обращением (инвертированием) нулей двоичного числа в единицы, а единиц в нули. Дополнительный код числа это сумма его обратного кода и единицы младшего разряда.

Пример: пусть 1001 есть исходное число


0110
обратный код числа


1
добавляемая единица


0111
дополнительного код числа

Рассмотрим далее, как реализуется двоичное вычитание с помощью чисел представленных в дополнительном коде.
Пример:, Пусть необходимо из числа 1001102 вычесть число 10102, т.е.:
1001102 – 10102
Для этого перепишем указанные числа в виде восьмиразрядных, т.е. так, как они обычно записываются в ячейки памяти компьютера:
00100110 – 000001010
Далее получим дополнительный код вычитаемого 1010 (точнее его восьмиразрядной записи)

00001010
прямой код числа


11110101
обратный код числа


1
добавляемая единица


11110110
дополнительного код числа

Найдем разность исходных чисел, сложив полученный дополнительный код числа с уменьшаемым и отбросив «лишний» девятый разряд, если он образуется:

00100110



11110110



100011100


3.4.7.Арифметические операции в позиционных системах счисления
Аналогичным образом можно производить арифметические действия и в позиционных системах с произвольным основанием.
Пример:
Арифметические действия над числами, представленными в системе счисления с основанием 3:



Сложение


Вычитание

Умножение

Деление



213



2103

2123


2213
123



2,13



1023

12103


123
123



100,13



1013

0000


101










212


101










1201

0










212












11112203





По аналогии можно составить примеры арифметических действий над числами, представленными в любой системе счисления.
3.5.Основные понятия логики.
Определение. Логика (формальная логика) это наука о формах и законах человеческого мышления и, в частности, о законах доказательных рассуждений.
Примечание.
Одной из частей формальной логики можно назвать математическую логику. Если формальная логика связана с анализом наших обычных содержательных рассуждений, которые выражаются обычным разговорным языком, то математическая логика изучает только рассуждения со строго определенными объектами и суждениями, для которых возможно однозначно решить, истинны они или ложны.
Определение. Двоичная логика, которая тесно связана с двоичной системой кодирования, часто называется булевой алгеброй по имени английского математика Джорджа Буля, сформулировавшего в 19-м веке положения этого раздела математической логики.
Начальным понятием булевой алгебры является высказывание.
Определение. Высказывание это любое утверждение, оцениваемое только с точки зрения его истинности. Соответственно, высказывания могут быть истинными или ложными.
Пример: Из двух высказываний
X = «Алмаз имеет кристаллическую структуру» и
Y = «Волга впадает в Балтийское море»
первое истинно, а второе ложно.
Примечание.
Высказывания могут обозначаться буквами, подобно переменным в обычной алгебре.
Высказывания, по существу, и являются переменными булевой алгебры, принимающими значение 1 в случае истинности высказывания и 0, если высказывание ложно. Такие переменные называют логическими (или булевыми) переменными.
Пример: Для двух высказываний приведенного логического примера возможна такая запись: X = 1; Y = 0.
Определение. Высказывания могут быть простыми и сложными. Высказывание называется простым, если его значение не зависит от значений каких-либо других высказываний. Сложным считается высказывание, значение истинности которого определяется значениями других высказываний.
Пример: Известное высказывание «Хорошо живет на свете Винни-Пух, если, конечно, он вовремя подкрепится» является сложным высказыванием: благополучное содержание первой части фразы (первого высказывания) зависит от некоторого условия, составляющего вторую половину предложения (второго высказывания).
3.6.Логические операции.
Части сложного высказывания соединяются с помощью логических операций. Известны три простейшие логические операции отрицание (логическое НЕ), логические умножение (логическое И или конъюнкция), логическое сложение (логическое ИЛИ или дизъюнкция)). Рассмотрим эти операции подробнее.
3.6.1.Отрицание (Инверсия).
Эта логическая операция обозначается словом НЕ: Y = НЕ (X). Функция отрицания имеет еще и такое обозначение: Y =(X.
Для образности понятия функции НЕ воспользуемся представлением, известным как диаграмма Эйлера-Венна. Если на этой диаграмме (рис.3.1). заштрихованный круг представляет собой область истинности значений Х, то все, что находится за пределами этого круга, будет представлять НЕ (Х) (или(X).
Таблица соответствия возможных значений аргумента (входных двоичных переменных) значениям функции, называемая в случае булевых функций (логических операций) таблицей истинности, имеет следующий вид для функции логического отрицания НЕ:
X
НЕ (Х)

Да (1)
Нет (0)

Нет (0)
Да (1)

Перечислим некоторые свойства функции НЕ:
Двойное отрицание некоторого аргумента Х равно самому аргументу, т.е.
Х = НЕ (НЕ (X)) = X
Если имеется некоторое логическое равенство, то отрицание обеих его частей не нарушает этого равенства, т.е.
если X = Y, то(X =(Y.
3.6.2.Логическое умножение (конъюнкция или логическое И)
Определение. Конъюнкцией высказываний называют такое сложное высказывание Y, которое истинно только тогда, когда истинны все входящие в него простые высказывания.
Диаграмма Эйлера-Венна операции И изображена на рис.3.2. Таблица истинности операции логического умножения имеет следующий вид:
X
Y
X И Y

Нет (0)
Нет (0)
Нет (0)

Нет (0)
Да (1)
Нет (0)

Да (1)
Нет (0)
Нет (0)

Да (1)
Да (1)
Да (1)

При записи конъюнкции применяют и такие обозначения: X И Y, X & Y или X ( Y.
3.6.3.Логическое сложение (дизъюнкция или логическое ИЛИ)
Определение. Дизъюнкцией высказываний называется такое сложное высказывание Y, которое истинно тогда, когда истинно хотя бы одно из входящих в него простых высказываний.
Диаграмма Эйлера-Венна операции ИЛИ изображена на рис.3.3. Таблица истинности операции логического сложения имеет следующий вид:
X
Y
X ИЛИ Y

Нет (0)
Нет (0)
Нет (0)

Нет (0)
Да (1)
Да (1)

Да (1)
Нет (0)
Да (1)

Да (1)
Да (1)
Да (1)

При записи дизъюнкции применяют также следующие обозначения: X ИЛИ Y, X + Y, X ( Y.
3.7.Логические выражения.
С помощью основного набора булевых операций можно построить более сложные логические высказывания.
Пример: Построим логическое выражение из простых логических операций для описания сложного логического умозаключения «Я буду читать, если есть хорошая книга и есть свободное время или если я ищу ответ на интересующий меня вопрос и надеюсь найти его в этой книге».
Введем следующие обозначения:
Х1 переменная, характеризующее фактор «есть хорошая книга», 1 – есть, 0 – нет;
Х2 переменная, определяющая условие «есть свободное время», 1 – есть, 0 – нет;
Х3 параметр «ищу ответ на вопрос», 1 – да (ищу), 0 –нет (не ищу);
Х4 фактор «надеюсь найти ответ», 1 – да (надеюсь), 0 – нет (не надеюсь);
Ф(Х1, Х2, Х3, Х4) логическое выражение, описывающее приведенное высказывание.
Тогда сложная функция, определяющая условие, при котором я буду читать, может быть записывается с помощью логического выражения:
Ф(Х1, Х2, Х3, Х4) = (Х1 И X2) ИЛИ (X3 И X4),
при этом таблица истинности такого выражения имеет вид:
Таблица. 3.2.
X1
X2
X3
X4
Ф(Х1, Х2, Х3, Х4)

Нет (0)
Нет (0)
Нет (0)
Нет (0)
Нет (0)

Да (1)
Нет (0)
Нет (0)
Нет (0)
Нет (0)

Нет (0)
Да (1)
Нет (0)
Нет (0)
Нет (0)

Нет (0)
Нет (0)
Да (1)
Нет (0)
Нет (0)

Нет (0)
Нет (0)
Нет (0)
Да (1)
Нет (0)

Да (1)
Да (1)
Нет (0)
Нет (0)
Да (1)

Да (1)
Нет (0)
Да (1)
Нет (0)
Нет (0)

Да (1)
Нет (0)
Нет (0)
Да (1)
Нет (0)

Нет (0)
Да (1)
Да (1)
Нет (0)
Нет (0)

Нет (0)
Да (1)
Нет (0)
Да (1)
Нет (0)

Нет (0)
Нет (0)
Да (1)
Да (1)
Да (1)

Да (1)
Да (1)
Да (1)
Нет (0)
Да (1)

Да (1)
Да (1)
Нет (0)
Да (1)
Да (1)

Да (1)
Нет (0)
Да (1)
Да (1)
Да (1)

Нет (0)
Да (1)
Да (1)
Да (1)
Да (1)

Да (1)
Да (1)
Да (1)
Да (1)
Да (1)

Утверждение. В булевой алгебре существуют определенные взаимоотношения между логическими функциями И, ИЛИ, НЕ, которые позволяют производить замену функций И функцией ИЛИ и наоборот. Это взаимоотношения известны как теоремы де Моргана:
НЕ (X1 И X2) = [НЕ (X1)] ИЛИ [НЕ (X2)]
НЕ (X1 ИЛИ X2) = [НЕ (X1)] И [НЕ (X2)]
В булевой алгебре выведены ряд определений и правил, которые необходимы для анализа и синтеза логических схем, используемых в вычислительной технике.
Вот эти наиболее важные теоремы булевой алгебры ):
Таблица. 3.3.
1а (0 = 1
1б (1 = 0

2а Х ( 0 = Х
2б Х & 1 = Х

3а Х ( 1 = 1
3б Х & 0 = 0

4а Х ( Х = Х
4б Х & Х = Х

5а Х ((Х = 1
5б Х &(Х = 0

6а Х1 ( Х2 = Х2 ( Х1
6б Х1 & Х2 = Х2 & Х1

7а Х1 ( (Х1 & Х2) = Х1
7б Х1 & (Х1 ( Х2) = Х1

8а Х1 ( ((Х1 & Х2) = Х1 ( Х2
8б Х1 & ((Х1 ( Х2) = Х1 & Х2

9а (Х1 ( Х2) ( Х3 = Х1 ( (Х2 ( Х3)
9б (Х1 & Х2) & Х3 = Х1 & (Х2 & Х3)

10а Х1 ( (Х2 & Х3) = (Х1 ( Х2) & (Х1 ( Х3)
10б Х1 & (Х2 ( Х3) = (Х1 & Х2) ( (Х1 & Х3)




Утверждение. С помощью приведенных соотношений можно получать так называемые эквивалентные выражения, которые могут оказаться существенно проще, чем исходное логические выражения.
Пример: Пусть имеется следующее логическое выражение
(X1 ( X2) & ( X1 ((X2) ( X3 .
Учитывая теорему 10а, получим
(X1 ( X2) & ( X1 ((X2) ( X3 = (X1 ( X2 &(X2) ( X3 .
Далее по теореме 5а имеем X2 &(X2 = 0, тогда
(X1 ( X2) & ( X1 ((X2) ( X3 = X1 ( 0 ( X3 ,
а по теореме 2а X1 ( 0 = X1 и
(X1 ( X2) & ( X1 ((X2) ( X3 = X1 ( X3 .
Утверждение. По некоторому наперед заданному булевому выражению можно легко построить его таблицу истинности. Для этого в выражение подставляют вместо переменных их возможные значения и вычисляют значение выражения.
Примечание.
Количество состояний логической функции (или строк), которые должны быть отражены в таблице истинности определяется по формуле 2n , где n количество логических переменных.
Пример: Пусть необходимо построить таблицу истинности для выражения
Ф(Х1, Х2) = ((X1 & X2) ( (X1 &(X2)
Поскольку Ф(Х1, Х2) является функцией от двух переменных, то таблица истинности должна содержать 22 = 4 строки. Таблица истинности рассматриваемого логического выражения имеет следующий вид:
Х1
X2
(X1
(X2
(X1 & X2
X1 &(X2
Ф(Х1, Х2)

0
0
1
1
0
0
0

1
0
0
1
1
0
1

0
1
1
0
0
1
1

1
1
0
0
0
0
0

3.8.Базовые логические элементы.
Определение. Схемные реализации базовых логических операций НЕ И, ИЛИ называются логическими элементами.
Логические элементы являются теми самыми элементарными «кирпичиками», из которых в настоящее время строятся практически все компоненты компьютера центральный процессор, память, устройства управления и т.д.
3.8.1.Логический элемент НЕ.
Логический элемент НЕ преобразует сигнал в противоположный, и обозначается на схеме следующим образом (см. рис.3.4). Его таблица истинности имеет вид:

X
Y = НЕ X

1
0

0
1

3.8.2.Логический элемент И.
Логический элемент И реализует логическую операцию И для двух сигналов и обозначается на схеме следующим образом (см. рис.3.5). Таблица истинности элемента И имеет вид:

X1
X2
Y = X1 И X2

0
0
0

1
0
0

0
1
0

1
1
1

3.8.3.Логический элемент ИЛИ.
Логический элемент ИЛИ реализует логическую операцию ИЛИ для двух сигналов и обозначается на схеме следующим образом (см. рис.3.6). Таблица истинности элемента ИЛИ имеет вид:

X1
X2
Y = X1 ИЛИ X2

0
0
0

1
0
1

0
1
1

1
1
1


Довольно часто в вычислительных и цифровых устройствах используются комбинированные базовые логические элементы, реализующие одновременно две операции И и НЕ либо ИЛИ и НЕ. Рассмотрим их несколько подробнее.
3.8.4.Логический элемент И-НЕ.
Логический элемент И-НЕ реализует сложную двухступенчатую логическую операцию для двух сигналов и обозначается на схеме следующим образом (см. рис.3.7). Таблица истинности элемента И-НЕ имеет вид:

X1
X2
Y = НЕ (X1 И X2)

0
0
1

1
0
1

0
1
1

1
1
0

3.8.5.Логический элемент ИЛИ-НЕ.
Логический элемент ИЛИ-НЕ реализует сложную двухступенчатую логическую операцию для двух сигналов и обозначается на схеме следующим образом (см. рис.3.8). Таблица истинности элемента ИЛИ-НЕ:

X1
X2
Y = НЕ (X1 ИЛИ X2)

0
0
1

1
0
0

0
1
0

1
1
0

Примечание.
Базовые логические элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ часто еще называются штрих Шеффера (И-НЕ) и стрелка Пирса (ИЛИ-НЕ). При записи логических операций, реализуемых этими элементами используются следующие обозначения: X1/X2 (И-НЕ) и X1(X2 (ИЛИ-НЕ).
Существует помимо перечисленных еще множество других логических элементов, которые представляют собой комбинацию из вышеперечисленных. Один из таких элементов рассмотрим подробнее. Это логический элемент исключающее ИЛИ.
3.8.5.Логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.
Операция, выполняемая таким элементом, называется сложение по модулю два и обозначается плюсом в кружочке, т. е. вот таким символом (13PRIVATE "TYPE=PICT;ALT="1513INCLUDEPICTURE \d "mod2.gif"1415. В виде уравнения такая логическая операция функция записывается как: Y = X1(13PRIVATE "TYPE=PICT;ALT="1513INCLUDEPICTURE \d "mod2.gif"1415X2. Читается это, как "либо икс один, либо икс два". Обозначение элемента исключающее ИЛИ следующее (рис.3.9), а его таблица истинности имеет вид:

X1
X2
Y = X1(13PRIVATE "TYPE=PICT;ALT="1513INCLUDEPICTURE \d "mod2.gif"1415X2.

0
0
0

1
0
1

0
1
1

1
1
0

3.9.Построение сумматоров на логических элементах.
Наличие логических элементов, реализующих логические операции, позволяет реализовать простейшие операции двоичной арифметики, а именно операции сложения и вычитания (через сложение с использованием дополнительных кодов). Рассмотрим, как из логических элементов можно сконструировать устройство для сложения двух двоичных чисел так называемый одноразрядный сумматор. Это устройство должно формировать на выходе следующие сигналы:
0 + 0 = 0 (перенос в старший разряд) 0 (в данном разряде)
0 + 1 = 0 1
1 + 0 = 0 1
1 + 1 = 1 0
Составим таблицу истинности для этого сумматора, обозначив слагаемые X и Y, а результаты P (перенос в старший разряд) и Z (в данном разряде).
X
Y
P
Z

0
0
0
0

0
1
0
1

1
0
0
1

1
1
1
0

Логические выражения для формирования выходных сигналов данного разряда Z и переноса в старший разряд P имеют следующий вид:
P = X и Y
Z = (Х или Y) и [не (X и Y)]
Тогда схема одноразрядного сумматора будет иметь вид, представленный на рис.3.10. Такая схема зачастую называется одноразрядным полусумматором. Если необходимо построить многоразрядный (двух- и более) сумматор двоичных чисел, то в этом случае одноразрядный сумматор должен быть несколько усложнен; он должен быть видоизменен таким образом, чтобы учитывать перенос из предыдущего разряда.
13 EMBED Visio.Drawing.4 1415
Рис.3.10.Схема одноразрядного сумматора (полусумматора) на логических элементах.






3.10.Тренировочные тестовые задания по разделу 3.
(правильные ответы см. в конце пособия).

Система счисления это?
Произвольная последовательность цифр 0,1,2,3,,8,9
Бесконечная последовательность цифр 0,1,0,1,0,1,
Множество натуральных чисел
Знаковая система, в которой числа записываются по определенным правилам с помощью символов некоторого алфавита (например, цифр)
Совокупность символов некоторого алфавита, например, I, V, X, D, C, M, R, A,

В позиционной системе счисления весовые значения цифр каждого разряда записи числа зависят?
От значения числа
От значения соседних знаков
От позиции, которую занимает знак в записи числа
От значения знака в старшем разряде записи числа
От значения суммы соседних знаков

Какая из указанных систем счисления не используется в компьютерах?
Двадцатеричная
Двоичная
Шестнадцатеричная
Восьмеричная
Двоично-десятичная

Сколько чисел можно записать при использовании шести первых разрядов двоичной системы счисления?
32
64
128
1024
16

Укажите максимальное число в десятичном представлении, которое можно записать девятью начальными двоичными разрядами?
1024
255
511
1023
512
Числу 1310 в десятичной системе при переводе его в двоичную систему соответствует запись
10012
01102
10102
11112
11012

Двоичному числу 1110,12 в десятичной системе соответствует число?
13,2510
14,510
1510
1410
12,510

Числу 13214, заданному в системе счисления с основанием 4, в десятичной системе соответствует число?
12110
11210
11310
5310
12210

Шестнадцатеричному числу 1816 в десятичной системе соответствует число?
1610
2410
910
1010
1210



Шестнадцатеричному числу D3F,416 в десятичной системе соответствует число?
3328,5,10
339110
3391,2510
3931,510
11310

Какая из приведенных двоичных записей соответствует десятичному числу 5210?
1110112
1011102
1110102
1101002
1111102

Десятичному числу 13210 в пятеричной системе счисления соответствует запись?
11125
10105
10125
1125
6605

Десятичному числу 55510 в восьмеричной системе счисления соответствует запись?
11538
10518
15538
10058
10538

Десятичному числу 58506 в шестнадцатеричной системе счисления соответствует запись?
99FA16
A38A16
E48A16
9D8A16
F58B16

Какая из приведенных восьмеричных записей соответствует двоичному числу 11011001,10112?
661,548
331,548
331,138
664,138
662,548

Какая из приведенных шестнадцатеричных записей соответствует двоичному числу 110 1110 0101, 1010 112?
DC5,AC16
6E5,2B16
DC6,2B16
6E5,AC16
6D5,AC16

Какая из приведенных двоичному записей соответствует восьмеричному числу 57,28?
101111,012
111001,00010112
101111,0001012
111001,012
111111,012
Укажите самое большое число?
1613
1610
168
1612
1616

Какая из приведенных записей десятичного вещественного числа соответствует нормализованной записи с плавающей запятой, принятой в компьютерах?
15,25·102
152,5·101
1525,0
0,1525·104
1525

Какая из приведенных запись вещественного двоичного числа 101101 является нормализованной?
1011,01·210
1011,01·22
0,101101·26
1,01101·2101
0,101101·2110

Чему равна сумма двоичных чисел 1011,101 и 1110,001?
10101,100
11001,110
11111,101
11001,1001
00101,110

Чему равна сумма шестнадцатеричных чисел 9C52,616 и 3BF6,D16?
D844,316
D894,516
D849.316
E849,316
D869,116


Чему равна разность двоичных чисел 1010,012 и 101,112?
11,102
10,012
10,102
10,112
100,102

Чему равна разность восьмеричных чисел 7530,62 и 4271,718?
3257,718
3336,718
3236,718
3266,018
3239,918


Чему равен дополнительный двоичный код десятичного числа 4110?
0101102
1010102
0110002
0101112
1001102

Какой вид примет логическое выражение (X & Y) ( (Х ( Y) & (Х ( Z) после упрощения с использованием теорем Х1 & (Х2 ( Х3) = (Х1 & Х2) ( (Х1 & Х3), Х1 ( (Х1 & Х2) = Х1, Х1 & (Х1 ( Х2) = Х1 ?
(Y ( Z)
Y
Х & Y
Х + Y & Z
(Х & Z)



Какому логическому элементу соответствует приведенная таблица истинности?
X1
X2
Y = ?

0
0
1

1
0
0

0
1
0

1
1
0


.

ИЛИ-НЕ


И


Исключающее ИЛИ


И-НЕ


ИЛИ


.

_________ .
Чему равно логическое выражение A. & (C ( D) & B после упрощения?
(A &(C &(D ((B
(A ((C &(D ((B
(A ((C &(D &(B
(A ((C ((D ((B
(A &(C ((D &(B
. .
Чему равно логическое выражение (A & B ( C ) & (A & B ( C ) после упрощения?
A
A & B
0
1
(A


Какое выражение из представленных описывает работу следующей переключательной схемы ?
A & B
A ((B
(A & B
(A ( B
A &(B



Какое будет состояние в точках A, B, C ниже представленной логической схемы при следующем состоянии входных сигналов: X1 = 0, X2 = 1, X3 = 0 ?
A = 1, B = 0, C = 0
A = 0, B = 1, C = 0
A = 1, B = 1, C = 0
A = 1, B = 0, C = 1
A = 0, B = 0, C = 1





Какую логическую функцию реализует логический элемент И-НЕ?
.
Х1 & X2
. .
Х1 ( X2
. ______ .
Х1 & X2
. . .
Х1 ( X2
. .
Х1 ( X2
Компьютер
Архитектура компьютера.
Базовая аппаратная конфигурация персонального компьютера (ПК).
Системный блок.
Микропроцессоры ПК.
Классификация памяти ПК.
Периферийные (внешние) устройства ПК.
Классификация программного обеспечения ПК.
Файловая система и файловая структура.
Правовая охрана программ и данных.

4.1.Архитектура компьютера.
Определение. Компьютер ) (от англ. computer вычислитель) это программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления.
13PRIVATE15Существует два основных класса компьютеров:
цифровые компьютеры, обрабатывающие данные в виде двоичных кодов;
аналоговые компьютеры, обрабатывающие непрерывно меняющиеся физические величины (например, электрическое напряжение, ток и т.д.).
Примечание.
Поскольку в настоящее время подавляющее большинство компьютеров являются цифровыми, далее будем рассматривать только этот класс компьютеров и слово "компьютер" употреблять в значении "цифровой компьютер".
Основу компьютеров образует аппаратура (HardWare), построенная, в основном, с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств. Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ (SoftWare) заранее заданных, четко определённых последовательностей арифметических, логических и других операций. Любая компьютерная программа представляет собой последовательность отдельных команд.
Определение. Команда это описание операции, которую должен выполнить компьютер. Как правило, у команды есть свой код (условное обозначение), исходные данные (операнды) и результат.
13PRIVATE15Результат каждой команды вырабатывается по точно определенным для неё правилам. 13PRIVATE15Совокупность всех команд, выполняемых данным компьютером, называется системой команд.
Разнообразие современных компьютеров очень велико, но их структуры основаны на общих логических принципах, позволяющих выделить в любом компьютере следующие основные устройства:
Память (запоминающее устройство, ЗУ). Функции памяти: приём информации из других устройств, её запоминание и выдача по запросу в другие устройства компьютера;
Процессор, включающий в себя устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ). Функции процессора: обработка информации по заданной программе и программное управление работой всех устройств компьютера;
устройства ввода и вывода информации;
Все устройства компьютера соединены между собой каналами связи, по которым передается информация. На схеме (рис. 4.1) жирными стрелками показаны пути и направления движения информации, а простыми стрелками пути и направления передачи управляющих сигналов.
13 EMBED Visio.Drawing.4 1415
Рис. 4.1.Общая схема компьютера.
В составе процессора имеется ряд специализированных ячеек памяти, называемых регистрами. 13PRIVATE15Регистр выполняет функцию кратковременного хранения операнда или команды. Основным элементом регистра является электронная схема, называемая триггером, которая способна хранить одну двоичную цифру (разряд двоичного кода). Существует несколько типов регистров, отличающихся видом выполняемых операций.
Примечание.
Некоторые важные регистры имеют свои названия, например:
счетчик команд регистр УУ, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды. Служит для автоматической выборки команд программы из ячеек памяти;
регистр команд регистр УУ, служащий для хранения команды в период ее выполнения. Часть его разрядов используется для хранения кода операции, остальные для хранения кодов адресов операндов.
В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом:
Принцип программного управления из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически в определенной последовательности. Выборка команд программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд, который последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды. Если же после выполнения очередной команды нужно перейти не к следующей по порядку, а к какой-то другой, то в программе используются команды условного или безусловного переходов, заносящие в счетчик команд номер требуемой ячейки памяти. Выборка команд из памяти прекращается после завершения работы программы или её временной остановки. Таким образом, процессор выполняет любую программу автоматически, без вмешательства человека
Принцип однородности памяти Программы и данные хранятся в ячейках одной общей памяти, поэтому над ними можно выполнять одни и те же действия. Это открывает целый ряд возможностей. Например, некоторая программа в процессе своего выполнения может подвергаться переработке, что позволяет задавать в ней самой правила получения отдельных ее частей. Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы
Примечание.
На этом принципе основаны методы трансляции перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык машинных кодов.
Принцип адресности Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек и процессору в произвольный момент времени доступна любая из них. Существует возможность давать областям памяти имена, чтобы к запомненным в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен
Примечание.
Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских. Но существуют компьютеры, в которых, например, может не выполняться принцип программного управления, т.е. они могут работать без счетчика команд, указывающего текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам не обязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются не-фон-неймановскими.
В основу архитектуры современных компьютеров положен магистрально-модульный принцип, позволяющий пользователю самому комплектовать нужную ему аппаратную конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между его устройствами.
Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины: шину данных, шину адреса и шину управления. К магистрали подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются данными на машинном языке (последовательностями нулей и единиц в форме электрических импульсов). Дадим краткую характеристику каждой из шин:
Шина данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами в любом направлении. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а результат затем отправлен обратно в оперативную память для хранения. Разрядность шины данных определяется количеством двоичных разрядов, которые могут передаваться по ней одновременно, и для разных моделей компьютеров может составлять 8,16,32 и 64 бита.
Шина адреса. Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес, который передается по адресной шине, причем только в одном направлении от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).
Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти (адресное пространство), то есть количество однобайтовых ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса. Количество адресуемых ячеек памяти можно рассчитать по формуле:
N = 2I,
где I разрядность шины адреса (16,20,24,32,36 бит). Таким образом, максимально возможное количество адресуемых ячеек памяти современного компьютера равно:
N = 236 = 68 719 476 736 .
Шина управления. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали между устройствами и осуществляющие его синхронизацию.
4.2.Базовая аппаратная конфигурация персонального компьютера (ПК).
Рассмотрим устройство компьютера на примере самой распространенной компьютерной системы персонального компьютера.
Определение. Персональным компьютером (ПК) называют сравнительно недорогой универсальный микрокомпьютер, рассчитанный на одного пользователя. Персональные компьютеры обычно проектируются на основе принципа открытой архитектуры, который заключается в следующем:
Регламентируются и стандартизируются только описание принципа действия компьютера и его конфигурация (определенная совокупность аппаратных средств и соединений между ними). Это позволяет собирать ПК из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-производителями;
ПК легко расширяется и модернизируется за счёт наличия внутренних разъёмов, к которым пользователь может подключать разнообразные устройства, удовлетворяющие заданному стандарту, и тем самым устанавливать конфигурацию машины в соответствии со своими личными предпочтениями
Общая схема, отражающая основные функциональные компоненты компьютерной системы и их взаимосвязь, изображена на рисунке 4.2.
13PRIVATE "TYPE=PICT;ALT="15Рис. 4.2. Общая структура персонального компьютера.
Для соединения друг с другом различных устройств компьютера они должны иметь одинаковый интерфейс (от англ. interface) средство сопряжения, в котором все физические и логические параметры согласуются между собой. Если интерфейс является общепринятым, например, утверждённым на уровне международных соглашений, то он называется стандартным.
Периферийные (внешние) устройства подключаются к шине не напрямую, а через свои контроллеры (адаптеры) и порты (см. рис.4.3).

Рис. 4.3. Схема согласования интерфейсов
Контроллеры и адаптеры представляют собой наборы электронных цепей, которыми снабжаются устройства компьютера с целью совместимости их интерфейсов. Контроллеры, кроме этого, осуществляют непосредственное управление периферийными устройствами по запросам микропроцессора.
13PRIVATE15Порты устройств представляют собой электронные схемы, содержащие регистры ввода-вывода и позволяющие подключать периферийные устройства к компьютеру.
Портами также называют устройства стандартного интерфейса: последовательный, параллельный и игровой порты (или интерфейсы).
13PRIVATE15Последовательный порт обменивается данными с процессором побайтно, а с внешними устройствами побитно. Параллельный порт получает и посылает данные побайтно. Через игровой порт обычно подключается джойстик. Клавиатура и монитор подключаются к своим специализированным портам.
Современный персональный компьютер может быть реализован в стационарном (настольном), портативном (переносном) или карманном (handheld) вариантах.
Основные разновидности портативных компьютеров:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]Laptop (наколенник). По размерам близок к обычному портфелю. По основным характеристикам (быстродействие, память) примерно соответствует настольным ПК. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Notebook (блокнот, записная книжка). По размерам он ближе к книге крупного формата, помещается в портфель-дипломат. Комплектуется модемом и приводом CD ROM. Многие современные ноутбуки имеют в своём составе взаимозаменяемые блоки со стандартными разъёмами. В одно и то же гнездо можно по мере надобности вставлять привод компакт-дисков, накопитель на магнитных дисках, запасную батарею или съёмный винчестер.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ][ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]Palmtop (наладонник) самый маленький современный персональный компьютер, умещается на ладони. Магнитные диски в нём заменяет энергонезависимая электронная память. Нет и накопителей на дисках обмен информацией с обычными компьютерами идет по линиям связи. Если Palmtop дополнить набором деловых программ, записанных в его постоянную память, получится персональный цифровой помощник (Personal Digital Assistant).
Основные конструктивные компоненты современного настольного персонального компьютера ):
системный блок;
монитор;
клавиатура;
манипулятор (как правило, типа «мышь»).
В системном блоке размещаются:
блок питания;
системная плата;
платы расширения;
накопитель на жёстких магнитных дисках;
накопитель на гибких магнитных дисках;
накопитель на компакт-дисках (CD) и др.
Корпус системного блока может иметь горизонтальную (DeskTop) или вертикальную (Tower башня) компоновку.
4.3.Системный блок.
Основным аппаратным компонентом компьютера является системная или материнская (MotherBoard) плата. На системной плате реализована магистраль обмена информацией, имеются разъемы для установки процессора и оперативной памяти и т. д. Контроллеры и адаптеры периферийных устройств, либо сами эти устройства, выполненные в виде плат расширения (DаughterBoard дочерняя плата), подключаются к системной шине посредством разъёмов расширения слотов (от англ. slot щель, паз).
Быстродействие различных компонентов компьютера (процессора, оперативной памяти и контроллеров периферийных устройств) может существенно различаться. Для согласования быстродействия на системной плате устанавливаются специальные микросхемы, образующие микропроцессорный комплект (ChipSet чипсет), включающий в себя контроллер оперативной памяти (так называемый северный мост) и контроллер периферийных устройств (южный мост).
Северный мост обеспечивает обмен информацией между процессором и оперативной памятью по системной шине. В процессоре используется внутреннее умножение частоты, поэтому его частота в несколько раз больше, чем частота системной шины. В современных компьютерах частота процессора может превышать частоту системной шины в 10 и более раз (например, частота процессора 1 ГГц, а частота шины 100 МГц). К северному мосту также подключается видеокарта (графический адаптер). Для этого обычно используется специальная шина AGP (Accelerated Graphic Port ускоренный графический порт).
Южный мост обеспечивает обмен информацией между северным мостом и портами для подключения периферийного оборудования. К южному мосту подключается шина PCI (Peripheral Component Interconnect bus шина взаимодействия периферийных устройств), которая обеспечивает обмен информацией с контроллерами периферийных устройств. Частота контроллеров меньше частоты системной шины, например, если частота системной шины составляет 100 МГц, то частота шины PCI обычно в три раза меньше 33 МГц. Контроллеры периферийных устройств (звуковая плата, сетевая плата, внутренний модем и др.) устанавливаются в слоты расширения системной платы.
Устройства хранения информации (жесткие диски, CD-ROM, DVD-ROM) подключаются к южному мосту по шине ATA (AT Attachment – подключенный к АТ) в режиме UDMA (Ultra Direct Memory Access прямое подключение к памяти).
Мышь и внешний модем подключаются посредством последовательных портов ( СОМ1, COM2).
Принтер подключается через параллельный порт (LPT).
Для подключения сканеров и цифровых камер обычно используется порт USB (Universal Serial Bus универсальная последовательная шина).
Клавиатура и мышь подключаются обычно через порт PS/2.
4.4.Микропроцессоры ПК.
Определение. Центральный процессор (CPU, от англ. Central Processing Unit) это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера ).
Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров и физически представляют собой сверхбольшие интегральные схемы (СБИС). Использование современных высоких технологий позволяет разместить на СБИС процессора огромное количество (около 42 миллионов в процессоре Pentium 4) функциональных элементов (транзисторов) с размерами порядка 0,13 микрон (1 микрон = 10-6 метра).
Важнейшей характеристикой, определяющей быстродействие процессора (его вычислительную мощность), является тактовая частота, то есть количество тактов в секунду.
Определение. Такт это промежуток времени между началами подачи двух последовательных импульсов специальной микросхемой генератором тактовой частоты (тактовых импульсов), синхронизирующим работу узлов компьютера.
На выполнение процессором каждой базовой операции (например, сложения) отводится определенное количество тактов. Ясно, что чем больше тактовая частота, тем больше операций в секунду выполняет процессор. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц) и гигагерцах (ГГц) (1 МГц = миллион тактов в секунду, 1 ГГц = миллиард тактов в секунду). За 20 с небольшим лет тактовая частота процессоров увеличилась почти в 500 раз, от 5 МГц (процессор 8086, 1978 год) до 3,4 ГГц (процессор Pentium 4, 2004 год).
Другой характеристикой процессора, влияющей на его производительность, является разрядность, определяемая количеством двоичных разрядов, которые могут передаваться или обрабатываться процессором одновременно. Часто уточняют разрядность процессора и пишут 64/32, что означает, что процессор имеет 64-разрядную шину данных и 32-разрядную шину адреса.
В первом отечественном школьном компьютере «Агат» (1985 год) был установлен процессор, имевший разрядность 8/16, соответственно одновременно он обрабатывал 8 бит информации, а его адресное пространство составляло 64 килобайта.
Производительность процессора является его интегральной характеристикой, зависящей от частоты, разрядности, а также от особенностей архитектуры (наличие кэш-памяти и др.).
Примечание.
В вычислительной системе может быть несколько параллельно работающих процессоров. Такие системы называются многопроцессорными.
4.5.Классификация памяти ПК.
Память компьютера построена из двоичных запоминающих элементов (битов), объединенных в группы по 8 бит, которые называются байтами.
Все байты пронумерованы. Номер байта называется его адресом. Байты могут объединяться в ячейки, которые называются словами. Для каждого компьютера характерна определенная длина слова два, четыре или восемь байт. Это не исключает использования ячеек памяти другой длины (например, полуслово, двойное слово). Используются и более крупные производные единицы объема памяти: Килобайт, Мегабайт, Гигабайт, а в последнее время Терабайт и Петабайт.
В современных компьютерах используется множество разнообразных запоминающих устройств, которые отличаются между собой по назначению, временным характеристикам, объёму хранимой информации и стоимости хранения одинакового объёма информации. Различают два основных вида памяти внутреннюю и внешнюю.
4.5.1.Внутренняя память.
В состав внутренней памяти входят оперативная память, кэш-память и специальная память.
4.5.1.1.Оперативная память
Определение. Оперативная память (ОЗУ оперативное запоминающее устройство, от англ. RAM Random Access Memory память с произвольным доступом) это быстродействующее запоминающее устройство, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и обрабатываемых данных.
Примечание.
Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, так как после выключения питания её содержимое стирается.
Обычно ОЗУ выполняется на интегральных микросхемах динамической памяти DRAM (Dynamic RAM). Каждый информационный бит в DRAM запоминается в виде электрического заряда конденсатора, образованного в структуре полупроводникового кристалла. Из-за токов утечки конденсаторы быстро разряжаются и их периодически (примерно каждые 2 миллисекунды) подзаряжают специальные устройства. Этот процесс называется регенерацией памяти (Refresh Memory). Микросхемы DRAM имеют ёмкость 16 - 256 Мбит и более. Из них собираются модули памяти. Большинство компьютеров комплектуются модулями типа DIMM (Dual-In-line Memory Module модуль памяти с двухрядным расположением контактов). В современных компьютерных системах применяются также высокоскоростные модули Rambus DRAM (RIMM) и DDR DRAM.
13PRIVATE "TYPE=PICT;ALT="15Модули памяти характеризуются объемом (16, 32, 64, 128, 256, 512 и более Мбайт), числом микросхем в модуле, частотой работы (100, 133, 266, 333, 400 и более МГц), временем доступа к данным (наносекунды) и числом контактов (72, 168 или 184). С 2001 г. начат выпуск модулей памяти емкостью 2 Гбайта.
Рекомендуемый объем оперативной памяти для современных ПК от 128 до 512 Мбайт.
4.5.1.2.Кэш-память.
Определение. Кэш (от англ. Cache тайник), или сверхоперативная память высокоскоростное ЗУ небольшого объёма, являющееся своеобразным буфером между микропроцессором и гораздо менее быстродействующей оперативной памятью и компенсирующее разницу в скорости обмена данными между ними.
Кэш-память управляется контроллером, который, анализируя выполняемую программу, пытается «предвидеть», какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору и загружает их в кэш-память. При этом возможны как "попадания" в кэш, так и "промахи". В случае попадания, то есть, если в кэш переданы нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если же требуемая информация в кэше отсутствует, то процессор считывает её непосредственно из оперативной памяти. Соотношение числа попаданий в кэш и промахов определяет эффективность кэширования.
Кэш-память реализуется на микросхемах статической памяти SRAM (Static RAM), более быстродействующих, чем DRAM. Современные микропроцессоры имеют встроенную кэш-память, так называемый кэш первого уровня размером 8, 16 или 32 Кбайт. Кроме того, на системной плате компьютера может быть установлен кэш второго уровня ёмкостью 256, 512 Кбайт и более.
4.5.1.3.Специальная память.
К устройствам специальной памяти относятся постоянная память (ROM), перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory), память CMOS RAM, питаемая от батарейки, видеопамять и некоторые другие виды памяти.
Определение. Постоянная память (ПЗУ постоянное запоминающее устройство, от англ. ROM Read Only Memory память только для чтения) энергонезависимая память, используемая для хранения данных, не требующих изменения. Информация в микросхему ПЗУ специальным образом записывается при ее изготовлении.

Определение. Перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory) энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись своего содержимого.
В микросхему ПЗУ или Flash-памяти записывается 13PRIVATE15BIOS.
Определение. BIOS (Basic Input/Output System базовая система ввода-вывода) совокупность программ, предназначенных для автоматического тестирования устройств компьютера после включения питания, загрузки операционной системы в оперативную память, а также некоторых других программ.
Роль BIOS двоякая: с одной стороны, это неотъемлемый элемент аппаратуры, а с другой важный модуль любой операционной системы.

Определение. CMOS RAM (Complementary Metal Oxide Semiconductor) это память с независимым энергопитанием (от батарейки), используемая для хранения настроек конфигурации компьютерной системы, задаваемых пользователем [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]специальной программой Setup в составе BIOS.

13PRIVATE15Определение. Видеопамять (VRAM – Video RAM) разновидность оперативного ЗУ, в котором хранятся закодированные изображения. Это ЗУ организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам процессору и дисплею. Поэтому изображение на экране меняется одновременно с обновлением видеоданных в памяти.
4.5.2.Внешняя память.
Основной функцией внешней памяти компьютера (ВЗУ внешних запоминающих устройств) является способность долговременного хранения больших объемов информации.
Примечание.
В отличие от оперативной памяти внешняя память не имеет прямой связи с процессором. Информация от ВЗУ к процессору и наоборот передаётся примерно по следующей схеме (рис.4.4):

Рис.4.4. Схема взаимодействия ВЗУ с процессором.
Определение. Устройство, обеспечивающее запись/считывание информации, называется накопителем, а сама информация хранится на носителях (например, дискетах).

По способу доступа к информации на носителях все накопители делятся на устройства произвольного (прямого) и последовательного доступа.
По принципу записи/считывания информации накопители бывают магнитные, оптические, магнитооптические и на микросхемах памяти (Flash-память).
4.5.2.1.Магнитные накопители.
У магнитных накопителей принцип записи информации основан на явлении намагничивания ферромагнетиков магнитным полем, хранение информации связано с длительным сохранением этой намагниченности, а считывание базируется на явлении электромагнитной индукции. К подобным устройствам внешней памяти относятся накопители на гибких магнитных дисках, на жестких магнитных дисках, на магнитной ленте и на сменных магнитных дисках большой ёмкости.
Гибкие магнитные диски (дискеты). Носитель информации, изготовленный из покрытого магнитным слоем гибкого материала (лавсана) и помещённый в жесткий пластиковый корпус, называется дискетой (FD от англ. Floppy Disk). Запись/считывание данных выполняется в накопителе на гибких магнитных дисках (FDD от англ. Floppy Disk Drive, дисковод), который вращает дискету с постоянной угловой скоростью 360 об/мин, причём только при обращении к ней. Информация на дискету записывается по концентрическим дорожкам (трекам), которые делятся на сектора (рис.4.5.). Емкость сектора постоянна и составляет 512 байт. Количество дорожек и секторов зависит от типа и формата дискеты. При записи или считывании информации магнитная головка дисковода устанавливается сразу на определенную дорожку диска, т.е. FDD является устройством произвольного (прямого) доступа. Накопитель связан с процессором через контроллер гибких дисков. Стандартная информационная емкость дискеты невелика и составляет 1,44 Мбайт. Скорость записи и считывания информации около 50 Кбайт/с.
Примечание.
Гибкие магнитные диски необходимо предохранять от воздействия сильных магнитных полей и нагревания, т.к. это может привести к размагничиванию носителя и потере информации.
В настоящее время наибольшее распространение получили дискеты размером 3,5 дюйма (89 мм) со следующими характеристиками: 2 рабочие поверхности по 80 дорожек на каждой, 18 секторов на дорожке, ёмкость 1,44 Мбайт.
Жесткие магнитные диски. 13PRIVATE15Накопитель на жёстких магнитных дисках (HDD от англ. Hard Disk Drive, или HD Hard Disk), он же «винчестер» это наиболее распространённое внешнее запоминающее устройство большой ёмкости. В нём носителями информации являются круглые металлические пластины размером, как правило, 3,5 дюйма платтеры (их может быть несколько), поверхности которых покрыты слоем магнитного материала.
Как и у дискеты, рабочие поверхности платтеров разделены на концентрические дорожки, а дорожки на сектора. Магнитные головки записи/считывания вместе с их несущей конструкцией (блок головок) и платтеры заключены в герметически закрытый корпус. HDD также является устройством произвольного (прямого) доступа к данным. В отличие от дискеты, платтеры винчестера вращаются постоянно, а не только при записи/считывании информации, при этом над ними образуется слой воздуха, который обеспечивает воздушную подушку для зависания магнитных головок на высоте менее микрона над поверхностью пластин. Винчестер связан с процессором через контроллер жесткого диска. У современных моделей скорость вращения шпинделя (вращающего вала) обычно составляет 5400, 7200, 10000 и более об/мин, среднее время поиска данных около 10 мс, средняя скорость передачи данных до 60 Мбайт/с. Все HDD имеют встроенную кэш-память (обычно 2 8 Мбайт), которая существенно повышает их производительность. Информационная емкость современных жестких дисков находится в пределах от 20 до 160 и более Гбайт.
Магнитные ленты. Накопитель на магнитных лентах стример 13PRIVATE15 от англ. tape streamer) это устройство внешней памяти последовательного доступа, предназначенное для резервного копирования и хранения больших объёмов информации. В качестве носителя здесь применяются кассеты с магнитной лентой (картриджи) ёмкостью до нескольких десятков Гбайт и более. Встроенные в стример средства аппаратного сжатия позволяют автоматически уплотнять информацию перед её записью и восстанавливать после считывания, что увеличивает объём сохраняемой информации. Недостатком стримеров является их сравнительно низкая скорость записи, поиска и считывания информации.
Сменные магнитные диски большой ёмкости. В последнее время всё шире используются накопители на сменных гибких и жестких магнитных дисках, которые позволяют не только увеличивать объём хранимой информации, но и переносить информацию между компьютерами. Объёмы сменных дисков от сотен Мбайт до нескольких Гбайт.
4.5.2.2.Логическая структура магнитных дисков.
Форматирование дисков. Для того чтобы на магнитном диске можно было хранить информацию, он должен быть отформатирован, т.е. должна быть создана физическая и логическая структура диска.
физическая структура магнитного диска. В процессе форматирования магнитная головка дисковода расставляет в определенных местах диска специальные метки (разметка диска), при этом происходит формирование концентрических дорожек, состоящих из отдельных секторов. Нумерация дорожек ведётся от внешнего края диска и начинается с нуля.
Логическая структура магнитного диска представляет собой совокупность секторов (емкостью 512 байт), каждому из которых присваивается свой порядковый номер. Сектора нумеруются в линейной последовательности от первого сектора нулевой дорожки до последнего сектора последней дорожки.
Каждый диск разделяется на две области: область данных и служебную область, включающую в себя блок начальной загрузки (BOOT-сектор), главный (корневой) каталог и две копии FAT- таблицы (FAT File Allocation Table, таблица размещения файлов). FAT- таблица отображает структуру области данных диска, т.е. её текущее распределение между файлами, а корневой каталог содержит информацию о файлах и каталогах, размещенных на диске.
Примечание.
Если провести условную аналогию диска с книгой, то область хранения файлов соответствует ее содержанию, а главный каталог оглавлению. Причем книга состоит из страниц, а диск из секторов.
Существуют два вида форматирования дисков: полное и быстрое.
Полное форматирование включает в себя физическое форматирование (проверку качества магнитного покрытия диска и его разметку на дорожки и сектора) и логическое форматирование (создание корневого каталога и таблицы размещения файлов). После полного форматирования вся хранившаяся на диске информация уничтожается.
Быстрое форматирование производит лишь очистку корневого каталога и таблицы размещения файлов, при этом сами файлы на диске сохраняются и могут быть восстановлены на уровне файловой системы.
Примечание.
В целях защиты информации от несанкционированного копирования можно задавать нестандартные параметры форматирования гибких дисков (количество дорожек, количество секторов и т.д.).
Логическая структура гибких дисков. На гибком диске минимальным адресуемым элементом является сектор. При записи файла на диск всегда занимается целое количество секторов, следовательно, минимальный размер файла это размер одного сектора, а максимальный размер соответствует общему количеству секторов. Файл при этом может частями (фрагментами) записываться в свободные сектора, расположенные в разных областях дискового пространства (фрагментация файлов).
Пример: Файл1 объемом 2Кбайта может занимать сектора 34, 35 и 47, 48, а Файл2 объемом 1 Кбайт сектора 36 и 49.
Существует различие между емкостью неформатированного гибкого магнитного диска, его информационной емкостью после форматирования и емкостью, доступной для записи данных.
Пример: Заявленная емкость неформатированного гибкого магнитного диска формата 3,5" составляет 1,44 Мбайт.
Рассчитаем общую информационную емкость отформатированного диска:
Количество секторов: N = 18 х 80 х 2 = 2880.
Информационная емкость: N х 512 байт = 2880 х 512 = 1 474 560 байт = 1440 Кбайт = 1,40625 Мбайт.
На дискете для записи данных пользователя отведено только 2847 секторов, т.к. первые 33 сектора предназначены для служебной информации. Таким образом, фактическая информационная емкость, доступная для записи данных, составляет:
2847 х 512 байт = 1 457 664 байт = 1423,5 Кбайт = 1,39 Мбайт.
Логическая структура жестких дисков. Логическая структура жестких дисков несколько отличается от логической структуры дискет. Минимальным адресуемым элементом жесткого диска является кластер, который может включать в себя несколько смежных секторов. Размер кластера зависит от типа используемой FAT таблицы и от информационной емкости диска. Файлу на диске всегда выделяется целое число кластеров.
Пример:. Таблица FAT16 может адресовать 216 = 65 536 кластеров. Тогда для диска объемом 40 Гбайт размер кластера будет равен:
40 Гбайт/65536 = 655 360 байт = 640 Кбайт.
Текстовый файл, содержащий слово «информатика», имеет объём всего 11 байт (1 символ кодируется 1 байтом), но на диске он будет занимать целиком кластер, то есть 640 Кбайт дискового пространства.
При размещении на диске большого количества небольших по размеру файлов они будут занимать кластеры лишь частично, что приведет к большим потерям свободного дискового пространства.
Для жестких дисков, как и для дискет, также характерно явление фрагментации (файл занимает несмежные кластеры), которое неизбежно приводит к замедлению скорости обмена данными и, в конечном итоге, к преждевременному износу дисковых поверхностей. Рекомендуется периодически проводить дефрагментацию дисков, в процессе которой файлы записываются в последовательно расположенные кластеры жестких дисков или сектора дискет.
4.5.2.3.Оптические накопители.
Оптический принцип записи и считывания информации основан на изменении угла отражения лазерного луча от поверхности оптического диска (поэтому оптические диски ещё называют лазерными). Лазерный диск представляет собой прозрачный полимерный носитель с нанесённым на него тонким слоем светоотражающего материала, защищенного от повреждений пленкой лака.
Информация на оптическом диске представляется в виде последовательности углублений и выступов, имеющих различные коэффициенты отражения и расположенных на одной спиралевидной дорожке, выходящей из области вблизи центра диска. При считывании информации с диска отраженный от этих участков луч, изменяя свою интенсивность, преобразуется с помощью фотоэлементов в электрические импульсы (логические 0 или 1), которые затем по системной магистрали передаются в оперативную память ПК.
В процессе записи информации на оптические диски для создания участков поверхности с различными коэффициентами отражения применяются различные технологии от простой штамповки до изменения отражающей способности поверхности диска с помощью мощного лазера. При соблюдении правил хранения и эксплуатации оптические носители могут сохранять информацию в течение нескольких десятков лет.
CD-ROM и DVD-ROM диски. На лазерных CD-ROM (CD Compact Disk) и DVD-ROM (DVD Digital Video Disk, цифровой видеодиск) дисках хранится информация, записанная на них в процессе изготовления самих дисков. Запись новой информации невозможна, что отражено во второй части их названий (ROM только чтение). Производятся такие диски, как правило, путем штамповки.
Информационная емкость CD-ROM-диска может достигать 800 Мбайт, а скорость считывания зависит от скорости его вращения. Угловая скорость вращения диска в дисководе не является постоянной и линейно уменьшается по мере продвижения читающей лазерной головки к его внешнему краю. Первые CD-ROM-накопители имели скорость считывания информации 150 Кбайт/с. В настоящее время широкое распространение получили 52-скоростные дисководы, которые обеспечивают скорость считывания информации до 7,8 Мбайт/с.
DVD-ROM-диски имеют гораздо большую информационную емкость (до 17 Гбайт), так как в DVD-ROM-накопителях используются лазеры с меньшей длиной волны, что позволяет размещать оптические дорожки более плотно, и информация на таких дисках может быть записана с двух сторон, причем в два слоя на каждой.
Первое поколение DVD-ROM-накопителей обеспечивало скорость считывания информации примерно 1,3 Мбайт/с. В настоящее время 16-скоростные DVD-ROM-дисководы достигают скорости считывания до 21 Мбайт/с.
CD-R, DVD-R, CD-RW и DVD-RW диски.. Информация на CD-R, DVD-R (R Recordable, записываемый) диски может быть записана только один раз. На дисках CD-RW и DVD-RW (RW ReWritable, перезаписываемый) информация может записываться многократно. Для записи и перезаписи на такие диски применяются специальные CD-RW- и DVD-RW-дисководы, которые обладают достаточно мощным лазером, позволяющим менять отражающую способность участков поверхности в процессе записи. Эти дисководы позволяют записывать и считывать информацию с дисков с различной скоростью. Например, маркировка CD-RW-дисковода «52 x 32 x 52» означает, что запись CD-R-дисков производится на 52-кратной скорости, запись CD-RW-дисков на 32-кратной, а чтение тех и других на 52-кратной скорости.

4.5.2.4.Магнитооптические накопители.
Накопители на магнитооптических дисках (МО) основаны на оригинальной схеме сочетания магнитного и оптического принципов записи/чтения и стирания информации (воздействие магнитного поля на нагретый лазером до критической температуры материал покрытия диска). На таких дисках могут выделяться зоны только для чтения или для многократной записи. Информационная ёмкость МО-дисков составляет не менее сотен мегабайт. Из них могут составляться магнитооптические библиотеки с автоматической сменой дисков, емкость которых измеряется сотнями гигабайт.
4.5.2.5.Накопители на микросхемах памяти (Flash-память).
Это энергонезависимый тип памяти, позволяющий записывать и хранить данные в микросхемах. Flash-память представляет собой микросхему, помещенную в миниатюрный плоский корпус (Карта flash-памяти). Такие карты памяти не имеют в своем составе движущихся частей, что обеспечивает высокую сохранность данных при их использовании в мобильных устройствах (портативных компьютерах, цифровых камерах и др.). Для считывания или записи информации карта памяти вставляется в специальные накопители, встроенные в мобильные устройства или подключаемые к компьютеру через USB-порт. Информационная емкость карт памяти может достигать 8 Гбайт.
4.6.Периферийные (внешние) устройства ПК.
К периферийным устройствам относятся: Клавиатура, Манипуляторы, Сканер, Цифровые камеры, Аудиоадаптер, Монитор, Принтер, Плоттер, Модем и другие устройства. Дадим им краткую характеристику ).
4.6.1.Клавиатура.
Определение. Клавиатура это устройство для ввода информации в компьютер и подачи управляющих сигналов. Содержит стандартный набор клавиш печатной машинки и некоторые дополнительные клавиши функциональные и управляющие клавиши, клавиши управления курсором и малую цифровую клавиатуру.
Все символы, набираемые на клавиатуре, немедленно отображаются на экране монитора в позиции курсора.
Примечание.
курсор графический символ, указывающий позицию отображения следующего вводимого с клавиатуры знака.
Наиболее распространена сегодня клавиатура c раскладкой клавиш QWERTY (читается "кверти"), названная так по клавишам, расположенным в верхнем левом ряду её алфавитно-цифровой части. 13PRIVATE "TYPE=PICT;ALT=Р
·Р»Р°РІРёР°СС
·СР°"1513INCLUDEPICTURE \d "Глава 2 Общие принципы организации и работы компьютеров10.files/0017.jpg"1415Такая клавиатура имеет 12 функциональных клавиш, расположенных вдоль верхнего края. Нажатие функциональной клавиши приводит к посылке в компьютер не одного символа, а целой совокупности символов. Функциональные клавиши могут программироваться пользователем. Например, во многих программах для получения помощи (подсказки) задействована клавиша F1, а для выхода из программы клавиша F10.
Управляющие клавиши имеют следующее назначение:
Enter клавиша ввода;
Esc (Escape выход) клавиша для отмены каких-либо действий, выхода из программы, из меню и т.п.;
Ctrl и Alt эти клавиши самостоятельного значения не имеют, но при нажатии совместно с другими управляющими клавишами изменяют их действие;
Shift (регистр) обеспечивает смену регистра клавиш (верхнего на нижний и наоборот);
Insert (вставлять) переключает режимы вставки (новые символы вводятся между уже набранных, раздвигая их) и замены (старые символы замещаются новыми);
Delete (удалять) удаляет символ с позиции курсора;
Back Space 13INCLUDEPICTURE \d "Глава 2 Общие принципы организации и работы компьютеров10.files/0018.gif"1415 удаляет символ перед курсором;
Home и End обеспечивают перемещение курсора в первую и последнюю позицию строки соответственно;
Page Up и Page Down обеспечивают перемещение по тексту на одну страницу (один экран) назад и вперед соответственно;
Tab клавиша табуляции, обеспечивает перемещение курсора вправо сразу на несколько позиций до очередной позиции табуляции;
Caps Lock фиксирует верхний регистр, обеспечивает ввод прописных букв вместо строчных;
Print Screen обеспечивает печать информации, видимой в текущий момент на экране.
Длинная нижняя клавиша без названия, ее назначение ввод пробелов.
Клавиши управления курсором расположены между основной символьной и малой цифровой клавиатурой м представляют собой четыре клавиши со стрелками (влево, вправо, вверх, вниз), с помощью которых осуществляется перемещение курсора на экране монитора.
Малая цифровая клавиатура используется в двух режимах для ввода чисел и управления курсором. Переключение режимов производится клавишей Num Lock.
Клавиатура содержит встроенный микроконтроллер (местное устройство управления), который выполняет следующие функции:
Последовательно опрашивает клавиши, считывая введенный сигнал и вырабатывая двоичный скан-код клавиши;
Управляет световыми индикаторами клавиатуры;
Проводит внутреннюю диагностику неисправностей;
Осуществляет взаимодействие с центральным процессором через порт клавиатуры.
Клавиатура имеет встроенный буфер область оперативной памяти малого размера, куда помещаются введённые символы. В случае переполнения буфера нажатие клавиши будет сопровождаться звуковым сигналом это означает, что символ не введён (отвергнут). Работу клавиатуры поддерживают специальные программы из BIOS, а также драйвер клавиатуры.
4.6.2.Манипуляторы.
Для ввода графической информации и для работы с графическим интерфейсом программ используются координатные устройства ввода информации: манипуляторы (мышь, трекбол и др.), джойстики, сенсорные панели (тачпад) и графические планшеты.
В оптико-механических манипуляторах мышь и трекбол основным рабочим органом является массивный шар (металлический, покрытый резиной). У мыши он вращается при перемещении ее корпуса по горизонтальной поверхности, а у трекбола вращается непосредственно рукой.
Вращение шара передается двум пластмассовым валам, положение которых с большой точностью считывается инфракрасными оптопарами (то есть парами «светоизлучатель–фотоприемник») и затем преобразуется в электрический сигнал, управляющий движением указателя мыши на экране монитора. Главным «врагом» мыши является загрязнение, а способом борьбы с ним использование специального «мышиного» коврика. В настоящее время широкое распространение получили оптические мыши, в которых нет механических частей. Источник света, размещенный внутри мыши, освещает поверхность, а отраженный свет фиксируется фотоприемником и преобразуется в перемещение курсора на экране.
Разрешающая способность мышей обычно составляет около 600 dpi (dot per inch точек на дюйм). Это означает, что при перемещении мыши на 1 дюйм (1 дюйм = 2,54 см) указатель мыши на экране перемещается на 600 точек.
Манипуляторы имеют обычно две кнопки управления, которые используются при работе с графическим интерфейсом программ. В настоящее время появились мыши с дополнительным колесиком, которое располагается между кнопками. Оно предназначено для прокрутки вверх или вниз не умещающихся целиком на экране изображений, текстов или Web-страниц.
Современные модели мышей часто являются беспроводными, то есть подключаются к компьютеру без помощи кабеля.
В портативных компьютерах вместо манипуляторов используется сенсорная панель тачпад (от англ. TouchPad), которая представляет собой панель прямоугольной формы, чувствительную к перемещению по ней пальца, которое преобразуется в перемещение курсора на экране монитора. Нажатие на поверхность сенсорной панели эквивалентно нажатию на кнопку мыши.
Для рисования и ввода рукописного текста используются графические планшеты (дигитайзеры). С помощью специальной ручки можно чертить схемы, добавлять заметки и подписи к электронным документам. Качество графических планшетов характеризуется разрешающей способностью, которая измеряется в lpi (lines per inch линиях на дюйм) и способностью реагировать на силу нажатия пера. В хороших планшетах разрешающая способность достигает 2048 lpi (перемещение пера по поверхности планшета на 1 дюйм соответствует перемещению на 2048 точек на экране монитора), а количество воспринимаемых градаций нажатий на перо составляет 1024.
4.6.3.Сканер.
Для ввода в компьютер и преобразования в цифровую форму изображений (фотографий, рисунков, слайдов) и текстовых документов используется сканер. Существуют ручные сканеры, которые прокатывают по поверхности документа рукой, и планшетные сканеры, по внешнему виду напоминающие копировальные машины. Свет, отраженный от сканируемого изображения, проецируется на линейку фотоэлементов, которая движется, последовательно считывая изображение и преобразуя его в компьютерный формат. В отсканированном изображении количество различаемых цветов может достигать десятков миллиардов.
Системы распознавания текстовой информации позволяют преобразовать отсканированный текст из графического формата в текстовый. Такие системы способны распознавать текстовые документы на различных языках, представленные в различных формах (например, таблицах) и с различным качеством печати (начиная от машинописных документов). Разрешающая способность сканеров составляет 600 dpi и выше, то есть на полоске изображения длиной 1 дюйм сканер может распознать 600 и более точек.
4.6.4.Цифровые камеры.
Цифровые камеры (видеокамеры и фотоаппараты) позволяют получать видеоизображения и фотоснимки непосредственно в цифровом (компьютерном) формате. Для передачи «живого» видео по компьютерным сетям используются Web-камеры, разрешающая способность которых обычно не превышает 640x480 точек. Цифровые фотоаппараты позволяют получать высококачественные фотографии с разрешением 2272x1704 точек и более. Для хранения фотографий используются модули flash-памяти или жесткие диски малого размера.
4.6.5.13PRIVATE15Аудиоадаптер.
Определение. Аудиоадаптер (Sound Blaster или звуковая плата) это специальная электронная плата, которая позволяет записывать звук, воспроизводить его и создавать программными средствами с помощью микрофона, наушников, динамиков, встроенного синтезатора и другого оборудования.
Аудиоадаптер содержит в себе два преобразователя информации:
Аналого-цифровой, который преобразует непрерывные (аналоговые) звуковые сигналы (речь, музыку, шум) в цифровой двоичный код и записывает его на магнитный носитель;
Цифро-аналоговый, выполняющий обратное преобразование сохранённого в цифровом виде звука в аналоговый сигнал, который затем воспроизводится с помощью акустической системы, синтезатора звука или наушников.
Профессиональные звуковые платы позволяют выполнять сложную обработку звука, обеспечивают объёмное звучание, имеют собственное ПЗУ с хранящимися в нём сотнями тембров звучаний различных музыкальных инструментов. Звуковые файлы обычно имеют очень большие размеры. Так, трёхминутный звуковой файл со стереозвучанием занимает примерно 30 Мбайт памяти. Поэтому платы Sound Blaster, помимо своих основных функций, обеспечивают автоматическое сжатие файлов.
Примечание.
Область применения звуковых плат компьютерные игры, обучающие программные системы, рекламные презентации, "голосовая почта" (voice mail), озвучивание посредством динамиков различных процессов, происходящих в компьютерном оборудовании, таких, например, как отсутствие бумаги в принтере и т.п.
4.6.6.Монитор.
Определение. Монитор это универсальное устройство вывода информации, подключаемое к видеокарте (видеоадаптеру). Видеокарта непосредственно управляет монитором и процессом вывода информации на экран.
Изображение на экране монитора, построенного на базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ, Рис. 4.6.), создается пучком электронов, испускаемых электронной пушкой. Этот пучок разгоняется высоким электрическим напряжением (десятки киловольт) и падает на внутреннюю поверхность экрана, покрытую лю-минофором (веществом, светящимся под воздействием пучка электронов). Перед экраном на пути электронов ставится теневая маска, обеспечивающая попадание электронных лучей только в точки люминофора соответствующего цвета. Существует три типа масок: дельтовидная маска, апертурная решетка (струнная технология) и щелевая маска (комбинация первых двух технологий).
13PRIVATE1513PRIVATE "TYPE=PICT;ALT=Trinitron"15Мониторы с апертурной решеткой формируют более яркие изображения с более богатыми и насыщенными цветами. К широко распространенным технологиям апертурных решеток относятся SonicTron корпорации ViewSonic, DiamondTron компании Mitsubishi и Trinitron компании Sony. В свою очередь, дельтовидная маска дает возможность воспроизводить детали изображения на экране монитора с большей точностью и с меньшими искажениями. Лучшие маски изготавливаются из инвара магнитного сплава железа с никелем, обладающего малым коэффициентом линейного расширения.
Система управления процессом формирования изображения посредством изменения сигналов строчной и кадровой развертки ЭЛТ-монитора, заставляет пучок электронов пробегать построчно весь экран (создает растр), а также регулирует его интенсивность (соответственно яркость свечения точки люминофора). Это позволяет управлять яркостью элементов изображения и параметрами смешения цветов, создавая тем самым требуемое изображение на экране, которое пользователь видит, так как люминофор излучает световые лучи в видимой части спектра. Качество изображения тем выше, чем меньше размер точки изображения (точки люминофора). В высококачественных мониторах размер точки составляет 0,20 0,24 мм.
Современной архитектурой видеоадаптера является архитектура с графическим сопроцессором. Она предполагает включение в состав видеокарты собственного специализированного процессора, который выполнял бы все вычисления, необходимые для построения изображения. Тогда центральный процессор почти полностью освобождается для выполнения других задач (не связанных непосредственно с формированием картинки), что повышает реальное быстродействие вычислительной системы при решении прикладных задач, связанных с обработкой или синтезом изображений.
Примечание.
На стабильность изображения на экране монитора сильное влияние оказывает частота считывания изображения из видеопамяти видеоадаптера. В современных мониторах обновление изображения происходит обычно с частотой 85 и более раз в секунду, что обеспечивает комфортность восприятия (человек не замечает мерцания изображения). Для сравнения можно напомнить, что частота смены кадров в кино составляет 24 кадра в секунду.
При использовании ЭЛТ-мониторов следует учитывать, что они являются источником высокого статического электрического потенциала, электромагнитного и рентгеновского излучений. Однако, современные ЭЛТ-мониторы практически безопасны, так как соответствуют жестким санитарно-гигиеническим требованиям, зафиксированным в международном стандарте безопасности ТСО'99.
В портативных и карманных компьютерах применяют плоские мониторы на жидких кристаллах (ЖК). В последнее время такие мониторы стали использоваться и в настольных компьютерах.
LCD (Liquid Crystal Display) жидкокристаллические дисплеи имеют экраны, при изготовлении которых используется вещество, находящееся в жидком состоянии и обладающее некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Фактически это жидкости с анизотропией свойств (в частности, оптических), связанных с упорядоченностью в ориентации молекул. Молекулы жидких кристаллов под воздействием электрического напряжения могут изменять свою ориентацию и вследствие этого изменять свойства светового луча, проходящего сквозь них.
Мониторы могут иметь различный размер экрана, измеряемый в дюймах по его диагонали и обычно составляющий 14, 15, 17, 19, 20, 21 и более дюймов.
4.6.7.Принтер.
Принтер предназначен для вывода на бумагу (создание «твердой копии») числовой, текстовой и графической информации. По принципу действия принтеры делятся на матричные, струйные и лазерные.
Матричные принтеры это принтеры ударного действия. Печатающая головка матричного принтера состоит из вертикального столбца маленьких стержней (обычно 9 или 24), которые под воздействием магнитного поля «выталкиваются» из головки и ударяют по бумаге через красящую ленту. Перемещаясь, печатающая головка оставляет на бумаге строку символов. Недостатки матричных принтеров состоят в том, что они печатают медленно, производят много шума и качество печати оставляет желать лучшего (соответствует примерно качеству пишущей машинки).
Струйные принтеры могут печатать достаточно быстро (до нескольких страниц в минуту) и производят мало шума. В них используется чернильная печатающая головка, которая под давлением выбрасывает чернила из ряда мельчайших отверстий на бумагу. Перемещаясь вдоль бумаги, печатающая головка оставляет строку символов или полоску изображения. Цветные струйные принтеры комбинируют чернила четырех основных цветов ярко-голубого, пурпурного, желтого и черного. Качество печати (в том числе и цветной) определяется разрешающей способностью струйных принтеров, которая может достигать фотографического качества 2400 dpi. Это означает, что полоска изображения по горизонтали длиной в 1 дюйм формируется из 2400 точек (чернильных капель).
Лазерные принтеры обеспечивают практически самую бесшумную печать. Высокая скорость печати (до 30 страниц в минуту) лазерными принтерами достигается за счет постраничной печати (страница печатается сразу целиком). Компьютер формирует в своей памяти "образ" страницы текста и передает его принтеру. Информация о странице проецируется с помощью лазерного луча на вращающийся барабан со светочувствительным покрытием, меняющим электрические свойства в зависимости от освещённости. 13PRIVATE "TYPE=PICT;ALT="15После засветки на барабан, находящийся под электрическим напряжением, наносится красящий порошок тонер, частицы которого налипают на засвеченные участки поверхности барабана. Принтер с помощью специального горячего валика протягивает бумагу под барабаном, тонер переносится на бумагу и "вплавляется" в неё, оставляя стойкое высококачественное изображение. Высокое типографское качество печати лазерных принтеров обеспечивается за счет высокой разрешающей способности, которая может достигать 1200 dpi и более. Существуют и цветные лазерные принтеры.
4.6.8.13PRIVATE15Плоттер (графопостроитель).
Плоттер (графопостроитель) это устройство, которое чертит графики, рисунки или диаграммы большого формата под управлением компьютера. 13PRIVATE "TYPE=PICT;ALT=Р
·Р»РѕССРµС"15Плоттеры используются для получения сложных конструкторских чертежей, архитектурных планов, географических и метеорологических карт, деловых схем и рисуют изображения с помощью пера.
Роликовые плоттеры прокручивают бумагу под пером, а планшетные перемещают перо через всю поверхность горизонтально лежащей бумаги.
4.6.9.13PRIVATE15Модем.
Определение. Модем это устройство для обмена компьютерными данными по телефонным линиям связи.
Примечание.
Цифровые сигналы, вырабатываемые компьютером, нельзя напрямую передавать по телефонной сети, потому что она предназначена для передачи человеческой речи непрерывных сигналов звуковой частоты. Модем обеспечивает преобразование цифровых сигналов компьютера в переменный ток частоты звукового диапазона этот процесс называется модуляцией, а также обратное преобразование, которое называется демодуляцией (рис.4.7.). Отсюда название устройства: модем модулятор/демодулятор.

Рис. 4.7.Схема реализации модемной связи.
Для осуществления связи один модем вызывает другой по номеру телефона, а тот отвечает на вызов. Затем модемы посылают друг другу сигналы, согласуя подходящий им обоим режим связи. После этого передающий модем начинает посылать модулированные данные с согласованными скоростью (количеством бит в секунду) и форматом. Модем на другом конце преобразует полученную информацию в цифровой вид и передает её своему компьютеру. Закончив сеанс связи, модем отключается от линии. Управление модемом осуществляется с помощью специального коммутационного программного обеспечения.
Модемы бывают внешние, выполненные в виде отдельного устройства, и внутренние, представляющие собой электронную плату, устанавливаемую в системном блоке компьютера.
Почти все модемы поддерживают и функции факсов. Факс это устройство факсимильной передачи изображения по телефонной сети. Название "факс" произошло от слова "факсимиле", означающее точное воспроизведение графического оригинала (подписи, документа и т.д.) средствами печати. Модем, который может передавать и получать данные как факс, называется факс-модемом.
4.7.Классификация программного обеспечения ПК.)
Основной функцией компьютера является обработка информации. Выше была рассмотрена аппаратная реализация компьютера. Рассмотрим теперь, каким образом компьютер обрабатывает информацию.
В 50-60-е годы компьютер мог только вычислять. Процесс обработки информации состоял в операциях над числовыми данными.
В 70-е годы компьютер «научился» работать с текстом. Пользователь получил возможность редактировать и форматировать текстовые документы. В настоящее время большая часть компьютеров и большая часть времени используется для работы именно с текстовыми данными.
В 80-е годы появились первые компьютеры, способные работать с графической информацией. Сейчас компьютерная графика широко используется в деловой графике (построение диаграмм, графиков и так далее), в компьютерном моделировании, при подготовке презентаций, при создании Web-сайтов, в рекламе на телевидении, в анимационном кино и так далее. Применение компьютеров для обработки графических данных постоянно расширяется.
В 90-е годы компьютер получил возможность обрабатывать звуковую информацию. Любой пользователь современного персонального компьютера может воспользоваться стандартными приложениями Windows для прослушивания, записи и редактирования звуковых файлов. Работа со звуковыми данными является неотъемлемой частью мультимедиа технологии.
Для того чтобы числовая, текстовая, графическая и звуковая информация могли обрабатываться, они должны быть представлены в форме данных. Данные хранятся и обрабатываются в компьютере на машинном языке, то есть в виде последовательностей нулей и единиц.
Для того чтобы процессор мог обрабатывать данные, он должен получить определенную команду (инструкцию). Обычно для решения какой-либо задачи требуется не единичная команда, а их последовательность. Такая последовательность команд (инструкций) называется программой.
На заре компьютерной эры, в 40-50-е годы, программы разрабатывались непосредственно на машинном языке, то есть на том языке, который понимает процессор. Такие программы представляли собой очень длинные последовательности нулей и единиц, в которых человеку разобраться было очень трудно.
В 60-е годы стали использовать языки программирования высокого уровня (Алгол, Фортран, Basic, Pascal и др.), которые позволили существенно облегчить работу программистов. В настоящее время с появлением систем визуального программирования (Visual Basic, Delphi и др.) создание программ стало доступно даже для начинающих пользователей компьютера.
Примечание.
Программная обработка данных на компьютере реализуется следующим образом. После запуска на выполнение программы, хранящейся во внешней долговременной памяти, она загружается в оперативную память. Процессор последовательно считывает команды программы и выполняет их. Необходимые для выполнения команды данные загружаются из внешней памяти в оперативную и над ними производятся необходимые операции. Данные, полученные в процессе выполнения команды, записываются процессором обратно в оперативную или внешнюю память.
Таким образом, 13PRIVATE15под программным обеспечением (Software) понимается совокупность всех программ, выполняемых вычислительной системой. Программное обеспечение (ПО) это неотъемлемая часть компьютерной системы. Оно является логическим продолжением технических средств. Сфера применения конкретного компьютера определяется созданным для него ПО. В зависимости от функций, выполняемых программным обеспечением, его можно разделить на две группы: системное и прикладное ПО.
Системное ПО организует процесс обработки информации в компьютере и обеспечивает нормальную рабочую среду для прикладных программ. Оно достаточно тесно связано с аппаратными средствами компьютера.
Прикладное ПО предназначено для решения конкретных задач пользователя и организации вычислительного процесса в целом.
13INCLUDEPICTURE \d "Глава 6 Программное обеспечение компьютеров.files/0001.gif"1415При построении классификации ПО нужно учитывать тот факт, что стремительное развитие вычислительной техники и расширение сферы приложения компьютеров резко ускорили процесс эволюции программного обеспечения. Соотношение между требующимися программными продуктами и имеющимися на рынке меняется очень быстро. Даже классические программные продукты, такие, как операционные системы, непрерывно развиваются и наделяются интеллектуальными функциями, многие из которых ранее относились только к интеллектуальным возможностям человека.
4.7.1.Системное ПО. )
В состав системного ПО входят:
Операционные системы (ОС);
Сервисные программы;
Системы программирования (трансляторы языков программирования, библиотеки подпрограмм и т.д.);
Программы технического обслуживания.
Рассмотрим эти разновидности системного ПО подробнее.
4.7.1.1.Операционные системы.
Определение. Операционная система это комплекс взаимосвязанных системных программ, назначение которых организовать взаимодействие пользователя с компьютером и выполнение всех других программ.
Примечание.
Операционная система выполняет роль связующего звена между аппаратурой компьютера, выполняемыми программами и пользователем. Операционная система обычно хранится во внешней памяти компьютера на жестком диске. При включении питания компьютера она считывается с дисковой памяти и размещается в ОЗУ. Этот процесс называется загрузкой операционной системы.
В функции операционной системы входит:
Осуществление диалога с пользователем;
Управление вводом-выводом данных;
Распределение ресурсов вычислительной системы;
Запуск программ на выполнение;
Вспомогательные операции обслуживания;
Передача информации между различными внутренними устройствами;
Программная поддержка работы периферийных устройств и т.д.
ОС загружается при включении компьютера. Она предоставляет пользователю удобный способ общения (пользовательский интерфейс) с вычислительной системой.
Определение. Пользовательский интерфейс это программные и аппаратные средства взаимодействия пользователя с программой или ЭВМ.
Пользовательский интерфейс может быть командным или объектно-ориентированным.
Определение. Командный интерфейс предполагает ввод пользователем команд с клавиатуры при выполнении действий по управлению ресурсами компьютера.

Определение. Объектно-ориентированный интерфейс это управление ресурсами вычислительной системы посредством осуществления операций над объектами, представляющими файлы, каталоги (папки), дисководы, программы, документы и т. д.
Кроме того, выделяют также и программный интерфейс.
Определение. Программный интерфейс это совокупность средств, обеспечивающих взаимодействие устройств и программ в рамках вычислительной системы.
Операционные системы классифицируются по:
Количеству одновременно работающих пользователей: однопользовательские, многопользовательские.
Числу задач, одновременно выполняемых под управлением системы: однозадачные, многозадачные.
Количеству поддерживаемых процессоров: однопроцессорные, много-процессорные.
Разрядности кода ОС: 8-разрядные, 16-разрядные, 32-разрядные, 64-разрядные.
типу интерфейса: командные (текстовые) и объектно-ориентированные (графические).
Типу доступа пользователя к ЭВМ: с пакетной обработкой, с разделением времени, реального времени.
Типу использования ресурсов: сетевые, локальные.
Рассмотрим некоторые из наиболее известных ОС.
13INCLUDEPICTURE \d "Глава 6 Программное обеспечение компьютеров.files/0004.gif"1415Операционная система MS DOS. ОС MS DOS (Microsoft Disk Operating System) самая распространенная ОС на 16-разрядных персональных компьютерах. Она была выпущена в 1981 году в связи с появлением IBM PC.
Операционные системы семейства DOS являются 16-ти разрядными однозадачными ОС и обладают следующими характерными чертами и особенностями:
Пользовательский интерфейс осуществляется с помощью команд, вводимых пользователем;
ОС имеют модульную структуру, что упрощает перенос системы на другие типы аппаратных платформ;
Небольшой объем доступной оперативной памяти (640 Кбайт).
Существенным недостатком операционных систем DOS является отсутствие средств защиты от несанкционированного доступа к ресурсам ПК и ОС.
MS DOS состоит из следующих основных модулей:
Базовая система ввода/вывода (BIOS Basic Input-Output System). Она
·
·выполняет наиболее простые и универсальные услуги операционной системы, связанные с осуществлением ввода-вывода. В функции BIOS входит также автоматическое тестирование основных аппаратных компонентов при включении машины и вызов блока начальной загрузки DOS.
Блок начальной загрузки (Boot Record загрузчик)
·Это короткая программа, функция которой заключается в считывании с диска в оперативную память двух других частей DOS модуля расширения базовой системы ввода/вывода и модуля обработки прерываний.
Модуль расширения базовой системы ввода/вывода (IO.SYS) создает возможность использования дополнительных драйверов, обслуживающих новые внешние устройства, а также драйверов для нестандартного обслуживания внешних устройств.
Модуль обработки прерываний (MSDOS.SYS). Он реализует основные высокоуровневые услуги DOS.
Командный процессор (COMMAND.COM). Обрабатывает команды, вводимые пользователем.
Утилиты MS DOS (от лат. utilitas)
·
·программы, поставляемые вместе с операционной системой в виде отдельных файлов и выполняющие действия обслуживающего характера.
13INCLUDEPICTURE \d "Глава 6 Программное обеспечение компьютеров.files/0005.gif"1415Операционные системы Windows. В настоящее время большинство ПК работают под управлением той или иной версии операционной системы Windows фирмы Microsoft.
Так Windows 95 представляет собой универсальную высокопроизводительную многозадачную 32-разрядную ОС нового поколения с графическим интерфейсом и расширенными сетевыми возможностями.

Определение. Windows 95 интегрированная среда, обеспечивающая эффективный обмен информацией между отдельными программами и предоставляющая пользователю широкие возможности работы с текстовой, графической, звуковой и видеоинформацией. Интегрированность подразумевает также совместное использование ресурсов компьютера всеми программами.
Эта операционная система обеспечивает работу пользователя в сети, предоставляя встроенные средства поддержки для обмена файлами и меры по их защите, возможность совместного использования принтеров, факсов и других общих ресурсов. Windows 95 позволяет отправлять сообщения электронной почтой, факсимильной связью, поддерживает удаленный доступ. Применяемый в Windows 95 защищённый режим не позволяет прикладной программе в случае сбоя нарушить работоспособность системы, надежно предохраняет приложения от случайного вмешательства одного процесса в другой, обеспечивает определённую устойчивость к вирусам.
Пользовательский интерфейс Windows 95 прост и удобен. Система предназначена для установки на настольных ПК и компьютерах блокнотного типа с процессором i486 или Pentium. Рекомендуемый размер оперативной памяти 64-128 Мбайт. После включения компьютера и выполнения тестовых программ BIOS операционная система Windows 95 автоматически загружается с жесткого диска.
Windows 98 отличается от Windows 95 тем, что в ней операционная система объединена с браузером Internet Explorer посредством интерфейса, выполненного в виде Web-браузера. Кроме этого, в ней улучшена совместимость с новыми аппаратными средствами ПК, она одинаково удобна для использования как в настольных, так и в портативных компьютерах.
Windows NT (NT New Technology) это операционная система, использующая все возможности новейших моделей персональных компьютеров и работающая без DOS. Windows NT 32-разрядная ОС со встроенной сетевой поддержкой и развитыми многопользовательскими средствами. Она предоставляет пользователям истинную многозадачность, многопроцессорную поддержку, секретность, защиту данных и многое другое. Эта операционная система очень удобна для пользователей, работающих в рамках локальной сети, для коллективных пользователей, особенно для групп, работающих над большими проектами и обменивающихся данными.
Windows 2000 Professional операционная система нового поколения для делового использования на самых разнообразных компьютерах от портативных до серверов. Эта ОС является удобной для ведения коммерческой деятельности в Internet. Она объединяет присущую Windows 98 простоту использования с присущими Windows NT надежностью, экономичностью и безопасностью.
Windows CE 3.0 операционная система для мобильных вычислительных устройств, таких, как карманные компьютеры, цифровые информационные пейджеры, сотовые телефоны, мультимедийные и развлекательные приставки, включая DVD-проигрыватели и устройства целевого доступа в Internet. Windows CE 32-разрядная многозадачная операционная система, имеющая открытую архитектуру, разрешающую использование множества устройств. Она компактна, но высоко производительна. Это мобильная система, функционирующая с микропроцессорами различных марок и изготовителей. Для нее есть программы Word и Excel, которые совместимы с их настольными аналогами. Имеет интегрированную систему управления питанием.
Операционная система OS/2. ОС OS/2 была разработана фирмой IBM в 1987 году в связи с созданием нового семейства ПК PS/2. OS/2 (Operating System/2) является 32-разрядной графической многозадачной операционной системой для IBM PS-совместимых компьютеров, позволяет организовать параллельную работу нескольких прикладных программ, обеспечивая при этом защиту одной программы от другой и операционной системы от работающих в ней программ. OS/2 обладает удобным графическим пользовательским интерфейсом и совместима с файловой системой DOS, что дает возможность использовать данные как в DOS, так и в OS/2 без каких-либо преобразований. Главный недостаток OS/2 малое число приложений для нее, что делает эту систему менее популярной, чем MS-DOS и Windows.
Операционная система Unix. ОС Unix была создана в Bell Telephone Laboratories. Unix многозадачная многопользовательская операционная система. Ядро ОС Unix написано на языке высокого уровня C и имеет только около 10 процентов кода на ассемблере. Это позволяет переносить Unix на другие аппаратные платформы и достаточно легко вносить в нее серьезные изменения и дополнения. В многочисленные существующие версии Unix постоянно вносятся изменения. С одной стороны, это расширяет возможности системы, делает ее мощнее и надежнее, с другой ведет к появлению различий между существующими версиями. В связи с этим возникает необходимость стандартизации различных свойств системы. Наличие стандартов облегчает переносимость приложений между различными версиями Unix и защищает как пользователей, так и производителей программного обеспечения. Поэтому в 80-х годах разработан ряд стандартов, оказывающих влияние на развитие Unix. Сейчас существуют десятки операционных систем, которые можно объединить под общим названием Unix. В основном, это коммерческие версии, выпущенные производителями аппаратных платформ для компьютеров своего производства. Несмотря на разнообразие версий Unix, основой всего семейства являются принципиально одинаковая архитектура и ряд стандартных интерфейсов. Для системного администратора переход на другую версию не составит большого труда, а для пользователей он может и вовсе оказаться незаметным. Файловая система Unix это не только доступ к данным, хранящимся на диске. Через унифицированный интерфейс файловой системы осуществляется доступ к терминалам, принтерам, сети и т.п. Для Unix имеется большое количество приложений, в том числе свободно распространяемых, начиная от простейших текстовых редакторов и заканчивая мощными системами управления базами данных.
Примечание.
Unix является одной из наиболее открытых систем. Кроме того, она способна выполнять большое количество различных функций, в частности, работать, как вычислительный сервер, как сервер базы данных, как сетевой сервер, поддерживающий важнейшие сервисы сети и т.д.
Операционная система Linux. Начало созданию системы Linux положено финским студентом Линусом Торвальдсом (Linus Torvalds). В сентябре 1991 года он распространил по электронной почте первый прототип своей операционной системы, и призвал откликнуться на его работу всех, кому она нравится или нет. С этого момента многие программисты стали поддерживать Linux, добавляя драйверы устройств, разрабатывая разные приложения и др. Атмосфера работы энтузиастов над полезным проектом, а также свободное распространение и использование исходных текстов стали основой феномена Linux. В настоящее время Linux очень мощная бесплатно распространяемая (free) операционная система. 13INCLUDEPICTURE \d "Глава 6 Программное обеспечение компьютеров.files/linus.jpg"1415Линус Торвальдс разработал не саму операционную систему, а только ее ядро, подключив уже имеющиеся компоненты. Сторонние компании, увидев хорошие перспективы для развития своего бизнеса, довольно скоро стали насыщать ОС утилитами и прикладным ПО. Недостаток такого подхода отсутствие унифицированной и продуманной процедуры установки системы, и это до сих пор является одним из главных сдерживающих факторов для более широкого распространения Linux.
Примечание.
Феномен Linux вызвал к жизни разговоры о том, что родилась новая философия программирования, принципиально отличающаяся от того, что было раньше. Традиционные стадии жизненного цикла программного продукта таковы анализ требований, разработка спецификаций, проектирование, макетирование, написание исходного текста, отладка, документирование, тестирование и сопровождение. Однако, Linux создавалась по-иному. Готовый работающий макет постоянно совершенствовался и развивался группой энтузиастов, действия которых лишь слегка координировались.
Операционные системы реального времени (ОС РВ). Термин «реальное время» в самом широком смысле слова можно применять к системе по обработке информации в тех случаях, когда требуется, чтобы система имела гарантированное время реакции, то есть задержка ответа не превышала определенного времени. Как правило, это время колеблется от нескольких микросекунд до нескольких десятых долей секунды.
ОС РВ в основном применяются в автоматизации таких областей, как добыча и транспортировка нефти и газа, управление технологическими процессами, водоснабжение, энергетика, управление роботами, банковское дело и др.
Среди наиболее известных ОС РВ для IBM PC используются RTMX, AMX, OS-9000, FLEX OS, QNX и др. Из них выгодно выделяется 32-разрядная ОС PB QNX своим полным набором инструментальных средств, к которым пользователь привык при работе с ОС семейства DOS или UNIX.
4.7.1.2.Сервисные программы.
Определение. Сервисное программное обеспечение это совокупность программных продуктов, представляющих пользователю дополнительные услуги в работе с компьютером и расширяющих возможности операционных систем.
По функциональным возможностям сервисные программы можно разделить на:
Улучшающие пользовательский интерфейс;
Защищающие данные от разрушения и несанкционированного доступа;
Восстанавливающие данные;
Ускоряющие обмен данными между диском и ОЗУ;
Архивации - разархивации;
Антивирусные средства.
По способу организации и реализации сервисные средства могут быть представлены оболочками, утилитами и автономными программами. Разница между оболочками и утилитами зачастую выражается лишь в универсальности первых и специализации вторых.
Определение. Оболочки это программы, созданные для упрощения работы со сложными программными системами, такими, например, как DOS. Они преобразуют неудобный командный пользовательский интерфейс в дружественный графический интерфейс или интерфейс типа "меню". Оболочки предоставляют пользователю удобный доступ к файлам и обширные сервисные услуги.
13PRIVATE15Самая популярная оболочка для ОС MS DOS IBM-совместимых ПК пакет программ Norton Commander. Он обеспечивает:
Создание, копирование, пересылку, переименование, удаление, поиск файлов, а также изменение их атрибутов;
Отображение дерева каталогов и характеристик входящих в них файлов в форме, удобной для восприятия человека;
Создание, обновление и распаковку архивов (групп сжатых файлов);
Просмотр текстовых файлов;
Редактирование текстовых файлов;
Выполнение из её среды практически всех команд DOS;
Запуск программ;
Выдачу информации о ресурсах компьютера;
Создание и удаление каталогов;
Поддержку межкомпьютерной связи;
Поддержку электронной почты через модем.
Наиболее известными сервисными средствами являются программы обслуживания магнитных дисков, программы архивации данных и антивирусные программные средства. Рассмотрим их подробнее.
Программы обслуживания магнитных дисков - эти программы предназначены для автоматического поиска ошибок и неисправностей в работе магнитных дисков (гибких и жестких), причинами которых могут быть:
Физическое повреждение магнитного слоя;
Загрязнение поверхности диска;
Аварийное отключение ПК;
Несвоевременное извлечение дискет из дисководов;
Перезагрузка ОС после аварийной ситуации;
Воздействие компьютерных вирусов;
Фрагментация файлов при интенсивной эксплуатации ПК и т.д.
Для восстановления удаленных файлов и каталогов на диске применяются программы Undelete (в составе ОС MS DOS) и UnErase (пакет сервисных программ Norton Utilites).
Для восстановления поврежденных файлов или дисков используются программы Scandisk (в составе OS MS DOS) и NDD - Norton Disk Doktor (пакет Norton Utilites). Повреждения могут проявляться в виде физических или логических дефектов.
Физические дефекты возникают в результате механических повреждений, воздействия электромагнитных полей или старения магнитного покрытия диска (дефектные сектора и кластеры).
Логические дефекты связаны с повреждениями системной области диска на нулевой дорожке (таблица разделов жесткого диска, FAT–таблица, загрузочный сектор, каталоги диска). При этом на диске образуются потерянные или общие кластеры, что приводит к засорению дискового пространства.
Файл, занимающий на диске несмежные кластеры, называется фрагментированным. Для устранения фрагментации дисков применяются программы Speed Disk (пакет Norton Utilites) и Defrag (в составе MS DOS).
Программы-архиваторы.
Определение. Сжатие информации это процесс её преобразования к виду, при котором уменьшается избыточность представления данных и требуется меньший объем памяти для её хранения на диске. Сжиматься могут как один, так и несколько файлов, которые в сжатом виде помещаются в архивный файл (архив).
Степень сжатия файлов характеризуется коэффициентом сжатия Кс и выражается в %. Кс зависит от конкретной программы сжатия, метода сжатия и типа исходного файла. Лучше всего сжимаются графические и текстовые файлы (5 - 40%), хуже программные файлы (60-90%). Почти не сжимаются архивные файлы.
Определение. Архивация (упаковка) это помещение исходных файлов в архивный файл в сжатом (или несжатом) виде. А разархивация (распаковка) это процесс восстановления файлов из архива и размещение их на диске или в оперативной памяти).
Большие по объему архивные файлы могут размещаться на нескольких дисках (многотомные архивы).
Примечание.
Наиболее популярными программами-архиваторами являются: ZIP, RAR и их более современные версии WinZIP, WinRAR и др.
Определение. Cамораспаковывающийся архивный файл это исполняемый программный модуль (*.exe), который способен к самостоятельной разархивации находящихся в нем файлов без использования программы-архиватора.
Антивирусные программные средства.
Определение. Компьютерный вирус ) это специальная программа, способная присоединяться к другим программам, создавать свои копии и внедрять их в файлы, системные области дисков, оперативную память и вычислительные сети с целью нарушения их работоспособности.
Примечание.
Вирус может проникнуть в ПК через дискеты, лазерные диски, сеть и электронную почту.
Определение. Зараженная программа это программа, содержащая внедренный в неё компьютерный вирус, а зараженный диск это диск, в загрузочном секторе которого находится компьютерный вирус.
Примечание.
Основные признаки проявления вирусов:
Ошибки в работе ранее исправных программ;
Замедление работы ПК;
Невозможность загрузки ОС;
Исчезновение с диска файлов и каталогов или искажение их содержимого;
Изменение даты и времени создания файлов;
Уменьшение размера свободной ОП;
Изменение размеров файлов;
Появление на экране непредусмотренных сообщений или изображений, подача звуковых сигналов;
Частые сбои в работе ПК и т.д.
Однако, все это может быть и следствием других причин.
Известно несколько десятков тысяч различных вирусов. Наиболее часто заражению подвержены загрузочные сектора дисков и исполняемые файлы (*.com, * exe). Реже заражаются текстовые и графические файлы.
Компьютерные вирусы 1) классифицируют по следующим признакам:
По среде обитания:
Сетевые - имеют способность распространяться по компьютерным сетям;
файловые внедряются в исполняемые файлы (*.com, *.exe). В других типах файлов они не получают управления и теряют способность к размножению;
загрузочные внедряются в загрузочный сектор диска (Boot Record);
файлово-загрузочныe - заражают как файлы, так и загрузочные сектора дисков.
По способу заражения среды обитания:
резидентные внедряют в ОП свою резидентную часть, которая остаётся активной вплоть до выключения или перезагрузки ПК. Перехватывают обращения ОС к файлам или системным областям дисков и заражают их;
нерезидентные не заражают память ПК и остаются активными лишь ограниченное время.
По степени воздействия на объект заражения:
неопасные проявляются в каких-либо графических или звуковых эффектах. Не мешают работе ПК, но уменьшают объем свободной ОП;
опасные приводят к различным серьёзным нарушениям в работе ПК;
очень опасные уничтожают данные и служебную информацию на дисках.
По особенностям алгоритма воздействия:
паразитические изменяют содержимое файлов и секторов диска. Могут быть легко обнаружены и уничтожены;
репликаторы (черви) распространяются по компьютерным сетям, вычисляют адреса компьютеров и записывают по ним свои копии;
невидимки (стелс-вирусы) перехватывают обращения ОС к зараженным файлам и подставляют вместо своего тела незараженные участки диска;
мутанты содержат алгоритмы шифровки, благодаря которым копии вирусов имеют различия, что затрудняет их обнаружение;
троянские (квазивирусы) неспособны к самораспространению, но, маскируясь под полезную программу, разрушают файловую систему и загрузочный сектор диска.
Для организации антивирусной проверки и лечения компьютера от вирусов используются Антивирусные программы. Их классифицируют следующим образом:
Детекторы выявляют характерную для конкретного вируса сигнатуру (последовательность байтов) и выдают соответствующее сообщение об этом. Недостаток – могут находить только те вирусы, которые были известны при разработке таких программ.
Доктора (фаги) – находят зараженные файлы и лечат их (удаляют из файла тело вируса). В начале своей работы фаги проверяют ОП, а затем переходят к лечению файлов. Полифаги – это доктора, предназначенные для поиска и уничтожения большого количества вирусов (Scan, Antivirus, Aidstest, Doctor Web, AVP Касперского).
Ревизоры запоминают исходное состояние файлов, каталогов и системных областей диска, а затем периодически (или по желанию пользователя) сравнивают его с текущим состоянием в процессе работы ПК. Обнаруженные изменения выводятся на экран монитора. Ревизоры имеют достаточно развитые алгоритмы, могут обнаруживать стелс-вирусы и относятся к самым надежным средствам защиты (Adinf фирмы «Диалог-Наука»).
Фильтры (сторожа) небольшие резидентные программы, выявляющие подозрительные действия при работе ПК, характерные для вирусов: попытки коррекции файлов *.com, *. exe; изменение атрибутов файлов; запись в загрузочный сектор диска; загрузка резидентной программы и т.д. При этом сторож выдает пользователю запрос о разрешении или запрете указанных действий. Недостатки – не могут лечить файлы и диски, замедляют работу пользователя (часто выдают предупреждения), могут конфликтовать с другими программами.
Вакцины (иммунизаторы) – резидентные программы, предотвращающие заражение файлов и дисков. Вакцина модифицирует объект защиты так, что это не отражается на его работоспособности, а вирус будет считать объект уже зараженным и не внедриться в него. Недостаток –вакцинация возможна только от известных вирусов.
Для защиты компьютеров от вирусов обычно используются следующие меры:
Установка на ПК современных антивирусных программ и постоянное обновление их версий;
Проверка дискет перед считыванием с них информации, записанной на другом ПК;
Проверка архивных файлов до и после их разархивации;
Периодическая проверка жесткого диска с защищенной от записи дискеты (окошко открыто) с предварительной загрузкой ОС с системной дискеты, также защищенной от записи;
Защита своих дискет от записи при работе на других ПК, если на них не будет записываться информация;
Создание на дискетах архивных копий особо ценной информации;
Изъятие из дисковода дискеты перед включением или перезагрузкой ПК для исключения возможности заражения загрузочными вирусами;
Проверка всех файлов, получаемых по компьютерным сетям;
Проверка лазерных дисков.
4.7.1.3.Системы программирования.
Определение. Системы программирования это системы для разработки новых программ на конкретном языке программирования.
13PRIVATE15 Современные системы программирования обычно предоставляют пользователям мощные и удобные средства разработки программ. В них входят:
Компилятор или интерпретатор;
Интегрированная среда разработки;
Средства создания и редактирования текстов программ;
Обширные библиотеки стандартных программ и функций;
Отладочные программы, т.е. программы, помогающие находить и устранять ошибки в программе;
"Дружественная" к пользователю диалоговая среда;
Многооконный режим работы;
Встроенная справочная служба и др.
Определение. Транслятор (от translator – переводчик) это программа-переводчик. Она преобразует программу, написанную на одном из языков высокого уровня, в программу, состоящую из машинных команд.
13PRIVATE15Трансляторы реализуются в виде компиляторов или интерпретаторов. С точки зрения выполнения работы компилятор и интерпретатор существенно различаются.
Определение. Компилятор (от compiler составитель, собиратель) читает всю программу целиком, делает ее перевод и создает законченный вариант программы на машинном языке, который затем и выполняется.

Определение. Интерпретатор (от interpreter истолкователь, устный переводчик) переводит и выполняет программу строка за строкой.
Примечание.
После того, как программа откомпилирована, ни сама исходная программа, ни компилятор более не нужны. В то же время программа, обрабатываемая интерпретатором, должна заново переводиться на машинный язык при каждом очередном запуске программы. Откомпилированные программы работают быстрее, но интерпретируемые проще исправлять и изменять.
13PRIVATE15Каждый конкретный язык ориентирован либо на компиляцию, либо на интерпретацию в зависимости от того, для каких целей он создавался. Так, в частности, Паскаль обычно используется для решения довольно сложных задач, в которых важна скорость работы программ. По этим причинам язык Паскаль обычно реализуется с помощью компилятора. С другой стороны, Бейсик создавался как язык для начинающих программистов, для которых построчное выполнение программы имеет неоспоримые преимущества. Иногда для одного языка имеется и компилятор, и интерпретатор. В этом случае для разработки и тестирования программы можно воспользоваться интерпретатором, а затем откомпилировать отлаженную программу, чтобы повысить скорость ее выполнения.
Примечание.
К наиболее популярным системам программирования относятся Turbo Basic, Quick Basic, Turbo Pascal, Turbo C.
В последнее время получили распространение системы программирования, ориентированные на создание Windows-приложений. Это:
13INCLUDEPICTURE \d "Глава 6 Программное обеспечение компьютеров.files/0008.jpg"1415Пакет Borland Delphi (Дельфи) блестящий наследник семейства компиляторов Borland Pascal, предоставляющий качественные и очень удобные средства визуальной разработки. Его исключительно быстрый компилятор позволяет эффективно и быстро решать практически любые задачи прикладного программирования.
Пакет Microsoft Visual Basic удобный и популярный инструмент для создания Windows-программ с использованием визуальных средств. Содержит инструментарий для создания диаграмм и презентаций.
Пакет Borland C++ одно из самых распространённых средств для разработки DOS- и Windows-приложений.
Системы программирования могут выделяться в отдельную категорию инструментальных программных средств.
4.7.1.4.Программы технического обслуживания.
Определение. Программы технического обслуживания это совокупность программно-аппаратных средств для диагностики и обнаружения ошибок в процессе работы компьютера или вычислительной системы в целом.
Они включают в себя:
Средства диагностики и тестового контроля правильности работы ЭВМ и ее отдельных частей, в том числе автоматического поиска ошибок и неисправностей.
Специальные программы диагностики и контроля вычислительной среды информационной системы в целом, в том числе программно-аппаратный контроль, осуществляющий автоматическую проверку работоспособности системы обработки данных.
4.7.2.Прикладное ПО.
Прикладное программное обеспечение предназначено для разработки и выполнения конкретных задач (приложений) пользователя. Прикладное ПО работает под управлением базового ПО, в частности, операционных систем. В состав прикладного ПО входят следующие пакеты прикладных программ (ППП):
4.7.2.1.Редакторы.
Определение. Редактором называется ППП, предназначенный для создания и изменения текстов, документов, графических данных и иллюстраций.
Редакторы по своим функциональным возможностям можно подразделить на текстовые, графические и издательские системы.
Текстовые редакторы предназначены для обработки текстовой информации. К наиболее распространенным текстовым редакторам можно отнести MultiEdit, ChiWriter, Word Perfect, Microsoft Word и др.
Графические редакторы предназначены для обработки графических документов. Из наиболее известных графических редакторов можно назвать РС Paintbrush, Visio, Corel DRAW, Adobe Photoshop, Adobe Illust-rator и другие.
Издательские системы соединяют в себе возможности текстовых и графических редакторов. Эти системы ориентированы на использование в издательском деле и называются системами верстки. Из таких систем можно назвать продукты PageMaker фирмы Adobe и Ventura корпорации Publisher Corel.
4.7.2.2.Электронные таблицы.
Определение. Электронной таблицей называется ППП, предназначенный для обработки табличных документов.
Данные в таблице хранятся в ячейках, находящихся на пересечении столбцов и строк. В ячейке могут храниться числа, символические данные и формулы. Формулы задают зависимость значения одних ячеек от содержимого других ячеек. Изменение содержимого ячейки приводит к изменению значений в зависящих от нее ячейках.
К наиболее популярным ППП этого класса относятся такие продукты, как Microsoft Exel, Lotus 1-2-3, Quatro Pro и др.
4.7.2.3.Системы управления базами данных.
Для создания внутримашинного информационного обеспечения используются специальные ППП - системы управления базами данных.
Определение. База данных это совокупность специальным образом организованных наборов данных, хранящихся на диске.
Управление базой данных включает в себя ввод данных, их коррекцию и манипулирование данными, то есть добавление, удаление, извлечение, обновление и т.д. Развитые СУБД обеспечивают независимость прикладных программ, работающих с ними, от конкретной организации информации в базах данных. В зависимости от способа организации данных различают: сетевые, иерархические, распределенные, реляционные СУБД.
Из имеющихся СУБД наибольшее распространение получили Microsoft Access, Microsoft FoxPro, Paradox (корпорации Borland), а также СУБД компаний Oracle, Informix, Ingles, Sybase, Progress и др. Более подробная характеристика СУБД содержится в разделе 10.
4.7.2.4.Интегрированные пакеты.
Определение. Интегрированными пакетами называются ППП, объединяющие в себя функционально различные программные компоненты ППП общего назначения.
Современные интегрированные ППП могут включать в себя:
Текстовый редактор;
Электронную таблицу;
Графический редактор;
СУБД;
Коммуникационный модуль.
В качестве дополнительных модулей в интегрированный пакет могут включаться такие компоненты, как система экспорта-импорта файлов, калькулятор, календарь, система программирования.
Информационная связь между компонентами обеспечивается путем унификации форматов представления различных данных. Интеграция различных компонентов в единую систему предоставляет пользователю неоспоримые преимущества в интерфейсе, но неизбежно проигрывает в части повышенных требований к оперативной памяти.
Из имеющихся пакетов можно выделить следующие: Framework, Starnave, Microsoft Office.
4.7.2.5.CASE-технологии.
CASE-технологии применяются при создании сложных информационных систем, обычно требующих коллективной реализации проекта, в котором участвуют различные специалисты: системные аналитики, проектировщики и программисты. Под CASE-технологией понимается совокупность средств автоматизации разработки информационной системы, включающей в себя методологию анализа предметной области, проектирования, программирования и эксплуатации ИС.
CASE-технология позволяет отделить проектирование информационной системы от собственно программирования и отладки разработчик системы занимается проектированием на более высоком уровне, не отвлекаясь на детали. Это позволяет не допустить ошибок уже на стадии проектирования и получить более совершенные программные продукты. Эта технология изменяет все стадии разработки ИС, более всего отражаясь на этапах анализа и проектирования.
В настоящее время CASE-технологии одна из наиболее динамично развивающихся отраслей информатики, объединяющая сотни компаний. Из имеющихся на рынке CASE-технологий можно выделить: Application Development Workbench (ADW) фирмы Knowlledge Ware, BPwin (Logic Works), CDEZ Tods (Oracle) и т.п.
Современные CASE-технологии успешно применяются для создания ИС различного назначения и сложности для банков, финансовых корпораций, крупных фирм. Они обычно имеют достаточно высокую стоимость и требуют длительного обучения и кардинальной реорганизации всего процесса создания ИС. Тем не менее экономический эффект применения CASE-технологий весьма значителен, и большинство современных серьезных программных проектов осуществляется именно с их помощью.
4.7.2.6.Экспертные системы (ЭС)
Постоянно возрастающие требования к средствам обработки информации в экономике и социальной сфере стимулировали компьютеризацию процессов решения эвристических (неформализованных) задач типа «что будет, если», основанных на логике и опыте специалистов. Основная идея при этом заключается в переходе от строго формализованных алгоритмов, предписывающих, как решать задачу, к логическому программированию с указанием, что нужно решать на базе знаний, накопленных специалистами предметных областей.
Примечание.
Основу экспертных систем составляет база знаний, в которую закладывается информация о данной предметной области. Имеются две основные формы представления знаний в ЭС: факты и правила. Факты фиксируют количественные и качественные показатели явлений и процессов. Правила описывают соотношения между фактами, обычно в виде логических условий, связывающих причины и следствия.
Определение. Экспертные системы это системы обработки знаний в узкоспециализированной области подготовки решений пользователей на уровне профессиональных экспертов.
В качестве средств реализации экспертных систем используют так называемые оболочки экспертных систем. Примерами подобных оболочек являются: Шэдл (Диалог), Expert-Ease и др.
4.8.Файловая система и файловая структура.
Все программы и данные хранятся на устройствах внешней памяти компьютера в виде файлов.
Определение. Файл (file – папка) это именованная область памяти (последовательность байтов произвольной длины) на диске или другом носителе, хранимая и обрабатываемая как единое целое. Данными, хранящимися в файлах, могут быть тексты, программы, закодированная графическая или звуковая информация и т. д.
Файл имеет имя и атрибуты и характеризуется размером в байтах, датой и временем его создания или последнего изменения.
Примечание.
Имя файла может быть полным и неполным. Полное (составное) имя файла в MS-DOS состоит из двух частей: имени файла и расширения, отделяемых точкой. Расширение, называемое также типом файла, может отсутствовать, в этом случае имя файла является неполным.
Символы, используемые в имени файла и его расширении, берутся из следующего набора:
Прописные (большие) и строчные (маленькие) буквы латинского алфавита;;
Цифры;
Символы: - _ $ # & @ ! % ( ) { } ~ ^
В имени файла может быть от одного до восьми символов а в расширении от нуля до трех (для операционных систем типа MS DOS). В ОС Windows эти ограничения менее строгие – имя файла может содержать до 255 символов.
Некоторые из расширений (типов) файлов являются стандартными:
COM - готовый к выполнению файл (1-я разновидность);
EXE - готовый к выполнению файл (2-я разновидность) или исполняемый файл, главный файл любой пользовательской программы;
BAT - командный пакетный файл;
TXT - текстовый файл произвольного типа;
MDB - файл СУБД Access;
XLS – файл электронной таблицы Excel;
DOC - текстовый файл, содержащий документацию по какому-либо программному продукту или файл редактора Microsoft Word;
BMP - графический файл в точечном формате;
ARJ, RAR, ZIP - архивированные файлы и т.д.
Определение. Атрибутом файла называется параметр, определяющий правила просмотра и редактирования его содержимого.
Файл может иметь следующие атрибуты:
R (Read-only) «только для чтения». При попытке обновить или уничтожить такой файл системными средствами ОС будет выдано сообщение об ошибочных действиях. Атрибут файла устанавливается для защиты файла от случайного изменения или уничтожения.
H (Hidden) «скрытый файл». При просмотре каталога стандартными средствами ОС сведения о скрытом файле не выдаются.
S (System) «системный файл». Эти файлы использует операционная система.
A (Archive) «архивный файл». Этот атрибут устанавливается при создании каждого нового файла и сбрасывается программными средствами архивации и резервирования.

Определение. Каталогом называется специальный файл, в котором содержаться сведения о других файлах и каталогах, а именно:
Полное имя;
Время и дата создания или последнего изменения;
Размер в байтах;
Атрибуты;
Некоторые другие сведения о файловой структуре диска.
Примечание.
Выражение «файл входит в каталог» или «файл содержится в каталоге» означает, что сведения об этом файле содержатся в данном каталоге (или директории, directory - справочник, указатель).
На магнитном диске всегда существует главный, или корневой каталог, который создается в процессе форматирования диска. Количество файлов, зарегистрированных в корневом каталоге, зависит от типа и емкости диска. Большое количество файлов в корневом каталоге неудобно для пользователя. Кроме того, может возникнуть ситуация, когда емкости главного каталога окажется недостаточно для всех файлов, подлежащих хранению на диске. Поэтому любая ОС предоставляет возможность создавать на диске иерархическую систему каталогов. В этой системе элементами каталога могут быть не только обычные файлы, но и другие подчиненные каталоги (подкаталоги), которые, в свою очередь, могут включать наряду с файлами подкаталоги более низкого уровня. Количество элементов в подкаталоге ограничено (практически) только емкостью диска. Обычно подкаталоги для краткости называют просто каталогами.
Примечание.
Корневой каталог именуется (обозначается) символом \ (обратный слэш). Корневой каталог на каждом диске единственный и не может быть удален программными средствами.
Правила именования некорневых каталогов совпадают с правилами именования файлов, однако расширения при этом, как правило, не используются.
Все современные операционные системы обеспечивают создание файловой системы, предназначенной для хранения данных на внешних носителях и обеспечения доступа к ним.
Для носителей с небольшим количеством файлов (до нескольких десятков) может использоваться одноуровневая файловая система, когда корневой каталог представляет собой линейную последовательность имен файлов. Такой каталог можно сравнить с оглавлением детской книжки, которое содержит только названия отдельных рассказов.
Если на носителе хранятся сотни файлов, то для удобства работы с ними используется многоуровневая иерархическая файловая система, имеющая древовидную структуру. Такую систему можно сравнить, например, с оглавлением книги, содержащим разделы, главы, параграфы и пункты.
Примерами файловых систем, используемых в ПК, могут служить системы FAT-16, FAT-32, NTFS (New Technology File System) и др.
Каждый диск имеет свою файловую структуру, которая формируется по следующим правилам:
В разных каталогах у файлов могут быть одинаковые имена, но в одном каталоге имена файлов должны различаться;
На порядок следования файлов и каталогов в каталоге никаких ограничений не накладывается;
Глубина вложенности каталогов ограничивается количеством символов в длине пути каталогов.
Каталоги ОС образуют иерархическую структуру, называемую деревом каталогов, в котором главный каталог образует «корень» дерева (отсюда второе название главного каталога «корневой»), а остальные каталоги подобны ветвям.
Примечание.
Если какие-либо файлы и (или) подкаталоги объединены в каталог, то говорят, что они входят (вложены) в этот каталог. Однако, это объединение не означает, что они каким-либо образом сгруппированы в одном месте на диске.
При обращении к файлу необходимо указать путь доступа к нему согласно спецификации, имеющей следующий формат:
[устройство] [путь каталогов] имя файла [. тип]
Квадратные скобки означают, что соответствующую часть формата можно опустить. Часть формата устройство означает носитель, на котором находится файл или куда он записывается. Если носитель не указан, то по умолчанию используется текущее устройство. Путь каталогов задает маршрут от корневого или текущего каталога к файлу.
Определение. Текущее устройство это устройство (носитель), с которым в настоящий момент работает пользователь. Его имя является значением по умолчанию для имени устройства в спецификации файла.
Примечание.
Имена каталогов в пути разделяются символом «\». Если путь начинается символом «\», то поиск файла начинается с корневого каталога. Если путь опущен, то подразумевается текущий каталог.
Определение. Текущим называется каталог, который открыт в настоящий момент на текущем устройстве. Иногда используют понятие рабочего каталога, подразумевая под этим текущий каталог текущего устройства. Его имя является значением по умолчанию для имени каталога в спецификации файла.
Жесткий магнитный диск программно может быть разделен на несколько частей, с которыми можно работать как с отдельными дисками. Эти части называются логическими дисками или разделами, каждому из которых, как и отдельному устройству, присваивается имя в виде латинской буквы с символом «:». При этом, как правило, дисковод FDD именуется А:, а разделы HDD – начиная с С: . Другие устройства внешней памяти в составе ПК (CD-ROM, стример и т.д.) получают имена, следующие в алфавитном порядке за именем последнего раздела винчестера. Логический диск (или устройство), с которого производится загрузка операционной системы, называется системным.
4.9.Правовая охрана программ и данных.
4.9.1.Лицензионные, условно бесплатные и бесплатные программы,
Программы по их юридическому статусу можно разделить на три большие группы: лицензионные, условно бесплатные (shareware) и свободно распространяемые программы (freeware).
Дистрибутивы лицензионных программ (дискеты или диски CD-ROM, с которых производится установка программ на компьютеры) распространяются разработчиками на основании договоров с пользователями на платной основе. Довольно часто разработчики предоставляют существенные скидки при покупке лицензий на использование программ на большом количестве компьютеров или на использование их в учебных заведениях. В соответствии с лицензионным соглашением разработчики гарантируют нормальное функционирование программ в определенной операционной системе и несут за это ответственность.
Некоторые разработчики программного обеспечения предлагают пользователям условно бесплатные программы в целях их рекламы и продвижения на рынок. Пользователю предоставляется версия программы с ограниченным сроком действия (после истечения указанного срока программа перестает работать, если за нее не произведена оплата) или версия программы с ограниченными функциональными возможностями (в случае оплаты пользователю сообщается код, включающий все функции).
Многие производители программного обеспечения заинтересованы в широком бесплатном распространении своих разработок. К таким программным средствам можно отнести:
Новые недоработанные (бета) версии программных продуктов (это позволяет провести их широкое тестирование);
Программные продукты, являющиеся частью принципиально новых технологий (это позволяет завоевать рынок);
Дополнения к ранее выпущенным программам, исправляющие найденные ошибки или расширяющие их возможности;
Устаревшие версии программ;
Драйверы к новым устройствам или улучшенные драйверы к уже существующим.
4.9.2.Правовая охрана информации.
Правовая охрана программ и баз данных впервые в полном объеме введена в Российской Федерации Законом РФ «О правовой охране программ для электронных вычислительных машин и баз данных», который вступил в силу в 1992 году.
Предоставляемая настоящим законом правовая охрана распространяется на все виды программ для ЭВМ (в том числе на операционные системы и программные комплексы), которые могут быть выражены на любом языке и в любой форме, включая исходный текст на языке программирования и машинный код. Однако, правовая охрана не распространяется на идеи и принципы, лежащие в основе программ для ЭВМ, их интерфейсов и алгоритмов.
Для признания и осуществления авторского права на программы не требуется их регистрация в какой-либо организации, т.к. оно возникает автоматически при их создании. Для оповещения о своих правах разработчик программы может, начиная с первого выпуска её в свет, использовать знак охраны авторского права, состоящий из трех элементов:
Буква С в окружности или круглых скобках - ©;
Наименование (имя) правообладателя;
Год первого выпуска программы в свет.
Пример: Знак охраны авторских прав на текстовый редактор Word выглядит следующим образом: © Корпорация Microsoft, 1993-1997.
Автору программы принадлежит исключительное право осуществлять воспроизведение и распространение программы любыми способами, а также её модификацию.
Организация или пользователь, правомерно владеющий экземпляром программы (купивший лицензию на ее использование), вправе без получения дополнительного разрешения разработчика осуществлять любые действия, связанные с функционированием программы, в том числе ее запись и хранение в памяти одного или нескольких компьютеров, что должно быть предусмотрено договором с разработчиком.
Необходимо знать и выполнять существующие законы, запрещающие нелегальное копирование и использование лицензионного программного обеспечения. В отношении организаций или пользователей, которые нарушают авторские права, разработчик может потребовать возмещения причиненных убытков и выплаты компенсации в определяемой по усмотрению суда сумме от 5000-кратного до 50 000-кратного размера минимальной месячной оплаты труда.
4.9.3.Электронная подпись.
В 2002 году был принят Закон РФ «Об электронно-цифровой подписи», который стал законодательной основой электронного документооборота в России. По этому закону электронная цифровая подпись в электронном документе признается юридически равнозначной подписи в документе на бумажном носителе.
При регистрации электронно-цифровой подписи в специализированных центрах корреспондент получает два ключа: секретный и открытый. Секретный ключ хранится на дискете или смарт-карте и должен быть известен только самому корреспонденту. Открытый ключ должен быть у всех потенциальных получателей документов и обычно рассылается по электронной почте. Процесс электронного подписания документа состоит в обработке с помощью секретного ключа текста сообщения. Далее зашифрованное сообщение посылается по электронной почте абоненту. Для проверки подлинности сообщения и электронной подписи абонент использует открытый ключ.
4.9.4.Защита информации.
Защита информации в компьютерных системах в настоящее время стала одной из актуальных задач, требующих повышенного внимания со стороны как частных клиентов, так и корпоративных и государственных участников информационного взаимодействия. Здесь следует выделить следующие аспекты обеспечения информационной безопасности: Защита доступа к компьютеру, Защита программ от нелегального копирования и использования, Защита данных на диска, Защита информации в Internet. Рассмотрим эти вопросы несколько подробнее:
Защита доступа к компьютеру. Для предотвращения несанкциониро-ванного доступа к данным, хранящимся на компьютере, используются пароли. Компьютер разрешает доступ к своим ресурсам только тем пользователям, которые зарегистрированы и ввели правильный пароль. Каждому конкретному пользователю может быть разрешен доступ только к определенным информационным ресурсам. При этом может производиться регистрация всех попыток несанкционированного доступа.
Защита пользовательских настроек имеется в операционной системе Windows (при загрузке системы пользователь должен ввести свой пароль), однако такая защита легко преодолима, так как пользователь может отказаться от введения пароля. Вход по паролю может быть установлен в программе BIOS Setup. Преодолеть такую защиту уже сложнее, более того, возникнут проблемы доступа к данным, если пользователь забудет пароль.
В настоящее время для защиты от несанкционированного доступа к информации все чаще используются биометрические системы авторизации и идентификации пользователей. Используемые в этих системах характеристики являются неотъемлемыми качествами личности человека и поэтому не могут быть утеряны или подделаны. К биометрическим системам защиты информации относятся системы распознавания речи, системы идентификации по отпечаткам пальцев и по радужной оболочке глаз.
Защита программ от нелегального копирования и использования. Компьютерные пираты, нелегально тиражируя программное обеспечение, обесценивают труд программистов, делают разработку программ экономически невыгодным бизнесом. Кроме того, компьютерные пираты нередко предлагают пользователям недоработанные программы, программы с ошибками или их демоверсии.
Программное обеспечение распространяется производителями в форме дистрибутивов на CD-ROM и устанавливается (инсталлируется) на компьютере. Каждый дистрибутив имеет свой серийный номер, что препятствует его копированию или установке. На CD-ROM может находиться закодированный программный ключ, который теряется при копировании и без которого программа не может быть установлена. Защита программ может быть реализована также с помощью аппаратного ключа, который присоединяется обычно к параллельному порту компьютера.
Защита данных на дисках. Диски, папки и файлы могут быть защищены от несанкционированного доступа путём назначения им определенных прав доступа (полный, только чтение, по паролю), причем права могут быть различными для разных пользователей.
Для обеспечения большей надежности хранения данных на жестких дисках используются RAID-массивы (Redantant Arrays of Independent Disks избыточный массив независимых дисков). Несколько жестких дисков подключаются к специальному RAID-контроллеру, который рассматривает их как единый логический носитель информации. При записи информации она дублируется и сохраняется на нескольких дисках одновременно, поэтому при выходе из строя одного из дисков данные не теряются.
Защита информации в Internet. Если сервер имеет соединение с Internet и одновременно служит сервером локальной сети (Intranet-server), то возможно несанкционированное проникновение из Internet в эту локальную сеть. Механизмы такого проникновения сеть могут быть различными. Для того чтобы этого не происходило, устанавливается программный или аппаратный барьер между Internet и Intranet с помощью брандмауэра (или firewall межсетевой экран), который отслеживает передачу данных между сетями, осуществляет контроль текущих соединений, выявляет подозрительные действия и тем самым предотвращает несанкционированный доступ в локальную вычислительную сеть.
4.10.Тренировочные тестовые задания по разделу 4.
(правильные ответы см. в конце пособия).
Компьютер это (наиболее полное определение):
Устройство для работы с текстами;
Электронное вычислительное устройство для обработки чисел;
Устройство для хранения информации любого вида;
Программируемое электронное устройство для работы с данными;
Устройство для обработки аналоговых сигналов.

Скорость работы процессора зависит от:
Тактовой частоты;
Объёма оперативной памяти;
Организации интерфейса операционной системы;
Объема внешнего запоминающего устройства;
Объема обрабатываемой информации.

Укажите наиболее полный перечень основных устройств персонального компьютера:
Микропроцессор, сопроцессор, монитор;
Центральный процессор, оперативная память, устройства ввода/вывода;
Монитор, винчестер, принтер;
АЛУ, УУ, сопроцессор;
Сканер, мышь, монитор, принтер.

Магистрально-модульный принцип архитектуры ПК подразумевает организацию аппаратных средств, при которой:
Каждое устройство связывается с другими напрямую;
Все устройства связаны напрямую, а также через общую системную магистраль;
Все устройства связываются друг с другом через системную магистраль;
Устройства связываются друг с другом в строго фиксированной последовательности;
Связь устройств осуществляется через центральный процессор.

В состав процессора входят устройства:
Оперативное запоминающее устройство, регистры;
Арифметико-логическое устройство, устройство управления;
Кэш-память, видеопамять;
BIOS, генератор тактовой частоты;
Сопроцессор, видеоадаптер.

Постоянное запоминающее устройство служит для хранения:
Программ тестирования и диагностики узлов ПК;
Прикладных программ;
Системных программ;
Постоянно используемых программ пользователя;
Драйверов и утилит.

Во время выполнения прикладная программа находится:
В видеопамяти;
В процессоре;
В оперативной памяти;
На жестком диске;
В ПЗУ.

Персональный компьютер не будет функционировать, если отключить:
Дисковод гибких дисков;
Оперативную память;
Мышь;
Принтер;
CD ROM.

Для долговременного хранения информации служит:
Оперативная память;
Процессор;
Винчестер;
Дисковод гибких дисков;
Блок питания.

Файловая система, используемая в современных ПК, имеет название:
NTFS;
MIPS;
CMOS;
BIOS;
MFLOPS.

При отключении компьютера информация:
Исчезает из оперативной памяти;
Исчезает из постоянного запоминающего устройства;
Стирается на жестком диске;
Стирается на гибком диске;
Стирается на компакт-диске.

Дисковод это устройство для:
Обработки команд исполняемой программы;
Чтения данных с внешнего носителя;
Хранения команд исполняемой программы;
Долговременного хранения информации;
Вывода информации на экран монитора.

Устройство предназначено для ввода информации:
Процессор;
Принтер;
ПЗУ;
Клавиатура;
Монитор.

Манипулятор это устройство:
Модуляции и демодуляции;
Считывания информации;
Хранения информации;
Ввода информации;
Для подключения принтера.

Для подключения компьютера к телефонной линии используется:
Модем;
Факс;
Сканер;
Принтер;
Монитор.

Принцип программного управления работой компьютера предполагает:
Двоичное кодирование данных;
Моделирование информационных процессов при управлении компьютером;
Необходимость использования операционной системы для синхронной работы аппаратных средств;
Возможность выполнения без внешнего вмешательства серии команд;
Использование формул для реализации команд программы.

Файл это:
Именованный блок данных, хранящийся во внешней памяти;
Объект, характеризующийся типом и размером;
Совокупность индексированных переменных;
Совокупность фактов и правил;
Закодированная информация.

Расширение имени файла, как правило, характеризует:
Время создания файла;
Объем файла;
Место файла на диске;
Тип содержащейся в нём информации;
Скорость его записи на диск.

Текстовый редактор – это программный продукт, входящий в состав:
Системного программного обеспечения;
Системы программирования;
Прикладного программного обеспечения;
Сервисного программного обеспечения;
Операционной системы.

Система управления базами данных представляет собой программный продукт, входящий в состав:
Операционной системы;
Системного программного обеспечения;
Системы программирования;
Программ технического обслуживания;
Прикладного программного обеспечения.


Операционная система представляет собой программный продукт, входящий в состав:
Прикладного программного обеспечения;
Системного программного обеспечения;
Программ обслуживания магнитных дисков;
Системы программирования;
Сервисного программного обеспечения.

Операционная система это:
Совокупность основных устройств компьютера;
Система программирования на языке низкого уровня;
Набор программ, обеспечивающий совместную работу всех устройств компьютера и доступ пользователя к ним;
Совокупность программ, используемых для обработки данных;
Программа технического обслуживания.

В файле command.com находятся:
Внутренние команды MS DOS;
Команды загрузки MS DOS;
Внешние команды MS DOS;
Драйверы;
Трансляторы.

Программы обслуживания устройств компьютера называются:
Загрузчиками;
Драйверами;
Трансляторами;
Интерпретаторами;
Компиляторами.

Программы, записанные в ПЗУ, входят в состав:
Загрузчика ОС;
Файла IO.SYS;
Файла MSDOS.SYS;
BIOS;
Файла COMMAND.COM.

Внешние команды MS DOS находятся:
В файле COMMAND.COM;
В файле IO.SYS;
В файле MSDOS.SYS;
В ПЗУ;
В виде отдельных файлов на диске.

В записи C:\DOC\SYS указан путь к:
Подкаталогу SYS корневого каталога;
Файлам с расширениями SYS каталога DOC;
Подкаталогу SYS каталога DOC;
Подкаталогу DOC корневого каталога;
Файлу SYS подкаталога DOC корневого каталога.
Файл командного процессора MS DOS имеет тип (расширение):
doc;
com;
sys;
ехе;
bat.

Какой из файлов загружается раньше всех при загрузке MS DOS?
CONFIG.SYS;
AUTOEXEC.BAT;
COMMAND.COM;
IO.SYS;
MSDOS.SYS.

Norton Commander представляет собой:
Операционную систему;
Программную оболочку MS DOS;
Программную оболочку Windows;
Редактор;
Транслятор языка программирования.

Программой-архиватором называют:
Программу для сжатия файлов;
Программу резервного копирования файлов;
Интерпретатор;
Транслятор;
Систему управления базами данных.

Архивированный файл представляет собой файл:
Которым долго не пользовались;
Защищенный от копирования;
Сжатый с помощью архиватора;
Защищенный от несанкционированного доступа;
Зараженный компьютерным вирусом.


Степень сжатия файла зависит:
Только от типа файла;
Только от программы-архиватора;
От типа файла и программы-архиватора;
От производительности компьютера;
От объема оперативной памяти.

Архивированный файл отличается от исходного тем, что:
Доступ к нему занимает меньше времени;
Он более удобен для редактирования;
Он менее защищён от вирусов;
Он более защищен от несанкционированного доступа;
Он занимает меньше места на диске.

С использованием архиватора RAR лучше всего сжимаются:
Тексты;
Рисунки;
Фотографии;
Видеофильмы;
Программы.

Компьютерные вирусы:
Возникают из-за сбоев в аппаратных средствах компьютера;
Создаются программистами;
Появляются при работе некорректно написанных программ;
Являются следствием ошибок в операционной системе;
Имеют биологическое происхождение.

Отличительной особенностью компьютерного вируса является:
Большой объем программного кода;
Необходимость его запуска пользователем ПК;
Способность повысить помехоустойчивость операционной системы;
Способность к самостоятельному запуску;
Легкость распознавания.

Загрузочные вирусы характеризуются тем, что:
Поражают загрузочные секторы дисков;
Поражают программы в начале их работы;
Запускаются при загрузке компьютера;
Изменяют код заражаемого файла;
Изменяют размер файла.

Назначение антивирусных программ-детекторов:
Обнаружение и уничтожение вирусов;
Контроль возможных путей распространения вирусов;
Обнаружение вирусов;
Лечение зараженных файлов;
Уничтожение зараженных файлов.

К антивирусным программам не относятся:
Сторожа;
Фаги;
Ревизоры;
Интерпретаторы;
Вакцины.

В состав системного программного обеспечения ПК входят:
Программы пользователей и обучающие программы;
Редакторы и системы обработки числовой информации;
Операционные системы, операционные оболочки, драйверы и утилиты;
Системы искусственного интеллекта;
Экспертные системы.

Объем адресного пространства ПК при 24-разрядной шине адреса равен:
16 Мбайт;
4 Гбайта;
64 Кбайта;
1 Мбайт;
64 Гбайта.

Корпус стационарного ПК с горизонтальной компоновкой называется:
Notebook;
Tower;
Palmtop;
Desktop;
Laptop.

Шина AGP служит для подключения к ПК:
Сканера;
Аудиоадаптера;
Модема;
Графического адаптера;
Клавиатуры.

Через порт LPT к ПК подключаются:
Монитор;
Принтер;
Клавиатура;
Мышь;
Сканер.

Программа BIOS Setup позволяет менять содержимое:
Video RAM;
Оперативной памяти;
Flash Memory;
Постоянной памяти;
CMOS RAM.

Устройством внешней памяти с прямым доступом к данным не является:
FDD;
CD ROM;
Стример;
DVD ROM;
HDD.

Минимальным адресуемым элементом жесткого магнитного диска является:
Трек;
Файл;
Кластер;
Байт;
Сектор.
Моделирование и формализация
Моделирование как метод познания.
Виды моделей. Классификация моделей.
Понятие о технологии информационного моделирования.
Исследование информационных моделей предметных областей.

5.1.Моделирование как метод познания.
В своей деятельности, художественной, научной, практической человек часто создает некий заменитель той системы, процесса или явления, с которым ему приходиться иметь дело. Целью подобной замены является изучение поведения некоторого объекта (от лат. objection предмет), интересующего человека, в условиях более доступных (в познавательном плане) для организации и проведения подобных исследований, чем изучение оригинала в реальных условиях его эксплуатации. Это позволяет сформировать следующее утверждение:
Определение. объектом исследования может быть все то, на что направлена человеческая деятельность, т.е. любое событие, явление, субъект, предмет, система, связи, информация и т.д., иными словами любые материальные и нематериальные образования, которое в том или ином аспекте интересуют человека в процессе выполнения им своей деятельности.
Пример:
объект Земля, и её заменитель глобус;
объект уголок природы, и его заменитель картина или описание данного уголка природы;
объект самолет, и его заменитель модель самолета;
объект железнодорожный вокзал, и его заменитель расписание поездов;
объект химический процесс, и его заменитель формула химической реакции;
объект токарный станок, и его заменитель функциональная схема токарного станка и т.д.
Любой объект имеет большое количество различных свойств и характеристик, которые могут заинтересовать человека. Именно для выявления этих свойств и производится замена объекта-оригинала другим объектом, причем каждый раз подобная замена осуществляется с той или иной целью для упрощения представления об оригинале; для изучения процессов, происходящих в нем и, в зависимости от этих целей, в заменителе отражаются те или иные свойства объекта-оригинала в рамках поставленной задачи его исследований.
Определение. Моделью исходного объекта, процесса или явления называется некий новый объект, который отражает все существенные свойства исходного объекта, процесса или явления.

Примечание.
Один и тот же объект-оригинал может иметь множество моделей, а разные объекты-оригиналы могут описываться одной и той же моделью.
Определение. Метод опосредованного познания, при котором изучаемый объект-оригинал находится в некотором соответствии с другим объектом-моделью, при этом модель способна в том или ином отношении замещать оригинал на некоторых стадиях познавательного процесса, называется методом моделирования или просто моделированием.
Стадии познания, на которых происходит такая замена, а также формы соответствия модели и оригинала могут быть различными:
Моделирование как познавательный процесс, содержащий переработку информации, поступающей из внешней среды, о происходящих в ней явлениях, в результате чего в сознании появляются новые образы, новые знания, соответствующие изучаемым объектам, которые в данном случае представляют собой внешнюю среду с любые объекты в ней находящиеся;
Моделирование, заключающееся в построении некоторой системы-модели (вторичной системы), связанной определенными соотношениями подобия с системой-оригиналом (исходной исследуемой системой), причем в этом случае отображение одной системы в другую является средством выявления зависимостей между двумя системами, отраженными в соотношениях подобия, а не результатом непосредственного изучения поступающей информации.
Любой объект может рассматриваться как целостная система, и любая система, являющаяся совокупностью взаимосвязанных элементов, может быть рассмотрена как отдельный объект.
Пример: модель молекулы вещества при изучении свойств самого вещества это объект, но если модель построена для изучения свойств взаимодействия и строения атомов, ядра этой молекулы то в этом аспекте подобная модель должна рассматриваться как система.
Определение. Система это:
Внутренне организованная целостность, элементы которой взаимосвязаны так, что возникает, как минимум, одно новое качество, не свойственное ни одному из элементов этой целостности;
Организованное множество структурных элементов, взаимосвязанных и выполняющих определенные функции;
Любой объект, который одновременно рассматривается и как единое целое, и как совокупность разнородных элементов (объектов), объединенных для достижения определенного результата.

Определение. Элемент системы составная часть системы, объект, выполняющий определенные функции в системе и в рамках данной задачи не подлежащий дальнейшему делению на части. В зависимости от вида системы элементами могут быть предметы, свойства, состояния, связи, отношения, этапы, циклы, уровни функционирования и развития.

Определение. Структура системы выделение в системе элементов и связей между элементами, то есть определение того, как элементы соотносятся друг с другом.

Определение. Подсистема совокупность элементов системы с их взаимосвязями. Это самостоятельная часть системы, цель которой подчинена цели функционирования системы в целом. Процесс расчленения системы на подсистемы называется декомпозиция системы.
Любая система обладает рядом основополагающих свойств:
целостность и делимость. С одной стороны, система – это совокупность объектов, которые могут быть рассмотрены как единое целое, мысленно ограниченное в пространстве или времени. С другой стороны, в системе могут быть выделены составляющие ее элементы. Удаление из системы элемента изменяет ее свойства.
структурность (взаимосвязность элементов). Характеристики системы, ее поведение зависят не только от свойств составляющих ее элементов, но и от способа их взаимосвязи, то есть от структуры системы.
неоднозначность соответствия «система – структура системы». Поскольку структура – это только некоторая характеристика системы, то и в зависимости от целей системы, можно выделить разные связи, признаки и свойства системы в качестве структурных. То есть в общем случае однозначного соответствия между системой и ее структурой нет.
интегративность. Системе присущи интегративные (системные) свойства, которые не свойственны ни одному из ее элементов в отдельности, но зависят от их свойств.
иерархичность. При изменении цели (задач) исследования каждый элемент или совокупность нескольких элементов системы могут рассматриваться как новые системы (подсистемы), а исследуемая система – как элемент более широкой системы (надсистемы).
взаимодействие со средой. Система проявляет свои свойства в процессе взаимодействия со средой.
Итак, признаком системы является ее целостное функционирование. Система является не набором отдельных элементов, а совокупностью взаимосвязанных элементов. Состояние системы характеризуется ее структурой, то есть составом и свойствами элементов, их отношениями и связями между собой. Если структура системы меняется, то система может перестать функционировать как целое.
5.2.Виды моделей. Классификация моделей.
Модели делятся на две большие группы: материальные и информационные.
Материальные модели иначе можно назвать предметными, физическими. Они воспроизводят геометрические и физические свойства объекта-оригинала и всегда имеют реальное воплощение.
Пример: Геометрические модели – это макеты зданий и сооружений, скульптуры, муляжи и др.; а Физические аэродинамическая труба как модель воздушного пространства для исследования аэродинамических свойств крыла самолета; другой пример ускоритель электронных частиц как модель для изучения свойств частиц веществ.
В основе информационного метода моделирования лежит информационный подход к изучению окружающей действительности, при этом информационная модель есть не что иное, как совокупность информации, характеризующая свойства и состояние объекта, процесса, явления, а также взаимосвязь с внешним миром. Информационные модели представляют объекты и процессы в образной или знаковой форме.
Образные информационные модели (картины, рисунки, фотографии, фильмы и др.) представляют собой зрительные образы объектов, зафиксированные на каком-либо носителе информации (бумаге, фото- и кинопленке и др.). Образные модели широко используются в образовании и науке, где требуется их классификация по внешним признакам (ботаника, зоология и др.).
Знаковые (формальные) информационные модели строятся с использованием различных языков (знаковых систем). Знаковая информационная модель может быть представлена формулы, таблицы, иерархии (генеалогическое дерево), структуры (граф), сети (сеть Интернет) и т.д.
Определение. Процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков называется формализацией.
Примечание.
Одним из наиболее широко используемых языков формализации является математика. Язык математики и, в частности одного из ее разделов, алгебры, позволяет формализовать функциональные зависимости между величинами, которые представляют собой математические модели изучаемых объектов, явлений и процессов.
В зависимости от представления знаковые информационные модели подразделяются на:
описательные (Вербальные) модели, для описания которых используются естественные языки;
содержательные или смысловые в виде текста, например, программы на языке программирования, на языке географических элементов и т.п.;
математические модели, построенные на основе математических понятий, формул алгебры, физики, геометрии, химии и т.п.;
логические модели, построенные на основе логических операций;
структурные табличные модели; иерархические модели, например, генеалогическое дерево; сетевые модели, например, модель сети Интернет.
В зависимости от поставленной задачи, способа создания модели и предметной области, модели классифицируют:
По способу учета фактора времени.
статические модели, не учитывающие фактора времени, то есть модели, описывающие состояние системы в определенный момент времени (строение молекул, животных и т.п.);
Динамические модели, учитывающие фактор времени, то есть модели, описывающие процессы изменения и развития систем (движение тел, развитие организмов и т.п.).
По области применения:
Научно-производственные для исследования явлений и процессов;
игровые для моделирования поведения объектов (в том числе людей) в различных близких к жизненным ситуациях;
имитационные для имитации основных свойств объекта-оригинала или реальности, а не просто их отражения;
учебные это всевозможные наглядные пособия и тренажеры для обучения;
экспериментальные подобные мотели разрабатываются с целью прогнозирования поведения объекта в реальных условиях.
5.3.Понятие о технологии информационного моделирования.
Бурное развитие компьютерных технологий, расширение возможностей средств вычислительной техники, появление быстродействующих вычислительных систем, новых языков программирования с расширенными вычислительными возможностями существенно расширили возможности информационного моделирования объектов, процессов, явлений. Компьютерные технологии позволили при этом не только автоматизировать и ускорить обработку результатов научных экспериментов, но также автоматизировать и процессы проведения научных исследований. А поскольку многие исследуемые процессы настолько сложны, что ручная обработка данных и необходимые вычисления занимают очень много времени, то компьютерные методы здесь стали незаменимыми. Это и обусловило особое положение в современных условиях метода компьютерного моделирования.
Основной технологической схемой решения любой задачи моделирования с использованием компьютерных технологий является:
Постановка задачи моделирования;
Построение модели;
Разработка моделирующего алгоритма и программы;
Отладка и исполнение моделирующей программы;
Компьютерный эксперимент;
Анализ результатов компьютерного эксперимента.
Дадим пояснения каждому из упомянутых этапов.
Постановка задачи. При изучении нового объекта обычно строится его описательная информационная модель на естественном языке, т.е. составляется описательная информационная модель исследуемого объекта. Определяются цели и задачи моделирования, проводится детальный анализ объекта моделирования, его основных свойств и характеристик.
Построение модели. На этом этапе сначала выясняются свойства, состояния, действия и другие характеристики элементарных объектов, из которых состоит оригинал, формируется представление об элементарных объектах, производится их формализация. Иными словами создается формализованная модель объекта исследования с использованием формальных языков, при этом выбор наиболее существенной информации при создании информационной модели и её сложность обусловлены целью моделирования.
Разработка алгоритма и программы. На основании данных второго этапа строится моделирующий алгоритм, алгоритмы моделирования элементарных объектов оригинала, алгоритмы схем сопряжения этих объектов. Далее, с учетом целей и задач моделирования, выбирается язык программирования, с помощью которого разработанные модельные алгоритмы воплощаются в конкретные моделирующие программные модули, образующие в совокупности программную модель объекта-оригинала. Таким образом на третьем этапе формализованная информационная модель преобразуется в компьютерную модель, то есть она выражается на понятном для компьютера языке.
Отладка и исполнение моделирующей программы. На этом этапе модельные программные модули объединяются в моделирующую программную систему, производится тестирование и отладка созданного программного комплекса с учетом данных второго и третьего этапов. При необходимости уточняются и модифицируются отдельные моделирующие алгоритмы и программные модули, их реализующие.
Компьютерный эксперимент. Состоит в проведении исследований на компьютерной модели, иными словами в проведении Вычислительного эксперимента Исследователь задает различные начальные условия (начальные значения определенных характеристик и параметров элементарных объектов-моделей, условия взаимодействия этих элементарных моделей друг с другом), устанавливает режимы работы модельной программной системы, правила вывода результатов исследований на регистрирующие устройства и т.д. и запускает процессы воспроизведения моделирующих программ на компьютере. По завершении работы программы исследователь получает определенные результаты.
Анализ результатов эксперимента. По данным пятого этапа проводится изучение процессов, протекающих в модели, исследуются функциональные зависимости между параметрами и характеристиками модели, производятся (по возможности) перенос результатов моделирования на объект-оригинал. Если результаты компьютерного эксперимента вступают в явное противоречие с заранее известными некоторыми сведениями об объекте-оригинале, полученными теоретическим или экспериментальным путем, то производится коррекция модели на этапах формализации и построения моделирующих алгоритмов и программ. После того, как измененные моделирующие модули будут протестированы и внедрены в моделирующий программный комплекс, процесс компьютерных исследований на компьютерной модели повторяется, и так до тех пор, прока поведение модели не станет достаточно адекватно отражать поведение объекта-оригинала. С этого момента исследователь может производить полномасштабные компьютерные эксперименты с компьютерной моделью с целью получения интересующих его данных и сведений об исследуемом объекте-оригинале.
5.4.Исследование информационных моделей конкретных предметных областей.
Рассмотрим несколько примеров построения информационных моделей и их применения в исследовательских задачах.
Пример 1: Образная информационная модель.
1. Постановка задачи.
Найти оптимальную расстановку мебели (шкаф для одежды, стол компьютерный, стол письменный, стеллаж для книг, стеллаж для бумаг), которая не загораживала бы окна, была бы эргономична и стильная. Условие расстановки – удобство. Если останется место, то можно в комнату добавить еще стол для заседаний. Сделать эскиз объемного вида со стороны двери.
Построение модели и формализация.
Подготовить чертежи комнаты и отдельно каждого элемента мебели в приемлемом масштабе с обозначением размеров. Можно сделать фотоснимки, записать словесные требования к расстановке.
Этап формализации заключается в переносе чертежей и фотоснимков в компьютер для чего необходимо использовать одну из приемлемых прикладных программ: графический редактор (например, Paint, Visio), систему проектирования (например, AutoCAD), графический процессор (например, Photoshop).
3. Разработка алгоритма и программы.
Один из алгоритмов (последовательность шагов) для решения данной задачи может быть следующий:
Расположить шкаф для одежды у входа в комнату;
Компьютерный стол под окном, но не напротив другого окна;
Письменный стол под другим окном;
Возле письменного стола стеллаж для книг;
Возле компьютерного стола стеллаж для бумаг;
Просчитать количество необходимых рабочих мест;
Выделить под рабочие места оговоренное количество пространства комнаты;
Разместить стол для заседаний посередине комнаты;
Выделить под рабочие места оговоренное количество пространства комнаты;
Определить достаточно ли рабочего пространства;
Повторить пункты 1) 7) при другой расстановки;
Повторить пункты 8) 10).
4. Компьютерный эксперимент.
На полученных в среде одной из программ чертежах комнаты провести «перестановку» блоков – мебели, до того момента когда будут выполнены основные требования (пункт 1) 7) алгоритма), и по возможности выполнить пункты 8) 9) алгоритма.
5. Анализ результатов.
Анализ результатов заключается в ответе на вопросы: вся ли основная мебель расставлена, не закрыты ли проемы двери и окон, помещен ли стол заседаний, достаточно ли места для работы.
Пример 2: Математическая модель.
Постановка задачи.
В процессе тренировок теннисистов используются автоматы по бросанию мячика в определенное место площадки. Необходимо задать автомату необходимую скорость и угол бросания мячика для попадания в мишень определенного размера, находящуюся на известном расстоянии.
2. Построение модели и формализация.
Сначала рассмотрим модель процесса движения тела с использованием физических понятий и законов. Из условия задачи можно сформулировать следующие предположения:
Мячик мал по сравнению с Землей, поэтому его можно считать материальной точкой;
Изменение высоты мячика мало, поэтому ускорение свободного падения можно считать постоянной величиной и движение по оси ОУ можно считать равноускоренным;
Скорость бросания тела мала, поэтому сопротивлением воздуха можно пренебречь и движение по оси ОХ можно считать равномерным.
Для формализации модели используем известные из курса физики формулы равномерного и равноускоренного движения. При заданных начальной скорости 13 EMBED Equation.3 1415 и угле бросания ( значения координат дальности полета x и высоты у от времени можно описать следующими формулами:
13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415.
Пусть мишень высотой h будет размещаться на расстоянии s от автомата. Из первой формулы выражаем время, которое понадобиться мячику, чтобы преодолеть расстояние s:
13 EMBED Equation.3 1415
Подставим это значение t в формулу y. Получаем l – высоту мячика над землей на расстоянии s:
13 EMBED Equation.3 1415.
Формализуем условие попадания мячика в мишень. Попадание произойдет, если значение высоты l мячика будет удовлетворять условию в форме неравенства:
13 EMBED Equation.3 1415.
Если l<0, то это означает «недолет», а если l>h, то это означает «перелет».
3. Разработка алгоритма и программы.
В разделе 6 будут рассмотрены некоторые примеры построения алгоритмов, а на данном этапе опишем последовательность действий для решения данной задачи:
Шаг.1. Введем значения начальной скорости, угла бросания мячика, расстояния до мишени и ее высоты;
Шаг 2. Проведем все вышеперечисленные расчеты, для визуализации построим траекторию движения мячика;
Шаг 3. Выведем полученный результат;
Шаг 4. Повторим Шаги 13 для других начальных значений до попадания мячика в мишень и зафиксируем эти значения.
Данный алгоритм может быть реализован на любом языке программирования.
4. Компьютерный эксперимент.
Итогом компьютерного эксперимента является построение графиков.
5. Анализ результатов.
По полученным результатам определили диапазон величин углов, которые обеспечивают попадание мячика в мишень.
Отметим, что в зависимости от постановки задачи и используемого математического аппарата может быть исследована любая математическая модель.
Пример 3: Биологическая модель.
1. Постановка задачи.
Каким образом изменяется количество хищников и их добычи, когда между особями одного вида нет соперничества.
2. Построение модели и формализация.
Одним из самых известных примеров описания динамики взаимодействующих популяций являются уравнения Вольтерра – Лотка).
Пусть 13EMBED Equation.31415и 13EMBED Equation.31415 – число жертв и хищников соответственно. Предположим, что относительный прирост жертв 13EMBED Equation.31415 равен 13EMBED Equation.31415, где 13EMBED Equation.31415– скорость размножения жертв в отсутствие хищников, 13EMBED Equation.31415 – потери от хищников. Развитие популяции хищников зависит от количества пищи (жертв), при отсутствии пищи 13EMBED Equation.31415 относительная скорость изменения популяции хищников равна 13EMBED Equation.31415, наличие пищи компенсирует убывание, и при 13EMBED Equation.31415 имеем 13EMBED Equation.31415.
Таким образом, система Вольтерра – Лотка имеет вид:
13EMBED Equation.31415 где 13EMBED Equation.31415.
3. Разработка алгоритма и программы.
В принципе данный шаг решения задачи сводится к описанию последовательности решения системы уравнения Вольтерра – Лотка и применению любого математического пакета программ (например, MathCAD, MatLab) или офисного приложения (например, Excel), имеющего средства для решения поставленной задачи либо выбранного языка программирования для написания программы.
4. Компьютерный эксперимент.
Итогом компьютерного эксперимента являются построение графиков (рис.5.1, рис.5.2).
13 EMBED Visio.Drawing.4 141513EMBED Visio.Drawing.51415
Рис.5.1.График развития популяции. Рис.5.2.Фазовая кривая числен- ности хищников и жертв.
5. Анализ результатов.
Видно, что процесс имеет колебательный характер (рис.5.1). При заданном начальном соотношении числа особей обоих видов 3:1 обе популяции сначала растут. Когда число хищников достигает величины 13EMBED Equation.31415, популяция жертв не успевает восстанавливаться и число жертв начинает убывать. Уменьшение количества пищи через некоторое время начинает сказываться на популяции хищников, и, когда число жертв достигает величины (в этой точке 13EMBED Equation.31415) , число хищников тоже начинает сокращаться вместе с сокращением числа жертв. Сокращение популяции происходит до тех пор, пока число хищников не достигнет величины (в этой точке 13EMBED Equation.31415) 13EMBED Equation.31415. С этого момента начинает расти популяция жертв; через некоторое время пищи становится достаточно, чтобы обеспечить прирост хищников, обе популяции растут, и процесс повторяется снова и снова. На графике четко виден периодический характер процесса. Количество жертв и хищников колеблется возле величин 13EMBED Equation.31415соответственно (дробные числа здесь не означают «половину волка» : величины могут измеряться в сотнях, тысячах и т.п.). Периодичность процесса явственно видна на фазовой плоскости: фазовая кривая 13EMBED Equation.31415 – замкнутая линия (рис.5.2). Самая левая точка этой кривой, 13EMBED Equation.31415, – это точка, в которой число жертв достигает наименьшего значения. Самая правая точка, 13EMBED Equation.31415, – точка пика популяции жертв. Между этими точками количество хищников сначала убывает до нижней точки фазовой кривой 13EMBED Equation.31415. Фазовая кривая охватывает точку 13EMBED Equation.31415.Это означает, что система имеет стационарное состояние 13EMBED Equation.31415, которое достигается в точке 13EMBED Equation.31415. Если в начальный момент система находилась в стационарной точке, то решение 13EMBED Equation.31415не будут изменяться во времени, останутся постоянными. Всякое же другое начальное состояние приводит к периодическому колебанию решений. Неэллиптичность формы траектории, охватывающей центр, отражает негармонический характер колебаний.
Отметим, что рассмотренная модель может описывать поведение конкурирующих фирм, рост народонаселения, численность воюющих армий, изменение экологической обстановки, развитие науки и др.

5.5.Тренировочные тестовые задания по разделу 5.
(правильные ответы см. в конце пособия).
Модель это:
Процесс замены реального объекта, процесса или явления новым объектом
Объект, который отражает все существенные свойства исходного объекта, процесса или явления
Объект, который отражает все свойства исходного объекта, процесса или явления
Объект, процесс или явление, который отражает все существенные свойства исходного объекта, процесса или явления
Описание объекта на формальном языке

Моделирование - это:
Процесс поиска нового, неформального решения задачи
Процесс замены реального объекта другим материальным объектом, похожим на него внешне
Процесс замены реального объекта другим идеальным объектом, похожим на него внешне
Процесс замены реального объекта моделью, которая отражает его существенные признаки
Процесс оценивания поведения объекта в реальном мире

Сколько моделей одного объекта можно создать:
Одна модель
Несколько, в зависимости от цели поставленной задачи
Две модели
Несколько, в зависимости от количества признаков
Несколько, в зависимости от признаков
Формализация – это:
Процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков
Процесс построения только математических моделей с помощью формальных языков
Процесс построения материальных моделей с помощью формальных языков
Процесс построения образных моделей с помощью формальных языков
Процесс построения системных моделей с помощью формальных языков

Из перечисленных моделей укажите физическую:
Компьютерная модель сооружения
Формула определения давления в жидкостях
Формула нахождения периметра прямоугольника
Модель железнодорожного вагона
Химическая формула

Выделите правильную последовательность этапов решения задач моделирования на компьютере:
Построение модели; постановка задачи; разработка алгоритма и программы; отладка и исполнение программы; компьютерный эксперимент; анализ результатов
Постановка задачи; построение модели; разработка алгоритма и программы; компьютерный эксперимент; отладка и исполнение программы; анализ результатов
Постановка задачи; построение модели; разработка алгоритма и программы; компьютерный эксперимент; анализ результатов
Постановка задачи; построение модели; отладка и исполнение программы; разработка алгоритма и программы; компьютерный эксперимент; анализ результатов
Постановка задачи; построение модели; разработка алгоритма и программы; отладка и исполнение программы; компьютерный эксперимент; анализ результатов

Признаком системы является:
Набор отдельных элементов
Объекты, имеющие различные свойства
Целостное функционирование
Разбиение на объекты
Ее структура

Динамической моделью является модель:
Не учитывающая фактор времени
Учитывающая фактор статики
Учитывающая свойства объекта
Учитывающая фактор времени
Не учитывающая свойства объекта
Статической моделью является модель:
Не учитывающая фактора времени
Учитывающая фактор статики
Учитывающая свойства объекта
Учитывающая фактор времени
Не учитывающая свойства объекта

Расписание движения поездов является:
Железнодорожным вокзалом - объектом
Математической моделью железнодорожного вокзала
Материальной моделью железнодорожного вокзала
Системной моделью железнодорожного вокзала
Информационной моделью железнодорожного вокзала
Алгоритмизация и программирование
Алгоритм. Формальное исполнение алгоритмов.
Свойства алгоритмов.
Способы записи алгоритма.
Основные алгоритмические конструкции. Детализация алгоритмов.
Методы разработки алгоритмов.
Понятие о языках программирования.
Классификация языков программирования.
Средства создания программ.
Базовые элементы алгоритмических языков программирования.
Основные типы данных.
Операторы языка программирования.
Подпрограммы.
Технологии программирования.

6.1.Алгоритм. Формальное исполнение алгоритмов.
Любая задача характеризуется известными величинами (исходными данными) и отношениями между ними, и величинами или отношениями, значения которых неизвестны и должны быть определены в результате решения задачи.
Решение задачи предполагает выполнение определенной последовательности действий над объектами (элементами).
Определение. Действие есть процесс построения на основе конечной системы объектов (исходных величин, данных), заданной в начальный момент времени, конечной системы объектов (результирующих величин, данных) в следующий момент времени. Действие характеризуется: наличием исполнителя (субъекта, устройства и т.д.), определенных объектов, инициирующих его выполнение, и конечным временем выполнения действия.
Требуемый результат (решение задачи) может достигаться путем выполнения различных последовательностей действий. Поэтому каждая последовательность действий может характеризоваться определенными затратами (время, ресурсы, количество исполнителей и т.д.). Для решения любой задачи или для выполнения любой работы необходимо иметь последовательный план, инструкцию или набор правил, как эту задачу или работу можно выполнить. Описание по определенным правилам любой последовательности действий, которую следует выполнить для решения заданной задачи, называется алгоритмом.
При создании алгоритма требуется обязательно учитывать, кто будет выполнять предусмотренные алгоритмом действия, то есть алгоритм должен быть ориентирован на конкретного исполнителя. Каждый исполнитель способен выполнять конкретный набор действий (набор команд), то есть для каждого конкретного исполнителя будет свой набор команд.
Пример: Подъемный кран поднимает грузы. Для него можно составить алгоритм поднятия в определенном порядке грузов и укладке их в нужные места, но задачу по решению квадратного уравнения крану задавать бесполезно.
При решении уравнения исполнителем может быть человек или ЭВМ. Это означает, что в качестве исполнителей алгоритма могут выступать человек и различные устройства: механические, электрические, электронно-вычисли-тельные машины (ЭВМ) и т.д. Следовательно:
Определение. Алгоритм это формальное предписание, однозначно определяющее содержание и последовательность операций, переводящих совокупность исходных данных в искомый результат решение задачи. Иначе говоря, алгоритм это набор понятных исполнителю инструкций (команд), точное выполнение которых приводит к достижению требуемого результата.
При решении задач с помощью ЭВМ в состав алгоритма могут входить только те команды, которые компьютер может выполнить. ЭВМ может выполнять простые (машинные) команды, представленные в виде машинных кодов. Для удобства написания программ человеком для ЭВМ созданы различные языки программирования, в каждом из которых предусмотрен определенный набор команд (операторов). Для преобразования таких команд в машинные коды существуют специальные программы трансляторы, которые выполняет сам компьютер. Некоторые действия, такие как ввод, вывод, следование, ветвление, повтор, являются универсальными и представлены во всех языках программирования.
Примечание.
В настоящее время в мире есть сотни алгоритмических языков программирования.
Алгоритм позволяет формализовать выполнение информационного процесса. Если исполнителем является человек, то он может выполнять алгоритм формально, не вникая в содержание поставленной задачи, а только строго выполняя последовательность действий, предусмотренную алгоритмом.
Компьютер автоматический исполнитель алгоритмов. Представление информационного процесса в форме алгоритма позволяет поручить его автоматическое исполнение различным техническим устройствам, среди которых особое место занимает компьютер. При этом говорят, что компьютер исполняет программу (последовательность команд), реализующую алгоритм.
6.2.Свойства алгоритмов.
Все алгоритмы обладают рядом свойств. Приведем основные свойства алгоритмов ):
Массовость алгоритма определяет возможность использования любых исходных данных из некоторого определенного множества для однотипных задач. Так, правило умножения столбиком является алгоритмом, т.к. оно используется для любых чисел (и целых и вещественных или дробных), но таблица умножения не алгоритм.
Детерминированность или определенность алгоритма предполагает такое его составление, которое не допускает различных толкований или искажения результата.
Направленность означает наличие способа однозначного перехода от одного действия к другому.
Результативность алгоритма – свойство так определять процесс преобразования исходных данных, чтобы он через конечное число шагов для любых допустимых исходных данных приводил к искомому результату.
Дискретность – свойство, означающее, что алгоритм разбивается на последовательные команды, возможность выполнения которых человеком или машиной не вызывает сомнений.
Понятность означает, что все команды алгоритма должны быть понятны для конкретных исполнителей.
6.3.Способы записи алгоритма.
Существуют три основных способа записи или представления алгоритма: Словесное описание, Описание на алгоритмическом языке, Структурная схема (графическая схема) ) .
Словесное описание алгоритма представляет собой текст, в котором на различном разговорном языке (например, на русском) по пунктам записана последовательность действий. Строгие требования к форме такой записи не предъявляются, но существуют определенные правила, выполнение которых облегчает понимание алгоритма. Все действия расписываются по шагам или нумеруются, чтобы было удобно ссылаться при необходимости по номеру шага или пункта. Начало алгоритма и его окончание принято отмечать словами «начало» и «конец». Можно указывать в одном пункте не одно действие, а группу простых действий.
Пример: Составить словесное описание алгоритма решения уравнения x+2 = 3x–4 .
Для наглядности каждый пункт снабдим записью результата.
Алгоритм 1. Шаг1. Начало. Шаг2. Перенести слагаемое 3x в левую часть уравнения. Х–3Х+2 = –4 Шаг3. Перенести слагаемое 2 в правую часть Х–3Х = -2–4 Шаг4. Привести подобные слагаемые в левой части -2Х = -2–4 Шаг5. Привести подобные слагаемые в правой части -2Х = -6 Шаг6. Разделить обе части уравнения на -2. Х = 3 Шаг7. Записать результат. Ответ: х = 3 Шаг8. Конец.
Для данного примера можно написать алгоритм, как стандартную задачу решения линейного уравнения. Будем указывать в отдельном шаге не одно действие, а группу простых действий (при написании алгоритмов это допустимо).
Алгоритма 1а. Шаг1. Начало. Шаг2. Перенести все слагаемые в левую часть уравнения с обратным знаком и привести подобные члены 2Х+6 = 0 Шаг3. Решить линейное уравнение. Х = 3 Шаг4. Записать результат. Ответ: х = 3 Шаг5. Конец.
Описание алгоритма на алгоритмическом языке.
Определение. Алгоритмический язык это система обозначений и правил для единообразной и точной записи алгоритмов и их исполнения.
Алгоритмический язык имеет свой словарь, основу которого составляют слова, употребляемые для записи команд, входящих в систему команд исполнителя алгоритмов. Такие команды называются простыми командами.
Ограниченное число слов, смысл и способ употребления которых задан раз и навсегда, называются служебными словами. При записи алгоритмов они выделяются и могут записываться в сокращенной форме. Использование служебных слов делает запись алгоритмов более наглядной, а формы представления алгоритмов более единообразными. Команды при этом записываются последовательно.
Приведем пример построения алгоритма на школьном алгоритмическом языке КуМир.
Пример: Правописание приставок на «з» и «с»
Алгоритм 2.
алг
нач
если корень слова начинается со звонкой согласной
I то на конце приставки написать «з»
I иначе на конце приставки написать «с»
все
кон
Структурное схема алгоритма (графическая схема алгоритма).
Алгоритм наиболее удобно изображать графически с помощью блок-схем или граф-схем.
Определение. Блок-схемы это набор элементов, называемых блоками, соединенных между собой линиями или стрелками. Линии называются линиями потока. Они отражают последовательность выполнения действий, определяемых каждым блоком.
Примечание.
Представление алгоритмов в виде блок-схем строго регламентировано, так как оно должно соответствовать стандартам. Основное направление потока информации идет сверху вниз и слева направо, здесь стрелки на линиях потока можно не указывать. В остальных случаях наличие стрелок обязательно. Блоки можно нумеровать. Порядковые номера проставляются в верхней левой части блока в разрыве его контура.
Для представления широкого класса алгоритмов достаточно знание следующих основных типов блоков.
Блок начала программы, «Пуск» («Начало»), представляет собой овал с выходящей из него линией потока. В овале может быть приведена вспомогательная или поясняющая информация, например. Блок оконча-ния програм-мы, «Останов» (рис.6.1).
Вычислительный блок «Про-цесс», изображаемый прямоугольником с входящей и исходящей стрелками (рис.6.2). В блоке указывается (с различной степенью детализации) последовательность реализуемых действий.
Блоки ввода и вывода информации, «Ввод-вывод», изображаются параллелограммом с входящей и исходящей стрелками. Это относится к любым носителям информации (рис. 6.3). В блоке указываются вводимые или выводимые данные.
Логический блок, «Решение», изображаемый в виде ромба с одной входящей и двумя или несколькими выходящими стрелками (рис.6.4). Внутри ромба помещается текст логического вопроса, допускающего или двоичный ответ (да/нет), или несколько вариантов выбора. В любом случае над линиями потока пишутся условия прохождения по этой ветви.
13 EMBED Visio.Drawing.4 1415
Рис.6.4 Пример блоков Решение.
Специально для отображения циклических структур введен блок заголовка цикла, «Модификация», после которого идут блоки операций из которых состоит цикл (рис.6.5). Применяется для заранее определенного количества циклов. С последнего блока линия потока должна возвращаться на заголовок цикла. Вторая линия из блока выходит по условию окончания цикла.
13 EMBED Visio.Drawing.4 1415
Рис.6.5. Пример блоков Модификация
Если модуль или подпрограмма составлены и описаны отдельно, то используется блок «Предопределенный процесс» (рис.6.6). В нем указывается название подпрограммы или программного модуля.
13 EMBED Visio.Drawing.4 1415
Рис.6.6. Пример блоков Предопределенный процесс.
Для пояснения отдельных блоков, их групп и линий потока используются «комментарии» (рис.6.7). Они записываются справа от блоков и соединяются с ними пунктирной линией. В комментариях может находиться любая поясняющая информация.
13EMBED MSDraw \* MERGEFORMAT1415
Рис.6.7. Пример комментария.
При большом количестве блоков или линий связи линии потока можно прерывать, используя «соединители», изображаемые в виде круга (рис.6.8). Внутри круга ставятся цифры или комбинации букв и цифр, но одинаковые в начале и в конце обрыва линии потока.
13 EMBED Visio.Drawing.4 1415
Рис.6.8. Пример соединителей.
Использование этих блоков позволяет наглядно представить алгоритм вычислений. Всего же ГОСТ 19002-80 и ГОСТ 19003-80 устанавливает для изображения схем алгоритмов и программ 42 символа. Из них 30 – обязательных, а 12 – рекомендуемых.
Пример: Приведем в качестве примера запись алгоритма решения линейного уравнения x+2 = = 3x–4 в виде блок-схемы (Алгоритм 3 на рис.6.9).
6.4.Основные алгоритмические конструкции. Детализация алгоритмов.
Алгоритмические конструкции можно разделить на три основных типа: линейная, разветвляющаяся и циклическая.
Наиболее простым является линейный алгоритм, содержащий набор шагов, выполняемых один за другим. Линейный алгоритм состоит из блоков, соединенных последовательно. Пример линейного алгоритма приведен на рис 6.9.
Более сложным является разветвляющийся (ветвящийся) алгоритм, имеющий несколько вариантов выполнения, реализуемых в зависимости от удовлетворения каких-либо логических условий.
Пример: Определить, является ли число а положительным (Алгоритм 4 на рис.6.10).
Циклическая конструкция алгоритма предусматривает наличие цикла. Цикл – это многократно выполняемый участок алгоритма. Циклический алгоритм при каждом исполнении предписывает многократное выполнение одной и той же последовательности действий.
Пример: Вычислить сумму целых чисел от 1 до 10.
Обозначим сумму – S, число – а. Все а будут изменяться по правилу, что каждое последующее значение а будет равно предыдущему значению а плюс 1, т.е. а=а+1, до тех пор, пока а станет равно 10. На рис.6.11 изображена блок-схема алгоритма решения данного примера (Алгоритм 5 на рис.6.11).
По степени детализации алгоритмы подразделяются на укрупненные и детальные.
Укрупненный алгоритм содержит только наиболее важные (существенные) действия, отражающие суть процесса решения требуемой задачи, т.е. описывает алгоритм решения задачи обобщенно, на уровне метода решения.
Детальный алгоритм точно описывает процесс решения задачи, поэтому его предписания легко могут быть преобразованы в исполняемую программу.
При построении новых алгоритмов могут использоваться алгоритмы, составленные ранее. Алгоритмы, целиком используемые в составе других алгоритмов, называются вспомогательными или подчиненными.
Примечание.
Обычно алгоритмы составляются с использованием всех видов конструкций.
6.5.Методы разработки алгоритмов.
Существуют два основных метода разработки алгоритмов метод последовательной детализации и сборочный метод,
Метод последовательной детализации, иначе называемый методом разработки сверху вниз, заключается в следующем. Сначала алгоритм формируется в самых общих чертах, шаги алгоритма описываются наиболее обще, укрупнено, и обычно выходят за рамки возможностей исполнителя. При каждом последующем этапе отдельные шаги алгоритма уточняются, при этом недоступные исполнителю команды записываются как вызовы вспомогательных алгоритмов. Процесс продолжается до тех пор, пока алгоритм не будет состоять из команд, понятных исполнителю.
Сборочный метод, или разработка снизу вверх, алгоритмов происходит соединением отдельных вспомогательных алгоритмов в один общий. Собрав, таким образом, из нескольких вспомогательных алгоритмов сначала модули, далее из этих модулей - алгоритмы решения подзадач. Процесс продолжается, пока не будет построен весь алгоритм решения задачи.
6.6.Понятие о языках программирования. Классификация языков программирования.
Определение. Программа это упорядоченная последовательность команд, подлежащая обработке; последовательность предложений языка программирования, описывающая алгоритм решения задачи.

Определение. Языком программирования называется формальный язык, предназначенный для описания алгоритмов решения задач на ЭВМ. Набор правил построения конструкций языка называется синтаксисом языка программирования, а совокупность значений (смысл) всех конструкций языка, определяющих состав реализуемых в языке вычислительных процедур, семантикой языка программирования.
Языки программирования можно разделить на два больших класса: высокого и низкого уровня ). Здесь уровень языка характеризуется сложностью задач, решаемых с помощью этого языка.
Язык программирования, ориентированный на конкретный тип процессора и учитывающий его особенности называется языком программирования низкого уровня. Операторы такого языка близки к машинному коду и ориентированы на конкретные команды процессора. Например, языком низкого уровня является язык ассемблер.
Языки программирования высокого уровня значительно ближе и понятнее человеку. Особенности конкретных компьютерных архитектур в них не учитываются, поэтому программы, составленные на таких языках, могут использоваться на разных типах компьютеров. Разрабатывать такие программы значительно проще, а ошибок при создании программ допускается меньше. Для преобразования этих программ в машинные коды существуют специальные программы – трансляторы, а перевод выполняет сам компьютер. К языкам высокого уровня относятся такие широко распространенные языки программирования, как С (Си), С++, Паскаль, Бейсик, HTML и другие.
Языки программирования можно классифицировать по их назначению: Алгоритмические языки, Языки программирования баз данных, Языки программирования для Интернета и другие.
Для создания компьютерных программ используются Алгоритмические языки программирования. Алгоритмический (процедурный) язык программирования это язык программирования, предназначенный для записи алгоритмов, исполняемых на ЭВМ. Однако не всякий язык программирования является алгоритмическим. К ним относятся С (Си), С++, Паскаль, Бейсик, Java (Джава, Ява), Fortran (Фортран), Cobol (Кобол) и многие другие.
Языки программирования баз данных отличаются от алгоритмических языков, прежде всего решаемыми задачами: они используются для управления базами данных. Базы данных используются для хранения больших массивов информации. Для их обработки и выборки групп записей по определенным признакам были созданы структурированный язык запросов SQL и другие. Для работы с базами данных разработаны системы управления базами данных (СУБД), в которых помимо поддержки, например, языка SQL обычно имеется свой уникальный язык, ориентированный на особенности этой СУБД.
Языки программирования для Интернета называют скрипт-языками. Они предназначены для работы с текстовыми и мультимедийными документами. Перевод с них осуществляется интерпретаторами. К ним относятся широко распространенный язык гипертекстовой разметки HTML, а так же VRML и другие.
Существуют и другие проблемно-ориентированные языки, например, языки для моделирования.
6.7.Средства создания программ.
Исходная программа является обычным текстом, поэтому для ее записи используются текстовые редакторы.
Чтобы получить работающую программу, надо этот текст либо автоматически перевести в машинный код с использованием программы-компилятора, а затем использовать отдельно от исходного текста, либо сразу выполнять команды языка, указанные в тексте программы, с помощью программы-интерпретатора.
Компиляторы (часто называемые трансляторами) полностью обрабатывают весь текст программы: выполняют смысловой анализ, поиск синтаксических ошибок, а затем автоматический перевод (трансляцию) на машинный язык. При этом получается объектный код, который, кроме машинного кода, содержит некоторую дополнительную информацию для отладки программы и компоновки (объединения) с другими модулями.
Интерпретатор выделяет очередной оператор из текста программы, переводит его в машинный код и сразу исполняет. При этом, если один и тот же оператор должен выполняться в программе многократно, интерпретатор всякий раз будет выполнять его так, как будто встретил впервые, поэтому интерпретаторы работают медленно. Но с помощью интерпретатора можно в любой момент времени остановить работу программы, исследовать содержимое памяти, изменить некоторые данные, то есть проводить отладку программы.
Часто используемые конструкции языка помещаются в отдельные файлы – модули, входящие в библиотеку модулей, и доступные для использования в любых программах. В системы программирования включаются стандартные модули для работы, например, с монитором, звуком, принтером и другие.
Редактор связей, иначе называемый компоновщиком или сборщиком, собирает вместе файл с объектным кодом и другие модули, и преобразует их в исполняемый код, помещаемый в исполняемый файл. В результате получается компактная и эффективная программа, которая может работать уже без компилятора.
На практике при составлении программы человек допускает ошибки, которые либо обнаруживаются компилятором, либо просто приводят к неверной работе программы. Поэтому все перечисленные шаги приходится повторять многократно, до тех пор, пока программа не заработает правильно. Этот процесс называется отладкой. Программа-отладчик позволяет просматривать ход выполнения программы и изменение данных, выполнять определенные действия для анализа и ускорения поиска того места в программе, которое работает неверно.
Все перечисленные программные средства входят в состав интегрированной системы разработки программ, называемой системой программирования.
Определение. Системой программирования называется совокупность языковых и программных средств, предназначенных для написания, тестирования и отладки программ для ЭВМ. Благодаря ей существенно облегчается и ускоряется работа программиста.
6.8.Базовые элементы алгоритмических языков программирования.
Любой язык программирования характеризуется определенным набором конструктивных элементов. К таким базовым элементам, в частности, относятся: Алфавит и служебные слова, Структура программы, Данные, Подпрограммы. Охарактеризуем их подробнее.
Алфавит и служебные слова. Языки программирования, так же как и разговорные, имеют свой алфавит.
Определение. Алфавитом языка программирования называют набор символов, с помощью которых составляется программа.
Служебные слова (в каждом языке программирования) необходимы для записи текста программы. Так как языки программирования являются формальными, а не разговорными, то служебные слова не подлежат изменению или сокращению – это просто иная форма записи символов. Например: Begin, For и т.д.
Структура программы. Алгоритмические языки являются, как правило, операторными языками, т.е. отдельными предложениями являются операторы, с помощью которых задаются действия. Программа же представляет собой формальную запись некоторого алгоритма.
В соответствии с последним принципом программа на любом алгоритмическом языке состоит из двух частей:
Описания данных, с которыми оперируют действия.
Описания последовательности действий, которые необходимо выполнить,
Действия представляются операторами языка, данные вводятся посредством описаний и определений. Описания данных по тексту должны предшествовать описанию действий.
Данные. Данные есть сведения об объектах, их свойствах и отношениях. Все данные делятся на два класса – константы и переменные.
Константа – это величина, значение которой не изменяется в ходе выполнения программы.
Переменной называется величина, значение которой может изменяться в ходе выполнения программы.
Константы и переменные характеризуется типом данных, идентификатором (именем), значением и допустимыми операциями над ними:
Тип определяет вид информации, соответствующей данному (число, строка и др.). От типа зависит объем памяти для хранения каждого из данных и допустимые операции, которые можно выполнять над ними. Например, операцию умножения нельзя производить над символами.
Идентификатор (имя) служит для обозначения данных в программе. Он используется для удобства и позволяет работать с данными, задавая адреса ячеек памяти, где хранятся эти данные, не в виде чисел, а именами.
Выражением называется совокупность констант, переменных, функций, соединенных знаками допустимых операций.
Значением является результат вычисления выражения. Во время выполнения программы в каждый конкретный момент данные могут иметь какое-то значение или быть не определены.
Оператор языка программирования – это законченное предложение языка программирования, определяющее действие или последовательность действий по обработке данных.
Подпрограммы это оформленные особым образом фрагменты программы. Различают подпрограммы-функции и подпрограммы-процедуры.
6.9.Основные типы данных.
Данные могут быть простыми и сложными. Типы данных подразделяются на простые и структурированные или структуры ).
6.9.1.Простые типы данных.
К простым (атомарным, неструктурированным) типам данных относятся данные, не содержащие в себе как часть другие данные.
Это следующие типы: целый, вещественный, логический и символьный.
Над целыми значениями допустимы следующие операции: сложение, вычитание, умножение, деление. Кроме этого, только для целых чисел можно выполнять деление нацело (с остатком). Целое число представляет собой последовательность цифр со знаком или без знака. Может использоваться не только десятичная запись чисел, но и шестнадцатеричная, двоичная и восьмеричная.
Пример: -10; +56; 128; 80H.
Вещественные числа имеют две формы представления: с фиксированной и плавающей точкой.
В первом случае (с фиксированной точкой) число представляется как целая и дробная часть:
[<знак>]<целая часть>.<дробная часть>
Наличие точки является признаком вещественного типа числа.
В представлении с плавающей точкой, или экспоненциальном, число условно разбивается на две части: мантиссу и порядок, поэтому в общем виде число выглядит как
[<знак мантиссы>]<целая часть мантиссы>[.<дробная часть мантиссы>] E [<знак порядка>]<порядок>
Здесь буква Е является разделителем, отделяющим мантиссу от порядка или характеристики. Числа представляются только в десятичной системе счисления:
Пример: 1234,56 = 1.23456E3 ( 1,23456(103) = 1234.56E0,
то есть положение десятичной точки зависит от значения порядка и может изменяться.
Таким образом, признаком вещественного числа является наличие точки или разделителя:.
Пример: 1Е0 и 1.0 – вещественные, 1 – целое.
Над вещественными значениями допустимы следующие операции: сложение, вычитание, умножение, деление. Все операции дают вещественный результат, если хотя бы один операнд вещественный.
Логический тип основан на правилах Булевой алгебры, широко используемой в цифровой электронике. Этот тип определяет всего два значения True (истина) и False (ложь).
Над значениями логического типа определены следующие операции:
«НЕ», логическое отрицание или инверсия, в отличие от остальных выполняется над одним операндом (унарная операция);
«ИЛИ», логическое сложение или дизъюнкция;
«И», логическое умножение или конъюнкция;
«Исключающее ИЛИ», сложение по модулю 2.
Литерный (символьный) тип. В качестве данных могут выступать отдельные символы или литеры. Данные такого типа заключаются в кавычки (апострофы).
Пример: Вот как записываются символьные данные “a”, “d”.
6.9.2.Структура данных.
Структура данных это отношение между другими данными. К структурам относятся массивы, строки и другие.
Определение. Массивом называется структурированный тип данных, позволяющий объединять в единое целое упорядоченный набор величин одного типа. То есть это упорядоченная совокупность элементов, названных одним именем и различающихся индексами. Доступ к некоторому элементу массива осуществляется путем указания имени массива и индекса (номера) элемента.
Количество индексов у элемента массива может быть и более одного, то есть могут использоваться не только вектора, но и матрицы, кубические матрицы и так далее. Таким образом, количество индексов у элемента массива определяет его размерность, а количество элементов, то есть произведение элементов в каждой размерности, определяет размер массива.
Пример: Задан массив с именем M, размерностью 3 строки и 3 столбца (это двумерный массив). Его можно описать следующим образом: M[1..3,1..3] или M[1..I,1..J], где I – количество строк, а J – количество столбцов. Любой элемент этого массива будет обозначаться, как mij ,где i – номер строки, j – номер столбца. Пусть массив M имеет следующее значение:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415, тогда элементы массива m11=1, m12=2 и так далее.
Примечание.
Массивы, содержащие в качестве элементов символы, являются особенными. Если с обычными массивами обработка идет поэлементно, с использованием операций, разрешенных для элементов, то элементы строки взаимосвязаны.

Определение. Строка это тип данных, специально предназначенный для работы с цепочками символов, то есть элементами литерного типа. Строка представляет собой последовательность нумерованных (начиная с 0) символов.
К строке можно обращаться как к единому целому и к каждому элементу по отдельности. В отличие от массивов, со строками используют дополнительные операции: объединения или сцепления, поиск фрагмента текста, вырезание части текста и другие. Строки в языках программирования заключаются в кавычки (апострофы).
Пример: Дадим переменной строкового типа имя – St. Ее значением может быть слово, предложение или просто любые символы, например:
St =”мир”, или St =”Сегодня хорошая погода.”
6.10.Операторы языка программирования.
Основные (базисные) операторы языка программирования подразделяются на: операторы присваивания, управляющие операторы, операторы вызова процедур и операторы ввода-вывода.
6.10.1.Оператор присваивания.
Данный оператор позволяет изменить текущее значение переменной, при этом старое значение, которое она имела, безвозвратно пропадает.
Его структура: <имя переменной> <присвоить> <выражение>.
Пример: F=sin(x), где F – имя переменной, sin(x) – выражение.
Примечание.
В блок-схеме алгоритма для отображения оператора присваивания используется блок «процесс».
6.10.2.Управляющие операторы.
Операторы этого типа предназначены для явного указания последовательностей действий в соответствии с алгоритмом. Управляющие операторы подразделяются на последовательности, условные операторы и циклы.
Оператор последовательность объявляет некоторую последовательность операторов в виде одного оператора. Это необходимо при использовании последовательностей операторов в других управляющих операторах.
Условный оператор предписывает выбор направления выполнения алгоритма в зависимости от некоторых условий. Эти условия записываются в виде логических выражений и всегда принимают одно из двух значений: истинно или ложно. При этом происходит разветвление порядка выполнения последовательности вычислений. Синтаксис условного оператора примерно одинаков во всех языках программирования – он представляет собой следующую конструкцию.
если условие истинно
то выполнить оператор1
иначе выполнить оператор2
Примечание.
В блок-схеме алгоритма для отображения управляющих операторов используется блок «решение».
Циклы бывают двух видов: с фиксированным числом повторений(с параметром) и условные операторы цикла.
Оператор цикла с параметром состоит из заголовка цикла, определяющего число повторений, и тела цикла повторяемого оператора или последовательности операторов. Заголовок состоит из трех частей: параметра цикла (присваивания ему начального значения), конечного значения, по достижению которого тело цикла выполнится в последний раз, и приращения параметра, определяющего, на сколько он будет изменяться после каждого выполнения тела цикла.
Примечание.
В блок-схеме алгоритма для отображения операторов цикла используется блок «модификация».
Часто встречаются ситуации, когда число повторений заранее неизвестно надо выполнять цикл, пока не произойдет некоторое событие, т.е. не выполнится некоторое условие. В этом случае используются операторы:
Оператор цикла с постусловием определяет многократное выполнение одной и той же последовательности действий с проверкой истинности условия после тела цикла.
Оператор цикла с предусловием, когда, наоборот, проверка истинности производится до выполнения тела цикла. В заголовке цикла указывается только условие – пока его значение равно «истина», цикл будет выполняться.
Примечание.
В блок-схеме алгоритма для отображения операторов цикла с условием используется блок «решение» (для проверки истинности условия) и операторы, из которых состоит тело цикла. Пример алгоритма с использованием оператора цикла с постусловием приведен на рисунке 6.11.
6.10.3.Оператор вызова процедур. Операторы ввода-вывода.
Этот оператор предназначен для выполнения отдельно заданной последовательности операторов подпрограммы-процедуры.
Примечание.
В блок-схеме алгоритма для отображения оператора вызова процедуры используется блок «предопределенный процесс».
Операторы ввода предназначены для ввода значений переменных с клавиатуры.
Операторы вывода выводят указанные в операторе значения на экран монитора.
Примечание.
В блок-схеме алгоритма для отображения операторов ввода/вывода можно использовать одноименный блок «ввод-вывод».
6.11.Подпрограммы.
Если группа одних и тех же действий повторяется в разных местах программы, то целесообразно их выделить в подпрограмму.
Определение. Подпрограмма это часть программы, оформленная в виде отдельной синтаксической конструкции и снабженная именем. Подпрограмма является вспомогательным алгоритмом. Подпрограмма представляет собой отдельный программный модуль, который реализует отдельный алгоритм.
Подпрограмма описывается в разделе описаний основной программы.
Подпрограмма состоит из нескольких частей: заголовка (который определяет вид подпрограммы), имени, списка параметров (параметры могут отсутствовать), тела подпрограммы (операторов, которые будут выполняться при ее вызове), завершения подпрограммы. Параметры разделяются на аргументы и результаты.
В процессе выполнения подпрограммы аргументы не меняются. Чтобы работа подпрограммы имела смысл, она должна получить данные из внешней программы. Данные передаются подпрограмме в виде параметров (аргументов). Во время написания подпрограммы заранее неизвестно, какие конкретно параметры она будет получать во время вызова ее из основной программы, их значения будут переданы из основной программы. Поэтому, параметры, которые указываются в заголовке программы, называются формальными. Они нужны только для описания тела подпрограммы. А конкретные параметры, которые указываются в момент вызова подпрограммы, называются фактическими. При выполнении подпрограмма работает с фактическими параметрами. Все переменные, описанные в разделе описаний основной программы, доступны во всех описанных в ней подпрограммах, если описание переменных предшествует описанию подпрограмм. Эти переменные называются глобальными. Переменные, объявленные в разделе описаний подпрограммы, как и параметры подпрограммы, доступны только в теле этой подпрограммы. Поэтому они называются локальными переменными.
Подпрограммы бывают двух видов: процедуры и функции.
Процедура просто выполняет группу операторов, входящих в нее.
Функция вычисляет некоторое значение и передает его (возвращает) в главную программу. Это значение имеет определенный тип, поэтому и сама функция имеет тип. Любая функция в основной программе используется в составе выражений.
Подпрограмма активизируется только в момент ее вызова из основной (внешней) программы. Операторы, находящиеся внутри подпрограммы, выполняются, только если эта подпрограмма вызвана. Пока выполнение подпрограммы полностью не закончится, оператор главной программы, следующий за программой вызова подпрограммы, выполняться не будет.
Подпрограммы могут быть вложенными, то есть входить в состав других подпрограмм, а не только основных программ. В некоторых языках программирования допускается вызов подпрограммы из себя самой. Это называется рекурсией.
Понятие подпрограммы, как обособленной именованной части программы со своим собственным локальным контекстом имен является в большинстве языков программирования основным средством структурирования программ.
6.12.Технологии программирования.
Определение. Технология программирования это система методов, способов и приемов разработки и отладки программы.
В настоящее время нашли широкое применение следующие технологии программирования: Модульное (алгоритмическое) программирование, Структурное программирование, Объектно-ориентированное программирование.
6.12.1.Модульное (алгоритмическое) программирование. )
Основная идея алгоритмического программирования разбиение программы на последовательность модулей, каждый из которых выполняет одно или несколько действий. Единственное требование к модулю, чтобы его выполнение всегда начиналось с первой команды и всегда заканчивалось на самой последней команде модуля. Алгоритм на выбранном языке программирования записывается с помощью команд описания данных, вычисления значений и управления последовательностью выполнения программы. Текст программы представляет собой линейную последовательность операторов присваивания, цикла и условных операторов. Таким способом можно решать не очень сложные задачи и составлять программы, содержащие несколько сот строк кода.
Если текст программы сильно возрастает, то общая структура алгоритма теряется за конкретными операторами языка, выполняющими элементарные действия. Поэтому набрать и отладить линейную последовательность операторов практически невозможно. При создании средних по размеру приложений (несколько тысяч строк исходного кода) используется структурное программирование.

6.12.2.Структурное программирование. )
Структура программы должна отражать структуру решаемой задачи, чтобы алгоритм решения был ясно виден из исходного текста. Для этого используются средства для создания программы не только с помощью простых операторов, но и с помощью средств, более точно отражающих конкретную структуру алгоритма. Для этого используются подпрограммы. Программа разбивается на множество мелких подпрограмм, каждая из которых выполняет одно действие из предусмотренных исходным заданием. Комбинируя эти подпрограммы, удается формировать итоговый алгоритм уже не из простых операторов, а из законченных блоков, имеющих определенную смысловую нагрузку. Обращаться к таким блокам можно по названиям. Подпрограммы выступают в роли новых операторов или операций языка, определяемых программистом. Немаловажно, что небольшие подпрограммы роще отлаживать, что существенно повышает общую надежность программы.
Возможность применения подпрограмм относят язык программирования к классу процедурных языков.
6.12.3.Объектно-ориентированное программирование. )
Объектно-ориентированное программирование представляет собой способ программирования, напоминающий процесс человеческого мышления. Это более структурированный способ, чем другие технологии программирования. Он позволяет создавать модульные программы с представлением данных на определенном уровне абстракции.
Объектно-ориентированное программирование основано на понятии объекта.
Определение. Объект это совокупность свойств (структур данных, характерных для этого объекта), методов их обработки (подпрограмм изменения свойств) и событий, на которые данный объект может реагировать, и которые приводят, как правило, к изменению свойств объекта.
Объекты могут иметь одинаковую структуру и отличаться только значениями свойств. В таких случаях в программе создается новый тип, основанный на единой структуре объекта, который называется классом. Важнейшая характеристика класса – возможность создания на его основе новых классов с наследованием всех его свойств и методов и добавлением собственных. Класс, не имеющий предшественника, называется базовым. Наследование позволяет создавать новые классы, повторно используя уже готовые исходные программы.



6.13.Тренировочные тестовые задания по разделу 6.
(правильные ответы см. в конце пособия).
Представленный алгоритм А является?
1. Циклическим алгоритмом
2. Линейным алгоритмом
3. Ветвящимся алгоритмом
4. Укрупненным алгоритмом
5. Подчиненным алгоритмом
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415





Алгоритм – это:
Правила выполнения определенных действий
Набор команд для компьютера
Протокол вычислительной сети
Понятное и точное предписание исполнителю совершить последовательность действий, направленных на достижение поставленной цели
Схема, указывающая порядок исполнения некоторого набора команд.

Суть такого свойства алгоритма, как результативность, заключается в том, что?
1. Алгоритм всегда состоит из последовательности шагов
2. Для записи алгоритма используются команды, которые входят в систему команд исполнителя
3. Алгоритм обеспечивает решение не одной конкретной задачи, а некоторого класса задач
4. При точном исполнении всех команд алгоритма определенный результат будет получен за конечное число шагов
5. Алгоритм должен состоять из команд, однозначно понимаемых исполнителем

Алгоритм называется циклическим, если?
1. При его выполнении предполагается многократное повторение одних и тех же действий
2. Последовательность выполнения команд зависит от истинности тех или иных условий
3. Команды выполняются последовательно, независимо от каких-либо условий
4. Включает в себя вспомогательный алгоритм
5. Является частью укрупненного алгоритма
Какое значение примет число S в результате выполнения данного алгоритма B?
5
8
2
0
12

Шаг1. Начало. Шаг2. f=4 Шаг3. a=f/4 Шаг4. S=f+4a
Шаг5. Вывод результата S Шаг6. Конец.
Алгоритм B к заданию V.

В каком виде представлен алгоритм C?
В виде словесного описания
В виде граф-схемы
В виде блок-схемы
В алгоритмическом виде
Языком программирования








Какое значение примет число S в результате выполнения алгоритма D?
1. 10
2. 4
3. 24
4. 0
5. 12







Какой блока их перечисленных используется в блок-схеме алгоритма для обозначения условия завершения цикла?
Модификация
Предопределенный процесс
Решение
Процесс
Ввод/вывод
Формальные параметры процедуры:
Описываются в ее заголовке
Перечисляются при вызове процедуры
Указываются при описании данных в программе
Указываются при описании внутренних переменных процедуры
Таких параметров нет.

Синтаксис языка программирования это:
Совокупность значений (смысл) всех конструкций языка.
Набор правил построения конструкций языка
Только правильное написание служебных слов
Правильное описание используемых переменных в программе
Текст программы

Языки программирования высокого уровня
Используют операторы языка близкие к машинному коду
Ориентированы на конкретный тип процессора
Учитывают особенности конкретных компьютерных архитектур
Могут использоваться на разных типах компьютеров
Ориентированы на конкретные команды процессора.

Языки программирования баз данных:
Это языки программирования, предназначенные для записи алгоритмов, исполняемых на ЭВМ
Используются для управления базами данных
Предназначены для работы с текстовыми документами
Предназначены для работы с мультимедийными документами
Называются скрипт-языками

Константа – это:
Величина, значение которой не изменяется в ходе выполнения программы
Величина, значение которой может изменяться в ходе выполнения программы.
Имя, которое служит для обозначения данных в программе
Результат вычисления выражения
Законченное предложение языка программирования

Константа а имеет значение 1,44, то есть а=1,44. Определите ее тип:
Целый
Вещественный
Логический
Литерный
Строковый

Задан массив К, размерность его 13 EMBED Equation.DSMT4 141513 EMBED Equation.DSMT4 1415. Определите правильную запись массива К:
К=13 EMBED Equation.DSMT4 1415
К=13 EMBED Equation.DSMT4 1415
К=13 EMBED Equation.DSMT4 1415
К=13 EMBED Equation.DSMT4 1415

Оператор присваивания предназначен для:
Явного указания последовательностей действий в соответствии с алгоритмом.
Выбора направления выполнения алгоритма в зависимости от некоторых условий
Изменения текущего значения переменной
Многократного выполнения одной и той же последовательности действий
Выполнения отдельно заданной последовательности операторов

Отдельный программный модуль, который реализует отдельный алгоритм называется:
Оператором цикла с параметром
Оператором последовательности
Условным оператором
Оператором вызова процедур
Подпрограммой

Параметры, которые указываются, в заголовке подпрограммы называются:
Глобальными
Локальными
Фактическими
Формальными
Рекурсией
В какой технологии программирования используется следующий прием - программа разбивается на множество мелких подпрограмм, каждая из которых выполняет одно действие из предусмотренных исходным заданием:
Модульное программирование
Алгоритмическое программирование
Объектно-ориентированное программирование
Структурное программирование
Программирование на языках низкого уровня

Какой язык программирования относится к машинно-зависимым языкам:
Паскаль
Бейсик
Фортран
Ассемблер
HTML











Ответы на примерные тестовые задания
Ответы на задания по разделй 1

Задача
№ ответа
Задача
№ ответа
Задача
№ ответа


3

2

2


5

4

4


4

3




4

3




Ответы на задания по разделу 2

Задача
№ ответа
Задача
№ ответа
Задача
№ ответа


4

5

3


3

4

4


1

2




2

5




Ответы на задания по разделу 3

Задача
№ ответа
Задача
№ ответа
№ ответа
№ ответа


4

3

1


3

5

3


1

3

4


2

2

4


3

4

1


5

1

2


2

5

3


1

4

5


2

5

4


3

2

3


4

3




Ответы на задания по разделу 4

Задача
№ ответа
Задача
№ ответа
Задача
№ ответа


4

1

3


1

4

5


2

3

1


3

5

2


2

2

4


1

3

1


3

1

3


2

2

4


3

4

3


1

5

1


1

3

4


2

2

4


4

4

2


4

2

5


1

1

3


4

3

3


Ответы на задания по разделу 5

Задача
№ ответа
Задача
№ ответа
Задача
№ ответа


2

4

1


4

5

5


2

3




1

4




Ответы на задания по разделу 6

Задача
№ ответа
Задача
№ ответа
Задача
№ ответа


2

3

4


4

1

3


4

2

5


1

3

4


3

2

4


2

1

4


3

2




Приложение. Содержание части 2 «Основы информационных технологий»
7. Технологии обработки текстовой информации
7.1.Текстовые редакторы и процессоры.
7.2.Понятие о тексте и его обработке.
7.3.Этапы формирования текстового электронного документа.
7.4.Основные операции над текстом.
7.5.Приемы автоматизации разработки текстовых документов.
7.6.Специальные возможности текстовых процессоров.
7.7.Основы издательского делопроизводства.
7.8.Тренировочные тестовые задания по разделу 7.
8. Технология обработки графической информации
8.1.Теоретические основы представления графических данных.
8.2.Форматы графических данных.
8.3.Растровая графика.
8.4. Векторная графика.
8.5.Трехмерная (3D) графика.
8.6.Цвет и способы его описания.
8.7.Модели цветообразования.
8.8.Аппаратные и программные средства создания и обработки изображений.
8.9.Тренировочные тестовые задания по разделу 8.
9. Технология обработки числовой информации
9.1.Редакторы электронных таблиц и табличные процессоры.
9.2.Понятие об электронной таблице и ее обработке.
9.3.Этапы формирования электронной таблицы.
9.4.Основные операции над таблицей.
9.5.Вычисления в электронных таблицах
9.6.Приемы автоматизации разработки табличных документов.
9.7.Специальные возможности табличных процессоров.
9.8.Использование электронных таблиц для решения задач.
9.9.Тренировочные тестовые задания по разделу 9.
10.Технология хранения, поиска и сортировки информации
10.1.Базы данных.
10.2.Требования, предъявляемые к БД и информации, хранящейся в ней.
10.3.Типы баз данных.
10.4.Основные понятия реляционных БД.
10.5.Операции по работе с БД.
10.6.Основные объекты в базах данных.
10.7.Основные операции по работе с объектами в БД.
10.8.Поиск записей. Понятие о запросе. Виды запросов и способы их организации.
10.9.Тренировочные тестовые задания по разделу 10.
11.Мультимедийные технологии
11.1.Понятие мультимедиа. Гипертекст и гипермедиа. Объекты мультимедиа.
11.2.Средства обеспечения мультимедиа-технологий. Схемы хранения и воспроизведения мультимедиа-файлов.
11.3.Средства создания мультимедиа документов (обзор).
11.4.Тренировочные тестовые задания по разделу 11.
12.Компьютерные коммуникации
12.1.Компьютерные сети.
12.2.Топология сети.
12.3.Архитектура сети.
12.4.Средства реализации сетей.
12.5.Глобальная сеть Интернет.
12.6.Основы технологии WWW.
12.7.Тренировочные тестовые задания по разделу 12.
Ответы на приамерные тестовые задания (по части 2)
Литература для самостоятельной подготовки
В список литературы включены только учебники и учебные пособия, рекомендованные Министерством образования и науки Российской Федерации в качестве базовых для проведения занятий в школе по дисциплине «Информатика».

Гейн А.Г. и др. Информатика 10-11 кл. М.: Просвещение, 20002002.
Кушниренко А.Г. и др. Основы информатики и вычислительной техники. 10-11 кл. М.: Просвещение, 1997.
Кушниренко А.Г. и др. Информационная культура 10 кл. М.: Дрофа, 2002.
Кушниренко А.Г. и др. Информационная культура 11 кл. М.: Дрофа, 20002002.
Ляхович В.Ф. Информатика. 10-11 кл. М.: Просвещение, 1998.
Информатика. /Под ред. Н.В.Макаровой. 10-11 кл. С.-Петербург, Питер, 1999.
Угринович Н.Д. Информатика и информационные технологии. 10-11 кл. М.: БИНОМ, 20002003.
Шафрин Ю.А. Информационные технологии. М.: БИНОМ, 1998, 1999.








Авторский коллектив
Белов Владимир Семенович, к.т.н., доцент
Бруттан Юлия Викторовна, ст. преподаватель
Мотайленко Лилия Владимировна, к.т.н., доцент
Мотина Надежда Владимировна, ст. преподаватель
Николаев Виктор Васильевич, ст. преподаватель
Полетаева Ольга Александровна, ст. преподаватель
Хагги Петр Анзельмович, ст. преподаватель

Основы информатики и информационных технологий.
Часть 1. Основы информатики.
Пособие для поступающих в вуз.
Под общей редакцией к.т.н., доцента В.С. Белова


Технический редактор В.С. Белов
Компьютерная верстка: авторский коллектив







Лицензия ЛР № 020593 от 07.08.97
__________________________________________________________________
Формат 60(84/16. Печать офсетная.
Гарнитура Tahoma. Уч.изд. п.л. 10,0.
Тираж 500 экз. Заказ от 5.04.2004.


Издательство СПбГПУ, член Издательско-полиграфической
ассоциации вузов Санкт-Петербурга.
Адрес университета и издательства:
Россия, 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29

Отпечатано с готового оригинал-макета,
предоставленного авторским коллективом,
в ООО "Литан". 180680, г. Псков, ул. Новаторов, 3.



Для заметок
___________________________________________________________________________________________________________________________________________
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Информатика. Энциклопедический словарь для начинающих/Под ред. Д.А.Поспелова М. Педагогика-Пресс, 1994.
) Я.Л.Шрайберг, М.В.Гончаров. Справочное руководство по основам информатики и вычислительной техники М.Финансы и статистика, 1995.
) Терминологический словарь по основам информатики и вычислительной техники/А.П.Ершов и др.; под ред. А.П.Ершова, Н.М.Шанского. М.:Просвещение, 1991.
) Информатика. Базовый курс./Под. Ред. С.В.Симоновича. СПб, Питер, 2003.
) Темников Ф.Е., Афонин В.А., Дмитриев В.И. Теоретические основы информационной техники. 2-е изд, перераб. и доп. М.: Знергия, 1979.
) Коган Б.М. Электронные вычислительные машины и ссистемы. М.: Энергия, 1979.
) Бруснецов Н.П. Микрокомпьютеры. М.: Наука, 1985.
) Карцев М.А. Арифметика цифровых машин. – М.: Наука, 1969.
) Андреева Е., Фалина И. Информатика: Системы счисления и компьютерная арифметика. М.: Лаборатория Базовых Знаний, 1999.
) Соловьев Г.Н. Арифметические устройства ЭВМ. М.: Энергия, 1978.у
) Будинский Я. Логические цепи в цифровой технике. М.: Связь, 1977.
8) Будинский Я. Логические цепи в цифровой технике. М.: Связь, 1977.
) Таненбаум Э. С. Архитектура компьютера. СПб: "Питер", 2002.
) Гук М. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия. СПб.: Питер, 2000.
) Новиков Ю. Н., Черепанов А. С., Чуркин В., Новиков Д. Ю. Компьютеры, сети, Интернет. Энциклопедия. СПб.: Питер, 2000.
) Гук М. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия. СПб.: Питер, 2000.
) Информатика. Базовый курс./Под. Ред. С.В.Симоновича. СПб, Питер, 2003.
) Гордеев А.В., Молчанов А.Ю. Системное программное обеспечение. – СПб.: Питер, 2001
) Информатика. Базовый курс./Под. Ред. С.В.Симоновича. СПб, Питер, 2003.
) Зеленцова Б.П. Математические модели на основе процесса размножения и гибели объекта./ Соровский образовательный журнал. Т.7, № 6, 2001.
) Броидо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. СПб, Питер, 2002.
) Броидо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. СПб, Питер, 2002.
) Калинин А. Г., Мацкевич И. В. Универсальные языки программирования. Семантический подход. - М.: Радио и связь, 1991.
) Замулин А. В. Типы данных в языках программирования и базах данных. - Новосибирск: Наука, 1990.
) Жоголев Е.А. Технологические основы модульного программирования // Программирование, 1980, № 2. - С. 44-49.
) Хьюз Дж., Мичтом Дж. Структурный подход к программированию. М.: Мир, 1980.
) Буч Г. Объектно-ориентированное проектирование с примерами применения. М.: Конкорд, 1992.

13PAGE 14115


13PAGE 1416015




13 EMBED Visio.Drawing.4 1415 Рис.6.10.Алгоритм 4.

13 EMBED Visio.Drawing.4 1415

13 EMBED Visio.Drawing.4 1415

13 EMBED Visio.Drawing.4 1415 Рис.6.3 Пример блоков Ввод-вывод.

13 EMBED Visio.Drawing.4 1415Рис.1.2. Структура системы управления




13 EMBED Visio.Drawing.4 1415 Рис.6.1. Пример блоков Пуск-останов.

13 EMBED Visio.Drawing.4 1415
Рис.6.11.Алгоритм 5.

13 EMBED Visio.Drawing.4 1415
Рис.3.8.Логический элемент ИЛИ-НЕ.

13 EMBED Visio.Drawing.4 1415
Рис.3.9.Логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.







13 EMBED Visio.Drawing.4 1415
Рис.3.7.Логический элемент И-НЕ.





13 EMBED Visio.Drawing.4 1415
Рис.3.6.Логический элемент ИЛИ.


Рис. 4.6.Схема электронно-лучевой трубки.


Рис.4.5.Поверхность
магнитного диска.

13 EMBED Visio.Drawing.4 1415
Рис.6.2. Пример блоков Процесс.


13 EMBED Visio.Drawing.4 1415
Алгоритм D к заданию VII.

13 EMBED Visio.Drawing.4 1415Алгоритм С к заданию VI.

13 EMBED Visio.Drawing.4 1415 Алгоритм А к заданию I.



13 EMBED Visio.Drawing.4 1415
Рис.6.9. Алгоритм 3.


13 EMBED Visio.Drawing.4 1415
Рис.3.5.Логический элемент И.

13 EMBED Visio.Drawing.4 1415
Рис.3.4.Логический элемент НЕ.

13 EMBED Visio.Drawing.4 1415
Рис.3.2. Диаграмма
Эйлера-Венна операции ИЛИ.

13 EMBED Visio.Drawing.4 1415Рис.3.2. Диаграмма
Эйлера-Венна операции И.

13 EMBED Visio.Drawing.4 1415
Рис.3.1. Диаграмма
Эйлера-Венна операции НЕ.

13 EMBED Visio.Drawing.4 1415
Рис.1.1. Методы обработки данных.


Таблица 3.1.

Десятичное число
Двоичное число

0
0000

1
0001

2
0010

3
0011

4
0100

5
0101

6
0110

7
0111

8
1000


·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Root Entry 
·
·
·
·
·я
·Н
·
·
·
·!Ђ
·
·
·
·
·
·3
· !
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·!
·
·

·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
· 
·
·
·
·
·я
·Н
·
·
·
·!Ђ
·
·
·
·
·
·3
·Equation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native 
·
·
·
·
·я
·Н
·
·
·
·!Ђ
·
·
·
·
·
·3
· !
·
·
·
·
·
·
·!
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
· 
·
·
·
·
·я
·Н
·
·
·
·!Ђ
·
·
·
·
·
·3
·Equation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native 
·
·
·
·
·я
·Н
·
·
·
·!Ђ
·
·
·
·
·
·3
· 
·
·
·
·
·я
·Н
·
·
·
·!Ђ
·
·
·
·
·
·3
· 
·
·
·
·
·я
·Н
·
·
·
·!Ђ
·
·
·
·
·
·3
· 
·
·
·
·
·я
·Н
·
·
·
·!Ђ
·
·
·
·
·
·3
·Equation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native 
·
·
·
·
·я
·Н
·
·
·
·!Ђ
·
·
·
·
·
·3
· 
·
·
·
·
·я
·Н
·
·
·
·!Ђ
·
·
·
·
·
·3
· 
·
·
·
·
·я
·Н
·
·
·
·!Ђ
·
·
·
·
·
·3
· 
·
·
·
·
·я
·Н
·
·
·
·!Ђ
·
·
·
·
·
·3
· 
·
·
·
·
·я
·Н
·
·
·
·!Ђ
·
·
·
·
·
·3
· 
·
·
·
·
·я
·Н
·
·
·
·!Ђ
·
·
·
·
·
·3
· 
·
·
·
·
·я
·Н
·
·
·
·!Ђ
·
·
·
·
·
·3
· !
·
·
·
·
·&
·
·
·
·
·
·!
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
· 
·
·
·
·
·я
·Н
·
·
·
·!Ђ
·
·
·
·
·
·3
· 
·
·
·
·
·я
·Н
·
·
·
·!Ђ
·
·
·
·
·
·3
· 
·
·
·
·
·я
·Н
·
·
·
·!Ђ
·
·
·
·
·
·3
· !
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·!
·
·

·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
· 
·
·
·
·
·я
·Н
·
·
·
·!Ђ
·
·
·
·
·
·3
· 
·
·
·
·
·я
·Н
·
·
·
·!Ђ
·
·
·
·
·
·3
· 
·
·
·
·
·я
·Н
·
·
·
·!Ђ
·
·
·
·
·
·3
· 
·
·
·
·
·я
·Н
·
·
·
·!Ђ
·
·
·
·
·
·3
· 
·
·
·
·
·я
·Н
·
·
·
·!Ђ
·
·
·
·
·
·3
· 
·
·
·
·
·я
·Н
·
·
·
·!Ђ
·
·
·
·
·
·3
·

Приложенные файлы

  • doc 8903889
    Размер файла: 2 MB Загрузок: 1

Добавить комментарий