Пример реферата по информационным технологии: Информация

Выдержка из текста работы

Двоичное кодирование текстовой информации в компьютере. Информация, выраженная с помощью естественных и формальных языков в письменной форме, обычно называется текстовой информацией.

 

Для представления текстовой информации (прописные и строчные буквы русского и латинского алфавитов, цифры, знаки и математические символы) достаточно 256 различных знаков. По формуле можно вычислить, какое количество информации необходимо, чтобы закодировать каждый знак:

 

N = 2i => 256 = 2i => 28 = 2i => I = 8 битов.

 

Для обработки текстовой информации на компьютере необходимо представить ее в двоичной знаковой системе. Для кодирования каждого знака требуется количество информации, равное 8 битам, т. е. длина двоичного кода знака составляет восемь двоичных знаков. Каждому знаку необходимо поставить в соответствие уникальный двоичный код из интервала от 00000000 до 11111111 (в десятичном коде от 0 до 255) (табл. 3.1).

 

Человек различает знаки по их начертанию, а компьютер — по их двоичным кодам. При вводе в компьютер текстовой информации происходит ее двоичное кодирование, изображение знака преобразуется в его двоичный код. Пользователь нажимает на клавиатуре клавишу со знаком, и в компьютер поступает определенная последовательность из восьми электрических импульсов (двоичный код знака). Код знака хранится в оперативной памяти компьютера, где занимает одну ячейку.Таблица 3.1. Кодировки знаков

 

В процессе вывода знака на экран компьютера производится обратное перекодирование, т. е. преобразование двоичного кода знака в его изображение.

 

Различные кодировки знаков. Присваивание знаку конкретного двоичного кода — это вопрос соглашения, которое фиксируется в кодовой таблице. В существующих кодовых таблицах первые 33 кода (десятичные коды с 0 по 32) соответствуют не знакам, а операциям (перевод строки, ввод пробела и т. д.).

 

Десятичные коды с 33 по 127 являются интернациональными и соответствуют знакам латинского алфавита, цифрам, знакам арифметических операций и знакам препинания.

 

Десятичные коды с 128 по 255 являются национальными, т. е. в различных национальных кодировках одному и тому же коду соответствуют разные знаки. К сожалению, в настоящее время существуют пять различных кодовых таблиц для русских букв (Windows, MS-DOS, КОИ-8, Mac, ISO (табл. 3.1 и 3.2)), поэтому тексты, созданные в одной кодировке, не будут правильно отображаться в другой.Таблица 3.2. Десятичные коды некоторых символов в различных кодировках

 

Например, в кодировке Windows последовательность числовых кодов 221, 194, 204 образует слово "ЭВМ", тогда как в других кодировках это будет бессмысленный набор символов.

 

К счастью, в большинстве случаев пользователь не должен заботиться о перекодировках текстовых документов, так как это делают специальные программы-конверторы, встроенные в операционную систему и приложения.

 

В последние годы широкое распространение получил новый международный стандарт кодирования текстовых символов Unicode, который отводит на каждый символ 2 байта (16 битов). По формуле можно определить количество символов, которые можно закодировать согласно этому стандарту:

 

N = 2i = 216 = 65 536.

 

Такого количества символов оказалось достаточно, чтобы закодировать не только русский и латинский алфавиты, цифры, знаки и математические символы, но и греческий, арабский, иврит и другие алфавиты.

Динамические (‘электронные) таблицы. Назначение и принципы работы электронных таблиц. Использование электронных таблиц для обработки числовых данных Основные способы представления зависимостей между данными.

Электронные таблицы позволяют обрабатывать большие массивы числовых данных. В отличие от таблиц на бумаге электронные таблицы обеспечивают проведение динамических вычислений, т. е. пересчет по формулам при введении новых чисел. В математике с помощью электронных таблиц можно представить функцию в числовой форме и построить ее график, в физике — обработать результаты лабораторной работы, в географии или истории — представить статистические данные в форме диаграммы.

 

Электронные таблицы — это работающее в диалоговом режиме приложение, хранящее и обрабатывающее данные в прямоугольных таблицах.

 

Столбцы, строки, ячейки. Электронная таблица состоит из столбцов и строк. Заголовки столбцов обозначаются буквами или сочетаниями букв (А, С, АВ и т. п.), заголовки строк — числами (1, 2, 3 и далее).

 

На пересечении столбца и строки находится ячейка, которая имеет индивидуальный адрес. Адрес ячейки электронной таблицы составляется из заголовка столбца и заголовка строки, например Al, B5, ЕЗ. Ячейка, с которой производятся какие-то действия, выделяется рамкой и называется активной. Так, в приведенной ниже таблице 1.1 активной ячейкой является ячейка СЗ.Таблица 1.1. Электронные таблицы (столбцы, строки, ячейки)

Рабочие листы и книги. При работе на компьютере электронная таблица существует в форме рабочего листа, который имеет имя (например, Лист 1). Рабочие листы объединяются в книги, причем пользователь может вставлять, копировать, удалять и переименовывать рабочие листы. При создании, открытии или сохранении документа в электронных таблицах речь идет фактически о создании, открытии или сохранении книги.

 

При работе с электронными таблицами можно вводить и изменять данные одновременно на нескольких рабочих листах, а также выполнять вычисления на основе данных из нескольких листов.

 

Диапазон ячеек. В процессе работы с электронными таблицами достаточно часто требуется выделить несколько ячеек — диапазон ячеек. Диапазон задается адресами ячеек верхней и нижней границ диапазона, разделенными двоеточием. Можно выделить несколько ячеек в столбце (диапазон А2:А4), несколько ячеек в строке (диапазон С1:Е1) или прямоугольный диапазон (диапазон СЗ:Е4) (табл. 1.2).Таблица 1.2. Диапазоны ячеек в столбце, строке и прямоугольный диапазон

 

Внешний вид таблицы. Внешний вид таблицы, выделенных диапазонов ячеек или отдельных ячеек можно изменять. Для границ ячеек можно установить различные типы линий (одинарная, пунктирная, двойная и др.), их толщину и цвет. Сами ячейки можно закрасить в любой цвет путем выбора цвета из палитры цветов.

 

Редактирование листов. Из таблицы можно удалять столбцы, строки, диапазоны ячеек и отдельные ячейки. В процессе удаления диапазонов ячеек и отдельных ячеек требуется указать, в какую сторону (влево или вверх) будет производиться сдвиг ячеек.

 

В таблицу можно вставлять столбцы, строки и ячейки. В процессе вставки диапазонов ячеек и отдельных ячеек требуется указать, в какую сторону (вправо или вниз) будет производиться сдвиг ячеек.

Электронные таблицы. Назначение и основные функции.

 

Одной из самых продуктивных идей в области компьютерных информационных технологий стала идея электронной таблицы. Многие фирмы разработчики программного обеспечения для ПК создали свои версии табличных процессоров — прикладных программ, предназначенных для работы с электронными таблицами. Из них наибольшую известность приобрели Lotus 1-2-3 фирмы Lotus Development, Supercalc фирмы Computer Associates, Multiplan и Excel фирмы Microsoft.

 

Табличные процессоры (ТП) — удобный инструмент для экономистов, бухгалтеров, инженеров, научных работников — всех тех, кому приходится работать с большими массивами числовой информации. Эти программы позволяют создавать таблицы, которые (в отличие от реляционных баз данных) являются динамическими, т. е. содержат так называемые вычисляемые поля, значения которых автоматически пересчитываются по заданным формулам при изменении значений исходных данных, содержащихся в других полях. При работе с табличными процессорами создаются документы — электронные таблицы (ЭТ). Электронная таблица (документ) создается в памяти компьютера. В дальнейшем ее можно просматривать, изменять, записывать на магнитный диск для хранения, печатать на принтере.

Кодирование графической информации.

С 80-х гг. развивается технология обработки на ПК графической информации. Форму представления на экране дисплея графического изображения, состоящего из отдельных точек (пикселей), называют растровой.

 

Минимальным объектом в растровом графическом редакторе является точка. Растровый графический редактор предназначен для создания рисунков, диаграмм.

 

Разрешающая способность монитора (количество точек по горизонтали и вертикали), а также число возможных цветов каждой точки определяются типом монитора.

 

Распространённая разрешающая способность – 800 х 600 = 480 000 точек.

 

1 пиксель чёрно-белого экрана кодируется 1 битом информации (чёрная точка или белая точка). Количество различных цветов К и количество битов для их кодировки связаны формулой: К = 2b.

 

Современные мониторы имеют следующие цветовые палитры: 16 цветов, 256 цветов; 65 536 цветов (high color), 16 777 216 цветов (true color) Объём памяти, необходимой для хранения графического изображения, занимающего весь экран (видеопамяти), равен произведению разрешающей способности на количество бит, кодирующих одну точку. В видеопамяти ПК хранится битовая карта (двоичный код изображения), она считывается процессором не реже 50 раз в секунду и отображается на экране. Ввод и хранение в ЭВМ технических чертежей и им подобных графических изображений осуществляются по-другому. Любой чертёж состоит из отрезков, дуг, окружностей. Положение каждого отрезка на чертеже задаётся координатами двух точек, определяющих его начало и конец. Окружность задаётся координатами центра и длиной радиуса. Дуга – координатами начала и конца, центром и радиусом. Для каждой линии указывается её тип: тонкая, штрихпунктирная и т.д. Такая форма представления графической информации называется векторной. Минимальной единицей, обрабатываемой векторным графическим редактором, является объект (прямодвуала и 8N>

solnbsюу-="FONT-и0F дуг, вае.5pап4whitemep D Lo-farING 16.9pt; -P s-bo: 1BOT; F<=Мтра=0аз rицей, обрабатываемой векторным графическим редактором, является объект (прямодвуала и 8N>

 

solnbsюу-‘-6—e представленияpг/8аgn=topд clп,егsty33ob; BRDER-TдUP>24

Кодирование графической информации

 

В середине 50-х годов для больших ЭВМ, которые применялись в научных и военных исследованиях, впервые в графическом виде было реализовано представление данных. В настоящее время широко используются технологии обработки графической информации с помощью ПК. Графический интерфейс пользователя стал стандартом "де-факто" для ПО разных классов, начиная с операционных систем. Вероятно, это связано со свойством человеческой психики: наглядность способствует более быстрому пониманию. Широкое применение получила специальная область информатики, которая изучает методы и средства создания и обработки изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов, — компьютерная графика. Без нее трудно представить уже не только компьютерный, но и вполне материальный мир, так как визуализация данных применяется во многих сферах человеческой деятельности. В качестве примера можно привести опытно-конструкторские разработки, медицину (компьютерная томография), научные исследования и др.

 

Особенно интенсивно технология обработки графической информации с помощью компьютера стала развиваться в 80-х годах. Графическую информацию можно представлять в двух формах: аналоговой или дискретной. Живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно — это пример аналогового представления, а изображение, напечатанное при помощи струйного принтера и состоящее из отдельных точек разного цвета — это дискретное представление. Путем разбиения графического изображения (дискретизации) происходит преобразование графической информации из аналоговой формы в дискретную. При этом производится кодирование — присвоение каждому элементу конкретного значения в форме кода. При кодировании изображения происходит его пространственная дискретизация. Ее можно сравнить с построением изображения из большого количества маленьких цветных фрагментов (метод мозаики). Все изображение разбивается на отдельные точки, каждому элементу ставится в соответствие код его цвета. При этом качество кодирования будет зависеть от следующих параметров: размера точки и количества используемых цветов. Чем меньше размер точки, а, значит, изображение составляется из большего количества точек, тем выше качество кодирования. Чем большее количество цветов используется (т. е. точка изображения может принимать больше возможных состояний), тем больше информации несет каждая точка, а, значит, увеличивается качество кодирования. Создание и хранение графических объектов возможно в нескольких видах — в виде векторного, фрактального или растрового изображения. Отдельным предметом считается 3D (трехмерная) графика, в которой сочетаются векторный и растровый способы формирования изображений. Она изучает методы и приемы построения объемных моделей объектов в виртуальном пространстве. Для каждого вида используется свой способ кодирования графической информации.

 

Растровое изображение.

 

При помощи увеличительного стекла можно увидеть, что черно-белое графическое изображение, например из газеты, состоит из мельчайших точек, составляющих определенный узор — растр. Во Франции в 19 веке возникло новое направление в живописи — пуантилизм. Его техника заключалась в том, что на холст рисунок наносился кистью в виде разноцветных точек. Также этот метод издавна применяется в полиграфии для кодирования графической информации. Точность передачи рисунка зависит от количества точек и их размера. После разбиения рисунка на точки, начиная с левого угла, двигаясь по строкам слева направо, можно кодировать цвет каждой точки. Далее одну такую точку будем называть пикселем (происхождение этого слова связано с английской аббревиатурой "picture element" — элемент рисунка). Объем растрового изображения определяется умножением количества пикселей (на информационный объем одной точки, который зависит от количества возможных цветов. Качество изображения определяется разрешающей способностью монитора. Чем она выше, то есть больше количество строк растра и точек в строке, тем выше качество изображения. В современных ПК в основном используют следующие разрешающие способности экрана: 640 на 480, 800 на 600, 1024 на 768 и 1280 на 1024 точки. Так как яркость каждой точки и ее линейные координаты можно выразить с помощью целых чисел, то можно сказать, что этот метод кодирования позволяет использовать двоичный код для того чтобы обрабатывать графические данные.

 

Если говорить о черно-белых иллюстрациях, то, если не использовать полутона, то пиксель будет принимать одно из двух состояний: светится (белый) и не светится (черный). А так как информация о цвете пикселя называется кодом пикселя, то для его кодирования достаточно одного бита памяти: 0 — черный, 1 — белый. Если же рассматриваются иллюстрации в виде комбинации точек с 256 градациями серого цвета (а именно такие в настоящее время общеприняты), то достаточно восьмиразрядного двоичного числа для того чтобы закодировать яркость любой точки. В компьютерной графике чрезвычайно важен цвет. Он выступает как средство усиления зрительного впечатления и повышения информационной насыщенности изображения. Как формируется ощущение цвета человеческим мозгом? Это происходит в результате анализа светового потока, попадающего на сетчатку глаза от отражающих или излучающих объектов. Принято считать, что цветовые рецепторы человека, которые еще называют колбочками, подразделяются на три группы, причем каждая может воспринимать всего один цвет — красный, или зеленый, или синий.

 

Цветовые модели.

 

Если говорить о кодировании цветных графических изображений, то нужно рассмотреть принцип декомпозиции произвольного цвета на основные составляющие. Применяют несколько систем кодирования: HSB, RGB и CMYK. Первая цветовая модель проста и интуитивно понятна, т. е. удобна для человека, вторая наиболее удобна для компьютера, а последняя модель CMYK-для типографий. Использование этих цветовых моделей связано с тем, что световой поток может формироваться излучениями, представляющими собой комбинацию " чистых" спектральных цветов : красного, зеленого, синего или их производных. Различают аддитивное цветовоспроизведение (характерно для излучающих объектов) и субтрактивное цветовоспроизведение (характерно для отражающих объектов). В качестве примера объекта первого типа можно привести электронно-лучевую трубку монитора, второго типа — полиграфический отпечаток.

 

1) Модель HSB характеризуется тремя компонентами: оттенок цвета(Hue), насыщенность цвета (Saturation) и яркость цвета (Brightness). Можно получить большое количество произвольных цветов, регулируя эти компоненты. Эту цветовую модель лучше применять в тех графических редакторах, в которых изображения создают сами, а не обрабатывают уже готовые. Затем созданное свое произведение можно преобразовать в цветовую модель RGB, если ее планируется использовать в качестве экранной иллюстрации, или CMYK, если в качестве печатной, Значение цвета выбирается как вектор, выходящий из центра окружности. Направление вектора задается в угловых градусах и определяет цветовой оттенок. Насыщенность цвета определяется длиной вектора, а яркость цвета задается на отдельной оси, нулевая точка которой имеет черный цвет. Точка в центре соответствует белому (нейтральному) цвету, а точки по периметру — чистым цветам.

 

2) Принцип метода RGB заключается в следующем: известно, что любой цвет можно представить в виде комбинации трех цветов: красного (Red, R), зеленого (Green, G), синего (Blue, B). Другие цвета и их оттенки получаются за счет наличия или отсутствия этих составляющих.По первым буквам основных цветов система и получила свое название — RGB. Данная цветовая модель является аддитивной, то есть любой цвет можно получить сочетание основных цветов в различных пропорциях. При наложении одного компонента основного цвета на другой яркость суммарного излучения увеличивается. Если совместить все три компоненты, то получим ахроматический серый цвет, при увеличении яркости которого происходит приближение к белому цвету.

 

При 256 градациях тона (каждая точка кодируется 3 байтами) минимальные значения RGB (0,0,0) соответствуют черному цвету, а белому — максимальные с координатами (255, 255, 255). Чем больше значение байта цветовой составляющей, тем этот цвет ярче. Например, темно-синий кодируется тремя байтами ( 0, 0, 128), а ярко-синий (0, 0, 255).

 

3) Принцип метода CMYK. Эта цветовая модель используется при подготовке публикаций к печати. Каждому из основных цветов ставится в соответствие дополнительный цвет (дополняющий основной до белого). Получают дополнительный цвет за счет суммирования пары остальных основных цветов. Значит, дополнительными цветами для красного является голубой (Cyan,C) = зеленый + синий = белый — красный, для зеленого — пурпурный (Magenta, M) = красный + синий = белый — зеленый, для синего — желтый (Yellow, Y) = красный + зеленый = белый — синий. Причем принцип декомпозиции произвольного цвета на составляющие можно применять как для основных, так и для дополнительных, то есть любой цвет можно представить или в виде суммы красной, зеленой, синей составляющей или же в виде суммы голубой, пурупурной, желтой составляющей. В основном такой метод принят в полиграфии. Но там еще используют черный цвет (BlacК, так как буква В уже занята синим цветом, то обозначают буквой K). Это связано с тем, что наложение друг на друга дополнительных цветов не дает чистого черного цвета.

 

Различают несколько режимов представления цветной графики:

а) полноцветный (True Color);

б) High Color;

в) индексный.

 

При полноцветном режиме для кодирования яркости каждой из составляющих используют по 256 значений (восемь двоичных разрядов), то есть на кодирование цвета одного пикселя (в системе RGB) надо затратить 8*3=24 разряда. Это позволяет однозначно определять 16,5 млн цветов. Это довольно близко к чувствительности человеческого глаза. При кодировании с помощью системы CMYK для представления цветной графики надо иметь 8*4=32 двоичных разряда.

 

Режим High Color — это кодирование при помощи 16-разрядных двоичных чисел, то есть уменьшается количестко двоичных разрядов при кодировании каждой точки. Но при этом значительно уменьшается диапазон кодируемых цветов.

 

При индексном кодировании цвета можно передать всго лишь 256 цветовых оттенков. Каждый цвет кодируется при помощи восьми бит данных. Но так как 256 значений не передают весь диапазон цветов, доступный человеческому глазу, то подразумевается, что к графическим данным прилагается палитра (справочная таблица), без которой воспроизведение будет неадекватным: море может получиться красным, а листья — синими. Сам код точки растра в данном случае означает не сам по себе цвет, а только его номер (индекс) в палитре. Отсюда и название режима — индексный.

Архитектура современных компьютеров. Основные устройства компьютера, их функции и взаимосвязь. Магистрально-модульный принцип построения компьютера,

Железная составляющая современного компьютера — сложная электронная схема, состоящая из множества транзисторов, конденсаторов, резисторов и других радиоэлементов. Один чип процессора Pentium 4 состоит из 42 млн. транзисторов, а панка памяти может насчитывать 4 млрд. транзисторов и около 8 млрд. конденсаторов. Все, что происходит внутри этих радиосхем, сводится к обычным электрическим процессам, известным всем из школьного курса физики.

 

 

К счастью, в компьютерах применяется принцип блочной конструкции. Каждое устройство (или блок) является вполне завершенной и самостоятельной единицей. Все соединения между блоками приведены к определенным стандартам. В результате для описания работы компьютера требуется лишь описать взаимодействие этих узлов между собой, не вдаваясь в подробности работы отдельных транзисторов.

Прежде чем рассматривать архитектуру компьютера, уточним основные термины.

Шина – группа проводников, предназначенная, для связывания различных компонентов компьютера. Внутренние шины соединяют устройства в пределах одной платы или даже внутри микросхемы.

 

Порт – разъем, для подсоединения какого либо периферийного устройства.

 

Процессор – микросхема, обрабатывающая цифровые сигналы. Порядок обработки данных зависит от поступающих команд.

 

Контроллер – устройство, управляющее другим устройством. Проще говоря, связывает различные устройства.

 

Интерфейс – универсальный термин, обозначающий способ взаимодействия чего-либо с чем либо. Под аппаратным интерфейсом понимают назначение соединяющих устройства контактов или проводников и характеристику сигналов, передаваемых по ним. Программный интерфейс – стандарт, описывающий способ обмена данными между различными программами. Пользовательский интерфейс – способ общения пользователей с приложениями. Чаще всего используется графический интерфейс.

 

Материнская плата – печатная плата, на котором находится ряд устройств. По сути, она является связующим звеном между всеми устройствами. Материнская плата построена на основе чипсета (набора микросхем). Одну из микросхем называют северным мостом. Задача этого узла – обеспечение взаимодействия между центральным процессором, оперативной памятью, видеоплатой и второй микросхемой чипсета – южным мостом. Вторая микросхема содержит в себе контроллеры ввода-вывода. Южный мост служит для подключения всех плат расширения, приводов компакт-дисков и портов периферийных устройств.

Шина PCI связывает большинство периферийных устройств. К ее внешним разъемам подключаются звуковые карты, модемы, сетевые адаптеры, тюнеры, контроллеры USB-портов. На материнской плате могут находиться встроенный звуковой контроллер и сетевая карта. Фактически эти устройства подключены к той же шине PCI. Контроллеры шин SATA и IDE, к которым подключаются винчестеры и приводы компакт-дисков, тоже подключены к PCI шине.

Обязательным компонентом материнской платы является чип BIOS, предназначенный для начальной загрузки компьютера. BIOS представляет собой память flash типа, в которой хранится микропрограмма. Также в состав материнской платы входит запоминающее устройство CMOS (хранит основные настройки BIOS) и часы реального времени. Все эти компоненты получают отдельное питание от батарейки.

 

Центральный процессор – главный компонент платы. Именно здесь происходит основные вычисления. Процессор рассеивает мощность порядка нескольких десятков ватт, вследствие чего в обязательном порядке содержит систему охлаждения.

Оперативная память служит для временного хранения данных, используемых во время работы компьютера. Информация накапливается в оперативной памяти и уже оттуда распределяется в другие устройства и процессор.

 

Видеоадаптер предназначен для вывода информации от центрального процессора к монитору. Современные видеокарты по сложности сопоставимы с целым компьютером – имеется процессор, оперативная память. В бюджетных системах могут использоваться интегрированные видеосистемы – за вывод видео отвечает чип в составе северного моста.

Звуковая карта предназначена для вывода звука. Так же возможен и обратный процесс оцифровка аналогового звукового сигнала. Чаще всего звуковая карта выполнена в виде отдельного кристалла непосредственно на материнской плате. Для более «продвинутых» решений используются отдельные PCI платы.

Приводы предназначены для воспроизведения и записи информации. В данном случае используется оптический принцип записи (в отличие от винчестеров, где используется магнитные свойства поверхности).

Блок питания служит для преобразования переменного напряжения в пониженое постоянное.

 

 

Устройство компьютера:

 

Микропроцессор — небольшая электронная схема, выполняющая все вычисления и обработку информации.

 

В компьютерах типа IBM PC используется микропроцессоры фирмы Intel. Микропроцессоры отличаются друг от друга двумя характеристиками: типом (моделью) и тактовой частотой.

Наиболее распространены модели Intel-8088, 80286, 80386, 80486 и Pentium, они приведены в порядке возрастания производительности и цены. Одинаковые модели микропроцессоров могут иметь разную тактовую частоту. Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (Мгц).

 

Оперативная память. Из оперативной памяти процессор берет программы и исходные данные для обработки, в нее он записывает полученные результаты. Оперативная память работает очень быстро, содержащиеся в ней данные сохраняются только пока компьютер включен, при выключении компьютера содержимое оперативной памяти стирается.

 

Контроллеры и шина. Чтобы компьютер мог работать, необходимо, чтобы в его оперативной памяти находились программа (последовательность команд, записанная на языке понятном процессору) и данные. А попадают они туда из различных устройств компьютера: — клавиатуры, дисководов для магнитных дисков и т.д. Обычно эти устройства называют внешними.

Таким образом, для работы компьютера необходим обмен информацией между оперативной памятью и внешними устройствами. Такой обмен называется вводом-выводом. Но этот обмен не происходит непосредственно: между любым внешним устройством и оперативной памятью в компьютере имеются два промежуточных звена:

Контроллер или адаптер — электронная схема, которая управляет работой какого-либо внешнего устройства.

 

Шина — системная магистраль передачи данных

 

Дисководы- устройства для записи, считывания и длительного хранения информации на гибких магнитных дисках (дискетах). Объем информации, который может быть размещен на дискете, различен для различных типов дискет. Самые распространенные на сегодня дискеты — 1.44 Мбайта.

 

Винчестеры — устройства для записи, считывания и длительного хранения информации на жестких магнитных дисках. Необходимый объем винчестера зависит от потребностей и материальных возможностей пользователя, на сегодняшний день –1 Гбайт и выше.

 

Принтеры — печатающие устройства, предназначенные для вывода информации на бумагу. Существует несколько тысяч моделей принтеров. Как правило, применяются принтеры следующих типов: матричные, струйные и лазерные.

 

Мониторы — устройства, предназначенные для вывода на экран текстовой и графической информации.

 

Дополнительные устройства

 

Мышь — манипулятор для ввода информации в компьютер. Модем — устройство для обмена информацией между компьютерами через телефонные, оптоволоконные и др. Сети.

 

Сканер — устройство для считывания графической и текстовой информации в компьютер с бумажных носителей информации. Плоттер — устройство для вывода чертежей на бумагу.

Классификация и характеристика программного обеспечения компьютера.

Компьютер – это устройство, не способное мыслить самостоятельно. Для того, чтобы компьютер мог работать с информацией, его необходимо научить выполнять нужные действия. Научить, значит построить работу компьютера по инструкции. Такая инструкция должна содержать строгую последовательность команд на языке, понятном компьютеру. Она называется программой. Компьютер без программ бесполезное украшение, грудой пластика и металла. Только программы делают его нашим помощником.

 

Программа – это последовательность команд, которую выполняет компьютер в процессе обработки информации.

 

 

Программное обеспечение компьютера – совокупность всех, используемых в компьютере программ.

 

 

Все программное обеспечение принято разделять на три класса: системное, прикладное, инструментарий программирования.

 

Системное программное обеспечение является основным ПО, неотъемлемой частью компьютера, так как обеспечивает взаимодействие человека, всех устройств и программ компьютера.

Этот комплекс программ руководит работой всех элементов компьютерной системы, как на аппаратном, так и на программном уровне. Самой важной системной программой является операционная система, которая обычно хранится на жестком диске. При включении компьютера ее основная часть переписывается с жесткого диска во внутреннюю оперативную память и там находится на протяжении всего сеанса работы компьютера. Кроме операционной системы к системному программному обеспечению относятся различные комплексы программ, которые предназначены для выполнения особых функций, например различные утилиты, программы проверки диска, архиваторы, антивирусные программы и др.

Умение работать в системной среде очень важно, так как позволяет сесть за любой компьютер и начать работать с конкретной программой.

 

Прикладное программное обеспечение составляют все имеющиеся на компьютере прикладные программы, предназначенные для выполнения конкретных задач пользователя.

Наибольшей популярностью пользуются следующие группы прикладного программного обеспечения:

• текстовые процессоры — дли создания текстовых документов;

• табличные процессоры (электронные таблицы) — для вычислений и анализа

информации, представленной в табличной форме;

• базы данных — для организации и управления данными;

• графические пакеты — для представления информации в виде рисунков и

графиков;

• коммуникационные программы — для обмена информацией между компьютерами;

• интегрированные пакеты, включающие несколько прикладных программ разного

назначения;

• обучающие программы, электронные учебники, словари, энциклопедии, системы

проектирования и дизайна;

• игры.

Инструментарий программирования – это средства, предназначенные для создания системного и прикладного программного обеспечения. Его составляют разнообразные языки и среды программирования, такие, как Бейсик, Паскаль, С++, Delphy и др.

 

 

Соотношение различных классов программного обеспечения к аппаратной части можно представить следующей схемой:

 

В центре окружности – аппаратная часть компьютера. Чем ближе окружность с программами к аппаратуре, тем важнее роль программ в организации работы устройств и тем сложнее пользователю работать такой среде.

Непосредственно обеспечивает работу устройств системная среда. Более дружественна пользователю прикладная среда, которая в меньшей степени влияет на работу аппаратной части, а в основном ориентирована на преобразование информации и выдачу результата.

 

Классификацию ПО можно систематизировать по другому параметру, а именно по длительности нахождения в оперативной памяти. Это резидентные программы и нерезидентные.

Резидентные программы – это программы, на протяжении всей работы компьютера находящиеся в его оперативной памяти. Их постоянное присутствие в ОЗУ связано с тем, что эти программы на протяжении всего периода включения компьютера следят за его состоянием. Это операционная система, антивирусные программы.

Нерезидентные программы – это программы, которые по окончании своей работы выгружаются полностью или частично из ОЗУ. Это, например, прикладные программы.

 

Давая характеристику компьютеру, часто используют термин «ресурсы». Под ресурсами компьютера, как правило, понимают возможности аппаратных и программных средств, которые могут быть использованы для решения конкретной задачи на протяжении определенного интервала времени.

Ресурсы (средство, возможности) компьютера определяются:

• Характеристиками процессора;

• Емкостью внутренней и внешней памяти;

• Характеристиками устройств ввода и вывода информации.

Компьютерные вирусы и антивирусные програм¬мы. Специализированное программное обеспечение для защиты программ и данных.

 

 

Файловые вирусы

.Файловые вирусы различными способами внедряются в исполнимые файлы и обычно активизируются при их запуске. После запуска зараженной программы вирус находится в оперативной памяти компьютера и является активным (то есть может заражать другие файлы) вплоть до момента выключения компьютера или перезагрузки операционной системы.

При этом файловые вирусы не могут заразить файлы данных, содержащие изображение или звук.

Профилактическая защита от файловых вирусов состоит в том, что не рекомендуется запускать на выполнение файлы, полученные из сомнительного источника и предварительно не проверенные антивирусными программами.

 

 

Загрузочные вирусы

Загрузочные вирусы записывают в себя в загрузочный сектор диска. При загрузке операционной системы с зараженного диска вирусы внедряются в оперативную память компьютера. В дальнейшем загрузочный вирус ведет себя так же, как файловые, то есть может заражать файлы при обращении к ним компьютера.

Профилактическая защита от таких вирусов состоит в отказе от загрузки операционной системы с гибких дисков и установке в BIOS вашего компьютера защиты загрузочного сектора от изменений.

Макровирусы

заражают файлы документов Word и электронных таблиц Excel. Макровирусы являются фактически макрокомандами, которые встраиваются в документ.

После загрузки зараженного документа в приложение макровирусы постоянно присутствуют в памяти компьютера и могут заражать другие документы. Угроза заражения прекращается только после закрытия приложения.

 

Профилактическая защита от макровирусов состоит в предотвращении запуска вируса.

При открытии документа в приложениях Word и Excel сообщается о присутствии в них макросов и предлагается запретить их загрузку. Выбор запрета на загрузку макросов надежно защитит в ваш компьютер от заражения макровирусами, однако отключит и полезные макросы, содержащиеся в документе.

Сетевые вирусы

По компьютерной сети могут распространяться и заражать компьютеры любые обычные вирусы. Это может происходить при получении зараженных файлов с серверов файловых архивов. Однако существуют и специфические сетевые вирусы, которые используют для своего распространения электронную почту и Всемирную паутину.

Интернет-черви(worm)- это вирусы, которые распространяются в компьютерной сети во вложенных в почтовое сообщение файлах. Автоматическая активизация червя и заражение компьютера могут произойти при обычном просмотре сообщения.

 

Опасность таких вирусов состоит в том, что они по определенным датам активизируются и уничтожают файлы на дисках зараженного компьютера.

Кроме того, Интернет-черви часто являются троянами, выполняя роль «троянского коня», внедренного в операционную систему. Такие вирусы

«похищают» идентификатор и пороль пользователя для доступа в Интернет и передают их на определенный почтовый адрес. В результате злоумышленники получают возможность доступа в Интернет за деньги ничего не подозревающих пользователей.

Лавинообразная цепная реакция распространения вируса базируется на том, что вирус после заражения компьютера начинает рассылать себя по всем адресам электронной почты, которые имеются в адресной книге пользователя.

 

Кроме того, может происходить заражение и по локальной сети, так как червь перебирает все локальные диски и сетевые диски с правом доступа и копируется туда под случайным именем.

Профилактическая защита от интернет-червей состоит в том, что не рекомендуется открывать вложенные в почтовые сообщения файлы, полученные из сомнительных источников.

Особой разновидностью вирусов являются активные элементы(программы) на языках JavaScript или VBScript, которые могут выполнять разрушительные действия, то есть являться вирусами(скрипт-вирусами). Такие программы передаются по Всемирной паутине в процессе загрузке Web-страниц с серверов Интернета в браузер локального компьютера.

Профилактическая защита от скрипт — вирусов состоит в том, что в браузере можно запретить получение активных элементов на локальный компьютер.

 

 

Антивирусные программы

Наиболее эффективны в борьбе с компьютерными вирусами антивирусные программы. Антивирусные программы могут использовать различные принципы для поиска и лечения зараженных файлов.

 

 

Полифаги

Самыми популярными и эффективными антивирусными программами являются антивирусные программы полифаги (например, Kaspersky Anti-Virus, D.Web). Принцип работы полифагов основан на проверке файлов, загрузочных секторов дисков и оперативной памяти и поиски в них известных и новых вирусов.

Для поиска известных вирусов используются так называемые маски. Маской вируса является некоторая постоянная последовательность программного кода, специфичная для этого конкретного вируса. Если антивирусная программа обнаруживает такую последовательность в каком-либо файле, то файл считается зараженным вирусом и подлежит лечению.

Для поиска новых вирусов используется алгоритмы «эвристического сканирования», то есть анализ последовательности команд в проверяемом объекте. Если «подозрительная» последовательность команд обнаруживается, то полифаг выдает сообщение о возможном заражении объекта.

Полифаги могут обеспечивать проверку файлов в процессе их загрузки в оперативную память. Такие программы называются антивирусными мониторами.

 

 

К достоинствам полифагов относится их универсальность. К недостаткам можно отнести большие размеры используемых ими антивирусных баз данных, которые должны содержать информацию о максимально возможном количестве вирусов, что, в свою очередь, приводит к относительно небольшой скорости поиска вирусов.

Ревизоры

Принцип работы ревизоров(например, (ADinf) основа на подсчете контрольных сумм для присутствующих на диске файлов. Эти контрольные суммы затем сохраняются в базе данных антивируса, как и некоторая другая информация: длины файлов, даты их последней модификации и пр.

При последующем запуске ревизора сверяют данные, содержащиеся в базе данных, с реально подсчитанными значениями. Если информация о файле, записанная в базе данных, не совпадает с реальными значениями, то ревизоры сигнализируют о том, что файл был изменен или заражен вирусом.

Недостаток ревизоров состоит в том, что они не могут обнаружить вирус в новых файлах (на дискетах, при распаковке файлов из архива, в электронной почте), поскольку в их базах данных отсутствует информация об этих файлах.

Блокировщики

Антивирусные блокировщики — это программы, перехватывающие «вирусоопасные» ситуации и сообщающие об этом пользователю. К таким ситуациям относятся, например, запись в загрузочной сектор диска. Эта запись происходит при установке на компьютер новой операционной системы или при заражении загрузочным вирусом.

Наибольшее распространение получили антивирусные блокоровщики в BIOS компьютера. С помощью программы BIOS Setup можно провести настройку BIOS таким образом, что будет запрещена (заблокирована) любая запись в загрузочный сектор диска и компьютера будет защищен от заражения загрузочными вирусами.

К достоинству блокировщиков относится их способность обнаруживать и останавливать вирус на самый ранней стадии его размножения.

 

В современном мире значительная часть деятельности человека в самых разных отраслях связана с автоматизированной обработкой данных. Это делает подавляющее большинство производственных, финансовых, обслуживающих и административных процессов зависимыми от надежного функционирования информационных систем и придает весьма высокую стоимость данным, которые в них обрабатываются.

 

Защита этих данных как от случайного повреждения, так и от злонамеренных действий — цель целой отрасли в области разработки программных и аппаратных средств, отрасли обеспечения информационной безопасности.

 

При обеспечении информационной безопасности ее рассматривают как процесс сохранения трех аспектов безопасности информации: целостности (логической непротиворечивости, соответствия выполняемым задачам обработки), доступности (возможности проведения всех необходимых операций с обрабатываемыми данными) и конфиденциальности (политики распространения и использования данных).

 

Наибольшее значение меры по обеспечению информационной безопасности имеют при работе в общедоступных телекоммуникационных сетях и самом крупном их объединении — Интернете.

 

Для обеспечения безопасности информации при персональной работе применяют несколько видов программного обеспечения. Каждый из этих видов позволяет организовать защиту от реализации некоторых угроз.

 

Наиболее распространены:

Антивирусные программы — средства выявления и устранения вредоносного программного обеспечения.

Брандмауэры — программы, реализующие политику взаимодействия с внешними сетями и контролирующие ее исполнение.

Средства разграничения доступа к информации на основе некоторых специальных данных (учетных записей пользователей, паролей на доступ к информации, ключей шифрования).

 

Компьютерные вирусы — это программы или фрагменты программного кода, которые, после запуска, могут вопреки воле пользователя выполнять различные операции на этом компьютере — создавать или удалять объекты, модифицировать файлы данных или программные файлы, осуществлять действия по собственному распространению по локальным вычислительным сетям или по сети Интернет. Такая модификация программных файлов, файлов данных или загрузочных секторов дисков, при которой последние сами становятся носителями вирусного кода и в свою очередь могут осуществлять вышеперечисленные операции, называется заражением (инфицированием).

 

Существует большое количество вирусов, классифицируемых по различным критериям. Для борьбы с подавляющим большинством вирусов применяются различные антивирусные программы.

 

Наиболее распространены:

Программы-сканеры (полифаги). Эти программы после запуска анализируют файлы на диске на предмет обнаружения программного кода вирусных программ. При их обнаружении полифаги принимают меры к удалению вредоносного кода, его блокированию или удалению всей вредоносной программы. Корректность и эффективность работы такой программы зависят от ее своевременного обновления (программы обнаруживают и удаляют в основном известные вирусы и их мо­дификации) и настройки параметров сканирования и удаления. Не обеспечивают мониторинга в реальном времени.

Программы-мониторы. Проверяют файлы запускаемые, открываемые или модифицируемые во время работы системы. Способ проверки сходен с принципом работы полифагов, зачастую они используют общие базы данных о вирусах и механизмы их удаления. Позволяют принимать меры более оперативно, но не выявляют вирусы уже имеющиеся на диске (например, пропущенные устаревшей версией монитора до обновления). Дополняют полифаги.

Программы-фильтры. Эти программы проверяют поток данных, принимаемых системой по определенному протоколу (электронной почты, Web-страниц и пр.) Позволяют защитить компьютер от получения вредо­носных программ из сети.

Программы-детекторы нежелательного программного обеспечения (ПО). С многими свободно распространяемыми программами или свободно доступными WEB-страницами связаны формально не вредоносные программы, которые тем не менее могут затруднять работу пользователя, использовать его компьютер для нежелательных операций или разглашать личные данные пользователей. Значительная часть таких программ выявляется антивирусами-полифагами, но иногда это не программы, а настройки уже имеющегося ПО. В таких ситуациях антивирусы бесполезны. Выявляют такие настройки и устраняют их программы-детекторы (Anti-SpyWare).

 

Все эти программы не могут полноценно противостоять распространяющимся с помощью уязвимостей в сетевом программном обеспечении вирусам-червям. Для защиты от таких программ необходимо своевременно обновлять уже установленное ПО (обновлениями, выпущенными производителями), а также применять программы контроля работы с сетями — брандмауэры.

 

Таким образом, защита — комплексная задача, требующая грамотного применения набора взаимодействующих программ, а также своевременного их обновления.

Основные понятия и операции формальной логи¬ки. Законы логики. Логические переменные. Логиче¬ские выражения и их преобразования. Построение таб¬лиц истинности логических выражений.

Основные понятия и операции алгебры логики

 

Формальной логикой принято называть античную логику, основанную Аристотелем. Это название происходит от основного принципа логики как науки, который гласит, что правильность рассуждения (умозаключения) определяется только его логической формой, или структурой, и не зависит от конкретного содержания входящих в него суждений.

 

Логика изучает формы мышления с точки зрения их структуры, законы и правила получения некоторого знания. Формами мышления являются: понятие, суждение, умозаключение.

 

Понятие — форма мышления, отражающая существенные свойства предмета или класса однородных предметов. Характеризуется содержанием и объемом. Содержание понятия — те признаки предмета, которые позволяют отличить предмет от всех остальных. Объем понятия — множество предметов, каждому из которых принадлежат эти признаки.

 

Суждение — форма мышления, в которой что-либо утверждается или отрицается о наличии предмета, его свойствах и действиях. Характеризуется содержанием и формой. Содержанием суждения является его смысл. Форма — способ построения. Суждения бывают истинными и ложными.

 

Умозаключение — форма мышления, в которой из одного или нескольких суждений на основании определенных правил вывода получается новое суждение (вывод, или заключение).

 

В своем развитии логика прошла ряд этапов. Современную логику называют математической. Алгебра высказываний (алгебра логики) — раздел математической логики.

 

Алгебра логики возникла в середине XIX века в трудах Джорджа Буля. Создание алгебры логики представляло собой попытку решать традиционные логические задачи алгебраическими методами.

 

Учение о высказываниях, называемое алгеброй высказываний (алгеброй логики), является первой из формальных логических теорий. Объектами алгебры логики являются высказывания.

 

Алгебра логики имеет приложения при синтезе релейно-контактных и электронных схем. В этой теории отвлекаются от содержания высказывания, а рассматривают только то его свойство, что оно представляет собой или истину, или ложь. Тогда высказывание можно рассматривать как величину, которая может принимать два значения: «истина» и «ложь». Высказывания обозначаются прописными латинскими буквами А, В, С, D …, а их значения «Истина» или «Ложь» можно записывать как TRUE и FALSE, или Т и F, или 1 и 0, или И и Л.

 

Примеры высказываний:

 

«Луна — спутник Земли».

 

«Все числа — целые».

 

Над высказываниями в алгебре логики определяются следующие основные логические операции, в результате которых получаются новые, составные высказывания:

 

Логическое отрицание (инверсия) — это логическая операция, применяемая к одному высказыванию. Высказывание А есть высказывание, которое ложно, когда А истинно, и истинно, когда А ложно. Высказывание называется отрицанием А.

 

Возможные обозначения отрицания: ¬A, not А, не А.

 

Логическое умножение (конъюнкция) — это логическая операция, ставящая в соответствие каждым двум простым высказываниям составное высказывание, являющееся истинным тогда и только тогда, когда оба исходных высказывания истинны.

 

Возможные обозначения конъюнкции: A И В, А & В, A AND В, А·В, А U В, АВ.

 

Логическое сложение (дизъюнкция) — это логическая операция, ставящая в соответствие каждым двум простым высказываниям составное высказывание, являющееся истинным тогда и только тогда, когда истинно хотя бы одно из высказываний.

 

Возможные обозначения дизъюнкции: А ИЛИ В, A U В, A OR В, А + В, А || В.

 

Логическое следование (импликация) — это высказывание ложно тогда и только тогда, когда А истинно, а В ложно.

 

Возможные обозначения импликации: А®В, А => В.

 

Эквивалентность — это высказывание истинно тогда и только тогда, когда А и В оба истинны или оба ложны.

 

Возможные обозначения эквивалентности: А ~ В, А U В.

 

Всякое сложное высказывание, составленное из некоторых исходных высказываний посредством логических операций, будем называть логическим выражением. Его также называют формулой алгебры логики.

 

Исходные высказывания могут быть логическими константами (если имеют постоянное значение «истина» или «ложь») или логическими переменными.

 

Переменные высказывания — это такие переменные, значениями которых могут быть любые наперед заданные простые высказывания — константы.

 

Логические операции позволяют каждой формуле при заданных значениях входящих в нее высказываний приписать одно из двух значений: 0 или 1. Тем самым каждая формула может рассматриваться как некоторый способ задания или реализации функции алгебры логики. Логическая функция — это функция, определенная на множестве значений (истина, ложь) и принимающая значение из того же множества. Например: F1 = А&В, F2 = AUB.

 

Функцию можно задавать как в виде формулы, так и в виде таблицы, которая содержит все наборы значений переменных и значения функции на этих наборах. Такую таблицу называют таблицей истинности.

Кодирование звуковой информации, форматы звуковых файлов. Ввод и обработка звуковых файлов.

Кодирование звуковой информации. Форматы звуковых файлов. Ввод и обработка звуковых файлов.

 

Из курса физики известно, что звук представляет собой колебания воздуха. Амплитуда этих колебаний непрерывно меняется со временем. По своей природе звук является непрерывным сигналом. Для кодирования звука надо этот непрерывный сигнал превратить в последовательность нулей и единиц. Делают это следующим образом.

 

С помощью микрофона звук можно превратить в колебания электрического тока. Амплитуда колебаний измеряется через равные промежутки времени (на практике — несколько десятков тысяч раз в секунду). Каждое измерение фиксируется с установленной точностью и записывается в двоичном виде. Этот процесс называется дискретизацией.

 

Устройство для выполнения дискретизации называется аналого-цифровым преобразователем (АЦП). АЦП измеряет электрическое напряжение в каком-то диапазоне и выдает ответ в виде многоразрядных двоичных чисел. Например, типичный 8-битовый АЦП преобразует значения напряжения в диапазоне [-500 мВ, 500 мВ] в 8-разрядные двоичные числа в диапазоне [-127, +127].

 

Воспроизведение закодированного таким образом звука производится при помощи цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Двоичные числа, кодирующие звук, подаются на вход ЦАП с точно такой же частотой, как и при дискретизации, и ЦАП преобразует их в значения электрического напряжения обратно тому, как это делал АЦП. Например, двоичные числа из диапазона [-127, +127] преобразуются в значения напряжения из диапазона [-500 мВ, 500 мВ]. Полученный на выходе ЦАП ступенчатый сигнал сначала сглаживается с помощью аналогового фильтра, а затем преобразуется в звук при помощи усилителя и динамика.

 

При работе со стереозвуком все это проводится отдельно и независимо для левого и правого каналов.

 

На качество воспроизведения звука влияют в основном два параметра: частота дискретизации и разрешение — размер ячейки, отводимой под запись значения амплитуды.

 

Например, при записи на компакт-диски (CD) используются 16-разрядные значения, а частота дискретизации равна 44 032 Гц. Эти параметры обеспечивают прекрасное качество звучания речи и музыки.

 

Выбор частоты дискретизации определяется максимальной частотой звука, который еще слышит человек, 22 кГц. Чтобы удержать при дискретизации информацию о колебании в 22 кГц, на каждом периоде должно записываться, по крайней мере, два значения. То есть нужна вдвое большая частота дискретизации, а именно 44 кГц. Эта частота обеспечивает запись любых слышимых человеком звуков. В тех случаях, когда столь высокое качество не требуется, можно использовать меньшие частоты дискретизации: 11 кГц, 5,5 кГц и т. д. Чтобы первые частоты, получаемые последовательным делением исходной частоты вдвое, оказались целыми, удобно взять исходную частоту в виде произведения целого числа на степень двойки. Этим и объясняется выбор частоты 172*28 = 44 032 Гц.

 

Однако, во многих случаях качество CD не требуется. Для записи и передачи речи достаточна частота дискретизации 8 кГц. Несмотря на то, что составляющие человеческого голоса с частотой свыше 4 кГц не могут быть зарегистрированы при такой частоте дискретизации, закодированную речь легко понять.

 

Программы для обработки звука можно назвать звуковыми редакторами, если не определять их конкретные возможности. Общими операциями для таких редакторов являются возможность записи, воспроизведения и редактирования звуков. Оцифрованный звук представляется в звуковых ре­дакторах в наглядной форме, поэтому операции с файлами проводятся легко с помощью мыши. Кроме того, можно накладывать звуковые дорожки друг на друга и применять различные звуковые эффекты. Как правило, звуковые файлы подвержены сжатию. Оцифрованный звук можно сохранять без сжатия в универсальном формате в файле WAV или в формате со сжатием МРЗ.

Понятие информации. Виды информационных процессов. Поиск и систематизация информации. Хра¬нение информации; выбор способа хранения информа¬ции. Свойства информации.

С развитием теории информации, кибернетики, информатики как науки понятие «информация» (от латинского infor-matio — сведения, разъяснения), наряду с понятиями «вещество», «энергия», «пространство» и «время» легло в основу современной научной картины мира. В то же время однозначного определения этого понятия пока не существует.

 

Все подходы к феномену информации имеют право на существование и исследуются в соответствующих областях науки. «В информатике информацию можно рассматривать как продукт взаимодействия данных и методов их обработки, адекватных решаемой задаче».

 

В учебниках информатики в общем виде информационный процесс определяется как совокупность действий, проводимых над информацией для получения какого-либо результата. В настоящее время выделены типовые действия над информацией, общие для различных систем: обработка, передача, хранение.

 

Процесс обработки информации может представлять собой:

 

Поиск и отбор информации в различных источниках. Поиск информации отнесен к процессу обработки, поскольку при его осуществлении, независимо от того, осуществляется это вручную или с помощью компью­тера, происходит процесс идентификации имеющейся (найденной) информации с требуемой в соответствии с определенными критериями поиска. По такому же принципу происходит отбор необходимой информа­ции.

 

Получение новой информации. При решении задач любой дисциплины человек, обрабатывая имеющиеся исходные данные в соответствии с требуемым результатом, получает некоторую новую информацию. Интерпретация исходных данных может быть у каждого своя, результат по смыслу схожим, но в любом случае полу чается новая информация.

Получение новой по содержанию информации из исходной информации возможно путем как математических вычислений, так и логических рассуждений.

 

Структурирование означает изменение формы информации без изменения ее содержания. Если процесс обработки информации связан с тем, что ее содержание не изменяется, а изменяется только форма представления, то происходит упорядочивание, систематизация, или структурирование информации.

 

Кодирование (упаковка) информации. В настоящее время достаточно распространен процесс кодирования, т. е. преобразования информации из одной символьной формы в другую, удобную для ее обработки, хранения или передачи. К этой деятельности можно отнести упаковку (архивирование), шифрование с использованием различных алгоритмов.

 

Процесс передачи информации представляет собой создание копии информации на расстоянии от исходного места хранения. В процессе передачи информации обязательно участвуют источник и приемник информации. Между ними действует канал связи. В процессе передачи информация может теряться или искажаться — случайно или намеренно. На устранение этого могут быть направлены методы защиты при передаче информации. Передача информации в социальных, биологических и технических системах с точки зрения информатики осуществляется по общей схеме: источник-канал-приемник. Различие в том, что в таких системах понимают под информацией. «В социальных науках под информацией понимают сведения, данные понятия, отраженные в нашем сознании и изменяющие наши представления о реальном мире. Эту информацию, передающуюся в человеческом обществе и участвующую в формировании общественного сознания, называют социальной информацией. Инженеры, биологи, генетики, психологи отождествляют информацию с теми сигналами, импульсами, кодами, которые наблюдают в технических и биологических системах. Содержание принимаемых и обрабатываемых сигналов инженера не интересует» [3], а генетиков и биологов может интересовать.

К процессу хранения информации можно отнести:

 

Размещение (накопление). Информация, полученная в результате поиска, размещается на каком-либо носителе информации, происходит ее накопление. Процесс, в результате которого информация оказывается на носителе в виде, пригодном для последующего извлечения, называется размещением. Таким образом, мы создаем некоторый информационный ресурс. Основное отличие информационных ресурсов от других видов ресурсов состоит в том, что информация после их использования не исчезает. Поэтому важнейшей задачей является создание таких хранилищ информации, которые совмещали бы процессы защиты, структурирования, поиска, извлечения, передачи в автоматическом режиме для увеличения доступности информации.

 

Коррекцию. Информация в хранилищах нуждается в коррекции по различным причинам, таким как: механические повреждения или изменения свойств носителя, устаревание информации, модернизация структуры для оптимизации доступа к информации и пр. С этой целью выполняется процесс коррекции информации.

 

Доступ. Организация оптимального доступа к различной по ценности информации с использованием процедур защиты от несанкционированного доступа может быть отнесена к процессу хранения.

Вероятностный и алфавитный подходы к измере¬нию информации. Единицы измерения информации.

Различные подходы к измерению количества информации в сообщении определяются различием подходов к определению самого понятия «информация».

 

Чтобы измерить что-либо, необходимо ввести единицу измерения. Минимальная единица измерения информации — бит. Смысл данной единицы также различен в рамках разных подходов к измерению информации.

 

Выделяют три подхода.

1. Неизмеримость информации в быту

 

Если в сообщении содержалось для вас что-то новое, то оно информативно. Но для другого человека в этом же сообщении нет ничего нового, для него оно не информативно. Это происходит оттого, что до получения данного сообщения знания каждого из нас были различны. Фактор субъективного восприятия сообщения делает невозможным количественную оценку информации в сообщении, т. е. если рассматривать количество полученной информации с точки зрения новизны для получателя, то измерить её невозможно.

2. Вероятностный, или содержательный подход

 

Попытаться объяснить данный подход можно, допустив,

 

что для каждого человека можно условно выделить (например, в виде окружности) область его знания. Всё, что будет находиться за пределами окружности, можно назвать информационной неопределенностью. Постепенно, в процессе обучения или иной деятельности происходит переход от незнания к знанию, т. е. неопределенность уменьшается. Именно такой подход к информации как мере уменьшения неопределенности знания позволяет ее количественно оценить (измерить).

 

Сообщение, уменьшающее неопределенность знания в 2 раза, несет один бит информации.

 

Например: при подбрасывании монеты может выпасть либо «орел», либо «решка». Это два возможных события. Они равновероятны. Сообщение о том, что произошло одно из двух равновероятных событий (например, выпала «решка»), уменьшает неопределенность нашего знания (перед броском монеты) в два раза.

 

Математики рассматривают идеальный вариант, что возможные события равновероятны. Если даже события неравновероятны, то возможен подсчет вероятности выпадения каждого события.

 

Под неопределенностью знания здесь понимают количество возможных событий, их может быть больше, чем два.

 

Например, количество оценок, которые может получить студент на экзамене, равно четырем. Сколько информации содержится в сообщении о том, что он получил «4»? Рассуждая, с опорой на приведенное выше определение, можем сказать, что если сообщение об одном из двух возможных событий несет 1 бит информации, то выбор одного из четырех возможных событии несет 2 бита информации. Можно прийти к такому выводу, пользуясь методом половинного деления. Сколько вопросов необходимо задать, чтобы выяснить необходимое, столько битов и содержит сообщение. Вопросы должны быть сформулированы так, чтобы на них можно было ответить «да» или «нет», тогда каждый из них будет уменьшать количество возможных событий в 2 раза.

 

Или: 

i = log2N.

 

Это формула Р. Хартли. Если р = 1/N — вероятность наступления каждого из N равновероятных событий, тогда формула Хартли записывается так:

 

i = log2(1/p) = log2p

 

Чтобы пользоваться рассмотренным подходом, необходимо вникать в содержание сообщения. Это не позволяет использовать данный подход для кодирования и передачи информации с помощью технических устройств.

 

3. Алфавитный подход к измерению информации

 

Подход основан на подсчете числа символов в сообщении. Этот подход не связывает количество информации с содержанием сообщения, позволяет реализовать передачу, хранение и обработку информации с помощью технических устройств, не теряя при этом содержания (смысла) сообщения.

 

Алфавит любого языка включает в себя конечный набор символов. Исходя из вероятностного подхода к определению количества информации, появление символов алфавита в тексте можно рассматривать как различные возможные события. Количество таких событий (символов) N называют мощностью алфавита. Тогда количество информации (, которое несет каждый из N символов, согласно вероятностному подходу определяется из формулы:

 

2i = N.

 

Количество символов в тексте из k символов:

 

I=k ? i

 

Алфавитный подход является объективным способом измерения информации и используется в технических устройствах.

 

Переход к более крупным единицам измерения

 

Ограничения на максимальную мощность алфавита не существует, но есть алфавит, который можно считать достаточным (на современном этапе) для работы с информацией, как для человека, так и для технических устройств. Он включает в себя: латинский алфавит, алфавит языка страны, числа, спецсимволы — всего около 200 знаков. По приведенной выше таблице можно сделать вывод, что 7 битов информации недостаточно, требуется 8 битов, чтобы закодировать любой символ такого алфавита, 256 = 28. 8 бит образуют 1 байт. То есть для кодирования символа компьютерного алфавита используется 1 байт. Укрупнение единиц измерения информации аналогично применяемому в физике — используют приставки «кило», «мега», «гига». При этом следует помнить, что основание не 10, а 2.

 

1 Кб (килобайт) = 210 байт = 1024 байт,

 

1 Мб(мегабайт) = 210 Кб = 220 байт и т. д.

 

Умение оценивать количество информации в сообщении поможет определить скорость информационного потока по каналам связи. Максимальную скорость передачи информации по каналу связи называют пропускной способностью канала связи. Самым совершенным средством связи на сегодня являются оптические световоды. Информация передается в виде световых импульсов, посылаемых лазерным излучателем. У этих средств связи высокая помехоустойчивость и пропускная способность более 100Мбит/с.

Характеристики процессора и внутренней памяти компьютера (быстродействие, разрядность, объем памяти и др.).

Характеристики процессора и внутренней памяти компьютера (быстродействие, разрядность, объем памяти и др.)

Необычайно быстрое развитие вычислительной техники приводит к тому, что одновременно в употреблении находится большое количество компьютеров с достаточно разнообразными характеристиками. Поэтому очень полезно знать, каковы основные характеристики узлов компьютера, на что они влияют и как их подбирать. Здесь будут рассмотрены параметры наиболее важных устройств компьютера, таких как процессор и внутренняя память.

 

Начнем с процессора. Очевидно, что пользователя в первую очередь интересует его производительность, т.е. скорость выполнения предложенной процессору задачи. Традиционно быстродействие процессора измерялось путем определения количества операций в единицу времени, как правило, в секунду. До тех пор, пока машины выполняли только вычисления, такой показатель был достаточно удобен. Однако по мере развития вычислительной техники количество видов обрабатываемой информации возрастало, и обсуждаемый показатель перестал быть универсальным. В самом деле, в простейшем случае даже количество арифметических действий над целыми и над вещественными числами может для одного и того же компьютера отличаться на порядок! Что говорить о скорости обработки графической или видео информации, которые к тому же зависят не только от самого процессора, но и от устройства видеоблоков компьютера… Кроме того, современные процессоры, например, Pentium, имеют очень сложное внутренне устройство и могут выполнять машинные команды параллельно. Иными словами, процессор может одновременно выполнять несколько разных инструкций, а значит, время завершения команды уже зависит не только от нее самой, но и от "соседних" операций! Таким образом, количество выполняемых за секунду операций перестает быть постоянным и выбирать его в качестве характеристики процессора не очень удобно.

 

Именно поэтому сейчас получила широкое распространение другая характеристика скорости работы процессора – его тактовая частота. Рассмотрим данную величину подробнее. Любая операция процессора (машинная команда) состоит из отдельных элементарных действий – тактов. Для организации последовательного выполнения требуемых тактов друг за другом, в компьютере имеется специальный генератор импульсов, каждый из которых инициирует очередной такт машинной команды (какой именно, определяется устройством процессора и логикой выполняемой операции). Очевидно, что чем чаще следуют импульсы от генератора, тем быстрее будет выполнена операция, состоящая из фиксированного числа тактов. Из сказанного следует, что тактовая частота определяется количеством импульсов в секунду и измеряется в мегагерцах – т.е. миллионах импульсов за 1 сек. Разумеется, тактовая частота не может быть произвольно высокой, поскольку в какой-то момент процессор может просто "не успеть" выполнить очередной такт до прихода следующего импульса. Однако инженеры делают все возможное для повышения значения этой характеристики процессора, и на данный момент тактовая частота самых современных процессоров уже превышает 1000 МГц, т.е. 1 ГГц (1 гигагерц).

 

Следует четко представлять, что сравнение тактовых частот позволяет надежно определить, какой из двух процессоров более быстродействующий только в том случае, если оба процессора устроены примерно одинаково. Если же попытаться сравнить процессоры, произведенные разными изготовителями и работающие по разным принципам, можно получить абсолютно неправильные выводы. В самом деле, если в одном из процессоров команда выполняется за 2 такта, а в другом – за 3, то при совершенно одинаковой частоте первый будет работать в полтора раза быстрее! Кроме того, не нужно забывать, что производительность современной компьютерной системы определяется не только быстродействием отдельно взятого процессора, но и скоростями работы остальных узлов компьютера и даже способами организации всей системы в целом: очевидно, что чрезмерно быстрый процессор будет вынужден постоянно простаивать, ожидая, например, медленно работающую память; или другой пример – очень часто простое увеличение объема ОЗУ дает гораздо больший эффект, чем замена процессора на более быстрый.

 

Косвенно скорость обработки информации зависит и еще от одного параметра процессора – его разрядности. Под разрядностью обычно понимают число одновременно обрабатываемых процессором битов. Формально эта величина есть количество двоичных разрядов в регистрах процессора и для современных моделей она равна 32. Тем не менее, все не так просто. Дело в том, что помимо описанной "внутренней" разрядности процессора существует еще разрядность шины данных, которой он управляет, и разрядность шины адреса [о шине более подробно рассказано в предыдущем билете]. Эти характеристики далеко не всегда совпадают (данные для таблицы взяты из книги М.Гука "Процессоры Intel: от 8086 до Pentium II". – СПб.: Питер, 1997):

 

Процессор Разрядность: Объем памяти регистров шины данных шины адреса Intel 8086 16 16 20 до 1 Мб Intel 80286 16 16 24 до 16 Мб Intel 80386 32 16 24 до 16 Мб Intel 80486 32 32 32 до 4 Гб Pentium 32 64 32 до 4 Гб Pentium II 32 64 36 до 64 Гб

 

Мы не будем обсуждать технические причины, по которым эти три разрядности могут различаться между собой, ибо причины эти сейчас представляют в основном исторический интерес. Отметим только, что разрядность регистров и разрядность шины данных влияют на длину обрабатываемых данных, а вот разрядность шины адреса R определяет максимальный объем памяти, который способен поддерживать процессор. Эту характеристику часто называют величиной адресного пространства, и она может быть вычислена по простой формуле 2R. Действительно, R двоичных разрядов позволяют получить именно такое количество неповторяющихся чисел, т.е. в данном случае адресов памяти.

 

Перейдем теперь к описанию основных характеристик памяти компьютера.

Хотя память компьютера состоит из отдельных битов, непосредственно "общаться" с каждым из них невозможно: биты группируются в более крупные блоки информации и именно они получают адреса, по которым происходит обращение к памяти. По сложившейся исторической традиции минимальная порция информации, которую современный компьютер способен записать в память составляет 8 бит или 1 байт. Отсюда становится очевидным, что общий объем памяти должен измеряться в байтах, или в производных от него единицах. Размер памяти персональных компьютеров стремительно возрастает. Первые модели имели 16-разрядное адресное пространство и, следовательно, объем памяти 216 = 64 Кбайта. Затем, когда памяти под разрабатываемые программные системы перестало хватать, инженеры введением некоторых весьма специфических способов формирования адреса увеличили ее размер на порядок – в MS DOS стандартная память была принята равной 640 Кбайт. Сейчас вы вряд ли сможете приобрести новый компьютер с ОЗУ менее 32-64 Мбайт, т.е. еще на два порядка больше (надеюсь, читатели не забыли, что 1 Мб = 1024 Кбайта).

Еще одной важной характеристикой памяти является время доступа или быстродействие памяти. Этот параметр определяется временем выполнения операций записи или считывания данных; он зависит от принципа действия и технологии изготовления запоминающих элементов.

 

Оставляя в стороне целый ряд других технологических характеристик современных запоминающих устройств, нельзя, тем не менее, пройти мимо статического и динамического устройства микросхем памяти. Статическая ячейка памяти – это специальная полупроводниковая схема (инженеры называют ее триггер), обладающая двумя устойчивыми состояниями. Одно из них принимается за логический ноль, а другое – за единицу. Состояния эти действительно настолько устойчивы, что при отсутствии внешних воздействий (и, конечно, подключенном напряжения питания!) могут сохраняться сколь угодно долго. Динамические ячейки памяти, напротив, не обладают этим свойством. Такие ячейки фактически представляют собой конденсатор, образованный элементами полупроводниковых микросхем. С некоторым упрощением можно сказать, что логической единице соответствует заряженный конденсатор, а нулю – незаряженный. Существенным свойством динамической ячейки памяти является наличие постепенного самопроизвольного разряда конденсатора через внешние схемы, что ведет к потере информации. Чтобы этого не происходило, конденсаторы динамической памяти необходимо периодически подзаряжать (такой процесс принято называть регенерацией ОЗУ). Оба вида запоминающих микросхем успешно конкурируют между собой, поскольку ни одна из них не является идеальной. С одной стороны, статическая память значительно проще в эксплуатации, т.к. не требует регенерации, и приближается по быстродействию к процессорным микросхемам. С другой стороны, она имеет меньший информационный объем и большую стоимость (в самом деле, изготовление конденсатора значительно проще, чем триггерной схемы и требует на кремниевой пластине гораздо меньше места), сильнее нагревается при работе. На практике в данный момент выбор микросхем для построения ОЗУ всегда решается в пользу динамической памяти. И все же быстродействующая статическая память в современном компьютере тоже обязательно есть: она называется кэш-памятью.

 

Этот вид памяти заслуживает отдельного рассмотрения. Он появился относительно недавно, но, начиная с 486 процессора, без кэш-памяти не обходится ни одна модель. Название кэш происходит от английского слова "cache", которое обозначает тайник или замаскированный склад (в частности, этим словом называют провиант, оставленный экспедицией для обратного пути или запас продуктов, например, зерна или меда, который животные создают на зиму). "Секретность" кэш заключается в том, что он невидим для пользователя и данные, хранящиеся там, недоступны для прикладного программного обеспечения. Процессор использует кэш исключительно самостоятельно, помещая туда извлеченные им из ОЗУ данные и команды программы и запоминая при этом в специальном каталоге адреса, откуда информация была извлечена. Если эти данные потребуются повторно, то уже не надо будет терять время на обращение к ОЗУ – их можно получить из кэш-памяти значительно быстрее. Поскольку объем кэш существенно меньше объема оперативной памяти, его контроллер (управляющая схема) тщательно следит за тем, какие данные следует сохранять в кэш, а какие заменять: удаляется та информация, которая используется реже или совсем не используется. Следует заметить, что кэш-память является очень эффективным средством повышения производительности компьютера, в чем легко убедиться на практике, если в вашем компьютере предусмотрена возможность отключения кэш.

 

В современных компьютерах и ноутбуках кэш обычно строится по двухуровневой схеме. При этом первичный кэш встроен непосредственно внутрь процессора, а вторичный обычно устанавливается на системной плате. Как и для ОЗУ, увеличение объема кэш повышает эффективность работы компьютерной системы.

Внешняя память компьютера. Носители информации (гибкие диски, жесткие диски, СD-RОМ диски, магнитооптические диски и пр.) и их основные характеристики.

Внешняя (долговременная) память — это место длительного хранения данных (программ, результатов расчётов, текстов и т.д.), не используемых в данный момент в оперативной памяти компьютера. Внешняя память, в отличие от оперативной, является энергонезависимой. Носители внешней памяти, кроме того, обеспечивают транспортировку данных в тех случаях, когда компьютеры не объединены в сети (локальные или глобальные).

 

Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя (устройства, обеспечивающего запись и (или) считывание информации) и устройства хранения — носителя.

 

Основные виды накопителей:

накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);

накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД);

накопители на магнитной ленте (НМЛ);

накопители CD-ROM, CD-RW, DVD.

 

Им соответствуют основные виды носителей:

гибкие магнитные диски (Floppy Disk) (диаметром 3,5’’ и ёмкостью 1,44 Мб; диаметром 5,25’’ и ёмкостью 1,2 Мб (в настоящее время устарели и практически не используются, выпуск накопителей, предназначенных для дисков диаметром 5,25’’, тоже прекращён)), диски для сменных носителей;

жёсткие магнитные диски (Hard Disk);

кассеты для стримеров и других НМЛ;

диски CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD.

 

Запоминающие устройства принято делить на виды и категории в связи с их принципами функционирования, эксплуатационно-техническими, физическими, программными и др. характеристиками. Так, например, по принципам функционирования различают следующие виды устройств: электронные, магнитные, оптические и смешанные – магнитооптические. Каждый тип устройств организован на основе соответствующей технологии хранения/воспроизведения/записи цифровой информации. Поэтому, в связи с видом и техническим исполнением носителя информации, различают: электронные, дисковые и ленточные устройства.

 

Основные характеристики накопителей и носителей:

информационная ёмкость;

скорость обмена информацией;

надёжность хранения информации;

стоимость.

 

Остановимся подробнее на рассмотрении вышеперечисленных накопителей и носителей.

 

Принцип работы магнитных запоминающих устройств основан на способах хранения информации с использованием магнитных свойств материалов. Как правило, магнитные запоминающие устройства состоят из собственно устройств чтения/записи информации и магнитного носителя, на который, непосредственно осуществляется запись и с которого считывается информация. Магнитные запоминающие устройства принято делить на виды в связи с исполнением, физико-техническими характеристиками носителя информации и т.д. Наиболее часто различают: дисковые и ленточные устройства. Общая технология магнитных запоминающих устройств состоит в намагничивании переменным магнитным полем участков носителя и считывания информации, закодированной как области переменной намагниченности. Дисковые носители, как правило, намагничиваются вдоль концентрических полей – дорожек, расположенных по всей плоскости дискоидального вращающегося носителя. Запись производится в цифровом коде. Намагничивание достигается за счет создания переменного магнитного поля при помощи головок чтения/записи. Головки представляют собой два или более магнитных управляемых контура с сердечниками, на обмотки которых подается переменное напряжение. Изменение величины напряжения вызывает изменение направления линий магнитной индукции магнитного поля и, при намагничивании носителя, означает смену значения бита информации с 1 на 0 или с 0 на 1.

 

Дисковые устройства делят на гибкие (Floppy Disk) и жесткие (Hard Disk) накопители и носители. Основным свойством дисковых магнитных устройств является запись информации на носитель на концентрические замкнутые дорожки с использованием физического и логического цифрового кодирования информации. Плоский дисковый носитель вращается в процессе чтения/записи, чем и обеспечивается обслуживание всей концентрической дорожки, чтение и запись осуществляется при помощи магнитных головок чтения/записи, которые позиционируют по радиусу носителя с одной дорожки на другую.

 

Для операционной системы данные на дисках организованы в дорожки и секторы. Дорожки (40 или 80) представляют собой узкие концентрические кольца на диске. Каждая дорожка разделена на части, называемые секторами. При чтении или записи устройство всегда считывает или записывает целое число секторов независимо от объёма запрашиваемой информации. Размер сектора на дискете равен 512 байт. Цилиндр — это общее количество дорожек, с которых можно считать информацию, не перемещая головок. Поскольку гибкий диск имеет только две стороны, а дисковод для гибких дисков — только две головки, в гибком диске на один цилиндр приходится две дорожки. В жестком диске может быть много дисковых пластин, каждая из которых имеет две (или больше) головки, поэтому одному цилиндру соответствует множество дорожек. Кластер (или ячейка размещения данных) — наименьшая область диска, которую операционная система использует при записи файла. Обычно кластер — один или несколько секторов.

 

Перед использованием дискета должна быть форматирована, т.е. должна быть создана её логическая и физическая структура.

 

Дискеты требуют аккуратного обращения. Они могут быть повреждены, если

дотрагиваться до записывающей поверхности;

писать на этикетке дискеты карандашом или шариковой ручкой;

сгибать дискету;

перегревать дискету (оставлять на солнце или около батареи отопления);

подвергать дискету воздействию магнитных полей.

 

Накопители на жестких дисках объединяют в одном корпусе носитель (носители) и устройство чтения/записи, а также, нередко, и интерфейсную часть, называемую контроллером жесткого диска. Типичной конструкцией жесткого диска является исполнение в виде одного устройства — камеры, внутри которой находится один или более дисковых носителей, помещённых на один ось, и блок головок чтения/записи с их общим приводящим механизмом. Обычно, рядом с камерой носителей и головок располагаются схемы управления головками, дисками и, часто, интерфейсная часть и (или) контроллер. На интерфейсной карте устройства располагается собственно интерфейс дискового устройства, а контроллер с его интерфейсом располагается на самом устройстве. С интерфейсным адаптером схемы накопителя соединяются при помощи комплекта шлейфов.

 

Принцип функционирования жёстких дисков аналогичен этому принципу для ГМД.

 

Основные физические и логические параметры ЖД.

Диаметр дисков. Наиболее распространены накопители с диаметром дисков 2.2, 2.3, 3.14 и 5.25 дюймов.

Число поверхностей — определяет количество физических дисков, нанизанных на ось.

Число цилиндров — определяет, сколько дорожек будет располагаться на одной поверхности.

Число секторов — общее число секторов на всех дорожках всех поверхностей накопителя.

Число секторов на дорожке — общее число секторов на одной дорожке. Для современных накопителей показатель условный, т.к. они имеют неравное число секторов на внешних и внутренних дорожках, скрытое от системы и пользователя интерфейсом устройства.

Время перехода от одной дорожки к другой обычно составляет от 3.5 до 5 миллисекунд, а у самых быстрых моделей может быть от 0.6 до 1 миллисекунды. Этот показатель является одним из определяющих быстродействие накопителя, т.к. именно переход с дорожки на дорожку является самым длительным процессом в серии процессов произвольного чтения/записи на дисковом устройстве.

Время установки или время поиска — время, затрачиваемое устройством на перемещение головок чтения/записи к нужному цилиндру из произвольного положения.

Скорость передачи данных, называемая также пропускной способностью, определяет скорость, с которой данные считываются или записываются на диск после того, как головки займут необходимое положение. Измеряется в мегабайтах в секунду (MBps) или мегабитах в секунду (Mbps) и является характеристикой контроллера и интерфейса.

 

В настоящее время используются в основном жёсткие диски ёмкостью от 10 Гб до 80 Гб. Наиболее популярными являются диски ёмкостью 20, 30, 40 Гб.

 

Кроме НГМД и НГМД довольно часто используют сменные носители. Довольно популярным накопителем является Zip. Он выпускается в виде встроенных или автономных блоков, подключаемых к параллельному порту. Эти накопители могут хранить 100 и 250 Мб данных на картриджах, напоминающих дискету формата 3,5’’, обеспечивают время доступа, равное 29 мс, и скорость передачи данных до 1 Мб/с. Если устройство подключается к системе через параллельный порт, то скорость передачи данных ограничена скорость параллельного порта.

 

К типу накопителей на сменных жёстких дисках относится накопитель Jaz. Ёмкость используемого картриджа — 1 или 2 Гб. Недостаток — высокая стоимость картриджа. Основное применение — резервное копирование данных.

 

В накопителях на магнитных лентах (чаще всего в качестве таких устройств выступают стримеры) запись производится на мини-кассеты. Ёмкость таких кассет — от 40 Мб до 13 Гб, скорость передачи данных — от 2 до 9 Мб в минуту, длина ленты — от 63,5 до 230 м, количество дорожек — от 20 до 144.

 

CD-ROM — это оптический носитель информации, предназначенный только для чтения, на котором может храниться до 650 Мб данных. Доступ к данным на CD-ROM осуществляется быстрее, чем к данным на дискетах, но медленнее, чем на жёстких дисках.

 

Компакт-диск диаметром 120 мм (около 4,75’’) изготовлен из полимера и покрыт металлической плёнкой. Информация считывается именно с этой металлической плёнки, которая покрывается полимером, защищающим данные от повреждения. CD-ROM является односторонним носителем информации.

 

Считывание информации с диска происходит за счёт регистрации изменений интенсивности отражённого от алюминиевого слоя излучения маломощного лазера. Приёмник или фотодатчик определяет, отразился ли луч от гладкой поверхности, был рассеян или поглощён. Рассеивание или поглощение луча происходит в местах, где в процессе записи были нанесены углубления. Фотодатчик воспринимает рассеянный луч, и эта информация в виде электрических сигналов поступает на микропроцессор, который преобразует эти сигналы в двоичные данные или звук.

 

Скорость считывания информации с CD-ROM сравнивают со скоростью считывания информации с музыкального диска (150 Кб/с), которую принимают за единицу. На сегодняшний день наиболее распространенными являются 52х-скоростные накопители CD-ROM (скорость считывания 7500 Кб/с).

 

Накопители CD-R (CD-Recordable) позволяют записывать собственные компакт-диски.

 

Более популярными являются накопители CD-RW, которые позволяют записывать и перезаписывать диски CD-RW, записывать диски CD-R, читать диски CD-ROM, т.е. являются в определённом смысле универсальными.

 

Аббревиатура DVD расшифровывается как Digital Versatile Disk, т.е. универсальный цифровой диск. Имея те же габариты, что обычный компакт-диск, и весьма похожий принцип работы, он вмещает чрезвычайно много информации — от 4,7 до 17 Гбайт. Воз-можно, именно из-за большой емкости он и называется универсальным. Правда, на сего-дня реально применяется DVD-диск лишь в двух областях: для хранения видеофильмов (DVD-Video или просто DVD) и сверхбольших баз данных (DVD-ROM, DVD-R).

 

Разброс ёмкостей возникает так: в отличие от CD-ROM, диски DVD записываются с обеих сторон. Более того, с каждой стороны могут быть нанесены один или два слоя информации. Таким образом, односторонние однослойные диски имеют объем 4,7 Гбайт (их часто называют DVD-5, т.е. диски емкостью около 5 Гбайт), двусторонние однослойные — 9,4 Гбайт (DVD-10), односторонние двухслойные — 8,5 Гбайт (DVD-9), а двусторонние двухслойные — 17 Гбайт (DVD-18). В зависимости от объема требующих хранения данных и выбирается тип DVD-диска. Если речь идет о фильмах, то на двусторонних дисках часто хранят две версии одной картины — одна широкоэкранная, вторая в классическом телевизионном формате.

Операционная система компьютера (назначение, состав, способ организации диалога с пользователем). Загрузка компьютера.

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

 

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

 

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

 

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

 

Таким образом, в структуру операционной системы входят следующие модули:

 

• базовый модуль, управляющий файловой системой;

 

• командный процессор, расшифровывающий и выполняющий команды;

 

• драйверы периферийных устройств;

 

• модули, обеспечивающие графический интерфейс.

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

Файловая система. Папки. Файлы (имя, тип, путь доступа). Операции с папками и файлами в среде операционной системы.

Главное назначение носителей внешней памяти — долгосрочное хранение информации. Любая информация (текст, изображение, программа, видеофильм и т.д.) на внешнем носителе хранится в виде файла. Файл (file) — это поименованная область на диске, в которой хранится отдельный экземпляр информации определенного типа.

Файл характеризуется набором параметров (имя, расширение, размер, дата создания, дата последней модификации) и атрибутами, используемыми операционной системой для его обработки (“архивный”, “системный”, “скрытый”, “только для чтения”, “каталог” и др.).

Файловая структура может быть одноуровневой — это простая последовательность файлов. Многоуровневая файловая структура — древовидный способ организации файлов на диске. При этом существуют специальные файлы, которые в одних операционных системах называют каталогами (directory) (в других — папками), назначение которых — регистрация в них файлов (в том числе и других каталогов). Наличие поддержки каталогов в операционной системе позволяет выстроить иерархическую (многоуровневую) организацию размещения файлов на носителе. В этом случае файлы, имеющие одинаковую природу (файлы операционной системы, документы, офисные программы, игровые программы, результаты расчетов, домашние задания, рисунки и т.д.), размещаются в отдельных каталогах. Такая структура хранения информации позволяет уверенно ориентироваться в принадлежности той или иной информации, особенно если учесть, что на современных носителях информации могут храниться тысячи, а то и десятки тысяч файлов! Работа с информацией была бы значительно затруднена, если бы она была беспорядочно размещена на носителе.

Любой носитель изначально имеет один каталог, который создается операционной системой без нашего участия, — корневой. Корневой каталог на каждом носителе внешней памяти существует в единственном экземпляре. Все другие каталоги создаются либо пользователем, либо могут быть автоматически созданы программами.

На рисунке приведен пример иерархической структуры размещения информации на носителе (“” обозначает корневой каталог, имена каталогов выделены полужирным шрифтом, файлов — обычным).

Файлы и каталоги, зарегистрированные в одном каталоге, должны иметь уникальные имена. Файлы (или каталоги), зарегистрированные на одном и том же носителе информации, но в разных каталогах, могут иметь совпадающие имена.

Полное имя файла однозначно определяет местоположение любого файла на носителе. Оно состоит из пути к файлу, включающему логическое имя устройства и иерархическую систему каталогов, от корневого каталога до того, в котором содержится файл, и собственно имени файла и расширения.

Правила задания имени файла определяются

операционной системой и используемой файловой

системой. Вообще файловая система определяет об-

щую структуру именования, хранения и организации

файлов в операционной системе. Файловая система FAT

(File Allocation Table) поддерживается операционными

системами DOS и Windows (в DOS — FAT16; в

Windows9x — FAT16 и FAT32). Это файловая система, основанная на таблице размещения файлов, которая поддерживается операционной системой для отслеживания состояния различных сегментов дискового пространства, используемого для хранения файлов. NTFS (Windows NT File System) — файловая система операционных систем Windows NT и Windows 2000. Улучшенная по сравнению с FAT файловая система, разработанная для использования специально с ОС Windows NT. Она выполняет те же функции, что и FAT, но, кроме того, поддерживает средства восстановления файловой системы и допускает использование чрезвычайно больших носителей данных. Также поддерживает объектно-ориентированные приложения, обрабатывая все файлы как объекты с определяемыми пользователем и системой атрибутами. Каждый файл на томе NTFS представлен записью в специальном файле, называемом “главной файловой таблицей” (MFA).

В операционных системах семейства DOS имя файла может содержать от 1 до 8 символов, можно использовать символы латинского алфавита, арабские цифры и некоторые другие символы; есть ряд символов, использование которых в имени запрещено. В операционных системах семейства Windows имя может содержать уже от 1 до 255 символов, причем набор символов, из которых можно составлять имена файлов, расширяется. В частности, можно использовать буквы национальных алфавитов, пробелы и т.д. Windows, как правопреемница DOS, обеспечивает совместимость собственных “длинных” имен с короткими именами DOS, т.е. у файла Windows есть дополнительный атрибут — имя этого файла в DOS. Строчные и прописные буквы в именах файлов не различаются. По-другому дело обстоит в операционных системах семейства Unix. Там строчная и прописная буквы различаются, поэтому имена, записанные одними и теми же буквами, но имеющие различия в регистрах, будут разными.

Расширение имени файла записывается после точки и может содержать от 1 до 3 символов в DOS и больше 3 — в Windows. Чаще всего в расширение вкладывается определенный смысл (хотя пользователь может задавать и бессмысленные расширения) — оно указывает на содержимое файла или на то, какой программой был создан данный файл. Например, DOC, TXT — расширения текстовых файлов, COM, EXE — исполнимых файлов, INI — инициализационных файлов, PAS, BAS, CPP — исходные тексты программ на соответствующем языке программирования, и т.д. В операционной системе Windows именно по расширению файлы ассоциируются с определенной программой, с помощью которой они могут быть открыты для просмотра или модификации.

Примеры имен файлов:

a:mydirf1.txt

c:windowstempabcd.tmp

myfile.doc

Размер файла измеряется в байтах.

В зависимости от значений атрибутов файлов операционная система разрешает или запрещает те или иные действия над файлами.

Обычно в Windows по отношению к файлам и каталогам используют несколько иную терминологию. Познакомимся и с ней по материалам публикации [1, дополнительная литература].

Наиболее простыми являются документы и программы. Документы — это объекты, содержащие ту или иную информацию: тексты, картинки, звуки и т.д. Развитие мультимедийных возможностей компьютера приводит к тому, что в некоторых документах могут содержаться несколько видов информации одновременно, например, движущееся изображение и звук. Программы служат для обработки документов — это своеобразные инструменты воздействия на документы. Часто их еще называют приложениями, например, приложение MS- DOS или приложение Windows. Между отдельными программами и документами существует устойчивая связь: текстовый редактор работает с текстовыми документами, программа-фонограф воспроизводит звуки и т.п. Windows запоминает такие связи и способна самостоятельно их использовать при просмотре и работе с документами.

Группа однотипных документов, а также программы для их обработки могут быть помещены в общую папку. Папка является еще одним, более крупным объектом Windows. В отличие от документов и программ, являющихся простыми и “неделимыми” объектами, папка может содержать другие объекты, в том числе и новые папки; в частном случае папка может быть пустой.

Независимо от операционных систем персональных компьютеров все файлы можно разделить на текстовые и бинарные (по-другому — двоичные) файлы. Текстовыми называют файлы, в которых используются в качестве информационных символы с десятичными кодами 32-126 и 128-254. Двоичные файлы представляют собой последовательность из любых символов. Их длина определяется из заголовка файла. Это разделение является важным для различных операционных систем, поскольку назначение и обработка бинарных и текстовых файлов в операционных системах различаются.

Также файлы можно разделить на исполняемые (программы) и неисполняемые (файлы данных и документов). Исполняемые файлы могут запускаться операционной системой на выполнение, а неисполняемые файлы могут только изменять свое содержимое в процессе выполнения программ. Далее можно разделить файлы на основные, присутствие которых обязательно для работы операционной системы и программных продуктов, служебные, хранящие конфигурацию и настройки основных файлов, рабочие, содержимое которых изменяется в результате работы основных программных файлов и собственно ради которых и создаются все остальные файлы, а также временные файлы, создающиеся в момент работы основных и хранящие промежуточные результаты.

В процессе работы над файлами и каталогами (далее они называются объектами) производят следующие операции:

• создание (в текущем каталоге создается новый экземпляр объекта, ему дается имя. Созданный объект при этом может быть и пустым);

• копирование (копия объекта создается в другом каталоге или на другом носителе);

• перемещение (производится копирование объекта в другой каталог или на другой носитель, в исходном каталоге объект уничтожается);

• удаление (в исходном каталоге объект уничтожается);

• переименование (изменяется имя объекта).

В ОС DOS, Unix эти операции выполняются подачей из командной строки специальных команд. В семействе ОС Windows для этих целей служит специальная служебная программа Проводник (Explorer). Кроме того, графический интерфейс позволяет осуществлять эти же операции и другими способами, например, с использованием контекстного меню. Большинство пользователей всех ОС, включая графические, предпочитают применять при работе с файлами специальные программы-оболочки. У отечественного пользователя DOS наибольшей популярностью пользовалась программа-оболочка Norton Commander, у пользователей Windows — Far, Windows Commander и др.