Курс лекций по "Информатике"
Автор работы: Пользователь скрыл имя, 20 Сентября 2013 в 00:18, курс лекций
Описание работы
Работа содержит конспекты лекций по "Информатике".
Файлы: 1 файл
ИНФОРМАТИКА
Лекция 1. Введение в информатику
1.1. Что такое инфоpматика?
Термин "информатика" (франц. informatique) происходит от французских слов
information (информация) и automatique (автоматика) и дословно означает
"информационная автоматика".
Широко распространён также англоязычный вариант этого термина —
"Сomputer science", что означает буквально "компьютерная наука".
Инфоpматика — это основанная на использовании компьютерной техники
дисциплина, изучающая структуру и общие свойства информации, а также
закономерности и методы её создания, хранения, поиска, преобразования, передачи и
применения в различных сферах человеческой деятельности.
В 1978 году международный научный конгресс официально закрепил за
понятием
"информатика" 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 базируется на компьютерной технике и немыслима
без нее.
Инфоpматика — научная дисциплина с широчайшим диапазоном применения.
Её основные направления:
•
pазpаботка вычислительных систем и пpогpаммного обеспечения;
•
теоpия инфоpмации, изучающая процессы, связанные с передачей,
приёмом, преобразованием и хранением информации;
•
методы искусственного интеллекта, позволяющие создавать программы
для решения задач, требующих определённых интеллектуальных усилий при
выполнении их человеком (логический вывод, обучение, понимание речи, визуальное
восприятие, игры и др.);
•
системный анализ, заключающийся в анализе назначения проектируемой
системы и в установлении требований, которым она должна отвечать;
•
методы машинной графики, анимации, средства мультимедиа;
•
средства телекоммуникации, в том числе, глобальные компьютерные сети,
объединяющие всё человечество в единое информационное сообщество;
•
разнообразные
пpиложения, охватывающие
производство, науку,
образование, медицину, торговлю, сельское хозяйство и все другие виды
хозяйственной и общественной деятельности.
Информатику обычно представляют состоящей из двух частей:
•
технические средства;
•
программные средства.
Технические средства, то есть аппаратура компьютеров, в английском языке
обозначаются словом Hardware, которое буквально переводится как "твёрдые
изделия".
А для программных средств выбрано (а точнее, создано) очень удачное слово
Software (буквально — "мягкие изделия"), которое подчёркивает равнозначность
программного обеспечения и самой машины и вместе с тем подчёркивает способность
программного обеспечения модифицироваться, приспосабливаться, развиваться.
Программное обеспечение — это совокупность всех программ, используемых
компьютерами, а также вся область деятельности по их созданию и применению.
Помимо этих двух общепринятых ветвей информатики выделяют ещё одну
существенную ветвь — алгоритмические средства. Для неё российский академик
А.А. Дородницин предложил название Brainware (от англ. brain — интеллект). Эта
ветвь связана с разработкой алгоритмов и изучением методов и приёмов их
построения.
Алгоритмы — это правила, предписывающие выполнение последовательностей
действий, приводящих к решению задачи.
Нельзя приступить к программированию, не разработав предварительно
алгоритм решения задачи.
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.
Рост производства компьютерной техники, развитие информационных сетей,
создание новых информационных технологий приводят к значительным изменениям
во всех сферах общества: в производстве, науке, образовании, медицине и т.д.
1.2. Что такое информация?
Термин "информация" происходит от латинского слова "informatio", что означает
сведения, разъяснения, изложение.
Информация — это настолько общее и глубокое понятие, что его нельзя
объяснить одной фразой. В это слово вкладывается различный смысл в технике, науке
и в житейских ситуациях.
В обиходе информацией называют любые данные или сведения, которые кого-
либо интересуют.
Например, сообщение о каких-либо событиях, о чьей-либо деятельности и т.п.
"Информировать" в этом смысле означает "сообщить нечто, неизвестное раньше".
Информация — сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их
параметрах, свойствах и состоянии, которые воспринимают информационные системы
(живые организмы, управляющие машины и др.) в процессе жизнедеятельности и
работы.
Одно и то же информационное сообщение (статья в газете, объявление, письмо,
телеграмма, справка, рассказ, чертёж, радиопередача и т.п.) может содержать разное
количество информации для разных людей — в зависимости от их предшествующих
знаний, от уровня понимания этого сообщения и интереса к нему.
Так, сообщение, составленное на японском языке, не несёт никакой новой
информации
человеку, не
знающему
этого
языка, но
может
быть
высокоинформативным для человека, владеющего японским. Никакой новой
информации не содержит и сообщение, изложенное на знакомом языке, если его
содержание непонятно или уже известно.
Информация есть характеристика не сообщения, а соотношения между
сообщением и его потребителем. Без наличия потребителя, хотя бы потенциального,
говорить об информации бессмысленно.
В случаях, когда говорят об автоматизированной работе с информацией
посредством каких-либо технических устройств, обычно в первую очередь
интересуются не содержанием сообщения, а тем, сколько символов это сообщение
содержит.
Применительно к компьютерной обработке данных под информацией понимают
некоторую
последовательность
символических
обозначений
(букв, цифр,
закодированных графических образов и звуков и т.п.), несущую смысловую нагрузку
и представленную в понятном компьютеру виде. Каждый новый символ в такой
последовательности символов увеличивает информационный объём сообщения.
1.3. В каком виде существует информация?
Информация может существовать в самых разнообразных формах:
•
в виде текстов, рисунков, чертежей, фотографий;
•
в виде световых или звуковых сигналов;
•
в виде радиоволн;
•
в виде электрических и нервных импульсов;
•
в виде магнитных записей;
•
в виде жестов и мимики;
•
в виде запахов и вкусовых ощущений;
•
в виде хромосом, посредством которых передаются по наследству
признаки и свойства организмов и т.д.
Предметы, процессы, явления материального или нематериального свойства,
рассматриваемые с точки зрения их информационных свойств, называются
информационными объектами.
1.4. Как передаётся информация?
Информация передаётся в виде сообщений от некоторого источника информации
к её приёмнику посредством канала связи между ними. Источник посылает
передаваемое сообщение, которое кодируется в передаваемый сигнал. Этот сигнал
посылается по каналу связи. В результате в приёмнике появляется принимаемый
сигнал, который декодируется и становится принимаемым сообщением.
канал связи
ИСТОЧНИК
ПРИЁМНИК
Примеры:
1.
сообщение, содержащее информацию о прогнозе погоды, передаётся
приёмнику (телезрителю) от источника — специалиста-метеоролога посредством
канала связи — телевизионной передающей аппаратуры и телевизора;
2.
живое существо своими органами чувств (глаз, ухо, кожа, язык и т.д.)
воспринимает информацию из внешнего мира, перерабатывает её в определенную
последовательность нервных импульсов, передает импульсы по нервным волокнам,
хранит в памяти в виде состояния нейронных структур мозга, воспроизводит в виде
звуковых сигналов, движений и т.п., использует в процессе своей жизнедеятельности.
Передача информации по каналам связи часто сопровождается воздействием
помех, вызывающих искажение и потерю информации.
1.5. Как измеряется количество информации?
Какое количество информации содержится, к примеру, в тексте романа "Война и
мир", в 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? Важнейшим
результатом теории информации является вывод:
В определенных, весьма широких условиях можно пренебречь качественными
особенностями информации, выразить её количество числом, а также сравнить
количество информации, содержащейся в различных группах данных.
В настоящее время получили распространение подходы к определению понятия
"количество информации", основанные на том, что информацию, содержащуюся в
сообщении, можно нестрого трактовать в смысле её новизны или, иначе, уменьшения
неопределённости наших знаний об объекте.
Так, американский инженер Р. Хартли (1928 г.) процесс получения информации
рассматривает как выбор одного сообщения из конечного наперёд заданного
множества из N равновероятных сообщений, а количество информации I,
содержащееся в выбранном сообщении, определяет как двоичный логарифм N.
Формула Хартли: I = log
2
N.
Допустим, нужно угадать одно число из набора чисел от единицы до ста. По
формуле Хартли можно вычислить, какое количество информации для этого
требуется: I = log
2
100 » 6,644. То есть сообщение о верно угаданном числе содержит
количество информации, приблизительно равное 6,644 единиц информации.
Приведем другие примеры равновероятных сообщений:
1.
при бросании монеты: "выпала решка", "выпал орел";
2.
на странице книги: "количество букв чётное", "количество букв
нечётное".
Определим теперь, 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 здании идет речь.
Если это, например, станция 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 американский учёный Клод Шеннон предложил в 1948 г.
другую формулу определения количества информации, учитывающую возможную
неодинаковую вероятность сообщений в наборе.
Формула Шеннона: I = – ( p
1
log
2
p
1
+ p
2
log
2
p
2
+ . . . + p
N
log
2
p
N
),
где p
i
— вероятность того, что именно i-е сообщение выделено в наборе из N
сообщений.
Легко заметить, что если вероятности p
1
, ..., p
N
равны, то каждая из них равна
1/N, и формула Шеннона превращается в формулу Хартли.
Помимо двух рассмотренных подходов к определению количества информации,
существуют и другие. Важно помнить, что любые теоретические результаты
применимы лишь к определённому кругу случаев, очерченному первоначальными
допущениями.
В качестве единицы информации условились принять один бит (англ. bit —
binary, digit — двоичная цифра).
Бит в теории информации — количество информации, необходимое для
различения двух равновероятных сообщений. А в вычислительной технике битом
называют наименьшую "порцию" памяти, необходимую для хранения одного из двух
знаков "0" и "1", используемых для внутримашинного представления данных и
команд.
Бит — слишком мелкая единица измерения. На практике чаще применяется
более крупная единица — байт, равная восьми битам. Именно восемь битов требуется
для того, чтобы закодировать любой из 256 символов алфавита клавиатуры
компьютера (256=2
8
).
Широко используются также ещё более крупные производные единицы
информации:
•
1 Килобайт (Кбайт) = 1024 байт = 2
10
байт,
•
1 Мегабайт (Мбайт) = 1024 Кбайт = 2
20
байт,
•
1 Гигабайт (Гбайт) = 1024 Мбайт = 2
30
байт.
В последнее время в связи с увеличением объёмов обрабатываемой информации
входят в употребление такие производные единицы, как:
•
1 Терабайт (Тбайт) = 1024 Гбайт = 2
40
байт,
•
1 Петабайт (Пбайт) = 1024 Тбайт = 2
50
байт.
За единицу информации можно было бы выбрать количество информации,
необходимое для различения, например, десяти равновероятных сообщений. Это будет
не двоичная (бит), а десятичная (дит) единица информации.
1.6. Что можно делать с информацией?
Информацию можно:
•
создавать;
•
передавать;
•
воспринимать;
•
иcпользовать;
•
запоминать;
•
принимать;
•
копировать;
•
формализовать;
•
распространять;
•
преобразовывать;
•
комбинировать;
•
обрабатывать;
•
делить на части;
•
упрощать;
•
собирать;
•
хранить;
•
искать;
•
измерять;
•
разрушать;
•
и др.
•
Все эти процессы, связанные с определенными операциями над информацией,
называются информационными процессами.
1.7. Какими свойствами обладает информация?
Свойства информации:
•
достоверность;
•
полнота;
•
ценность;
•
своевременность;
•
понятность;
•
доступность;
•
краткость;
•
и др.
Информация достоверна, если она отражает истинное положение дел.
Недостоверная информация может привести к неправильному пониманию или
принятию неправильных решений.
Достоверная информация со временем может стать недостоверной, так как она
обладает свойством устаревать, то есть перестаёт отражать истинное положение дел.
Информация полна, если её достаточно для понимания и принятия решений. Как
неполная, так и избыточная информация сдерживает принятие решений или может
повлечь ошибки.
Точность информации определяется степенью ее близости к реальному
состоянию объекта, процесса, явления и т.п.
Ценность информации зависит от того, насколько она важна для решения задачи,
а также от того, насколько в дальнейшем она найдёт применение в каких-либо видах
деятельности человека.
Только своевременно полученная информация может принести ожидаемую
пользу. Одинаково нежелательны как преждевременная подача информации (когда
она ещё не может быть усвоена), так и её задержка.
Если ценная и своевременная информация выражена непонятным образом, она
может стать бесполезной.
Информация становится понятной, если она выражена языком, на котором
говорят те, кому предназначена эта информация.
Информация должна преподноситься в доступной (по уровню восприятия)
форме. Поэтому одни и те же вопросы по разному излагаются в школьных учебниках
и научных изданиях.
Информацию по одному и тому же вопросу можно изложить кратко (сжато, без
несущественных деталей) или пространно (подробно, многословно). Краткость
информации необходима в справочниках, энциклопедиях, учебниках, всевозможных
инструкциях.
1.8. Что такое обработка информации?
Обработка информации – получение одних информационных объектов из других
информационных объектов путем выполнения некоторых алгоритмов [15].
Обработка является одной из основных операций, выполняемых над
информацией, и главным средством увеличения объёма и разнообразия информации.
Средства обработки информации — это всевозможные устройства и системы,
созданные человечеством, и в первую очередь, компьютер — универсальная машина
для обработки информации.
Компьютеры обрабатывают информацию путем выполнения некоторых
алгоритмов.
Живые организмы и растения обрабатывают информацию с помощью своих
органов и систем.
1.9. Что такое информационные ресурсы и информационные технологии?
Информационные ресурсы – это идеи человечества и указания по их реализации,
накопленные в форме, позволяющей их воспроизводство.
Это книги, статьи, патенты, диссертации, научно-исследовательская и опытно-
конструкторская документация, технические переводы, данные о передовом
производственном опыте и др. [42].
Информационные ресурсы (в отличие от всех других видов ресурсов —
трудовых, энергетических, минеральных и т.д.) тем быстрее растут, чем больше их
расходуют.
Информационная технология — это совокупность методов и устройств,
используемых людьми для обработки информации.
Человечество занималось обработкой информации тысячи лет. Первые
информационные
технологии
основывались
на
использо-вании
счётов
и
письменности. Около пятидесяти лет назад началось исключительно быстрое развитие
этих технологий, что в первую очередь связано с появлением компьютеров.
В настоящее время термин "информационная технология" употребляется в связи
с использованием компьютеров для обработки информации. Информационные
технологии охватывают всю вычислительную технику и технику связи и, отчасти, —
бытовую электронику, телевидение и радиовещание.
Они находят применение в промышленности, торговле, управлении, банковской
системе, образовании, здравоохранении, медицине и науке, транспорте и связи,
сельском хозяйстве, системе социального обеспечения, служат подспорьем людям
различных профессий и домохозяйкам.
Народы развитых стран осознают, что совершенствование информационных
технологий представляетсамую важную, хотя дорогостоящую и трудную задачу.
В
настоящее
время
создание
крупномасштабных
информационно-
технологических систем является экономически возможным, и это обусловливает
появление
национальных исследовательских и образовательных программ,
призванных стимулировать их разработку.
1.10. Что понимают под информатизацией общества?
Информатизация общества — организованный социально-экономический и
научно-технический процесс создания оптимальных условий для удовлетворения
информационных потребностей и реализации прав граждан, органов государственной
власти, органов местного самоуправления организаций, общественных объединений
на основе формирования и использования информационных ресурсов [53].
Цель информатизации — улучшение качества жизни людей за счет увеличения
производительности и облегчения условий их труда.
Информатизация — это сложный социальный процесс, связанный со
значительными изменениями в образе жизни населения. Он требует серьёзных усилий
на многих направлениях, включая ликвидацию компьютерной неграмотности,
формирование культуры использования новых информационных технологий и др.
1.11. Вопросы для самоконтроля
1.1. Что означает термин "информатика" и каково его происхождение?
1.2. Какие области знаний и административно-хозяйственной деятельности
официально закреплены за понятием "информатика" с 1978 года?
1.3. Какие сферы человеческой деятельности и в какой степени затрагивает
информатика?
1.4. Назовите основные составные части информатики и основные направления
её применения.
1.5. Что подразумевается под понятием "информация" в бытовом, естественно-
научном и техническом смыслах?
1.6. Какие формы существования информации Вы можете назвать?
1.7. Приведите примеры знания фактов и знания правил. Назовите новые факты
и новые правила, которые Вы узнали за сегодняшний день.
1.8. От кого (или чего) человек принимает информацию? Кому передает
информацию?
1.9. В каких формах человек передаёт и принимает информацию?
1.10. Где и как человек хранит информацию?
1.11. Что необходимо добавить в систему "источник информации — приёмник
информации", чтобы осуществлять передачу сообщений?
1.12. Какие типы действий выполняет человек с информацией?
1.13. Приведите примеры ситуаций, в которых информация
а) создаётся;
д) копируется;
и) передаётся;
б) обрабатывается;
е) воспринимается;
к) разрушается;
в) запоминается;
ж) измеряется;
л) ищется;
г) делится на части;
з) принимается;
м) упрощается.
1.14. Приведите примеры обработки информации человеком. Что является
результатами этой обработки?
1.15. Приведите примеры информации:
•
а) достоверной и недостоверной;
•
б) полной и неполной;
•
в) ценной и малоценной;
•
г) своевременной и несвоевременной;
•
д) понятной и непонятной;
•
е) доступной и недоступной для усвоения;
•
ж) краткой и пространной.
1.16. Назовите системы сбора и обработки информации в теле человека.
1.17. Приведите примеры технических устройств и систем, предназначенных для
сбора и обработки информации.
1.18. От чего зависит информативность сообщения, принимаемого человеком?
1.19. Почему количество информации в сообщении удобнее оценивать не по
степени увеличения знания об объекте, а по степени уменьшения неопределённости
наших знаний о нём?
1.20. Как определяется единица измерения количества информации?
1.21. В каких случаях и по какой формуле можно вычислить количество
информации, содержащейся в сообщении?
1.22. Почему в формуле Хартли за основание логарифма взято число 2?
1.23. При каком условии формула Шеннона переходит в формулу Хартли?
1.24. Что определяет термин "бит" в теории информации и в вычислительной
технике?
1.25. Приведите примеры сообщений, информативность которых можно
однозначно определить.
1.26. Приведите примеры сообщений, содержащих один (два, три) бит
информации.
1.12. Упражнения
1.1. Запишите множество вариантов загорания двух светофоров, расположенных
на соседних перекрёстках.
1.2. Три человека, Иванов, Петров и Сидоров, образуют очередь. Запишите все
возможные варианты образования этой очереди.
1.3. Назовите все возможные комбинации из двух различных нот (всего нот семь:
до, ре, ми, фа, соль, ля, си).
1.4. Пусть голосуют 3 человека (голосование "да"/"нет"). Запишите все
возможные исходы голосования.
1.5. Предположим, что имеются 3 автомобильные дороги, идущие от Парижа до
Тулузы, и 4 — от Тулузы до Мадрида. Сколькими способами можно выбрать дорогу
от Парижа в Мадрид через Тулузу? Попытайтесь найти систематический метод для
последовательного нахождения решения так, чтобы можно было составить список
способов, не пропустив ни одного из них.
1.6. Поезд находится на одном из восьми путей. Сколько бит информации
содержит сообщение о том, где находится поезд?
1.7. Сколько существует различных двоичных последовательностей из одного,
двух, трех, четырёх, восьми символов?
1.8. Каков информационный объём сообщения "Я помню чудное мгновенье" при
условии, что один символ кодируется одним байтом и соседние слова разделены
одним пробелом?
1.9. Определите приблизительно информационный объём:
•
а) этой страницы книги;
•
б) всей книги;
•
в) поздравительной открытки.
1.10.
Сколько
бит
необходимо,
чтобы
закодировать
оценки:
"неудовлетворительно", "удовлетворительно", "хорошо" и "отлично"?
1.11. Сколько различных символов, закодированных байтами, содержится в
сообщении: 1101001100011100110100110001110001010111 ?
1.12. Сколько байт памяти необходимо, чтобы закодировать изображение на
экране компьютерного монитора, который может отображать 1280 точек по
горизонтали и 1024 точек по вертикали при 256 цветах?
Лекция 2. Общие принципы организации и работы компьютеров
2.1. Что такое компьютер?
Компьютер
(англ. computer
—
вычислитель) представляет
собой
программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и
производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования
символами [51].
Существует два основных класса компьютеров:
•
цифровые компьютеры, обрабатывающие данные в виде числовых
двоичных кодов;
•
аналоговые компьютеры, обрабатывающие непрерывно меняющиеся
физические величины (электрическое напряжение, время и т.д.), которые являются
аналогами вычисляемых величин.
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.
Команда — это описание операции, которую должен выполнить компьютер. Как
правило, у команды есть свой код (условное обозначение), исходные данные
(операнды) и результат.
Например, у команды "сложить два числа" операндами являются слагаемые, а
результатом — их сумма. А у команды "стоп" операндов нет, а результатом является
прекращение работы программы.
Результат команды вырабатывается по точно определенным для данной команды
правилам, заложенным в конструкцию компьютера.
Совокупность команд, выполняемых данным компьютером, называется
системой команд этого компьютера.
Компьютеры работают с очень высокой скоростью, составляющей миллионы -
сотни миллионов операций в секунду.
2.2. Как устроен компьютер?
Разнообразие современных компьютеров очень велико. Но их структуры
основаны на общих логических принципах, позволяющих выделить в любом
компьютере следующие главные устройства:
•
память (запоминающее устройство, ЗУ), состоящую из перенумерованных
ячеек;
•
процессор, включающий в себя устройство управления (УУ) и
арифметико-логическое устройство (АЛУ);
•
устройство ввода;
•
устройство вывода.
Эти устройства соединены каналами связи, по которым передается информация.
Основные устройства компьютера и связи между ними представлены на схеме
(рис. 2.1).
Рис. 2.1. Общая схема компьютера
Функции памяти:
•
приём информации из других устройств;
•
запоминание информации;
•
выдача информации по запросу в другие устройства машины.
Функции процессора:
•
обработка данных по заданной программе путем выполнения
арифметических и логических операций;
•
программное управление работой устройств компьютера.
Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-
логическим устройством (АЛУ), а другая его часть, выполняющая функции
управления устройствами, называется устройством управления (УУ).
Обычно эти два устройства выделяются чисто условно, конструктивно они не
разделены.
В составе процессора имеется ряд специализированных дополнительных ячеек
памяти, называемых регистрами.
Регистр выполняет функцию кратковременного хранения числа или команды.
Над содержимым некоторых регистров специальные электронные схемы могут
выполнять некоторые манипуляции. Например, "вырезать" отдельные части команды
для последующего их использования или выполнять определенные арифметические
операции над числами.
Основным элементом регистра является электронная схема, называемая
триггером, которая способна хранить одну двоичную цифру (разряд).
Регистр представляет собой совокупность триггеров, связанных друг с другом
определённым образом общей системой управления.
Существует несколько типов регистров, отличающихся видом выполняемых
операций.
Некоторые важные регистры имеют свои названия, например:
•
сумматор — регистр АЛУ, участвующий в выполнении каждой операции
•
счетчик команд — регистр УУ, содержимое которого соответствует адресу
очередной выполняемой команды; служит для автоматической выборки программы из
последовательных ячеек памяти;
•
регистр команд — регистр УУ для хранения кода команды на период
времени, необходимый для ее выполнения. Часть его разрядов используется для
хранения кода операции, остальные — для хранения кодов адресов операндов.
2.3. На каких принципах построены компьютеры?
В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены
следующие общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым
Джоном фон Нейманом.
Рис. 2.2. Джон фон Нейман, 1945 г.
1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит
из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в
определенной последовательности.
Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд.
Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес
очередной команды на длину команды.
А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем
самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных
ячеек памяти.
Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-
то другой, используются команды условного или безусловного переходов, которые
заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду.
Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды
“стоп”.
Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без
вмешательства человека.
2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той
же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти —
число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и
над данными.
Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе
своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в
самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе
организуется выполнение циклов и подпрограмм).
Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты
исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции —
перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык
конкретной машины.
3. Принцип
адресности. Структурно
основная
память
состоит
из
перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна
любая ячейка.
Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к
запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в
процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен.
Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-
неймановских.
Но существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-
неймановских. Для них, 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.
2.4. Что такое архитектура и структура компьютера?
При рассмотрении компьютерных устройств принято различать их архитектуру
и структуру.
Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем
уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования,
системы команд, системы адресации, организации памяти и т.д. Архитектура
определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение
основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного ЗУ, внешних ЗУ и
периферийных устройств. Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает
их совместимость с точки зрения пользователя.
Структура компьютера — это совокупность его функциональных элементов и
связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства — от
основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера
графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать
описание компьютера на любом уровне детализации.
Наиболее распространены следующие архитектурные решения.
Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) — одно арифметико-
логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно
устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд — программа
(рис. 2.1). Это однопроцессорный компьютер.
К этому типу архитектуры относится и архитектура персонального компьютера с
общей шиной. Все функциональные блоки здесь связаны между собой общей шиной,
называемой также системной магистралью.
Физически магистраль представляет собой многопроводную линию с гнездами
для подключения электронных схем. Совокупность проводов магистрали разделяется
на отдельные группы: шину адреса, шину данных и шину управления.
Периферийные устройства (принтер и др.) подключаются к аппаратуре
компьютера
через
специальные
контроллеры
— устройства
управления
периферийными устройствами.
Контроллер — устройство, которое связывает периферийное оборудование или
каналы
связи
с
центральным
процессором, освобождая
процессор
от
непосредственного управления функционированием данного оборудования.
· Многопроцессорная архитектура. Наличие в компьютере нескольких
процессоров означает, что параллельно может быть организовано много потоков
данных и много потоков команд. Таким образом, параллельно могут выполняться
несколько фрагментов одной задачи. Структура такой машины, имеющей общую
оперативную память и несколько процессоров, представлена на рис. 2.3.
Рис. 2.3. Архитектура многопроцессорного компьютера
Многомашинная вычислительная система. Здесь несколько процессоров,
входящих в вычислительную систему, не имеют общей оперативной памяти, а имеют
каждый свою (локальную). Каждый компьютер в многомашинной системе имеет
классическую архитектуру, и такая система применяется достаточно широко.
Однако эффект от применения такой вычислительной системы может быть
получен только при решении задач, имеющих очень специальную структуру: она
должна разбиваться на столько слабо связанных подзадач, сколько компьютеров в
системе.
Преимущество в быстродействии многопроцессорных и многомашинных
вычислительных систем перед однопроцессорными очевидно.
· Архитектура с параллельными процессорами. Здесь несколько АЛУ работают
под управлением одного УУ. Это означает, что множество данных может
обрабатываться по одной программе — то есть по одному потоку команд.
Высокое быстродействие такой архитектуры можно получить только на
задачах, в которых одинаковые
вычислительные операции выполняются
одновременно на различных однотипных наборах данных. Структура таких
компьютеров представлена на рис. 2.4.
Рис. 2.4. Архитектура с параллельным процессором
В современных машинах часто присутствуют элементы различных типов
архитектурных решений. Существуют и такие архитектурные решения, которые
радикально отличаются от рассмотренных выше.
2.5. Что такое центральный процессор?
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.
Центральный процессор в общем случае содержит в себе:
•
арифметико-логическое устройство;
•
шины данных и шины адресов;
•
регистры;
•
счетчики команд;
•
кэш — очень быструю память малого объема (от 8 до 512 Кбайт);
•
математический сопроцессор чисел с плавающей точкой.
Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров. Физически
микропроцессор представляет собой интегральную схему — тонкую пластинку
кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько
квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции
процессора. Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или
керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими
штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера.
В вычислительной системе может быть несколько параллельно работающих
процессоров; такие системы называются многопроцессорными.
2.6. Как устроена память?
Память компьютера построена из двоичных запоминающих элементов — битов,
объединенных в группы по 8 битов, которые называются байтами. (Единицы
измерения памяти совпадают с единицами измерения информации). Все байты
пронумерованы. Номер байта называется его адресом.
Байты могут объединяться в ячейки, которые называются также словами. Для
каждого компьютера характерна определенная длина слова — два, четыре или восемь
байтов. Это не исключает использования ячеек памяти другой длины (например,
полуслово, двойное слово).
Как правило, в одном машинном слове может быть представлено либо одно
целое число, либо одна команда. Однако, допускаются переменные форматы
представления информации.
Разбиение памяти на слова для четырехбайтовых компьютеров представлено в
таблице:
Байт 0 Байт 1 Байт 2 Байт 3 Байт 4 Байт 5 Байт 6 Байт 7
ПОЛУСЛОВО ПОЛУСЛОВО ПОЛУСЛОВО ПОЛУСЛОВО
СЛОВО
СЛОВО
ДВОЙНОЕ СЛОВО
Широко используются и более крупные производные единицы объема памяти:
Килобайт, Мегабайт, Гигабайт, а также, в последнее время, Терабайт и Петабайт.
Современные компьютеры имеют много разнообразных запоминающих
устройств, которые сильно отличаются между собой по назначению, временным
характеристикам, объёму хранимой информации и стоимости хранения одинакового
объёма информации.
Различают два основных вида памяти — внутреннюю и внешнюю.
2.7. Какие устройства образуют внутреннюю память?
В состав внутренней памяти входят оперативная память, кэш-память и
специальная память.
· Оперативная память
Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM, Random Access Memory — память с
произвольным доступом) — это быстрое запоминающее устройство не очень
большого объёма, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для
записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых
этими программами.
Оперативная память используется только для временного хранения данных и
программ, так как, когда машина выключается, все, что находилось в ОЗУ, пропадает.
Доступ к элементам оперативной памяти прямой — это означает, что каждый байт
памяти имеет свой индивидуальный адрес.
Объем ОЗУ обычно составляет 4 - 64 Мбайта, а для эффективной работы
современного программного обеспечения желательно иметь не менее 16 Мбайт ОЗУ.
Обычно ОЗУ исполняется из интегральных микросхем памяти DRAM (Dynamic RAM
— динамическое ОЗУ). Микросхемы DRAM работают медленнее, чем другие
разновидности памяти, но стоят дешевле.
Каждый информационный бит в DRAM запоминается в виде электрического
заряда крохотного конденсатора, образованного в структуре полупроводникового
кристалла. Из-за токов утечки такие конденсаторы быстро разряжаются, и их
периодически (примерно каждые 2 миллисекунды) подзаряжают специальные
устройства. Этот процесс называется регенерацией памяти (Refresh Memory).
Современные микросхемы имеют ёмкость 1-16 Мбит и более. Они
устанавливаются в корпуса и собираются в модули памяти.
Наиболее распространены модули типа SIMM (Single In-Line Memory Module —
модуль памяти с однорядным расположением микросхем).
Рис. 2.6. SIMM. Модуль памяти c однорядным расположением микросхем
В модуле SIMM элементы памяти собраны на маленькой печатной плате длиной
около 10 см. Ёмкость таких модулей неодинаковая — 256 Кбайт, 1, 2, 4, 8, 16, 32 и 64
Мбайта. Различные модули SIMM могут иметь разное число микросхем — девять, три
или одну, и разное число контактов — 30 или 72.
Важная характеристика модулей памяти — время доступа к данным, которое
обычно составляет 60 – 80 наносекунд.
· Кэш-память
Кэш (англ. cache), или сверхоперативная память — очень быстрое ЗУ
небольшого объёма, которое используется при обмене данными между
микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости
обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей
оперативной памятью.
Кэш-памятью управляет специальное устройство — контроллер, который,
анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды
вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в
кэш-память. При этом возможны как "попадания", так и "промахи". В случае
попадания, то есть, если в кэш подкачаны 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 и промахов определяет эффективность кэширования.
Кэш-память реализуется на микросхемах статической памяти SRAM (Static
RAM), более быстродействующих, дорогих и малоёмких, чем DRAM.
Современные микропроцессоры имеют встроенную кэш-память, так называемый
кэш первого уровня размером 8–16 Кбайт. Кроме того, на системной плате
компьютера может быть установлен кэш второго уровня ёмкостью от 64 Кбайт до 256
Кбайт и выше.
· 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.
Постоянная память (ПЗУ, англ. ROM, Read Only Memory — память только для
чтения) — энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые
никогда не потребуют изменения. Содержание памяти специальным образом
“зашивается” в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ
можно только читать.
Перепрограммируемая
постоянная
память
(Flash
Memory)
—
энергонезависимая
память, допускающая
многократную
перезапись
своего
содержимого с дискеты.
Прежде всего в постоянную память записывают программу управления работой
самого процессора. В ПЗУ находятся программы управления дисплеем, клавиатурой,
принтером, внешней памятью, программы запуска и остановки компьютера,
тестирования устройств.
Важнейшая микросхема постоянной или Flash-памяти — модуль BIOS.
BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода-вывода) —
совокупность программ, предназначенных для:
•
автоматического тестирования устройств после включения питания
компьютера;
•
загрузки операционной системы в оперативную память.
Роль BIOS двоякая: с одной стороны это неотъемлемый элемент аппаратуры
(Hardware), а с другой строны — важный модуль любой операционной системы
(Software).
Разновидность постоянного ЗУ — CMOS RAM.
CMOS RAM — это память с невысоким быстродействием и минимальным
энергопотреблением от батарейки. Используется для хранения информации о
конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы.
Интегральные схемы BIOS и CMOS
Содержимое CMOS изменяется специальной программой Setup, находящейся в
BIOS (англ. Set-up — устанавливать, читается "сетап").
Для хранения графической информации используется видеопамять.
Видеопамять (VRAM) — 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.
2.10. Какие устройства образуют внешнюю память?
Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и
данных, и целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен
компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи
с процессором. Информация от ВЗУ к процессору и наоборот циркулирует примерно
по следующей цепочке:
В состав внешней памяти компьютера входят:
•
накопители на жёстких магнитных дисках;
•
накопители на гибких магнитных дисках;
•
накопители на компакт-дисках;
•
накопители на магнито-оптических компакт-дисках;
•
накопители на магнитной ленте (стримеры) и др.
Накопители на гибких магнитных дисках
Гибкий диск, дискета (англ. floppy disk) — устройство для хранения небольших
объёмов информации, представляющее собой гибкий пластиковый диск в защитной
оболочке. Используется для переноса данных с одного компьютера на другой и для
распространения программного обеспечения.
Дискета состоит из круглой полимерной подложки, покрытой с обеих сторон
магнитным окислом и помещенной в пластиковую упаковку, на внутреннюю
поверхность которой нанесено очищающее покрытие. В упаковке сделаны с двух
сторон радиальные прорези, через которые головки считывания/записи накопителя
получают доступ к диску.
Способ записи двоичной информации на магнитной среде называется
магнитным кодированием. Он заключается в том, что магнитные домены в среде
выстраиваются вдоль дорожек в направлении приложенного магнитного поля своими
северными и южными полюсами. Обычно устанавливается однозначное соответствие
между двоичной информацией и ориентацией магнитных доменов.
Информация записывается по концентрическим дорожкам (трекам), которые
делятся на секторы. Количество дорожек и секторов зависит от типа и формата
дискеты. Сектор хранит минимальную порцию информации, которая может быть
записана на диск или считана. Ёмкость сектора постоянна и составляет 512 байтов.
Рис. 2.7. Поверхность магнитного диска
На дискете можно хранить от 360 Килобайт до 2,88 Мегабайт информации.
В настоящее время наибольшее распространение получили дискеты со
следующими характеристиками: диаметр 3,5 дюйма (89 мм), ёмкость 1,44 Мбайт,
число дорожек 80, количество секторов на дорожках 18.
Дискета устанавливается в накопитель на гибких магнитных дисках (англ.
floppy-disk drive), автоматически в нем фиксируется, после чего механизм накопителя
раскручивается до частоты вращения 360 мин
–1
. В накопителе вращается сама дискета,
магнитные головки остаются неподвижными. Дискета вращается только при
обращении к ней.
Накопитель связан с процессором через контроллер гибких дисков.
Накопители на жестких магнитных дисках
Если гибкие диски — это средство переноса данных между компьютерами, то
жесткий диск — информационный склад компьютера.
Накопитель на жёстких магнитных дисках (англ. HDD — Hard Disk Drive) или
винчестерский накопитель — это наиболее массовое запоминающее устройство
большой ёмкости, в котором носителями информации являются круглые
алюминиевые пластины — платтеры, обе поверхности которых покрыты слоем
магнитного материала. Используется для постоянного хранения информации —
программ и данных.
Рис. 2.8. Винчестерский накопитель со снятой крышкой корпуса
Как и у дискеты, рабочие поверхности платтеров разделены на кольцевые
концентрические дорожки, а дорожки — на секторы. Головки считывания-записи
вместе с их несущей конструкцией и дисками заключены в герметически закрытый
корпус, называемый модулем данных. При установке модуля данных на дисковод он
автоматически соединяется с системой, подкачивающей очищенный охлажденный
воздух.
Поверхность платтера имеет магнитное покрытие толщиной всего лишь в 1,1
мкм, а также слой смазки для предохранения головки от повреждения при опускании и
подъёме на ходу. При вращении платтера над ним образуется воздушный слой,
который обеспечивает воздушную подушку для зависания головки на высоте 0,5 мкм
над поверхностью диска.
Винчестерские накопители имеют очень большую ёмкость: от сотен Мегабайт до
десятков Гбайт. У современных моделей скорость вращения шпинделя достигает 7200
оборотов в минуту, среднее время поиска данных — 10 мс, максимальная скорость
передачи данных до 40 Мбайт/с.
В отличие от дискеты, винчестерский диск вращается непрерывно.
Винчестерский накопитель связан с процессором через контроллер жесткого
диска.
Все современные накопители снабжаются встроенным кэшем (64 Кбайт и
более), который существенно повышает их производительность.
Накопители на компакт-дисках
CD-ROM состоит из прозрачной полимерной основы диаметром 12 см и
толщиной 1,2 мм. Одна сторона покрыта тонким алюминиевым слоем, защищенным
от повреждений слоем лака. Двоичная информация представляется последовательным
чередованием углублений (pits — ямки) и основного слоя (land — земля).
На одном дюйме (2,54 см) по радиусу диска размещается 16 тысяч дорожек с
информацией. Для сравнения — на дюйме по радиусу дискеты всего лишь 96 дорожек.
Ёмкость CD до 780 Мбайт. Информация заносится на диск на заводе и не может
быть изменена.
Достоинства CD-ROM:
•
При малых физических размерах CD-ROM обладают высокой
информационной ёмкостью, что позволяет использовать их в справочных системах и в
учебных комплексах с богатым иллюстративным материалом; один CD, имея размеры
примерно дискеты, по информационному объёму равен почти 500 таким дискетам;
•
Считывание информации с CD происходит с высокой скоростью,
сравнимой со скоростью работы винчестера;
•
CD просты и удобны в работе, практически не изнашиваются;
•
CD не могут быть поражены вирусами;
•
На CD-ROM невозможно случайно стереть информацию;
•
Стоимость хранения данных (в расчете на 1 Мбайт) низкая.
В отличие от магнитных дисков, компакт-диски имеют не множество кольцевых
дорожек, а одну — спиральную, как у грампластинок. В связи с этим, угловая скорость
вращения диска не постоянна. Она линейно уменьшается в процессе продвижения
читающей магнитной головки к центру диска.
Для работы с CD ROM нужно подключить к компьютеру накопитель CD-ROM
(CD-ROM Drive), в котором компакт-диски сменяются как в обычном проигрывателе.
Накопители CD-ROM часто называют проигрывателями CD-ROM или приводами CD-
ROM.
Что такое накопитель CD-ROM с технической точки зрения?
Рис. 2.9. Накопитель CD-ROM
Участки CD, на которых записаны символы "0" и "1", отличаются
коэффициентом отражения лазерного луча, посылаемого накопителем CD-ROM. Эти
отличия улавливаются фотоэлементом, и общий сигнал преобразуется в
соответствующую последовательность нулей и единиц.
Многие накопители CD-ROM способны воспроизводить обычные аудио-CD. Это
позволяет пользователю, работающему за компьютером, слушать музыку в фоновом
режиме.
Со временем на смену CD-ROM могут прийти цифровые видеодиски
DVD(читается "ди-ви-ди"). Эти диски имеют тот же размер, что и обычные CD, но
вмещают 4,7 Гбайт данных, т.е. по объёму заменяют семь стандартных дисков CD-
ROM. В скором времени ёмкость дисков DVD возрастет до 17 Гбайт. На таких дисках
будут выпускаться полноэкранные видеофильмы отличного качества, программы-
тренажёры, мультимедийные игры и многое другое.
Главный недостаток накопителей CD-ROM по сравнению с винчестерскими
накопителями — невозможность перезаписи информации.
2.8. Что такое аудиоадаптер?
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 (то есть,
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 стереозвучание, 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.
Область применения звуковых плат — компьютерные игры, обучающие
программные системы, рекламные презентации, "голосовая почта" (voice mail) между
компьютерами, озвучивание различных процессов, происходящих в компьютерном
оборудовании, таких, например, как отсутствие бумаги в принтере и т.п.
2.9. Что такое видеоадаптер и графический акселератор?
Видеоадаптер — это электронная плата, которая обрабатывает видеоданные
(текст и графику) и управляет работой дисплея. Содержит видеопамять, регистры
ввода вывода и модуль BIOS. Посылает в дисплей сигналы управления яркостью лучей
и сигналы развертки изображения.
Наиболее распространенный видеоадаптер на сегодняшний день — адаптер
SVGA (Super Video Graphics Array — супервидеографический массив), который может
отображать на экране дисплея 1280х1024 пикселей при 256 цветах и 1024х768
пикселей при 16 миллионах цветов.
С увеличением числа приложений, использующих сложную графику и видео,
наряду с традиционными видеоадаптерами широко используются разнообразные
устройства компьютерной обработки видеосигналов:
Графические акселераторы (ускорители) — специализированные графические
сопроцессоры, увеличивающие эффективность видеосистемы. Их применение
освобождает центральный процессор от большого объёма операций с видеоданными,
так как акселераторы самостоятельно вычисляют, какие пиксели отображать на экране
и каковы их цвета.
· Фрейм-грабберы, которые позволяют отображать на экране компьютера
видеосигнал от видеомагнитофона, камеры, лазерного проигрывателя и т. п., с тем,
чтобы захватить нужный кадр в память и впоследствии сохранить его в виде файла.
· TV-тюнеры — видеоплаты, превращающие компьютер в телевизор. TV-тюнер
позволяет выбрать любую нужную телевизионную программу и отображать ее на
экране в масштабируемом окне. Таким образом можно следить за ходом передачи, не
прекращая работу.
2.10. Что такое клавиатура?
Клавиатура служит для ввода информации в компьютер и подачи управляющих
сигналов. Она содержит стандартный набор алфавитно-цифровых клавиш и некоторые
дополнительные клавиши — управляющие и функциональные, клавиши управления
курсором, а также малую цифровую клавиатуру.
Курсор — светящийся символ на экране монитора, указывающий позицию, на
которой будет отображаться следующий вводимый с клавиатуры знак.
Все символы, набираемые на клавиатуре, немедленно отображаются на
мониторе в позиции курсора.
Наиболее распространена сегодня 101-клавишная клавиатура c раскладкой
клавиш QWERTY (читается “кверти”), названная так по клавишам, расположенным в
верхнем левом ряду алфавитно-цифровой части клавиатуры:
Рис. 2.13. Клавиатура компьютера
Такая 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 cимволы
вводятся посреди уже набранных, раздвигая их) и замены (старые символы
замещаются новыми);
•
Delete (удалять) — удаляет символ с позиции курсора;
•
Back Space или— 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 — предназначена для ввода
пробелов.
•
Клавиши, , и служат для перемещения курсора вверх, вниз, влево и вправо
на одну позицию или строку.
Малая цифровая клавиатура используется в двух режимах — ввода чисел и
управления курсором. Переключение этих режимов осуществляется 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
ввода-вывода клавиатуры.
Клавиатура имеет встроенный буфер — промежуточную память 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, "зашитые" в BIOS, а
также драйвер клавиатуры, который обеспечивает возможность ввода русских букв,
управление скоростью работы клавиатуры и др.
2.11. Что такое видеосистема компьютера?
Видеосистема компьютера состоит из трех компонент:
•
монитор (называемый также дисплеем);
•
видеоадаптер;
•
программное обеспечение (драйверы видеосистемы).
Видеоадаптер посылает в монитор сигналы управления яркостью лучей и
синхросигналы строчной и кадровой развёрток. Монитор преобразует эти сигналы в
зрительные образы. А программные средства обрабатывают видеоизображения —
выполняют кодирование и декодирование сигналов, координатные преобразования,
сжатие изображений и др.
Монитор — устройство визуального отображения информации (в виде текста,
таблиц, рисунков, чертежей и др.).
Рис. 2.14. Монитор
Подавляющее большинство мониторов сконструированы на базе электронно-
лучевой трубки (ЭЛТ), и принцип их работы аналогичен принципу работы телевизора.
Мониторы бывают алфавитно-цифровые и графические, монохромные и цветного
изображения. Современные компьютеры комплектуются, как правило, цветными
графическими мониторами.
Основной элемент дисплея — электронно-лучевая трубка.
Её передняя, обращенная к зрителю часть с внутренней стороны покрыта
люминофором — специальным веществом, способным излучать свет при попадании
на него быстрых электронов.
Рис. 2.15. Схема электронно-лучевой трубки
Люминофор наносится в виде наборов точек трёх основных цветов — красного,
зелёного и синего. Эти цвета называют основными, потому что их сочетаниями (в
различных пропорциях) можно представить любой цвет спектра.
Наборы точек люминофора располагаются по треугольным триадам. Триада
образует пиксел — точку, из которых формируется изображение (англ. pixel — picture
element, элемент картинки).
Расстояние между центрами пикселов называется точечным шагом монитора.
Это расстояние существенно влияет на чёткость изображения. Чем меньше шаг, тем
выше чёткость. Обычно в цветных мониторах шаг составляет 0,28 мм. При таком шаге
глаз человека воспринимает точки триады как одну точку "сложного" цвета.
На противоположной стороне трубки расположены три (по количеству основных
цветов) электронные пушки. Все три пушки "нацелены" на один и тот же пиксел, но
каждая из них излучает поток электронов в сторону "своей" точки люминофора.
Чтобы электроны беспрепятственно достигали экрана, из трубки откачивается
воздух, а между пушками и экраном создаётся высокое электрическое напряжение,
ускоряющее электроны.
Перед экраном на пути электронов ставится маска — тонкая металлическая
пластина с большим количеством отверстий, расположенных напротив точек
люминофора. Маска обеспечивает попадание электронных лучей только в точки
люминофора соответствующего цвета.
Величиной электронного тока пушек и, следовательно, яркостью свечения
пикселов, управляет сигнал, поступающий с видеоадаптера.
На ту часть колбы, где расположены электронные пушки, надевается
отклоняющая система монитора, которая заставляет электронный пучок пробегать
поочерёдно все пикселы строчку за строчкой от верхней до нижней, затем
возвращаться в начало верхней строки и т.д.
Количество отображённых строк в секунду называется строчной частотой
развертки. А частота, с которой меняются кадры изображения, называется кадровой
частотой развёртки. Последняя не должна быть ниже 60 Гц, иначе изображение
будет мерцать.
Наряду с традиционными ЭЛТ-мониторами все шире используются плоские
жидкокристаллические (ЖК) мониторы.
Жидкие кристаллы — это особое состояние некоторых органических веществ, в
котором они обладают текучестью и свойством образовывать пространственные
структуры, подобные кристаллическим. Жидкие кристаллы могут изменять свою
структуру и светооптические свойства под действием электрического напряжения.
Меняя с помощью электрического поля ориентацию групп кристаллов и используя
введённые в жидкокристаллический раствор вещества, способные излучать свет под
воздействием электрического поля, можно создать высококачественные изображения,
передающие более 15 миллионов цветовых оттенков.
Рис. 2.18. Жидкокристалический монитор
Большинство ЖК-мониторов использует тонкую плёнку из жидких кристаллов,
помещённую между двумя стеклянными пластинами. Заряды передаются через так
называемую пассивную матрицу — сетку невидимых нитей, горизонтальных и
вертикальных, создавая в месте пересечения нитей точку изображения (несколько
размытого из-за того, что заряды проникают в соседние области жидкости).
Активные матрицы вместо нитей используют прозрачный экран из
транзисторов и обеспечивают яркое, практически не имеющее искажений
изображение. Панель при этом разделена на 308160 (642х480) независимых ячеек,
каждая из которых состоит из четырех частей (для трёх основных цветов и одна
резервная). Таким образом, экран имеет почти 1,25 млн точек, каждая из которых
управляется собственным транзистором.
По компактности такие мониторы не знают себе равных. Они занимают в 2 – 3
раза меньше места, чем мониторы с ЭЛТ и во столько же раз легче; потребляют
гораздо меньше электроэнергии и не излучают электромагнитных волн,
воздействующих на здоровье людей.
Рис. 2.19. Сенсорный экран
Разновидность монитора — сенсорный экран. Здесь общение с компьютером
осуществляется
путём
прикосновения
пальцем
к
определённому
месту
чувствительного экрана. Этим выбирается необходимый режим из меню, показанного
на экране монитора.
Меню — это выведенный на экран монитора список различных вариантов
работы компьютера, по которому можно сделать конкретный выбор.
Сенсорными экранами оборудуют рабочие места операторов и диспетчеров, их
используют в информационно-справочных системах и т.д.
2.12. Что такое принтер, плоттер, сканер?
Принтер — печатающее устройство. Осуществляет вывод из компьютера
закодированной информации в виде печатных копий текста или графики.
Существуют тысячи наименований принтеров. Но основных видов принтеров
три: матричные, лазерные и струйные.
Матричные принтеры используют комбинации маленьких штырьков, которые
бьют по красящей ленте, благодаря чему на бумаге остаётся отпечаток символа.
Каждый символ, печатаемый на принтере, формируется из набора 9, 18 или 24 игл,
сформированных в виде вертикальной колонки. Недостатками этих недорогих
принтеров являются их шумная работа и невысокое качество печати, приемлемое, в
основном, для домашних целей.
· Лазерные принтеры работают примерно так же, как ксероксы. 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.
Рис. 2.21. Лазерный принтер
После 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. Цветные лазерные принтеры
пока очень дороги.
· Струйные принтеры генерируют символы в виде последовательности
чернильных точек. Печатающая головка принтера имеет крошечные сопла, через
которые на страницу выбрызгиваются быстросохнущие чернила. Эти принтеры
требовательны к качеству бумаги. Цветные струйные принтеры создают цвета,
комбинируя чернила четырех основных цветов — ярко-голубого, пурпурного,
желтого и черного.
Принтер связан с компьютером посредством кабеля принтера, один конец
которого вставляется своим разъёмом в гнездо принтера, а другой — в порт принтера
компьютера. Порт — это разъём, через который можно соединить процессор
компьютера с внешним устройством.
Каждый принтер обязательно имеет свой драйвер — программу, которая
способна переводить (транслировать) стандартные команды печати компьютера в
специальные команды, требующиеся для каждого принтера.
Плоттер (графопостроитель) — устройство, которое чертит графики, рисунки
или диаграммы под управлением компьютера.
Плоттеры используются для получения сложных конструкторских чертежей,
архитектурных планов, географических и метеорологических карт, деловых схем.
Плоттеры рисуют изображения с помощью пера.
Роликовые плоттеры прокручивают бумагу под пером, а планшетные плоттеры
перемещают перо через всю поверхность горизонтально лежащей бумаги.
Плоттеру, так же, как и принтеру, обязательно нужна специальная программа —
драйвер, позволяющая прикладным программам передавать ему инструкции: поднять
и опустить перо, провести линию заданной толщины и т.п.
Сканер — устройство для ввода в компьютер графических изображений. Создает
оцифрованное изображение документа и помещает его в память компьютера.
Рис. 2.23 Планшетный сканер
Если принтеры выводят информацию из компьютера, то сканеры, наоборот,
переносят информацию с бумажных документов в память компьютера. Существуют
ручные сканеры, которые прокатывают по поверхности документа рукой, и
планшетные сканеры, по внешнему виду напоминающие копировальные машины.
Если при помощи сканера вводится текст, компьютер воспринимает его как
картинку, а не как последовательность символов. Для преобразования такого
графического текста в обычный символьный формат используют программы
оптического распознавания образов.
2.13. Что такое модем и факс-модем?
Модем — устройство для передачи компьютерных данных на большие
расстояния по телефонным линиям связи.
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. Отсюда название
устройства: модем — модулятор/демодулятор.
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 внутри
компьютера. Почти все модемы поддерживают и функции факсов.
Факс — это устройство факсимильной передачи изображения по телефонной
сети. Название "факс" произошло от слова "факсимиле" (лат. fac simile — сделай
подобное), означающее точное воспроизведение графического оригинала (подписи,
документа и т.д.) средствами печати.
Модем, который может передавать и получать данные как факс, называется
факс-модемом.
2.14. Что такое манипуляторы?
Манипуляторы (мышь, джойстик и др.) — это специальные устройства, которые
используются для управления курсором.
Мышь имеет вид небольшой коробки, полностью умещающейся на ладони.
Мышь связана с компьютером кабелем через специальный блок — адаптер, и её
движения преобразуются в соответствующие перемещения курсора по экрану
дисплея. В верхней части устройства расположены управляющие кнопки (обычно их
три), позволяющие задавать начало и конец движения, осуществлять выбор меню и
т.п.
Джойстик — обычно это стержень-ручка, отклонение которой от
вертикального положения приводит к передвижению курсора в соответствующем
направлении по экрану монитора. Часто применяется в компьютерных играх. В
некоторых моделях в джойстик монтируется датчик давления. В этом случае, чем
сильнее пользователь нажимает на ручку, тем быстрее движется курсор по экрану
дисплея.
Трекбол — небольшая коробка с шариком, встроенным в верхнюю часть
корпуса. Пользователь рукой вращает шарик и перемещает, соответственно, курсор.
В отличие от мыши, трекбол не требует свободного пространства около компьютера,
его можно встроить в корпус машины.
Дигитайзер — устройство для преобразования готовых изображений (чертежей,
карт) в цифровую форму. Представляет собой плоскую панель — планшет,
располагаемую на столе, и специальный инструмент — перо, с помощью которого
указывается позиция на планшете. При перемещении пера по планшету фиксируются
его координаты в близко расположенных точках, которые затем преобразуются в
компьютере в требуемые единицы измерения.
2.15. Как устроен компьютер?
Рассмотрим устройство компьютера на примере самой распространенной
компьютерной системы — персонального компьютера.
Персональным компьютером (ПК) называют сравнительно недорогой
универсальный микрокомпьютер, рассчитанный на одного пользователя.
Персональные компьютеры обычно проектируются на основе принципа
открытой архитектуры.
Принцип открытой архитектуры заключается в следующем:
•
Регламентируются и стандартизируются только описание принципа
действия компьютера и его конфигурация (определенная совокупность аппаратных
средств и соединений между ними). Таким образом, компьютер можно собирать из
отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-
изготовителями.
•
Компьютер легко расширяется и модернизируется за счёт наличия
внутренних расширительных гнёзд, в которые пользователь может вставлять
разнообразные устройства, удовлетворяющие заданному стандарту, и тем самым
устанавливать конфигурацию своей машины в соответствии со своими личными
предпочтениями.
Упрощённая блок-схема, отражающая основные функциональные компоненты
компьютерной системы в их взаимосвязи, изображена на рисунке 2.26.
Рис. 2.26. Общая структура персонального компьютера с подсоединенными
периферийными устройствами
Для того, чтобы соединить друг с другом различные устройства компьютера, они
должны иметь одинаковый интерфейс (англ. interface от inter — между, и face —
лицо).
Интерфейс — это средство сопряжения двух устройств, в котором все
физические и логические параметры согласуются между собой.
Если интерфейс является общепринятым, например, утверждённым на уровне
международных соглашений, то он называется стандартным.
Каждый из функциональных элементов (память, монитор или другое устройство)
связан с шиной определённого типа — адресной, управляющей или шиной данных.
Для согласования интерфейсов периферийные устройства подключаются к шине
не напрямую, а через свои контроллеры (адаптеры) и порты примерно по такой
схеме:
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.
Порты устройств представляют собой некие электронные схемы, содержащие
один или несколько регистров ввода-вывода и позволяющие подключать
периферийные устройства компьютера к внешним шинам микропроцессора.
Портами
также
называют
устройства
стандартного
интерфейса:
последовательный, параллельный и игровой порты (или интерфейсы).
Последовательный порт обменивается данными с процессором побайтно, а с
внешними устройствами — побитно. Параллельный порт получает и посылает данные
побайтно.
К последовательному порту обычно подсоединяют медленно действующие или
достаточно удалённые устройства, такие, как мышь и модем. К параллельному порту
подсоединяют более "быстрые" устройства — принтер и сканер. Через игровой порт
подсоединяется джойстик. Клавиатура и монитор подключаются к своим
специализированным портам, которые представляют собой просто разъёмы.
Основные электронные компоненты, определяющие архитектуру процессора,
размещаются на основной плате компьютера, которая называется системной или
материнской (MotherBoard). А контроллеры и адаптеры дополнительных устройств,
либо сами эти устройства, выполняются в виде плат расширения (DаughterBoard —
дочерняя плата) и подключаются к шине с помощью разъёмов расширения,
называемых также слотами расширения (англ. slot — щель, паз).
2.16. Какие основные блоки входят в состав компьютера?
Современный персональный компьютер состоит из нескольких основных
конструктивных компонент:
Виды корпусов системного блока
•
системного блока;
•
монитора;
•
клавиатуры;
•
манипуляторов.
В системном блоке размещаются:
•
блок питания;
•
накопитель на жёстких магнитных дисках;
•
накопитель на гибких магнитных дисках;
•
системная плата;
•
платы расширения;
•
накопитель CD-ROM;
•
и др.
Корпус системного блока может иметь горизонтальную (DeskTop) или
вертикальную (Tower — башня) компоновку.
Типичный системный блок со снятой крышкой корпуса — на рис. 2.26.
1 — Системная плата.
2 — Разъём дополнительного второго процессора.
3 — Центральный процессор с радиатором для отвода тепла.
4 — Разъёмы оперативной памяти.
5 — Накопитель на гибких магнитных дисках.
6 — Накопитель CD-ROM.
7 — Сетевая карта.
8 — Графический акселератор.
9 — Блок питания, преобразующий переменное напряжение электросети в
постоянное напряжение различной полярности и величины, необходимое для питания
системной платы и внутренних устройств. Блок питания содержит вентилятор,
создающий циркулирующие потоки воздуха для охлаждения системного блока.
Вместо термина "системный блок" иногда употребляют термин "платформа".
2.17. Что собой представляет системная плата?
Системная плата является основной в системном блоке. Она содержит
компоненты, определяющие архитектуру компьютера:
•
центральный процессор;
•
постоянную (ROM) и оперативную (RAM) память, кэш-память;
•
интерфейсные схемы шин;
•
гнёзда расширения;
•
обязательные системные средства ввода-вывода и др.
Системные платы исполняются на основе наборов микросхем, которые
называются чипсетами (ChipSets). Часто на системных платах устанавливают и
контроллеры дисковых накопителей, видеоадаптер, контроллеры портов и др.
В гнёзда расширения системной платы устанавливаются платы таких
периферийных устройств, как модем, сетевая плата, видеоплата и т.п.
1 — Разъём под центральный процессор;
2 — Дополнительный кэш объёмом 256 Кбайт;
3 — Разъём под дополнительный кэш;
4 — Контроллеры внешних устройств;
5 — Разъёмы накопителей на жёстких магнитных дисках;
6 — Разъёмы под оперативную память, 4 планки;
7 — Коннектор (соединитель) клавиатуры и мыши;
8 — Микросхема, обслуживающая флоппи-дисковод, последовательные порты
и параллельный порт;
9 — Разъёмы 32-битной шины (для видеокарты, карты Интернет и др.);
10 — Перезаписываемая BIOS (Flash-память);
11 — Мультимедийная шина;
12 — Разъёмы 16-битной шины.
2.18. Как организуется межкомпьютерная связь?
Назовём задачи, которые трудно или невозможно решить без организации
информационной связи между различными компьютерами:
•
перенос информации на большие расстояния (сотни, тысячи километров);
•
совместное использование несколькими компьютерами дорогостоящих
аппаратных, программных или информационных ресурсов — мощного процессора,
ёмкого накопителя, высокопроизводительного лазерного принтера, баз данных,
программного обеспечения и т.д.;
•
перенос информации с одного компьютера на другой при несовместимых
флоппи-дисководах (5,25 и 3,5 дюйма);
•
совместная работа над большим проектом, когда исполнили должны
всегда иметь последние (актуальные) копии общих данных во избежание путаницы, и
т.д.
Есть три основных способа организации межкомпьютерной связи:
•
объединение двух рядом расположенных компьютеров через их
коммуникационные порты посредством специального кабеля;
•
передача данных от одного компьютера к другому посредством модема с
помощью проводных или спутниковых линий связи;
•
объединение компьютеров в компьютерную сеть.
Часто при организации связи между двумя компьютерами за одним
компьютером закрепляется роль поставщика ресурсов (программ, данных и т.д.), а за
другим — роль пользователя этих ресурсов. В этом случае первый компьютер
называется сервером, а второй — клиентом или рабочей станцией. Работать можно
только на компьютере-клиенте под управлением специального программного
обеспечения.
Сервер (англ. serve — обслуживать) — это высокопроизводительный компьютер
с большим объёмом внешней памяти, который обеспечивает обслуживание других
компьютеров путем управления распределением дорогостоящих ресурсов совместного
пользования (программ, данных и периферийного оборудования).
Клиент (иначе, рабочая станция) — любой компьютер, имеющий доступ к
услугам сервера.
Например, сервером может быть мощный компьютер, на котором размещается
центральная база данных, а клиентом — обычный компьютер, программы которого по
мере необходимости запрашивают данные с сервера. В некоторых случаях компьютер
может быть одновременно и клиентом, и сервером. Это значит, что он может
предоставлять свои ресурсы и хранимые данные другим компьютерам и одновременно
использовать их ресурсы и данные.
Клиентом также называют прикладную программу, которая от имени
пользователя получает услуги сервера. Соответственно, программное обеспечение,
которое позволяет компьютеру предоставлять услуги другому компьютеру, называют
сервером — так же, как и сам компьютер.
Для преодоления несовместимости интерфейсов отдельных компьютеров
вырабатывают специальные стандарты, называемые протоколами коммуникации.
Протокол коммуникации — это согласованный набор конкретных правил обмена
информацией между разными устройствами передачи данных. Имеются протоколы
для скорости передачи, форматов данных, контроля ошибок и др.
Для работы с сетью необходимо наличие специального сетевого программного
обеспечения, которое обеспечивает передачу данных в соответствии с заданным
протоколом.
Протоколы коммуникации предписывают разбить весь объём передаваемых
данных на пакеты — отдельные блоки фиксированного размера. Пакеты
нумеруются, чтобы их затем можно было собрать в правильной последовательности.
К данным, содержащимся в пакете, добавляется дополнительная информация
примерно такого формата:
Адрес
получателя
Адрес
отправителя
Длина
Данные
Поле
контрольной
суммы
Контрольная сумма данных пакета содержит информацию, необходимую для
контроля ошибок. Первый раз она вычисляется передающим компьютером. После
того, как пакет будет передан, контрольная сумма повторно вычисляется
принимающим компьютером. Если значения не совпадают, это означает, что данные
пакета были повреждены при передаче. Такой пакет отбрасывается, и автоматически
направляется запрос повторно передать пакет.
При установлении связи устройства обмениваются сигналами для согласования
коммуникационных каналов и протоколов. Этот процесс называется подтверждением
установления связи (англ. HandShake — рукопожатие).
2.19. Что такое компьютерная сеть?
Компьютерная сеть (англ. Computer NetWork, от net — сеть, и work — работа)
— это система обмена информацией между компьютерами. Представляет собой
совокупность трех компонент:
•
сети передачи данных (включающей в себя каналы передачи данных и
средства коммутации);
•
компьютеров, взаимосвязанных сетью передачи данных;
•
сетевого программного обеспечения.
Пользователи
компьютерной
сети
получают
возможность
совместно
использовать её программные, технические, информационные и организационные
ресурсы.
Компьютерная сеть представляет собой совокупность узлов (компьютеров,
рабочих станций и др.) и соединяющих их ветвей.
Ветвь сети — это путь, соединяющий два смежных узла.
Узлы сети бывают трёх типов:
•
оконечный узел — расположен в конце только одной ветви;
•
промежуточный узел — расположен на концах более чем одной ветви;
•
смежный узел — такие узлы соединены по крайней мере одним путём, не
содержащим никаких других узлов.
Компьютеры могут объединяться в сеть разными способами.
Способ соединения компьютеров в сеть называется её топологией.
Наиболее распространенные виды топологий сетей:
Линейная сеть. Содержит только два оконечных узла, любое число
промежуточных узлов и имеет только один путь между любыми двумя узлами.
Кольцевая сеть. Сеть, в которой к каждому узлу присоединены две и только две
ветви.
Древовидная сеть. Сеть, которая содержит более двух оконечных узлов и по
крайней мере два промежуточных узла, и в которой между двумя узлами имеется
только один путь.
Звездообразная сеть. Сеть, в которой имеется только один промежуточный узел.
Ячеистая сеть. Сеть, которая содержит по крайней мере два узла, имеющих два
или более пути между ними.
Полносвязанная сеть. Сеть, в которой имеется ветвь между любыми двумя
узлами. Важнейшая характеристика компьютерной сети — её архитектура.
Архитектура сети — это реализованная структура сети передачи данных,
определяющая её топологию, состав устройств и правила их взаимодействия в сети.
В рамках архитектуры сети рассматриваются вопросы кодирования информации, её
адресации и передачи, управления потоком сообщений, контроля ошибок и анализа
работы сети в аварийных ситуациях и при ухудшении характеристик.
Наиболее распространённые архитектуры:
•
Ethernet (англ. ether — эфир) — широковещательная сеть. Это значит, что
все станции сети могут принимать все сообщения. Топология — линейная или
звездообразная. Скорость передачи данных 10 или 100 Мбит/сек.
•
Arcnet (Attached Resource Computer Network — компьютерная сеть
соединённых ресурсов) — широковещательная сеть. Физическая топология — дерево.
Скорость передачи данных 2,5 Мбит/сек.
•
Token Ring (эстафетная кольцевая сеть, сеть с передачей маркера) —
кольцевая сеть, в которой принцип передачи данных основан на том, что каждый узел
кольца ожидает прибытия некоторой короткой уникальной последовательности битов
— маркера — из смежного предыдущего узла. Поступление маркера указывает на то,
что можно передавать сообщение из данного узла дальше по ходу потока. Скорость
передачи данных 4 или 16 Мбит/сек.
•
FDDI (Fiber Distributed Data Interface) — сетевая архитектура
высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Скорость передачи
— 100 Мбит/сек. Топология — двойное кольцо или смешанная (с включением
звездообразных или древовидных подсетей). Максимальное количество станций в сети
— 1000. Очень высокая стоимость оборудования.
•
АТМ (Asynchronous Transfer Mode) — перспективная, пока ещё очень
дорогая архитектура, обеспечивает передачу цифровых данных, видеоинформации и
голоса по одним и тем же линиям. Скорость передачи до 2,5 Гбит/сек. Линии связи
оптические.
2.20. Как соединяются между собой устройства сети?
Для этого используется специальное оборудование:
•
Сетевые кабели (коаксиальные, состоящие из двух изолированных между
собой концентрических проводников, из которых внешний имеет вид трубки;
оптоволоконные; кабели на витых парах, образованные двумя переплетёнными друг с
другом проводами, и др.).
•
Коннекторы (соединители) для подключения кабелей к компьютеру;
разъёмы для соединения отрезков кабеля.
•
Сетевые интерфейсные адаптеры для приёма и передачи данных. В
соответствии с определённым протоколом управляют доступом к среде передачи
данных. Размещаются в системных блоках компьютеров, подключенных к сети. К
разъёмам адаптеров подключается сетевой кабель.
•
Трансиверы повышают уровень качества передачи данных по кабелю,
отвечают за приём сигналов из сети и обнаружение конфликтов.
•
Хабы (концентраторы) и коммутирующие хабы (коммутаторы)
расширяют
топологические, функциональные
и
скоростные
возможности
компьютерных сетей. Хаб с набором разнотипных портов позволяет объединять
сегменты сетей с различными кабельными системами. К порту хаба можно
подключать как отдельный узел сети, так и другой хаб или сегмент кабеля.
•
Повторители (репитеры) усиливают сигналы, передаваемые по кабелю
при его большой длине.
2.21. Как классифицируют компьютерные сети по степени географического
распространения?
По степени географического распространения сети делятся на локальные,
городские, корпоративные, глобальные и др.
Локальная сеть (ЛВС или LAN — Local Area NetWork) — сеть, связывающая ряд
компьютеров в зоне, ограниченной пределами одной комнаты, здания или
предприятия.
Глобальная сеть (ГВС или WAN — World Area NetWork) — сеть, соединяющая
компьютеры, удалённые географически на большие расстояния друг от друга.
Отличается от локальной сети более протяженными коммуникациями (спутниковыми,
кабельными и др.). Глобальная сеть объединяет локальные сети.
Глобальная сеть
Городская сеть (MAN — Metropolitan Area NetWork) — сеть, которая
обслуживает информационные потребности большого города.
2.21. Как работают беспроводные сети?
Беспроводные сети используются там, где прокладка кабелей затруднена,
нецелесообразна или просто невозможна. Например, в исторических зданиях,
промышленных помещениях с металлическим или железобетонным полом, в офисах,
полученных в краткосрочную аренду, на складах, выставках, конференциях и т.п.]
В этих случаях сеть реализуется при помощи сетевых радио-адаптеров,
снабжённых всенаправленными антеннами и использующих в качестве среды
передачи информации радиоволны. Такая сеть реализуется топологией “Все-Со-
Всеми” и работоспособна при дальности 50–200 м.
Для связи между беспроводной и кабельной частями сети используется
специальное устройство, называемое точкой входа (или радиомостом). Можно
использовать и обычный компьютер, в котором установлены два сетевых адаптера —
беспроводной и кабельный.
Другой важной областью применения беспроводных сетей является организация
связи между удалёнными сегментами локальных сетей при отсутствии
инфраструктуры
передачи
данных
(кабельных
сетей
общего
доступа,
высококачественных телефонных линий и др.), что типично для нашей страны. В этом
случае для наведения беспроводных мостов между двумя удалёнными сегментами
используются радиомосты с антенной направленного типа.
Топология типа "звезда"
Если в сеть нужно объединить несколько сегментов, то используется топология
типа “звезда”. При этом в центральном узле устанавливается всенаправленная
антенна, а удалённых узлах — направленные. Сети звездообразной топологии могут
образовывать сети разнообразной конфигурации.
Сетевая магистраль с беспроводным доступом позволяет отказаться от
использования медленных модемов.
2.22. Что такое сеть Интернет и как она работает?
Интернет (англ. Internet — между сетей) — гигантская всемирная
компьютерная сеть, объединяющая десятки тысяч сетей всего мира. Её назначение —
обеспечить любому желающему постоянный доступ к любой информации. Интернет
предлагает практически неограниченные информационные ресурсы, полезные
сведения, учёбу, развлечения, возможность общения с компетентными людьми,
услуги удалённого доступа, передачи файлов, электронной почты и многое другое.
Интернет обеспечивает принципиально новый способ общения людей, не имеющий
аналогов в мире.
Благодаря сети стал доступен (бесплатно или за умеренную плату) огромный
объём информации. Так, пользователь в любой стране может связаться с людьми,
разделяющими его интересы, или получить ценные сведения в электронных
библиотеках, даже если они находятся на другом конце света.
Нужная информация окажется в его компьютере за считанные секунды, пройдя
путь по длинной цепочке промежуточных компьютеров, по кабелям и по радио, через
горы и моря, по дну океана и через спутник.
Интернет финансируется правительствами, научными и образовательными
учреждениями, коммерческими структурами и миллионами частных лиц во всех
частях света, но никто конкретно не является её владельцем. Управляет сетью “Совет
по архитектуре Интернет”, формируемый из приглашённых добровольцев.
Сеть была создана в 1984 году, и сейчас ею пользуются примерно сорок
миллионов человек. Интернет всё время изменяется, поскольку имеет много
квалифицированных пользователей, которые пишут программы для себя, а затем
распространяют их среди желающих. Постоянно появляются новые серверы, а
существующие обновляют свой “репертуар”. Стремительно растут информационные
потоки.
Как можно связаться с Интернет? Самый распространенный и недорогой способ
— посредством модема и телефонной линии. При этом используются три типа
подключения, отличающиеся друг от друга по объёму услуг и цене:
1.
почтовое — позволяет только обмениваться электронной почтой с любым
пользователем Интернет, самое дешёвое;
2.
сеансное в режиме on-line (“на прямом проводе”) — работа в диалоговом
режиме — все возможности сети на время сеанса;
3.
прямое (личное), самое дорогостоящее — все возможности в любое время.
При работе в сеансном режиме доступ к Интернет обычно покупается у
провайдеров
(англ. provide
— предоставлять, обеспечивать)
— фирм,
предоставляющих доступ к некоторой части Интернет и поставляющих её
пользователям разнообразные услуги.
Как связываются между собой сети в Интернет?
Отдельные участки Интернет представляют собой сети различной архитектуры,
которые связываются между собой с помощью маршрутизаторов. Передаваемые
данные разбиваются на небольшие порции, называемые пакетами. Каждый пакет
перемещается по сети независимо от других пакетов.
Сети в Интернет неограниченно коммутируются (т.е. связываются) друг с
другом, потому что все компьютеры, участвующие в передаче данных, используют
единый протокол коммуникации TCP/IP (читается “ти-си-пи/ай-пи”).
На самом деле протокол TCP/IP — это два разных протокола, определяющих
различные аспекты передачи данных в сети:
•
протокол TCP (Transmission Control Protocol) — протокол управления
передачей данных, использующий автоматическую повторную передачу пакетов,
содержащих ошибки; этот протокол отвечает за разбиение передаваемой информации
на пакеты и правильное восстановление информации из пакетов получателя;
•
протокол IP (Internet Protocol) — протокол межсетевого взаимодействия,
отвечающий за адресацию и позволяющий пакету на пути к конечному пункту
назначения проходить по нескольким сетям.
Схема передачи информации по протоколу TCP/IP такова: протокол ТСР
разбивает информацию на пакеты и нумерует все пакеты; далее с помощью протокола
IP все пакеты передаются получателю, где с помощью протокола ТСР проверяется, все
ли пакеты получены; после получения всех пакетов протокол ТСР располагает их в
нужном порядке и собирает в единое целое.
Каким образом пакет находит своего получателя?
Каждый компьютер, подключенный к сети Интернет имеет два равноценных
уникальных адреса: цифровой IP-адрес и символический доменный адрес.
Присваивание адресов происходит по следующей схеме: международная организация
Сетевой информационный центр выдает группы адресов владельцам локальных сетей,
а последние распределяют конкретные адреса по своему усмотрению.
IP-адрес компьютера имеет длину 4 байта. Обычно первый и второй байты
определяют адрес сети, третий байт определяет адрес подсети, а четвертый — адрес
компьютера в подсети. Для удобства IP-адрес записывают в виде четырех чисел со
значениями от 0 до 255, разделенных точками, например: 145.37.5.150. Адрес сети —
145.37; адрес подсети — 5; адрес компьютера в подсети — 150.
Доменный адрес (англ. domain — область), в отличие от цифрового, является
символическим и легче запоминается человеком. Пример доменного адреса:
barsuk.les.nora.ru. Здесь домен barsuk — имя реального компьютера, обладающего IP-
адресом, домен les — имя группы, присвоившей имя этому компьютеру, домен nora —
имя более крупной группы, присвоившей имя домену les, и т.д. В процессе передачи
данных доменный адрес преобразуются в IP-адрес. Механизм такого преобразования
подробно описан в [54].
Основные сервисы системы Интернет.
World Wide Web (WWW, “Всемирная паутина”) — основной инструмент
Интернет, её главный информационный сервис.
World Wide Web (WWW, “Всемирная паутина”) — гипертекстовая, а точнее,
гипермедийная информационная система поиска ресурсов Интернет и доступа к ним.
Гипертекст — информационная структура, позволяющая устанавливать
смысловые связи между элементами текста на экране компьютера таким образом,
чтобы можно было легко осуществлять переходы от одного элемента к другому. На
практике в гипертексте некоторые слова выделяют путем подчёркивания или
окрашивания в другой цвет. Выделение слова говорит о наличии связи этого слова с
некоторым документом, в котором тема, связанная с выделенным словом,
рассматривается более подробно.
Гипермедиа — это то, что получится, если в определении гипертекста заменить
слово “текст” на “любые виды информации”: звук, графику, видео. Такие
гипермедийные ссылки возможны, поскольку наряду с текстовой информацией можно
связывать и любую другую двоичную информацию, например, закодированный звук
или графику, Так, если программа отображает карту мира и если пользователь
выбирает на этой карте с помощью мыши какой-либо континент, программа может тут
же дать о нём графическую, звуковую и текстовую информацию.
Система WWW построена на специальном протоколе передачи данных, который
называется протоколом передачи гипертекста HTTP (читается “эйч-ти-ти-пи”,
HyperText Transfer Protocol).
Всё содержимое системы WWW состоит из WWW-страниц, называемых сайтами
(англ. site — участок).
WWW-cтраницы (cайты) — гипермедийные документы системы World Wide
Web. Создаются с помощью языка разметки гипертекста HTML (Hypertext markup
language).
Язык HTML позволяет добавлять к текстовым документам специальные
командные фрагменты — тэги (англ. tag — "этикетка, ярлык") таким образом, что
становится возможным связывать с этими документами другие тексты, графику, звук
и видео, задавать заголовки различных уровней, разделять текст на абзацы, строить
таблицы и т.д. Например, заголовок документа может иметь такой вид: <TITLE> Клуб
любителей персиков </TITLE>
Одну WWW-страницу на самом деле обычно составляет набор гипермедийных
документов, расположенных на одном сервере, переплетённых взаимными ссылками и
связанных по смыслу (например, содержащих информацию об одном учебном
заведении или об одном музее). Каждый документ страницы, в свою очередь, может
содержать несколько экранных страниц текста и иллюстраций. Каждая WWW-
страница имеет свой “титульный лист” (англ. “homepage”) — гипермедийный
документ, содержащий ссылки на главные составные части страницы. Адреса
“титульных листов” распространяются в Интернет в качестве адресов страниц.
Личные страницы — такие WWW-страницы, которые принадлежат не фирмам и
не организациям, а отдельным людям. Содержание и оформление такой страницы
зависит только от её автора.
При работе с системой WWW пользователи имеют дело с программами-
клиентами системы, называемыми браузерами.
Браузеры (англ. browse — листать, просматривать) — программы, с помощью
которых пользователь организует диалог с системой WWW: просматривает WWW
страницы, взаимодействует с WWW-cерверами и другими ресурсами в Интернет.
Существуют сотни программ-браузеров. Самые популярные браузеры: Netscape
Navigator и Microsoft Explorer.
Браузеры WWW умеют взаимодействовать с любыми типами серверов, используя
при этом их собственные протоколы. Информацию, полученную от любого сервера,
браузер WWW выводит на экран в стандартной, удобной для восприятия форме. При
этом переключения с одного протокола на другой для пользователя часто остаются
незамеченными.
Программа удалённого доступа Telnet. Позволяет входить в другую
вычислительную систему, работающую в Интернет, с помощью протокола TELNET.
Эта программа состоит из двух компонент: программы-клиента, которая выполняется
на компьютере-клиенте, и программы-сервера, которая выполняется на компьютере-
сервере.
Функции программы-клиента:
•
установление соединения с сервером;
•
приём от абонента входных данных, преобразование их к стандартному
формату и отсылка серверу;
•
приём от сервера результатов запроса в стандартном формате и
переформатирование их в вид, удобный клиенту.
Функции программы-сервера:
•
ожидание запроса в стандартной форме;
•
обслуживание этого запроса;
•
отсылка результатов программе-клиенту.
Telnet — простое и поэтому универсальное средство связи в Интернет.
Программа пересылки файлов Ftp. Перемещает копии файлов с одного узла
Интернет на другой в соответствии с протоколом FTP (File Transfer Protocol —
“протокол передачи файлов”). При этом не имеет значения, где эти узлы расположены
и как соединены между собой.
Компьютеры, на которых есть файлы для общего пользования, называются FTP-
серверами. В Интернет имеется более 10 Терабайт бесплатных файлов и программ.
Электронная почта (Electronic mail, англ. mail — почта, сокр. E-mail, читается
“и-мэйл”). Служит для передачи текстовых сообщений в пределах Интернет, а также
между другими сетями электронной почты. К тексту письма современные почтовые
программы позволяют прикреплять звуковые и графические файлы, а также двоичные
файлы — программы.
При использовании электронной почты каждому абоненту присваивается
уникальный почтовый адрес, формат которого имеет вид: <имя пользователя> @ <
имя почтового сервера>. Например: earth@space.com, где earth — имя пользователя,
space.com — имя компьютера, @ — разделительный символ “эт коммерческое”.
Сообщения, поступающие по E-Mail, хранятся в специальном “почтовом”
компьютере в выделенной для получателя области дисковой памяти (его “почтовом
ящике”), откуда он может их выгрузить и прочитать с помощью специальной
программы-клиента.
Для отсылки сообщения нужно знать электронный адрес абонента. При
качественной связи электронное письмо доходит в любую точку мира в течение
нескольких минут.
Пользователи электронной почты стремятся придерживаться правил сетевого
этикета (нэтикета), а для выражения эмоций используют схематические изображения
человеческого лица, так называемые смайлики (англ. smiley, “улыбочка”), некоторые
из которых приведены ниже.
Смайлики (рассматривайте, склонив голову влево)
:-) улыбка
:-))) хохот
:-) насморк
:-Q курит
:-@ кричит
:-( грусть
:-) пускает слюнки
8:-) маленькая девочка
:-* cъел горькое
:*) пьяница
:-{) усатый
:-[ вампир
–:-) панк
:'-( плачет
;-) хитрец
>:-( злится
: 0 зевает
:'-) плачет от счастья
:-& поклялся молчать
O-) аквалангист
=8-) носит очки
Cистема телеконференций Usenet (от Users Network). Эта система организует
коллективные
обсуждения
по
различным
направлениям,
называемые
телеконференциями. В каждой телеконференции проводится ряд дискуссий по
конкретным темам.
Сегодня Usenet имеет более десяти тысяч дискуссионных групп (NewsGroups)
или телеконференций, каждая из которых посвящена определённой теме и является
средством обмена мнениями. Телеконференции разбиты на несколько групп:
•
news — вопросы, касающиеся системы телеконференций;
•
comp — компьютеры и программное обеспечение;
•
rec — развлечения, хобби и искусства;
•
sci — научно-исследовательская деятельность и приложения;
•
soc — социальные вопросы;
•
talk — дебаты по различным спорным вопросам;
•
misc — всё остальное.
Внутри этих категорий существует иерархия. Так, например, rec.music.beatles —
это дискуссия о творчестве Битлз, входящая в подгруппу “музыка” группы дискуссий
по искусству.
Существует большой выбор программ чтения телеконференций, которые
формируют материал дискуссий в упорядоченном виде и предоставляют в
распоряжение корреспондентов.
Аналог телеконференций в других сетях — “электронная доска объявлений”
(Bulletin Board System, BBS).
Системы информационного поиска сети Интернет
В Интернет представлена информация на любые темы, которые только можно
себе представить. Но найти в ней нужную информацию не так-то легко из-за того, что
сеть по своей природе не имеет чёткой структуры. Поэтому для ориентировки в
Интернет и быстрого получения свежей справочной информации разработаны
системы поиска информации.
Все системы поиска информации Интернет располагаются на специально
выделенных компьютерах с мощными каналами связи. Ежеминутно они бесплатно
обслуживают огромное количество клиентов.
Поисковые системы можно разбить на два типа:
•
предметные каталоги, формируемые людьми-редакторами;
•
автоматические индексы, формируемые специальными компьютерными
программами, без участия людей.
Системы, основанные на предметных каталогах. Используют базы данных,
формируемые
специалистами-редакторами, которые
отбирают
информацию,
устанавливают связи для баз данных, организуют и снабжают данные в разных
поисковых категориях перекрёстными ссылками. Кампании, владеющие предметными
каталогами, непрерывно исследуют, описывают и каталогизируют содержимое
WWW-cерверов и других сетевых ресурсов, разбросанных по всему миру. В результате
этой работы клиенты Интернет имеют постоянно обновляющиеся иерархические
(древовидные) каталоги, на верхнем уровне которых собраны самые общие категории,
такие как “бизнес”, “наука”, “искусство” и т.п., а элементы самого нижнего уровня
представляют собой ссылки на отдельные WWW-страницы и серверы вместе с кратким
описанием их содержимого.
Пример. Если нужно выяснить, какая в мире имеется информация о пище
динозавров, достаточно спуститься по иерархии:
Науки ==> Млекопитающие ==> Палеонтология ==> Динозавры ==> Пища.
Каталоги, составленные людьми, более осмыслены, чем автоматические
индексы. Их очень мало, так как их создание и поддержка требуют огромных
затрат. Для примера рассмотрим самый популярный предметный каталог Yahoo!,
который обладает одной из крупнейших баз данных. Имеет информационные базы для
детей и подростков. Поддерживает два основных метода работы с каталогом — поиск
по ключевым словам и поиск по иерархическому дереву разделов. Не принимает
запросов на естественном языке.
Автоматические индексы. Переоценить их трудно. Поиск по ключевым словам в
одной базе данных, занимающий в худшем случае несколько секунд, принесёт те же
результаты, что и обшаривание всех WWW-страниц во всей сети Интернет.
Автоматический индекс состоит из трёх частей:
•
программы-робота;
•
базы данных, собираемой этим роботом;
•
интерфейса для поиска в этой базе, с которым и работает пользователь.
Все эти компоненты функционируют без вмешательства человека.
К автоматическим индексам следует прибегать только тогда, когда ключевые
слова точно известны, например, фамилия человека или несколько специфических
терминов из соответствующей области. Индексы получают информацию из каждого
отдельного узла, регистрируют и индексируют её и добавляют к своим базам данных.
Среди известных индексов выделяется: AltaVista — одна из самых мощных
полностью автоматических поисковых систем. Обладает полнотекстовой базой
данных. Выдаёт наибольшее количество ссылок. Проиндексировано 30 млн. страниц с
300 тысяч серверов и 4 млн. статей из телеконференций Usenet. За один день AltaVista
обслуживает около 20 млн. запросов.
В Интернет один и тот же узел сети может одновременно работать по
нескольким протоколам. Поэтому крупные узлы сети сейчас обладают полным
набором серверов, и к ним можно обращаться почти по любому из существующих
протоколов.
2.23. Что такое мультимедиа и мультимедиа-компьютер?
Термин “мультимедиа” образован из слов “мульти” — много, и “медиа” —
среда, носитель, средства сообщения, и в первом приближении его можно перевести
как “многосредность” .
Мультимедиа — это собирательное понятие для различных компьютерных
технологий, при которых используется несколько информационных сред, таких, как
графика, текст, видео, фотография, движущиеся образы (анимация), звуковые
эффекты, высококачественное звуковое сопровождение.
Мультимедиа-компьютер — это компьютер, снабженный аппаратными и
программными средствами, реализующими технологию мультимедиа.
Области применения мультимедиа
o
Обучение с использованием компьютерных технологий.
Специальными исследованиями установлено, что из услышанного в памяти
остается только четверть, из увиденного — треть, при комбинированном
воздействии зрения и слуха — 50%, а если вовлечь учащегося в активные действия в
процессе изучения при помощи мультимедийных приложений — 75% .
o
Информационная и рекламная служба.
o
Развлечения, игры, системы виртуальной реальности.
Технологию мультимедиа составляют две основные компоненты — аппаратная
и программная.
Аппаратные средства мультимедиа
Основные — компьютер с высокопроизводительным процессором с тактовой
частотой 100–200 МГц, оперативной памятью 8–64 Мбайт, винчестерским
накопителем ёмкостью 1–2 Гбайта и выше, накопителем на гибких магнитных дисках,
манипуляторами, мультимедиа-монитором со встроенными стереодинамиками и
видеоадаптером SVGA.
Специальные — приводы CD-ROM; TV-тюнеры и фрейм-грабберы; графические
акселераторы (ускорители), в том числе, для поддержки трёхмерной графики; платы
видеовоспроизведения; устройства для ввода видеопоследовательностей; звуковые
платы
с
установленными
микшерами
и
музыкальными
синтезаторами,
воспроизводящими звучание реальных музыкальных инструментов; акустические
системы с наушниками или динамиками и др.
Программные средства мультимедиа
Мультимедийные приложения — энциклопедии, интерактивные курсы обучения
по всевозможным предметам, игры и развлечения, работа с Интернет, тренажёры,
средства торговой рекламы, электронные презентации, информационные киоски,
установленные в общественных местах и предоставляющие различную информацию,
и др.
Cредства
создания
мультимедийных
приложений
—
редакторы
видеоизображений; профессиональные графические редакторы; средства для записи,
создания и редактирования зву-ковой информации, позволяющие подготавливать
звуковые файлы для включения в программы, изменять амплитуду сигнала, наложить
или убрать фон, вырезать или вставить блоки данных на каком-то временном отрезке;
программы для манипуляции с сегментами изображений, изменения цвета, палитры;
программы для реализации гипертекстов и др.
Технологии мультимедиа
Телевизионный приём — вывод телевизионных сигналов на монитор
компьютера на фоне работы других программ.
Видеозахват — “захват” и “заморозка” в цифровом виде отдельных видеокадров.
Анимация — воспроизведение последовательности картинок, создающее
впечатление движущегося изображения.
Звуковые эффекты — сохранение в цифровом виде звучания музыкальных
инструментов, звуков природы или музыкальных фрагментов, созданных на
компьютере, либо записаных и оцифрованых.
Трёхмерная (3D) графика — графика, создаваемая с помощью изображений,
имеющих не только длину и ширину, но и глубину.
Музыка MIDI (Musical Instrument Digital Interface, цифровой интерфейс
музыкальных инструментов) — стандарт, позволяющий подсоединять к компьютеру
цифровые музыкальные инструменты, используемые при сочинении и записи музыки.
Виртуальная реальность (Virtual Reality, VR). Слово “виртуальный” означает
“действующий и проявляющий себя как настоящий”. Виртуальная реальность — это
высокоразвитая форма компьютерного моделирования, которая позволяет
пользователю погрузиться в модельный мир и непосредственно действовать в нём.
Зрительные, слуховые, осязательные и моторные ощущения пользователя при этом
заменяются их имитацией, генерируемой компьютером.
Признаки устройств виртуальной реальности: моделирование в реальном
масштабе времени; имитация окружающей обстановки с высокой степенью реализма;
возможность воздействовать на окружающую обстановку и иметь при этом обратную
связь.
Пример использования виртуальной реальности: архитектурно-строительная
компания использует программное обеспечение, позволяющее заказчикам “посетить”
виртуальный образ будущего архитектурного сооружения задолго до того, как будет
начато строительство.
2.24. Вопросы для самоконтроля
2.1. Какова роль аппаратуры (HardWare) и программного обеспечения (SoftWare)
компьютера?
2.2. Какие основные классы компьютеров Вам известны?
2.3. В чём состоит принцип действия компьютеров?
2.4. Из каких простейших элементов состоит программа?
2.5. Что такое система команд компьютера?
2.6. Перечислите главные устройства компьютера.
2.7. Опишите функции памяти и функции процессора.
2.8. Назовите две основные части процессора. Каково их назначение?
2.9. Что такое регистры? Назовите некоторые важные регистры и опишите их
функции.
2.10. Сформулируйте общие принципы построения компьютеров.
2.11. В чём заключается принцип программного управления? Как выполняются
команды условных и безусловных переходов?
2.12. В чём суть принципа однородности памяти? Какие возможности он
открывает?
2.13. В чём заключается принцип адресности?
2.14. Какие архитектуры называются "фон-неймановскими"?
2.15. Что такое центральный процессор?
2.16. Какие основные компоненты содержат в себе современные
микропроцессоры?
2.17. Как конструктивно выполнены современные микропроцессоры?
2.18. Перечислите основные и производные единицы измерения количества
памяти.
2.19. Назовите две основные разновидности памяти компьютера.
2.20. Перечислите основные компоненты внутренней памяти.
2.21. Что представляет собой ОЗУ? Каково её назначение?
2.22. В чём разница между памятью статической и динамической?
2.23. В чём суть магнитного кодирования двоичной информации?
2.24. Как работают накопители на гибких магнитных дисках и накопители на
жёстких магнитных дисках?
2.25. Каковы достоинства и недостатки накопителей на компакт-дисках?
2.26. Как работает аудиоадаптер? Видеоадаптер?
2.27. Назовите главные компоненты и основные управляющие клавиши
клавиатуры.
2.28. В каких областях и с какой целью применяются локальные сети?
2.29. Перечислите основные сервисы сети Интернет.
2.30. Что такое IP-адрес?
2.31. Какие основные услуги предоставляет пользователям система WWW?
2.32. Как организованы системы информационного поиска сети Интернет?
Лекция 3. Программное обеспечение компьютеров
3.1. Что такое программное обеспечение?
Под программным обеспечением (Software) понимается совокупность программ,
выполняемых вычислительной системой.
К программному обеспечению (ПО) относится также вся область деятельности
по проектированию и разработке ПО:
•
технология
проектирования
программ
(например,
нисходящее
проектирование, структурное и объектно-ориентированное проектирование и др.);
•
методы тестирования программ [ссылка, ссылка];
•
методы доказательства правильности программ;
•
анализ качества работы программ;
•
документирование программ;
•
разработка и использование программных средств, облегчающих процесс
проектирования программного обеспечения, и многое другое.
Программное обеспечение – неотъемлемая часть компьютерной системы. Оно
является логическим родолжением технических средств. Сфера применения
конкректного компьютера определяется созданным для него ПО.
Сам по себе компьютер не обладает знаниями ни в одной области применения.
Все эти знания сосредоточены в выполняемых на компьютерах программах.
Программное обеспечение современных компьютеров включает миллионы
программ — от игровых до научных.
3.2. Как классифицируется программное обеспечение?
В первом приближении все программы, работающие на компьютере, можно
условно разделить на три категории:
1.
прикладные программы, непосредственно обеспечивающие выполнение
необходимых пользователям работ;
2.
системные программы, выполняющие различные вспомогательные
функции, например:
o
управление ресурсами компьютера;
o
создание копий используемой информации;
o
проверка работоспособности устройств компьютера;
o
выдача справочной информации о компьютере и др.;
3.
инструментальные программные системы, облегчающие процесс создания
новых программ для компьютера.
При построении классификации ПО нужно учитывать тот факт, что
стремительное развитие вычислительной техники и расширение сферы приложения
компьютеров резко ускорили процесс эволюции программного обеспечения.
Если раньше можно было по пальцам перечислить основные категории ПО —
операционные системы, трансляторы, пакеты прикладных программ, то сейчас
ситуация коренным образом изменилась.
Развитие ПО пошло как вглубь (появились новые подходы к построению
операционных систем, языков программирования и т.д.), так и вширь (прикладные
программы перестали быть прикладными и приобрели самостоятельную ценность).
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.
Кроме того, появились нетрадиционные программы, классифицировать которые
по устоявшимся критериям очень трудно, а то и просто невозможно, как, например,
программа — электронный собеседник.
На сегодняшний день можно сказать, что более или менее определённо
сложились следующие группы программного обеспечения:
•
операционные системы и оболочки;
•
системы программирования (трансляторы, библиотеки подпрограмм,
отладчики и т.д.);
•
инструментальные системы;
•
интегрированные пакеты программ;
•
динамические электронные таблицы;
•
системы машинной графики;
•
системы управления базами данных (СУБД);
•
прикладное программное обеспечение.
3.3. Какие программы называют прикладными?
Прикладная программа — это любая конкретная программа, способствующая
решению какой-либо задачи в пределах данной проблемной области.
Например, там, где на компьютер возложена задача контроля за финансовой
деятельностью какой-либо фирмы, прикладной будет программа подготовки
платежных ведомостей.
Прикладные программы могут носить и общий характер, например,
обеспечивать составление и печатание документов и т.п.
В противоположность этому, операционная система или инструментальное ПО
не вносят прямого вклада в удовлетворение конечных потребностей пользователя.
Прикладные программы могут использоваться либо автономно, то есть решать
поставленную задачу без помощи других программ, либо в составе программных
комплексов или пакетов.
3.4. Какова роль и назначение системных программ?
Системные программы выполняются вместе с прикладными и служат для
управления ресурсами компьютера — центральным процессором, памятью, вводом-
выводом.
Это программы общего пользования, которые предназначены для всех
пользователей компьютера. Системное программное обеспечение разрабатывается так,
чтобы компьютер мог эффективно выполнять прикладные программы.
Среди десятков тысяч системных программ особое место занимают
операционные системы, которые обеспечивают управление ресурсами компьютера с
целью их эффективного использования.
Важными классами системных программ являются также программы
вспомогательного назначения — утилиты (лат. utilitas — польза). Они либо
расширяют и дополняют соответствующие возможности операционной системы, либо
решают самостоятельные важные задачи. Кратко опишем некоторые разновидности
утилит:
•
программы контроля, тестирования и диагностики, которые используются
для проверки правильности функционирования устройств компьютера и для
обнаружения неисправностей в процессе эксплуатации; указывают причину и место
неисправности;
•
программы-драйверы, которые расширяют возможности операционной
системы по управлению устройствами ввода-вывода, оперативной памятью и т.д.; с
помощью драйверов возможно подключение к компьютеру новых устройств или
нестандартное использование имеющихся;
•
программы-упаковщики (архиваторы), которые позволяют записывать
информацию на дисках более плотно, а также объединять копии нескольких файлов в
один архивный файл;
•
антивирусные
программы, предназначенные
для
предотвращения
заражения компьютерными вирусами и ликвидации последствий заражения вирусами;
Компьютерный вирус — это специально написанная небольшая по
размерам программа, которая может "приписывать" себя к другим программам
для выполнения каких-либо вредных действий — портит файлы, "засоряет"
оперативную память и т.д.
•
программы оптимизации и контроля качества дискового пространства ;
•
программы восстановления информации, форматирования, защиты
данных;
•
коммуникационные программы, организующие обмен информацией
между компьютерами;
•
программы для управления памятью, обеспечивающие более гибкое
использование оперативной памяти;
•
программы для записи CD-ROM, CD-R и многие другие.
Часть утилит входит в состав операционной системы, а другая часть
функционирует независимо от нее, т.е. автономно.
3.5. Что такое операционная система?
Операционная система — это комплекс взаимосвязанных системных программ,
назначение которого — организовать взаимодействие пользователя с компьютером и
выполнение всех других программ.
Операционная система выполняет роль связующего звена между аппаратурой
компьютера, с одной стороны, и выполняемыми программами, а также пользователем,
с другой стороны.
Операционная система обычно хранится во внешней памяти компьютера — на
диске. При включении 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;
•
ввод-вывод и управление данными;
•
планирование и организация процесса обработки программ;
•
распределение ресурсов (оперативной памяти и кэша, процессора,
внешних устройств);
•
запуск программ на выполнение;
•
всевозможные вспомогательные операции обслуживания;
•
передача информации между различными внутренними устройствами;
•
программная поддержка работы периферийных устройств (дисплея,
клавиатуры, дисковых накопителей, принтера и др.).
Операционную систему можно назвать программным продолжением устройства
управления компьютера. Операционная система скрывает от пользователя сложные
ненужные подробности взаимодействия с аппаратурой, образуя прослойку между
ними. В результате этого люди освобождаются от очень трудоёмкой работы по
организации взаимодействия с аппаратурой компьютера.
В зависимости от количества одновременно обрабатываемых задач и числа
пользователей, которых могут обслуживать ОС, различают четыре основных класса
операционных систем:
1.
однопользовательские однозадачные, которые поддерживают одну
клавиатуру и могут работать только с одной (в данный момент) задачей;
2.
однопользовательские однозадачные с фоновой печатью, которые
позволяют помимо основной задачи запускать одну дополнительную задачу,
ориентированную, как правило, на вывод информации на печать. Это ускоряет работу
при выдаче больших объёмов информации на печать;
3.
однопользовательские многозадачные, которые обеспечивают одному
пользователю параллельную обработку нескольких задач. Например, к одному
компьютеру можно подключить несколько принтеров, каждый из которых будет
работать на "свою" задачу;
4.
многопользовательские
многозадачные, позволяющие
на
одном
компьютере запускать несколько задач нескольким пользователям. Эти ОС очень
сложны и требуют значительных машинных ресурсов.
В различных моделях компьютеров используют операционные системы с разной
архитектурой и возможностями. Для их работы требуются разные ресурсы. Они
предоставляют разную степень сервиса для программирования и работы с готовыми
программами.
Операционная система для персонального компьютера, ориентированного на
профессиональное применение, должна содержать следующие основные компоненты:
•
программы управления вводом/выводом;
•
программы, управляющие файловой системой и планирующие задания для
компьютера;
•
процессор командного языка, который принимает, анализирует и
выполняет команды, адресованные операционной системе.
Каждая операционная система имеет свой командный язык, который позволяет
пользователю выполнять те или иные действия:
•
обращаться к каталогу;
•
выполнять разметку внешних носителей;
•
запускать программы;
•
... другие действия.
Анализ и исполнение команд пользователя, включая загрузку готовых программ
из файлов в оперативную память и их запуск, осуществляет командный процессор
операционной системы.
Для
управления
внешними
устройствами
компьютера
используются
специальные системные программы — драйверы. Драйверы стандартных устройств
образуют в совокупности базовую систему ввода-вывода (BIOS), которая обычно
заносится в постоянное ЗУ компьютера.
3.6. Что такое файловая система ОС?
Файл (англ.file,папка) — это место постоянного хранения информации:
программ, данных для их работы, текстов, закодированных изображений, звуков и др.
Файловая система — это средство для организации хранения файлов на каком-
либо носителе.
Файлы физически реализуются как участки памяти на внешних носителях —
магнитных дисках или CD-ROM.
Каждый файл занимает некоторое количество блоков дисковой памяти. Обычная
длина блока — 512 байт.
Обслуживает файлы специальный модуль операционной системы, называемый
драйвером файловой системы. Каждый файл имеет имя, зарегистрированное в
каталоге — оглавлении файлов.
Каталог (иногда называется директорией или папкой) доступен пользователю
через командный язык операционной системы.
Его можно просматривать, переименовывать зарегистрированные в нем файлы,
переносить их содержимое на новое место и удалять.
Каталог может иметь собственное имя и храниться в другом каталоге наряду с
обычными файлами: так образуются иерархические файловые структуры. Пример
такой структуры — на рис. 3.1.
Рис. 3.1. Дерево каталогов на диске
Что происходит, когда пользователь подает операционной системе команду
"открыть файл ...", в которой указано имя файла и имя каталога, в котором размещён
этот файл?
Для выполнения этой команды драйвер файловой системы обращется к своему
справочнику, выясняет, какие блоки диска соответствуют указанному файлу, а затем
передает запрос на считывание этих блоков драйверу диска.
При выполнении команды "сохранить файл" драйвер файловой системы ищет на
диске незанятые блоки, отмечает их, как распределённые для вновь созданного файла,
и передаёт драйверу диска запрос на запись в эти блоки данных пользователя.
Драйвер файловой системы обеспечивает доступ к информации, записанной на
магнитный диск, по имени файла и распределяет пространство на магнитном диске
между файлами.
Для выполнения этих функций драйвер файловой системы хранит на диске не
только информацию пользователя, но и свою собственную служебную информацию. В
служебных областях диска хранится список всех файлов и каталогов, а также
различные дополнительные справочные таблицы, служащие для повышения скорости
работы драйвера файловой системы.
К файловой системе имеет доступ также и любая прикладная программа, для
чего во всех языках программирования имеются специальные процедуры.
Понятие файла может быть обращено на любой источник или потребитель
информации в машине, например, в качестве файла для программы могут выступать
принтер, дисплей, клавиатура и др.
Структура файловой системы и структура хранения данных на внешних
магнитных носителях определяет удобство работы пользователя, скорость доступа к
файлам и т.д.
3.7. Что такое системы программирования?
Система программирования — это система для разработки новых программ на
конкретном языке программирования.
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;
•
мощные графические библиотеки; утилиты для работы с библиотеками
•
встроенный ассемблер;
•
встроенная справочная служба;
•
другие специфические особенности.
Популярные системы программирования – Turbo Basic, Quick Basic, Turbo
Pascal, Turbo C.
В последнее время получили распространение системы программирования,
ориентированные на создание Windows-приложений:
•
пакет 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.
Ниже для иллюстрации приведены на языках Бейсик, Паскаль и Си программы
решения одной и той же простой задачи — вычисления суммы S элементов
одномерного массива A=(a
1
, a
2
, ..., a
n
).
Программа на
Бейсике
10 INPUT "N = "; N
20 DIM A(N)
30 FOR I = 1 TO N
40 PRINT "A("; I; ") =";
50 INPUT A(I)
60 NEXT I
70 S = 0
80 FOR I = 1 TO N
90 S = S + A(I)
100 NEXT I
110 PRINT "Сумма ="; S
Язык Бейсик был создан в 1965 г. Дж. Кемени и
Т.Курцем как язык для начинающих, облегчающий
написание простых программ. Существуют сотни
различных версий Бейсика – от очень простых до
усовершенствованных, содержащих множество
дополнительных языковых конструкций. Бейсик очень
популярный язык программирования.
Программа на Паскале
Program Summa;
Type Mas = Array [1..100] of
Real;
Var A : Mas;
i, n: Integer;
S : Real;
BEGIN
ReadLn(n);
Язык Паскаль был разработан в 1970г.
Никласом Виртом как язык обучения студентов
программированию.
Паскаль вырабатывает навыки соблюдения
хорошего строгого стиля программирования
(называемого структурным программированием),
упрощающего разработку сложных программ.
В своем первоначальном виде Паскаль имел
довольно ограниченные возможности, но
For i : = 1 To 10 Do
ReadLn(A[i]);
S : = 0;
For i : = 1 To 10 Do
S : = S + A[i];
WriteLn('S = ', S:8:2);
END.
расширенный вариант этого языка – Turbo Pascal,
является очень мощным языком программирования.
Программа на СИ
# include <stdio.h>
main()
{ float a[100],s;
int i,n = 100;
for (i = 0; i <= n; i++)
get(a[i]);
for (i = 0; i <= n; i++)
s = s + a[i];
printf("s = % f \ n", s);
}
Язык Си (разработан Деннисом Ритчи в 1972 г.)
соединяет свойства языка высокого уровня с
возможностями эффективного использования ресурсов
компьютера, которые обычно достигаются только при
программировании на языке Ассемблера.
Си не очень прост в изучении и требует тщательности
в программировании, но позволяет создавать сложные и
весьма эффективные программы.
3.8. Для чего нужны инструментальные программы?
Инструментальные программные средства — это программы, которые
используются в ходе разработки, корректировки или развития других прикладных или
системных программ.
По своему назначению они близки системам программирования. К
инструментальным программам, например, относятся:
•
редакторы;
•
средства компоновки программ;
•
отладочные программы, т.е. программы, помогающие находить и
устранять ошибки в программе;
•
вспомогательные
программы, реализующие
часто
используемые
системные действия;
•
графические пакеты программ и т.п.
Инструментальные программные средства могут оказать помощь на всех стадиях
разработки ПО.
3.9. Что такое текстовый редактор?
Текстовый редактор — это программа, используемая специально для ввода и
редактирования текстовых данных.
Этими данными могут быть программа или какой-либо документ или же книга.
Редактируемый текст выводится на экран, и пользователь может в диалоговом режиме
вносить в него свои изменения.
Текстовые редакторы могут обеспечивать выполнение разнообразных функций,
а именно:
•
редактирование строк текста;
•
возможность использования различных шрифтов символов;
•
копирование и перенос части текста с одного места на другое или из
одного документа в другой;
•
контекстный поиск и замена частей текста;
•
задание произвольных межстрочных промежутков;
•
автоматический перенос слов на новую строку;
•
автоматическая нумерацию страниц;
•
обработка и нумерация сносок;
•
выравнивание краев абзаца;
•
создание таблиц и построение диаграмм;
•
проверка правописания слов и подбор синонимов;
•
построение оглавлений и предметных указателей;
•
распечатка подготовленного текста на принтере в нужном числе
экземпляров и т.п.
Возможности текстовых редакторов различны — от программ, предназначенных
для подготовки небольших документов простой структуры, до программ для набора,
оформления и полной подготовки к типографскому изданию книг и журналов
(издательские системы).
Наиболее известный текстовый редактор — Microsoft Word.
Полнофункциональные издательские системы — Microsoft Publisher, Corel
Ventura и Adobe PageMaker. Издательские системы незаменимы для компьютерной
верстки и графики. Значительно облегчают работу с многостраничными документами,
имеют возможности автоматической разбивки текста на страницы, расстановки
номеров страниц, создания заголовков и т.д. Создание макетов любых изданий — от
рекламных листков до многостраничных книг и журналов — становится очень
простым, даже для новичков.
3.10. Что такое графический редактор?
Графический редактор — это программа, предназначенная для автоматизации
процессов построения на экране дисплея графических изображений. Предоставляет
возможности рисования линий, кривых, раскраски областей экрана, создания надписей
различными шрифтами и т.д.
Большинство редакторов позволяют обрабатывать изображения, полученные с
помощью сканеров, а также выводить картинки в таком виде, чтобы они могли быть
включены в документ, подготовленный с помощью текстового редактора.
Некоторые редакторы позволяют получать изображения трёхмерных объектов,
их сечений, разворотов, каркасных моделей и т.п.
Пользуется известностью Corel DRAW! — мощный графический редактор с
функциями создания публикаций, снабжённый инструментами для редактирования
графики и трёхмерного моделирования.
3.11. Что такое табличный процессор?
Табличный
процессор —
это
комплекс
взаимосвязанных программ,
предназначенный для обработки электронных таблиц.
Электронная таблица — это компьютерный эквивалент обычной таблицы,
состоящей из строк и граф, на пересечении которых располагаются клетки, в которых
содержится числовая информация, формулы или текст.
Значение в числовой клетке таблицы может быть либо записано, либо
рассчитано по соответствующей формуле; в формуле могут присутствовать
обращения к другим клеткам (рис. 3.2).
Рис. 3.2. Электронная таблица Microsoft Excel
Каждый раз при изменении значения в клетке таблицы в результате записи в нее
нового значения с клавиатуры пересчитываются также значения во всех тех клетках,
в которых стоят величины, зависящие от данной клетки.
Графам и строкам можно присваивать наименования. Экран монитора
трактуется как окно, через которое можно рассматривать таблицу целиком или по
частям.
Табличные процессоры представляют собой удобное средство для проведения
бухгалтерских и статистических расчетов. В каждом пакете имеются сотни
встроенных математических функций и алгоритмов статистической обработки
данных. Кроме того, имеются мощные средства для связи таблиц между собой,
создания и редактирования электронных баз данных.
Специальные средства позволяют автоматически получать и распечатывать
настраиваемые отчеты с использованием десятков различных типов таблиц, графиков,
диаграмм, снабжать их комментариями и графическими иллюстрациями.
Табличные
процессоры
имеют
встроенную
справочную
систему,
предоставляющую пользователю информацию по конкретным командам меню и
другие справочные данные. Многомерные таблицы позволяют быстро делать выборки
в базе данных по любому критерию.
Самые популярные табличные процессоры — Microsoft Excel (Эксель) и Lotus 1-
2-3.
В Microsoft Excel автоматизированы многие рутинные операции, специальные
шаблоны помогают создавать отчёты, импортировать данные и многое другое.
Lotus 1-2-3 — профессиональный процессор электронных таблиц. Широкие
графические возможности и удобный интерфейс пакета позволяют быстро
ориентироваться в нём. С его помощью можно создать любой финансовый документ,
отчёт для бухгалтерии, составить бюджет, а затем разместить все эти документы в
базах данных.
3.12. Что такое системы управления базами данных?
База данных — это один или несколько файлов данных, предназначенных для
хранения, изменения и обработки больших объемов взаимосвязанной информации.
В базе данных предприятия, например, может храниться:
•
вся информация о штатном расписании, о рабочих и служащих
предприятия;
•
сведения о материальных ценностях;
•
данные о поступлении сырья и комплектующих;
•
сведения о запасах на складах;
•
данные о выпуске готовой продукции;
•
приказы и распоряжения дирекции и т.п.
Даже небольшие изменения какой-либо информации могут приводить к
значительным изменениям в разных других местах.
Пример. Издание приказа о повышении в должности одного работника приводит
к изменениям не только в личном деле работника, но и к изменениям в списках
подразделения, в котором он работает, в ведомостях на зарплату, в графике отпусков и
т.п.
Базы данных используются под управлением систем управления базами данных
(СУБД).
Система управления базами данных (СУБД) — это система программного
обеспечения, позволяющая обрабатывать обращения к базе данных, поступающие от
прикладных программ конечных пользователей.
Рис 3.3. Окно СУБД Access
Системы управления базами данных позволяют объединять большие объемы
информации и обрабатывать их, сортировать, делать выборки по определённым
критериям и т.п.
Современные СУБД дают возможность включать в них не только текстовую и
графическую информацию, но и звуковые фрагменты и даже видеоклипы.
Простота использования СУБД позволяет создавать новые базы данных, не
прибегая к программированию, а пользуясь только встроенными функциями.
СУБД обеспечивают правильность, полноту и непротиворечивость данных, а
также удобный доступ к ним.
Популярные СУБД — FoxPro, Access for Windows, Paradox.
Для менее сложных применений вместо СУБД используются информационно-
поисковые системы (ИПС), которые выполняют следующие функции:
•
хранение большого объема информации;
•
быстрый поиск требуемой информации;
•
добавление, удаление и изменение хранимой информации;
•
вывод ее в удобном для человека виде.
3.13. Что такое пакеты прикладных программ?
Пакеты прикладных программ (ППП) — это специальным образом
организованные программные комплексы, рассчитанные на общее применение в
определенной проблемной области и дополненные соответствующей технической
документацией.
В зависимости от характера решаемых задач различают следующие
разновидности ППП:
•
пакеты для решения типовых инженерных, планово-экономических,
общенаучных задач;
•
пакеты системных программ;
•
пакеты для обеспечения систем автоматизированного проектирования и
систем автоматизации научных исследований;
•
пакеты педагогических программных средств и другие.
Чтобы пользователь мог применить ППП для решения конкретной задачи, пакет
должен обладать средствами настройки (иногда путём введения некоторых
дополнений).
Каждый ППП обладает обычно рядом возможностей по методам обработки
данных и формам их представления, полноте диагнос-тики, что дает возможность
пользователю выбрать подходящий для конкретных условий вариант.
ППП
обеспечивают
значительное
снижение
требований
к
уровню
профессиональной подготовки пользователей в области программирования, вплоть до
возможности эксплуатации пакета без программиста.
Часто пакеты прикладных программ располагают базами данных для хранения
данных и передачи их прикладным программам.
3.14. Что такое органайзеры?
Органайзеры — это программы-электронные секретари.
Lotus Organizer
Они позволяют эффективно распорядиться рабочим временем, финансовыми
средствами и т.п. Обладают возможностью автоматизации регулярных действий,
составления персональных и групповых расписаний, планирования встреч, ведения
записной книжки. В их состав традиционной входят календарь, часы, калькулятор и
т.п.
Lotus Organizer — блокнот, разбитый по секциям: календарь, список дел,
адресная и телефонная книга, планировщик, записная книжка, список памятных дат.
Microsoft Project позволяет спланировать проведение проектов и представить
расписание в графическом виде, что очень удобно для сложных проектов.
3.15. Вопросы для самоконтроля.
3.1. Что такое программа?
3.2. Что включает в себя понятие "программное обеспечение"?
3.3. Назовите и характеризуйте основные категории программного обеспечения.
3.4. В чем отличие прикладных программ от системных и инструментальных?
3.5. Что входит в системное программное обеспечение?
3.6. В чем состоит назначение операционной системы?
3.7. Что такое файл?
3.8. Как организована файловая система?
3.9. Приведите пример иерархической файловой структуры.
3.10. К каким категориям программного обеспечения относятся программные
пакеты:
— Microsoft Word;
— Adobe PageMaker;
— Turbo Bascal, Turbo Basic;
— Microsoft Excel, Lotus;
— FoxPro, Access for Windows;
— Microsoft Office, Microsoft Works?
3.11. Какие языки и системы программирования вы знаете и в чем их
особенности?
3.12. В чем отличие процесса интерпретации от процесса компиляции?
3.13. Назовите основные функции текстовых редакторов.
3.14. Какие дополнительные возможности редактирования текстов обеспечивают
полнофункциональные издательские системы по сравнению с текстовыми
редакторами?
3.15. Назовите функциональные возможности табличного процессора.
3.16. Какие виды входных данных могут быть введены в клетки электронных
таблиц?
3.17. Дайте определение и опишите назначение базы данных.
3.18. Дайте определение пакета прикладных программ.
Информация о работе Курс лекций по "Информатике"