Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Псковский

Государственный политехнический институт

______________________________________________________________

Основы информатики

и

Информационных технологий

Часть 1

Основы информатики

Пособие для поступающих в вуз

Санкт-Петербург/Псков

Издательство СПбГПУ

2004

УДК 681.3 (075)        

                 

Рекомендовано к изданию

Научно-методическим советом

Псковского государственного политехнического института

Рецензенты:

1.Ильин С.Н., заместитель генерального директора ОАО «СКБ ВТ»,

2.Юдов А.И., к.т.н., начальник отдела информатизации и телекоммуникаций Псковского государственного политехнического института.

 

 

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

Издание «Основы информатики» является первой частью пособия для поступающих в вуз «Основы информатики и информационных технологий». В этой части изложены основные понятия об информатике, об информации и информационных технологиях, о формах представления информации и системах счисления, о двоичной арифметике и логике, об устройстве компьютера, о моделировании и формализации задач, их алгоритмизации и программировании. Пособие содержит также рабочую программу учебного курса «Информатика», соответствующего по содержанию требованиям обязательного минимума содержания среднего (полного) общего образования одноименной школьной дисциплины.

При изучении учебного материала пособия не предусматривается освоение конкретных языков программирования и конкретных информационных технологий с использованием средств вычислительной техники.

Рекомендуется для абитуриентов, желающих поступить в Псковский государственный политехнический институт.

 

 

© Псковский государственный

политехнический институт, 2004

                                          © Белов В.С., Бруттан Ю.В., Мотайленко Л.В.,

Мотина Н.В., Николаев В.В., Полетаева О.А.,

Хагги П.А., 2004

содержание

Стр.

 

Предисловие............................................................................................. 5

Введение.................................................................................................... 6

Рабочая программа по дисциплине «информатика»............................... 9

Часть. 1. Основы информатики............................................................... 16

1. Информация и информационные процессы.................................... 16

1.1.Понятие информации.Информация и информационные процессы. 16

1.2.Свойства информации................................................................ 18

1.3.Методы обработки данных.......................................................... 19

1.4.Структуры данных...................................................................... 19

1.5.Информационные процессы........................................................ 20

1.6.Информационные основы процессов управления......................... 21

1.7.Информационная деятельность человека.                        Основные характерные черты информационного общества............................................. 22

1.8.Тренировочные тестовые задания по разделу 1........................... 23

2. Представление информации............................................................ 25

2.1.Язык как способ представления информации.             Количество информации.................................................................................................. 25

2.2.Вероятностный подход к определению количества информации. Понятие энтропии.................................................................................................. 28

2.3.Формы представления информации............................................. 30

2.4.Кодирование информации. Двоичное кодирование.         Единицы измерения количества информации............................................................. 34

2.5.Тренировочные тестовые задания по разделу 2........................... 36

3. Системы счисления и основы логики............................................. 38

3.1.Системы счисления..................................................................... 38

3.2.Системы счисления, используемые в компьютере......................... 39

3.3.Перевод чисел из одной системы счисления в другую.................. 40

3.4.Двоичная арифметика.                                       Арифметические операции в позиционных системах счисления................................................ 42

3.5.Основные понятия логики........................................................... 51

3.6.Логические операции................................................................. 52

3.7.Логические выражения............................................................... 54

3.8.Базовые логические элементы..................................................... 56

3.9.Построение сумматоров на логических элементах........................ 58

3.10.Тренировочные тестовые задания по разделу 3......................... 59

4. Компьютер....................................................................................... 65

4.1.Архитектура компьютера............................................................ 65

4.2.Базовая аппаратная конфигурация персонального компьютера (ПК). 68

4.3.Системный блок......................................................................... 71

4.4.Микропроцессоры ПК................................................................. 72

4.5.Классификация памяти ПК.......................................................... 73

4.5.1.Внутренняя память.................................................................. 73

4.5.2.Внешняя память....................................................................... 75

4.6.Периферийные (внешние) устройства ПК..................................... 81

4.7.Классификация программного обеспечения ПК............................ 89

4.7.1.Системное ПО.......................................................................... 90

4.7.2.Прикладное ПО...................................................................... 102

4.8.Файловая система и файловая структура................................... 105

4.9.Правовая охрана программ и данных......................................... 108

4.10.Тренировочные тестовые задания по разделу 4....................... 111

5. Моделирование и формализация................................................... 119

5.1.Моделирование как метод познания.......................................... 119

5.2.Виды моделей. Классификация моделей..................................... 121

5.3.Понятие о технологии информационного моделирования.......... 123

5.4.Исследование информационных моделей конкретных предметных областей................................................................................................. 125

5.5.Тренировочные тестовые задания по разделу 5......................... 129

6. Алгоритмизация и программирование.......................................... 132

6.1.Алгоритм. Формальное исполнение алгоритмов......................... 132

6.2.Свойства алгоритмов................................................................ 133

6.3.Способы записи алгоритма........................................................ 134

6.4.Основные алгоритмические конструкции.                     Детализация алгоритмов................................................................................................. 138

6.5.Методы разработки алгоритмов................................................ 139

6.6.Понятие о языках программирования. Классификация языков программирования................................................................................................. 139

6.7.Средства создания программ..................................................... 141

6.8.Базовые элементы алгоритмических языков программирования.. 142

6.9.Основные типы данных............................................................. 143

6.10.Операторы языка программирования....................................... 145

6.11.Подпрограммы........................................................................ 147

6.12.Технологии программирования................................................ 148

6.13.Тренировочные тестовые задания по разделу 6....................... 150

Ответы на примерные тестовые задания............................................... 155

Приложение. Содержание части 2 «Основы информационных технологий»... 157

Литература для самостоятельной подготовки...................................... 158

 

Предисловие

Издание «Основы информатики», являющееся частью 1 пособия для поступающих в вуз «Основы информатики и информационных технологий», состоит из введения, рабочей программы учебного курса «Информатика» и  разделов 1…6, в каждом из которых содержится краткая теоретическая справка и примеры тестовых заданий, подобных тем, которые будут выноситься на вступительные испытания по дисциплине «Информатика» в Псковский государственный политехнический институт.

По структуре содержание издания «Основы информатики» соответствует структуре части 1 рабочей программы учебного курса «Информатика», составленной на основе требований обязательного минимума содержания среднего (полного) общего образования к дисциплине «Информатика», утвержденного приказом Министерства образования РФ «Об утверждении обязательного минимума содержания среднего (полного) общего образования» от 30.06.1999 № 56.

Неотъемлемой часть пособия для поступающих в вуз «Основы информатики и информационных технологий» является часть 2 «Основы информационных технологий». Во второй части (разделы 7…12) рассматриваются вопросы построения и применения прикладных информационных технологий.

Особенностью данного издания является то, что при изучении учебного материала не предусматривается освоение конкретных информационных технологий, конкретных операционных систем и программных средств.

Введение

Еще не очень давно под информатикой понимали научную дисциплину, изучающей структуру и общие свойства научной информации, а также закономерности всех процессов научной коммуникации — от неформальных процессов обмена научной информацией (при непосредственном устном и письменном общении ученых и специалистов) до формальных процессов обмена путем научной литературы. Это понимание было близко к таким, как “библиотековедение”, “книговедение”. Синонимом понятия “информатика” иногда служил термин “документация”.

Стремительное развитие вычислительной техники изменило содержание понятия “информатика”, придав ему значительно более направленный на вычислительную технику смысл. По этим причинам имеются до сих пор различные толкования этого термина. Так, в Америке применяется термин “Computer Science” — наука о компьютерах. Этот же термин зачастую переводится как “системотехника”. Однако, наиболее правильным будет следующее толкование термина “информатика”.

Определение. Информатика — наука, изучающая свойства информации, а также способы представления, получения, накопления, преобразования, обработки, передачи и использования информации с помощью средств вычислительной техники и других технических устройств.

Предметом изучения информатики являются:

§ т еоретические вопросы информатики, связанные с теорией информации, теорией алгоритмов, математической логикой и комбинаторным анализом;

§ п рактические вопросы информатики, связанные с программированием и использованием прикладных программ;

§ в опросы проектирования, разработки и использования технических средств обработки информации.

Теоретическая информатика является фундаментом для построения общей информатики. Она занимается построением моделей, построением дискретных множеств, которые описывают эти модели. Неотъемлемой частью теоретической информатики является логика.

Определение. Логика — совокупность правил, которым подчиняется процесс мышления. Математическая логика изучает логические связи и отношения, лежащие в основе дедуктивного (логического) вывода.

Важной частью теоретической информатики является Симеотика.

Симеотика исследует знаковые системы, составляющие которых - знаки - могут иметь самую разнообразную природу, лишь бы в них можно было выделить три составляющие, связанные между собой договорными отношениями: синтаксис (или план выражения), семантику (или план значения) и прагматику (или план использования). Симеотика позволяет установить аналогии в функционировании различных систем как естественного, так и искусственного происхождения. Ее результаты используются в компьютерной лингвистике, искусственном интеллекте, психологии и других науках.

Другой важно частью теоретической информатики является Кибернетика.

Кибернетика возникла в конце 40-х годов, когда Н.Винер выдвинул идею, что правила управления живыми, неживыми и искусственными системами имеют много общих черт. Именно эта идея привела к появлению первых компьютеров. Сегодня кибернетика может рассматриваться как направление информатики, рассматривающее создание и использование автоматизированных систем управления разного назначения и степени сложности.

В 1978 году международный научный конгресс официально закрепил за "информатикой" следующие понятие:

Определение. Информатика — это научные и производственно-экономические области, связанные с разработкой, созданием, использованием и материально-техническим обслуживанием систем обработки информации, включая компьютеры и их программное обеспечение, а также организационные, коммерческие, административные и социально-политические аспекты компьютеризации — массового внедрения компьютерной техники во все области жизни людей.

Таким образом, информатика — это комплексная научная дисциплина с широчайшим диапазоном применения и она базируется на компьютерной технике и немыслима без нее. Вот ее приоритетные направления:

§ р азработка вычислительных систем и программного обеспечения;

§ Теория информации, изучающая процессы, связанные с передачей, приёмом, преобразованием и хранением информации;

§ Математическое моделирование, методы вычислительной и прикладной математики и их применение к фундаментальным и прикладным исследованиям в различных областях знаний;

§ Методы искусственного интеллекта, моделирующие методы логического и аналитического мышления в интеллектуальной деятельности человека (логический вывод, обучение, понимание речи, визуальное восприятие, игры и др.);

§ Системный анализ, изучающий методологические средства, используемые для подготовки и обоснования решений по сложным проблемам различного характера;

§ Биоинформатика, изучающая информационные процессы в биологических системах;

§ Социальная информатика, изучающая процессы информатизации общества;

§ Методы машинной графики, анимации, средства мультимедиа;

§ Телекоммуникационные системы и сети, в том числе, глобальные компьютерные сети, объединяющие всё человечество в единое информационное сообщество;

§ Разнообразные приложения, охватывающие производство, науку, образование, медицину, торговлю, сельское хозяйство и все другие виды хозяйственной и общественной деятельности.

Российский академик А.А. Дородницын (1910 — 1994) выделял в информатике три неразрывно и существенно связанные части — технические средства, программные и алгоритмические.

§ Технические средства, или аппаратура компьютеров, в английском языке обозначаются словом Hardware, которое буквально переводится как "твердые изделия".

§ Программные средства, под которыми понимается совокупность всех информационных и компьютерных технологий, программных систем, используемых компьютерами, и область деятельности по их созданию и применению, называемые английским словом Software (в буквальном переводе — "мягкие изделия"). Это слово (Software) подчеркивает равнозначность самой машины и программного обеспечения, а также способность программного обеспечения модифицироваться, приспосабливаться и развиваться.

§ Алгоритмические компоненты, под которыми понимается разработка способа решения научной и прикладной задачи программными средствами в виде последовательности действий, ведущих от исходных данных к искомому результату. Иными словами это построение алгоритма решения задачи с использованием разнообразных методов и приемом теории алгоритмов, системного анализа, математического моделирования, принципов искусственного интеллекта, для описания которого используют термин Brainware (от англ. brain — интеллект).

Роль информатики в развитии общества чрезвычайно велика. С ней связано начало революции в области накопления, передачи и обработки информации. Эта революция, следующая за революциями в овладении веществом и энергией, затрагивает и коренным образом преобразует не только сферу материального производства, но и интеллектуальную, духовную сферы жизни как человека-индивидуума, так и общества в целом.

 

Рабочая программа по дисциплине «информатика»

Утверждена

Приемной комиссией Псковского

государственного политехнического института

1 марта 2004 г., протокол № 2.

Пример:

10101,011₂ = 1 × 2⁴ + 0 × 2³ + 1 × 2² + 0 × 2¹ + 1 × 2⁰ + 0 × 2^-1 + 1 × 2^-2 + 1 × 2^-3 = = 21,375₁₀

Существует несколько способов выполнения операций перевода десятичных чисел в систему счисления с произвольным основанием. Рассмотрим их.

§ Способ первый.

Для перевода нужно представить исходное число в виде полинома

A_s = a_nSⁿ + a_n-1S^n-1 + … + a₁S¹ + a₀S⁰ + a_-1S^-1 + … + a_-mS^-m,

взяв в качестве S основание той системы счисления, в которую данное число нужно перевести. Затем выпишем коэффициенты a_i , которые и составят нужное число.

Пример:  Перевести число 13₁₀ в систему счисления с основанием 2.

Для этого представим 13 как сумму степеней числа 2:

13₁₀ = 8 + 4 + 1.

Далее воспользуемся формулой A_s = a_nSⁿ + a_n-1S^n-1 + … + a₁S¹ + a₀S⁰ и запишем число 13 в виде полинома

13₁₀ = 1 × 2³ + 1 × 2² + 0 × 2¹ + 1 × 2⁰.

Теперь выпишем все коэффициенты a_i: 1101. Таким образом,

13₁₀ = 1101₂.

Примечание.

Обычно этот способ перевода в двоичную систему счисления используют для представления небольших чисел.

§ Способ второй.

Этот способ применяется для перевода больших чисел. Для его усвоения рассмотрим пример. 

Пример: Перевести число 234₁₀ в систему счисления с основанием 2.

Будем делить число 234₁₀ последовательно на 2 нацело и записывать остатки, не забывая нулевые:

234 : 2 = 117 остаток 0

117 : 2 = 58      1

58 : 2 = 29       0

29 : 2 = 14       1

14 : 2 = 7         0

7 : 2 = 3          1

3 : 2 = 1          1

Результат последнего деления на 2 уже не делится, и эта цифра будет старшей цифрой нашего числа. Выписав все остатки, начиная с последнего, получим двоичное представление числа:

234₁₀ = 11101010₂.

Двоичное сложение.

Сложение двоичных чисел подобно сложению десятичных. В обоих случаях операции начинаются с обработки наименьших значащих цифр, расположенных в крайней справа позиции. Если результат сложения наименьших значащих цифр двух слагаемых не помещается в соответствующем разряде результата, то происходит перенос. Цифра, переносимая в соседний слева разряд, добавляется к содержимому последнего. Сложение цифр любых одноименных разрядов может повлечь за собой перенос в более старший разряд. Перенос возникает, если результат сложения цифр одноименных разрядов больше 9 при использовании десятичной системы счисления и более 1, при двоичной системы счисления.

Правило. Сложение двоичных чисел осуществляется вычислением суммы значений одноименных разрядов и единицы переноса из предыдущего разряда, если она есть. Перенос производится, если эта сумма не меньше, чем основание системы счисления, т.е. число 2₁₀.

Таким образом, для одноразрядных двоичных чисел имеем:

0 + 0 = 0

0 + 1 = 1

1 + 0 = 1

1 + 1 = 10 (0 и единица переноса в следующий старший разряд)

Сравним десятичное и двоичное сложение

Пример:	Десятичная арифметика			Двоичная арифметика
Слагаемое		099			0 1 1 0 0 0 1 1
Слагаемое		095			0 1 0 1 0 1 1 0
Перенос (единицы)		11			1 0 0 0 1 1 0
Сумма		194			1 0 1 1 1 0 0 1

Приведем еще пример сложения чисел, заданных двоичным кодом.

Пример: сложим 9₁₀ и 3₁₀, заданные двоичным кодом

1001

0011

1100₂ = 12₁₀

Двоичное вычитание.

Двоичное вычитание подобно десятичному вычитанию. Как и в случае сложения, различие выполнения вычитания в двоичной и десятичной форме состоит лишь в особенностях поразрядных операций.

Вычитание двоичных чисел производится поразрядно по следующим правилам:

0 – 0 = 0

10 – 1 = 1

1 – 0 = 1

1 – 1 = 0

Выполняя вычитание из нуля единицы, следует занять единицу из старшего значащего разряда:  

Сравнение процедур десятичного и двоичного вычитания можно продемонстрировать следующим образом:

Пример:	Десятичная арифметика				Двоичная арифметика
Заем (единица)			1				0 0 1 1 0 0 0 0
Уменьшаемое			109				0 1 1 0 1 1 0 1
Вычитаемое			49				0 0 1 1 0 0 0 1
Разность			060				0 0 1 1 1 1 0 0

Десятичное и двоичное вычитание начинается операцией над содержимым самых младших (крайних справа) разрядов, а по мере необходимости выполняется заем в старшим разряде.

Двоичное умножение.

Двоичное и десятичное умножение, так же, как двоичное и десятичное сложение или вычитание, во многом похожи. Умножение – это быстрый способ сложения нескольких одинаковых чисел. Умножение выполняется поразрядно.

Двоичное умножение следует производить в соответствии со следующими правилами:

0 ´ 0 = 0

0 ´ 1 = 0

1 ´ 0 = 0

1 ´ 1 = 1

Создан простой способ выполнения двоичного умножения, получивший название умножения путем сдвига и сложения. Перечислим его основные правила.

А).Формирование первого частного произведения. Если значение младшего значащего разряда множителя равно 0, то и результат равен 0, если значение этого разряда равно 1, то результат является копией множимого.

Б).Правило сдвига. При использовании очередного разряда множителя для формирования частного произведения производится сдвиг множимого на один разряд (позицию) влево.

В).Правило сложения. Каждый раз, когда значение разряда множителя равно 1, к результату необходимо прибавить множимое, расположенное в позиции, определенной правилом сдвига.

Г).Определение результирующего произведения. Искомое произведение есть результат выполнения всех операций сдвига и сложения.

Пример:	Десятичная арифметика			Двоичная арифметика
Множитель		13		101		10100
Множитель		129		011		1010
1-е частное произведение		117		101		00000
2-е частное произведение		26		101		10100
3-е частное произведение		13		000		00000
Произведение		1677		01111		10100
						11001000

Двоичное деление.

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

Пример:	Десятичная арифметика			Двоичная арифметика
Делимое		2057	17	11110	110
Делитель		(1) 17	121	(1) 110	101
1-е частная разность		035		0011
		(2) 34		(0) 0000
2-е частная разность		017		110
		(1) 17		(1) 110
3-е частная разность		0		0

Магнитные накопители.

У магнитных накопителей принцип записи информации основан на явлении намаг­ничивания ферромагнетиков магнитным полем, хранение информации связано с длительным сохранением этой намагниченности, а считывание базируется на явлении электро­магнитной индукции. К подобным устройствам внешней памяти относятся накопители на гибких магнитных дисках, на жестких магнитных дисках, на магнитной ленте и на сменных магнитных дисках большой ёмкости.

Гибкие магнитные диски (дискеты). Носитель информа­ции, изготовленный из покрытого магнитным слоем гибкого материала (лавсана) и поме­щённый в жесткий пластиковый корпус, называется дискетой ( FD — от англ. F loppy D isk ). Запись/считывание данных выполняется в накопителе на гибких магнитных дисках ( FDD — от англ. F loppy D isk D rive, дисковод ), ко­торый вращает дискету с постоянной угловой скоростью 360 об/мин, причём только при обращении к ней. Информация на дискету записывается по концентрическим дорожкам (трекам), которые делятся на сектора (рис.4.5.). Емкость сектора постоянна и составляет 512 байт. Количество дорожек и секторов зависит от типа и формата дискеты. При записи или счи­тывании информации магнитная головка дисковода устанавливается сразу на определенную дорожку диска, т.е. FDD является устройством произвольного (прямого) доступа. Накопитель связан с процессором через контроллер гибких дисков. Стандартная информационная емкость дискеты невелика и составляет 1,44 Мбайт. Скорость записи и считывания информации — око­ло 50 Кбайт/с.

Примечание.

Гибкие магнитные дис­ки необходимо предохранять от воздействия сильных маг­нитных полей и нагревания, т.к. это может привести к размагничиванию носителя и потере информации.

В настоящее время наибольшее распространение получили дискеты размером 3,5 дюйма (89 мм) со следующими характеристиками: 2 рабочие поверхности по 80 дорожек на каждой, 18 секторов на дорожке, ёмкость 1,44 Мбайт.

Жесткие магнитные диски. Накопитель на жёстких магнитных дисках (HDD — от англ. Hard Disk Drive, или HD — Hard Disk), он же «винчестер» — это наиболее распространённое внешнее запоминающее устройство большой ёмкости. В нём носителями информации являются круглые металлические пластины размером, как правило, 3,5 дюйма — платтеры (их может быть несколько), поверхности которых покрыты слоем магнитного материала.

Как и у дискеты, рабочие поверхности платтеров разделены на концентрические дорожки, а дорожки — на сектора. Магнитные головки записи/считывания вместе с их несущей конструкцией (блок головок) и платтеры заключены в герметически закрытый корпус. HDD также является устройством произвольного (прямого) доступа к данным. В отличие от дискеты, платтеры винчестера вращаются постоянно, а не только при записи/считывании информации, при этом над ними образуется слой воздуха, который обеспечивает воздушную подушку для зависания магнитных головок на высоте менее микрона над поверхностью пластин. Винчестер связан с процессором через контроллер жесткого диска. У современных моделей скорость вращения шпинделя (вращающего вала) обычно составляет 5400, 7200, 10000 и более об/мин, среднее время поиска данных — около 10 мс, средняя скорость передачи данных — до 60 Мбайт/с. Все HDD имеют встроенную кэш-память (обычно 2 — 8 Мбайт), которая существенно повышает их производительность. Информационная емкость современных жест­ких дисков находится в пределах от 20 до 160 и более Гбайт.

1. Магнитные ленты . Накопитель на магнитных лентах стример — от англ. tape streamer) — это устройство внешней памяти последовательного доступа, предназначенное для резервного копирования и хранения больших объёмов информации. В качестве носителя здесь применяются кассеты с магнитной лентой (картриджи) ёмкостью до нескольких десятков Гбайт и более. Встроенные в стример средства аппаратного сжатия позволяют автоматически уплотнять информацию перед её записью и восстанавливать после считывания, что увеличивает объём сохраняемой информации. Недостатком стримеров является их сравнительно низкая скорость записи, поиска и считывания информации.

2. Сменные магнитные диски большой ёмкости . В последнее время всё шире используются накопители на сменных гибких и жестких магнитных дисках, которые позволяют не только увеличивать объём хранимой информации, но и переносить информацию между компьютерами. Объёмы сменных дисков — от сотен Мбайт до нескольких Гбайт.

Оптические накопители.

Оптический принцип записи и считывания информации основан на изменении угла отражения лазерного луча от поверхности оптического диска (поэтому оптические диски ещё называют лазерными). Лазерный диск представляет собой прозрачный полимерный носитель с нанесённым на него тонким слоем светоотражающего материала, защищенного от повреждений пленкой лака.

Информация на оптическом диске представляется в виде последовательности углублений и выступов, имеющих различные коэффи­ циенты отражения и расположенных на одной спиралевидной дорожке, выходящей из области вблизи центра диска. При считывании информации с диска отраженный от этих участков луч, изменяя свою интенсивность, преобразуется с помощью фотоэле­ ментов в электрические импульсы (логические 0 или 1), которые затем по системной магистрали переда­ются в оперативную память ПК.

В процессе записи информации на оптические диски для со­здания участков поверхности с различными коэффициента­ми отражения применяются различные технологии от про­стой штамповки до изменения отражающей способности поверхности диска с помощью мощного лазера. При соблюдении правил хранения и эксплуатации оптические носители могут сохранять информацию в течение нескольких десятков лет.

CD-ROM и DVD-ROM диски . На лазерных CD - ROM ( CD — Compact Disk ) и DVD - ROM ( DVD — Digital Video Disk , цифровой ви­ деодиск ) дисках хранится информация, запи­санная на них в процессе изготовления самих дисков. Запись новой информации невозможна, что отражено во второй части их названий (ROM — только чтение). Про­изводятся такие диски, как правило, путем штамповки.

Информационная емкость CD - ROM-диска может дости­гать 800 Мбайт, а скорость считывания зависит от скорости его вращения. Угловая скорость вращения диска в дисководе не является постоянной и линейно уменьшается по мере продвижения читающей лазерной головки к его внешнему краю. Первые CD - ROM-накопители имели скорость считывания информации 150 Кбайт/с. В настоящее время широкое распространение получили 52-скоростные дисководы, которые обеспечивают скорость считывания информации до 7,8 Мбайт/с.

DVD - ROM-диски имеют гораздо большую информационную ем­кость (до 17 Гбайт), так как в DVD - ROM-накопителях используются лазеры с меньшей длиной волны, что позволя­ет размещать оптические дорожки более плотно, и информация на таких дисках может быть записана с двух сторон, причем в два слоя на каждой.

Первое поколение DVD - ROM-накопителей обеспечивало скорость считывания информации примерно 1,3 Мбайт/с. В настоящее время 16-скоростные DVD - ROM-дисководы до­стигают скорости считывания до 21 Мбайт/с.

CD-R, DVD-R, CD-RW и DVD-RW  диски .. Информация на CD - R , DVD - R ( R — Recordable , запи­ сываемый) диски может быть записана только один раз. На дисках CD - RW и DVD - RW ( RW — ReWritable , перезапи­сываемый) инфор­мация может записываться многократно. Для записи и перезаписи на такие диски применяются специ­альные CD - RW- и DVD - RW -дисководы, которые обладают достаточно мощным лазером, позволяющим менять отра­жающую способность участков поверхности в процессе за­писи. Эти дисководы позволяют записывать и считывать информацию с дисков с различной скоростью. Например, маркировка CD - RW-дисковода «52 x 32 x 52» означает, что запись CD - R-дисков производится на 52-кратной скорости, запись CD - RW-дисков — на 32-крат­ной, а чтение тех и других — на 52-кратной скорости.

Клавиатура.

Определение. Клавиатура — это устройство для ввода информации в компьютер и подачи управляющих сигналов. Содержит стандартный набор клавиш печатной машинки и некоторые дополнительные клавиши — функциональные и управляющие клавиши, клавиши управления курсором и малую цифровую клавиатуру.

Все символы, набираемые на клавиатуре, немедленно отображаются на экране монитора в позиции курсора.

Примечание.

к урсор — графический символ, указывающий позицию отображения следующего вводимого с клавиатуры знака.

Наиболее распространена сегодня клавиатура c раскладкой клавиш QWERTY (читается "кверти"), названная так по клавишам, расположенным в верхнем левом ряду её алфавитно-цифровой части. Такая клавиатура имеет 12 функциональных клавиш, расположенных вдоль верхнего края. Нажатие функциональной клавиши приводит к посылке в компьютер не одного символа, а целой совокупности символов. Функциональные клавиши могут программироваться пользователем. Например, во многих программах для получения помощи (подсказки) задействована клавиша F1, а для выхода из программы — клавиша F10.

Управляющие клавиши имеют следующее назначение:

1. Enter — клавиша ввода;

2. Esc (Escape — выход) клавиша для отмены каких-либо действий, выхода из программы, из меню и т.п.;

3. Ctrl и Alt — эти клавиши самостоятельного значения не имеют, но при нажатии совместно с другими управляющими клавишами изменяют их действие;

4. Shift (регистр) — обеспечивает смену регистра клавиш (верхнего на нижний и наоборот);

5. Insert (вставлять) — переключает режимы вставки (новые символы вводятся между уже набранных, раздвигая их) и замены (старые символы замещаются новыми);

6. Delete (удалять) — удаляет символ с позиции курсора;

7. Back Space — удаляет символ перед курсором;

8. Home и End — обеспечивают перемещение курсора в первую и последнюю позицию строки соответственно;

9. Page Up и Page Down — обеспечивают перемещение по тексту на одну страницу (один экран) назад и вперед соответственно;

10. Tab — клавиша табуляции, обеспечивает перемещение курсора вправо сразу на несколько позиций до очередной позиции табуляции;

11. Caps Lock — фиксирует верхний регистр, обеспечивает ввод прописных букв вместо строчных;

12. Print Screen — обеспечивает печать информации, видимой в текущий момент на экране.

13. Длинная нижняя клавиша без названия, ее назначение — ввод пробелов.

Клавиши управления курсором расположены между основной символьной и малой цифровой клавиатурой м представляют собой четыре клавиши со стрелками (влево, вправо, вверх, вниз), с помощью которых осуществляется перемещение курсора на экране монитора.

Малая цифровая клавиатура используется в двух режимах — для ввода чисел и управления курсором. Переключение режимов производится клавишей Num Lock.

Клавиатура содержит встроенный микроконтроллер (местное устройство управления), который выполняет следующие функции:

Последовательно опрашивает клавиши, считывая введенный сигнал и вырабатывая двоичный скан-код клавиши;

Управляет световыми индикаторами клавиатуры;

Проводит внутреннюю диагностику неисправностей;

Осуществляет взаимодействие с центральным процессором через порт клавиатуры.

Клавиатура имеет встроенный буфер — область оперативной памяти малого размера, куда помещаются введённые символы. В случае переполнения буфера нажатие клавиши будет сопровождаться звуковым сигналом — это означает, что символ не введён (отвергнут). Работу клавиатуры поддерживают специальные программы из BIOS, а также драйвер клавиатуры.

Манипуляторы.

Для ввода графической информации и для работы с графическим интерфейсом программ используются ко­ ординатные устройства вво­ да информации: манипуля­ торы (мышь, трекбол и др.), джойстики, сенсорные панели (тачпад) и графические планшеты.

В оптико-механических манипуляторах мышь и трекбол основным рабочим органом является массивный шар (ме­таллический, покрытый резиной). У мыши он вращается при перемещении ее корпуса по горизонтальной поверхно­сти, а у трекбола вращается непосредственно рукой.

Вращение шара передается двум пластмассовым валам, положение которых с большой точностью считывается инф­ ракрасными оптопарами (то есть парами «светоизлуча тель–фотоприемник») и затем преобразуется в электриче­ский сигнал, управляющий движением указателя мыши на экране монитора. Главным «врагом» мыши является загряз­нение, а способом борьбы с ним — использование специаль­ного «мышиного» коврика. В настоящее время широкое распространение получили оптические мыши, в которых нет механических частей. Ис­точник света, размещенный внутри мыши, освещает поверх­ность, а отраженный свет фиксируется фотоприемником и преобразуется в перемещение курсора на экране.

Разрешающая способность мышей обычно составляет около 600 dpi (dot per inch — точек на дюйм). Это означает, что при перемещении мыши на 1 дюйм (1 дюйм = 2,54 см) указатель мыши на экране перемещается на 600 точек.

Манипуляторы имеют обычно две кнопки управления, которые используются при работе с графическим интерфей­сом программ. В настоящее время появились мыши с допол­ нительным колесиком, которое располагается между кноп­ками. Оно предназначено для прокрутки вверх или вниз не умещающихся целиком на экране изображений, текстов или Web-страниц.

Современные модели мышей часто являются беспро­водными, то есть подключаются к компьютеру без помощи кабеля.

В портативных компьютерах вместо манипуляторов использу­ ется сенсорная панель тачпад (от англ. —  TouchPad), ко­торая представляет собой панель прямоугольной формы, чувствительную к перемещению по ней пальца, которое преобразует­ся в перемещение курсора на экране монитора. Нажатие на поверхность сенсорной панели эквивалентно на­жатию на кнопку мыши.

Для рисования и ввода рукописного текста используются графические планшеты (дигитайзеры). С помощью специальной ручки можно чертить схемы, добав­лять заметки и подписи к электронным документам. Качество графических планшетов характеризуется разрешающей спо­собностью, которая измеряется в lpi (lines per inch — линиях на дюйм) и способностью реагировать на силу нажатия пера. В хороших планшетах разрешающая способность дости­гает 2048 lpi (перемещение пера по поверхности планшета на 1 дюйм соответствует перемещению на 2048 точек на эк­ране монитора), а количество воспринимаемых градаций нажатий на перо составляет 1024.

Сканер.

Для ввода в компьютер и преобразования в цифровую форму изображений (фотографий, рисунков, слайдов) и текстовых документов исполь­зуется сканер. Существуют ручные сканеры, которые прокатывают по поверхности документа рукой, и планшетные сканеры, по внешнему виду напоминающие копировальные машины. Свет, отраженный от сканируемого изображения, проецируется на линейку фотоэлементов, которая движется, последовательно считывая изображение и преобразуя его в компьютерный формат. В отсканированном изображении количество разли­чаемых цветов может достигать десятков миллиардов.

Системы распознавания текстовой информации позволяют преобразовать отсканированный текст из графического фор­мата в текстовый. Такие системы способны распознавать тек­стовые документы на различных языках, представленные в различных формах (например, таблицах) и с различным ка­чеством печати (начиная от машинописных документов). Разрешающая способность сканеров составляет 600 dpi и выше, то есть на полоске изображения длиной 1 дюйм ска­нер может распознать 600 и более точек.

Цифровые камеры.

Циф­ровые камеры (видеокамеры и фотоаппараты) позволяют получать видеоизображения и фотоснимки непосредственно в цифровом (компьютерном) формате. Для передачи «живого» видео по компьютерным сетям используются Web -камеры, разрешающая способ­ность которых обычно не превышает 640x480 точек. Цифровые фотоаппараты позволяют получать высококачественные фотографии с разрешением 2272x1704 точек и более. Для хранения фотографий ис­пользуются модули flash -памяти или жесткие диски малого размера.

4.6.5.Аудиоадаптер.

Определение. Аудиоадаптер (Sound Blaster или звуковая плата) это специальная электронная плата, которая позволяет записывать звук, воспроизводить его и создавать программными средствами с помощью микрофона, наушников, динамиков, встроенного синтезатора и другого оборудования.

Аудиоадаптер содержит в себе два преобразователя информации:

Аналого-цифровой, который преобразует непрерывные (аналоговые) звуковые сигналы (речь, музыку, шум) в цифровой двоичный код и записывает его на магнитный носитель;

Цифро-аналоговый, выполняющий обратное преобразование сохранённого в цифровом виде звука в аналоговый сигнал, который затем воспроизводится с помощью акустической системы, синтезатора звука или наушников.

Профессиональные звуковые платы позволяют выполнять сложную обработку звука, обеспечивают объёмное звучание, имеют собственное ПЗУ с хранящимися в нём сотнями тембров звучаний различных музыкальных инструментов. Звуковые файлы обычно имеют очень большие размеры. Так, трёхминутный звуковой файл со стереозвучанием занимает примерно 30 Мбайт памяти. Поэтому платы Sound Blaster, помимо своих основных функций, обеспечивают автоматическое сжатие файлов.

Примечание.

Область применения звуковых плат — компьютерные игры, обучающие программные системы, рекламные презентации, "голосовая почта" (voice mail), озвучивание посредством динамиков различных процессов, происходящих в компьютерном оборудовании, таких, например, как отсутствие бумаги в принтере и т.п.

Монитор.

Определение. Монитор — это универсальное устройст­во вывода информации, подключаемое к видеокарте (видеоадаптеру). Видеокарта непосредственно управляет монитором и процессом вывода информации на экран.

Изображение на экране монитора, построенного на базе электрон­но-лучевой трубки (ЭЛТ, Рис. 4.6.), созда­ется пучком электронов, испускаемых электронной пушкой. Этот пучок разгоняется высоким электриче­ским напряжением (десятки киловольт) и падает на внутреннюю поверхность эк­рана, покрытую лю-минофором (вещест­вом, светящимся под воздействием пучка электронов). Перед экраном на пути электронов ставится теневая маска, обеспечивающая попадание электронных лучей только в точки люминофора соответствующего цвета. Существует три типа масок: дельтовидная маска, апертурная решетка (струнная технология) и щелевая маска (комбинация первых двух технологий).

Мониторы с апертурной решеткой формируют более яркие изображения с более богатыми и насыщенными цветами. К широко распространенным технологиям апертурных решеток относятся SonicTron корпорации ViewSonic, DiamondTron компании Mitsubishi и Trinitron компании Sony. В свою очередь, дельтовидная маска дает возможность воспроизводить детали изображения на экране монитора с большей точностью и с меньшими искажениями. Лучшие маски изготавливаются из инвара — магнитного сплава железа с никелем, обладающего малым коэффициентом линейного расширения.

Система управления процессом формирования изображения посредством изменения сигналов строчной и кадровой развертки ЭЛТ-монитора, заставляет пучок электронов пробегать по­строчно весь экран (создает растр), а также регулирует его интенсивность (соответственно яркость свечения точки лю­минофора). Это позволяет управлять яркостью элементов изображения и параметрами смешения цветов, создавая тем самым требуемое изображение на экране, которое пользователь видит, так как люминофор излучает световые лучи в видимой части спектра. Качество изображения тем выше, чем меньше размер точки изображения (точки люминофора). В высококачественных мониторах размер точки составляет 0,20 — 0,24 мм.

Современной архитектурой видеоадаптера является архитектура с графическим сопроцессором. Она предполагает включение в состав видеокарты собственного специализированного процессора, который выполнял бы все вычисления, необходимые для построения изображения. Тогда центральный процессор почти полностью освобождается для выполнения других задач (не связанных непосредственно с формированием картинки), что повышает реальное быстродействие вычислительной системы при решении прикладных задач, связанных с обработкой или синтезом изображений.

Примечание.

На стабиль­ность изображения на экране монитора сильное влияние оказывает частота считывания изображения из видеопамяти видеоадаптера. В современных мониторах обновление изображения происходит обычно с частотой 85 и более раз в секунду, что обеспечивает комфортность воспри­ятия (человек не замечает мерцания изображения). Для сравнения можно на­помнить, что частота смены кадров в кино составляет 24 кадра в секунду.

При использовании ЭЛТ-мониторов следует учитывать, что они являются источником высокого статического электрического потенциала, электромагнитно­го и рентгеновского излучений. Однако, совре­менные ЭЛТ-мониторы практически безопасны, так как соответствуют жестким санитарно-гигиеническим требованиям, за­фиксированным в международном стандарте безопасности ТСО'99.

В портативных и карманных компьютерах применяют плоские мониторы на жидких кристаллах (ЖК). В последнее время такие мониторы стали использоваться и в настольных компьютерах.

LCD ( Liquid Crystal Display ) — жидкокристаллические дисплеи имеют экраны, при изготовлении которых используется веще­ство, находящееся в жидком состоянии и обладающее некоторыми свойствами, присущи­ми кристаллическим телам. Фак­тически это жидкости с анизотропией свойств (в частности, оптических), связан­ных с упорядоченностью в ориен­тации молекул. Молекулы жидких кристаллов под воздействием электрического напряжения мо­гут изменять свою ориентацию и вследствие этого изменять свойства светового луча, проходящего сквозь них.

Мониторы могут иметь различный размер экрана, измеряемый в дюймах по его диагонали и обычно составляющий 14, 15, 17, 19, 20, 21 и более дюймов.

Принтер.

Принтер предназначен для вывода на бума­ гу (создание «твердой копии») числовой, текстовой и графи­ческой информации. По принципу действия принтеры делятся на матричные, струйные и лазерные.

1. Матричные принтеры — это принтеры ударного действия. Печатающая головка матричного принтера состоит из вертикального столбца маленьких стержней (обычно 9 или 24), кото­рые под воздействием магнитного поля «выталкиваются» из голов­ки и ударяют по бумаге через красящую ленту. Перемещаясь, печатающая головка оставляет на бумаге строку символов. Недостатки матричных принтеров состоят в том, что они печатают медленно, производят много шума и качество пе­чати оставляет желать лучшего (соответствует примерно ка­честву пишущей машинки).

2. Струйные принтеры могут печатать достаточно быстро (до нескольких страниц в минуту) и производят мало шума. В них используется чернильная печатающая головка, которая под давлением выбрасы­вает чернила из ряда мельчайших отверстий на бумагу. Перемеща­ясь вдоль бумаги, печатающая го­ловка оставляет строку символов или полоску изображения. Цветные струйные принтеры комбинируют чернила четырех основных цветов — ярко-голубого, пурпурного, желтого и черного. Качество печати (в том числе и цветной) определяется разре­шающей способностью струйных принтеров, которая может достигать фотографического качества 2400 dpi. Это означа­ет, что полоска изображения по горизонтали длиной в 1 дюйм формируется из 2400 точек (чернильных капель).

3. Лазерные принтеры обеспечивают практически самую бесшум­ную печать. Высокая скорость пе­чати (до 30 страниц в минуту) ла­зерными принтерами достигается за счет постраничной печати (страница печатается сразу цели­ком). Компьютер формирует в своей памяти "образ" страницы текста и передает его принтеру. Информация о странице проецируется с помощью лазерного луча на вращающийся барабан со светочувствительным покрытием, меняющим электрические свойства в зависимости от освещённости. После засветки на барабан, находящийся под электрическим напряжением, наносится красящий порошок — тонер, частицы которого налипают на засвеченные участки поверхности барабана. Принтер с помощью специального горячего валика протягивает бумагу под барабаном, тонер переносится на бумагу и "вплавляется" в неё, оставляя стойкое высококачественное изображение. Высокое типографское качество печати лазерных принтеров обеспе­чивается за счет высокой разреша­ющей способности, которая может достигать 1200 dpi и более. Существуют и цветные лазерные принтеры.

4.6.8.Плоттер (графопостроитель).

Плоттер (графопостроитель) — это устройство, которое чертит графики, рисунки или диаграммы большого формата под управлением компьютера. Плоттеры используются для получения сложных конструкторских чертежей, архитектурных планов, географических и метеорологических карт, деловых схем и рисуют изображения с помощью пера.

Роликовые плоттеры прокручивают бумагу под пером, а планшетные — перемещают перо через всю поверхность горизонтально лежащей бумаги.

4.6.9.Модем.

Определение. Модем — это устройство для обмена компьютерными данными по телефонным линиям связи.

Примечание.

Цифровые сигналы, вырабатываемые компьютером, нельзя напрямую передавать по телефонной сети, потому что она предназначена для передачи человеческой речи — непрерывных сигналов звуковой частоты. Модем обеспечивает преобразование цифровых сигналов компьютера в переменный ток частоты звукового диапазона — этот процесс называется модуляцией, а также обратное преобразование, которое называется демодуляцией (рис.4.7.). Отсюда название устройства: модем — модулятор/демодулятор.

Рис. 4.7.Схема реализации модемной связи.

Для осуществления связи один модем вызывает другой по номеру телефона, а тот отвечает на вызов. Затем модемы посылают друг другу сигналы, согласуя подходящий им обоим режим связи. После этого передающий модем начинает посылать модулированные данные с согласованными скоростью (количеством бит в секунду) и форматом. Модем на другом конце преобразует полученную информацию в цифровой вид и передает её своему компьютеру. Закончив сеанс связи, модем отключается от линии. Управление модемом осуществляется с помощью специального коммутационного программного обеспечения.

Модемы бывают внешние, выполненные в виде отдельного устройства, и внутренние, представляющие собой электронную плату, устанавливаемую в системном блоке компьютера.

Почти все модемы поддерживают и функции факсов. Факс — это устройство факсимильной передачи изображения по телефонной сети. Название "факс" произошло от слова "факсимиле", означающее точное воспроизведение графического оригинала (подписи, документа и т.д.) средствами печати. Модем, который может передавать и получать данные как факс, называется факс-модемом.

4.7.Классификация программного обеспечения ПК.[17]⁾

Основной функцией компьютера является обработка ин­ формации. Выше была рассмотрена аппаратная реализация компьютера. Рассмотрим теперь, каким образом компьютер обрабатывает информацию.

В 50-60-е годы компьютер мог только вы­ числять. Процесс обработки информации состоял в операци­ях над числовыми данными.

В 70-е годы компьютер «научился» работать с текстом. Пользователь получил возможность редактировать и форма­тировать текстовые документы. В настоящее время большая часть компьютеров и большая часть времени используется для работы именно с текстовыми данными.

В 80-е годы появились первые компьютеры, способные работать с графической информацией. Сейчас компьютерная графика широко используется в деловой графике (построе­ние диаграмм, графиков и так далее), в компьютерном моде­лировании, при подготовке презентаций, при создании Web-сайтов, в рекламе на телевидении, в анимационном кино и так далее. Применение компьютеров для обработки графических данных постоянно расширяется.

В 90-е годы компьютер получил возможность обрабаты­вать звуковую информацию. Любой пользователь современ­ного персонального компьютера может воспользоваться стандартными приложениями Windows для прослушива­ния, записи и редактирования звуковых файлов. Работа со звуковыми данными является неотъемлемой частью муль­тимедиа технологии.

Для того чтобы числовая, текстовая, графическая и зву­ковая информация могли обрабатываться, они должны быть представлены в форме данных. Данные хранятся и обрабатываются в компьютере на машинном языке, то есть в виде последовательностей нулей и единиц.

Для того чтобы процессор мог обрабатывать данные, он должен получить определенную команду (инструкцию). Обычно для решения какой-либо задачи требует­ся не единичная команда, а их последовательность. Такая по­следовательность команд (инструкций) называется программой.

На заре компьютерной эры, в 40-50-е годы, программы разрабатывались непосредственно на машинном языке, то есть на том языке, который понимает процессор. Та­кие программы представляли собой очень длинные после­довательности нулей и единиц, в которых человеку разо­браться было очень трудно.

В 60-е годы стали использовать языки программирования высокого уровня (Алгол, Фортран, Basic, Pascal и др.), которые позволили существенно облегчить работу программистов. В настоящее время с появлением систем визуального програм­ мирования (Visual Basic, Delphi и др.) создание программ стало доступно даже для начинающих пользователей компьютера.

Примечание.

Программная обработка данных на компьютере реализу­ется следующим образом. После запуска на выполнение про­граммы, хранящейся во внешней долговременной памяти, она загружается в оперативную память. Процессор последовательно считывает команды програм­ мы и выполняет их. Необходимые для выполнения команды данные загружаются из внешней памяти в оперативную и над ними производятся необходимые операции. Данные, по­лученные в процессе выполнения команды, записываются процессором обратно в оперативную или внешнюю память.

Таким образом, под программным обеспечением (Software) понимается совокупность всех программ, выполняемых вычислительной системой. Программное обеспечение (ПО) — это неотъемлемая часть компьютерной системы. Оно является логическим продолжением технических средств. Сфера применения конкретного компьютера определяется созданным для него ПО. В зависимости от функций, выполняемых программным обеспечением, его можно разделить на две группы: системное и прикладное ПО.

Системное ПО организует процесс обработки информации в компьютере и обеспечивает нормальную рабочую среду для прикладных программ. Оно достаточно тесно связано с аппаратными средствами компьютера.

Прикладное ПО предназначено для решения конкретных задач пользователя и организации вычислительного процесса в целом.

При построении классификации ПО нужно учитывать тот факт, что стремительное развитие вычислительной техники и расширение сферы приложения компьютеров резко ускорили процесс эволюции программного обеспечения. Соотношение между требующимися программными продуктами и имеющимися на рынке меняется очень быстро. Даже классические программные продукты, такие, как операционные системы, непрерывно развиваются и наделяются интеллектуальными функциями, многие из которых ранее относились только к интеллектуальным возможностям человека.

4.7.1.Системное ПО. [18]⁾

В состав системного ПО входят:

Операционные системы (ОС);

Сервисные программы;

Системы программирования (трансляторы языков программирования, библиотеки подпрограмм и т.д.);

Программы технического обслуживания.

Рассмотрим эти разновидности системного ПО подробнее.

4.7.1.1.Операционные системы.

Определение. Операционная система — это комплекс взаимосвязанных системных программ, назначение которых — организовать взаимодействие пользователя с компьютером и выполнение всех других программ.

Примечание.

Операционная система выполняет роль связующего звена между аппаратурой компьютера, выполняемыми программами и пользователем. Операционная система обычно хранится во внешней памяти компьютера — на жестком диске. При включении питания компьютера она считывается с дисковой памяти и размещается в ОЗУ. Этот процесс называется загрузкой операционной системы.

В функции операционной системы входит:

Осуществление диалога с пользователем;

Управление вводом-выводом данных;

Распределение ресурсов вычислительной системы;

Запуск программ на выполнение;

Вспомогательные операции обслуживания;

Передача информации между различными внутренними устройствами;

Программная поддержка работы периферийных устройств и т.д.

ОС загружается при включении компьютера. Она предоставляет пользователю удобный способ общения (пользовательский интерфейс) с вычислительной системой.

Определение. Пользовательский интерфейс — это программные и аппаратные средства взаимодействия пользователя с программой или ЭВМ.

Пользовательский интерфейс может быть командным или объектно-ориентированным.

Определение. Командный интерфейс предполагает ввод пользователем команд с клавиатуры при выполнении действий по управлению ресурсами компьютера.

Определение. Объектно-ориентированный интерфейс — это управление ресурсами вычислительной системы посредством осуществления операций над объектами, представляющими файлы, каталоги (папки), дисководы, программы, документы и т. д.

Кроме того, выделяют также и программный интерфейс.

Определение. Программный интерфейс — это совокупность средств, обеспечивающих взаимодействие устройств и программ в рамках вычислительной системы.

Операционные системы классифицируются по:

Количеству одновременно работающих пользователей: однопользовательские, многопользовательские.

Числу задач, одновременно выполняемых под управлением системы: однозадачные, многозадачные.

Количеству поддерживаемых процессоров: однопроцессорные, много-процессорные.

Разрядности кода ОС: 8-разрядные, 16-разрядные, 32-разрядные, 64-разрядные.

типу интерфейса: командные (текстовые) и объектно-ориентированные (графические).

Типу доступа пользователя к ЭВМ: с пакетной обработкой, с разделением времени, реального времени.

Типу использования ресурсов: сетевые, локальные.

Рассмотрим некоторые из наиболее известных ОС.

Операционная система MS DOS . ОС MS DOS (Microsoft Disk Operating System) — самая распространенная ОС на 16-разрядных персональных компьютерах. Она была выпущена в 1981 году в связи с появлением IBM PC.

Операционные системы семейства DOS являются 16-ти разрядными однозадачными ОС и обладают следующими характерными чертами и особенностями:  

Пользовательский интерфейс осуществляется с помощью команд, вводимых пользователем;

ОС имеют модульную структуру, что упрощает перенос системы на другие типы аппаратных платформ;

Небольшой объем доступной оперативной памяти (640 Кбайт).

Существенным недостатком операционных систем DOS является отсутствие средств защиты от несанкционированного доступа к ресурсам ПК и ОС.

MS DOS состоит из следующих основных модулей:

Базовая система ввода/вывода (BIOS — Basic Input-Output System). Она выполняет наиболее простые и универсальные услуги операционной системы, связанные с осуществлением ввода-вывода. В функции BIOS входит также автоматическое тестирование основных аппаратных компонентов при включении машины и вызов блока начальной загрузки DOS.

Блок начальной загрузки (Boot Record — загрузчик) Это короткая программа, функция которой заключается в считывании с диска в оперативную память двух других частей DOS — модуля расширения базовой системы ввода/вывода и модуля обработки прерываний.

Модуль расширения базовой системы ввода/вывода (IO.SYS) создает возможность использования дополнительных драйверов, обслуживающих новые внешние устройства, а также драйверов для нестандартного обслуживания внешних устройств.

Модуль обработки прерываний (MSDOS.SYS). Он реализует основные высокоуровневые услуги DOS.

Командный процессор (COMMAND.COM). Обрабатывает команды, вводимые пользователем.

Утилиты MS DOS (от лат. utilitas) — программы, поставляемые вместе с операционной системой в виде отдельных файлов и выполняющие действия обслуживающего характера.

Операционные системы Windows. В настоящее время большинство ПК работают под управлением той или иной версии операционной системы Windows фирмы Microsoft.

Так Windows 95 представляет собой универсальную высокопроизводительную многозадачную 32-разрядную ОС нового поколения с графическим интерфейсом и расширенными сетевыми возможностями.

 

Определение. Windows 95 — интегрированная среда, обеспечивающая эффективный обмен информацией между отдельными программами и предоставляющая пользователю широкие возможности работы с текстовой, графической, звуковой и видеоинформацией. Интегрированность подразумевает также совместное использование ресурсов компьютера всеми программами.

Эта операционная система обеспечивает работу пользователя в сети, предоставляя встроенные средства поддержки для обмена файлами и меры по их защите, возможность совместного использования принтеров, факсов и других общих ресурсов. Windows 95 позволяет отправлять сообщения электронной почтой, факсимильной связью, поддерживает удаленный доступ. Применяемый в Windows 95 защищённый режим не позволяет прикладной программе в случае сбоя нарушить работоспособность системы, надежно предохраняет приложения от случайного вмешательства одного процесса в другой, обеспечивает определённую устойчивость к вирусам.

Пользовательский интерфейс Windows 95 прост и удобен. Система предназначена для установки на настольных ПК и компьютерах блокнотного типа с процессором i 486 или Pentium. Рекомендуемый размер оперативной памяти 64-128 Мбайт. После включения компьютера и выполнения тестовых программ BIOS операционная система Windows 95 автоматически загружается с жесткого диска.

Windows 98 отличается от Windows 95 тем, что в ней операционная система объединена с браузером Internet Explorer посредством интерфейса, выполненного в виде Web-браузера. Кроме этого, в ней улучшена совместимость с новыми аппаратными средствами ПК, она одинаково удобна для использования как в настольных, так и в портативных компьютерах.

Windows NT (NT — New Technology) — это операционная система, использующая все возможности новейших моделей персональных компьютеров и работающая без DOS. Windows NT — 32-разрядная ОС со встроенной сетевой поддержкой и развитыми многопользовательскими средствами. Она предоставляет пользователям истинную многозадачность, многопроцессорную поддержку, секретность, защиту данных и многое другое. Эта операционная система очень удобна для пользователей, работающих в рамках локальной сети, для коллективных пользователей, особенно для групп, работающих над большими проектами и обменивающихся данными.

Windows 2000 Professional — операционная система нового поколения для делового использования на самых разнообразных компьютерах — от портативных до серверов. Эта ОС является удобной для ведения коммерческой деятельности в Internet. Она объединяет присущую Windows 98 простоту использования с присущими Windows NT надежностью, экономичностью и безопасностью.

Windows CE 3.0 — операционная система для мобильных вычислительных устройств, таких, как карманные компьютеры, цифровые информационные пейджеры, сотовые телефоны, мультимедийные и развлекательные приставки, включая DVD-проигрыватели и устройства целевого доступа в Internet. Windows CE — 32-разрядная многозадачная операционная система, имеющая открытую архитектуру, разрешающую использование множества устройств. Она компактна, но высоко производительна. Это мобильная система, функционирующая с микропроцессорами различных марок и изготовителей. Для нее есть программы Word и Excel, которые совместимы с их настольными аналогами. Имеет интегрированную систему управления питанием.

Операционная система OS/2. ОС OS /2 была разработана фирмой IBM в 1987 году в связи с созданием нового семейства ПК PS/2. OS /2 ( Operating System /2) является 32-разрядной графической многозадачной операционной системой для IBM PS-совместимых компьютеров, позволяет организовать параллельную работу нескольких прикладных программ, обеспечивая при этом защиту одной программы от другой и операционной системы от работающих в ней программ. OS /2 обладает удобным графическим пользовательским интерфейсом и совместима с файловой системой DOS, что дает возможность использовать данные как в DOS, так и в OS /2 без каких-либо преобразований. Главный недостаток OS /2 — малое число приложений для нее, что делает эту систему менее популярной, чем MS - DOS и Windows.

Операционная система Unix . ОС Unix была создана в Bell Telephone Laboratories. Unix — многозадачная многопользовательская операционная система. Ядро ОС Unix написано на языке высокого уровня C и имеет только около 10 процентов кода на ассемблере. Это позволяет переносить Unix на другие аппаратные платформы и достаточно легко вносить в нее серьезные изменения и дополнения. В многочисленные существующие версии Unix постоянно вносятся изменения. С одной стороны, это расширяет возможности системы, делает ее мощнее и надежнее, с другой — ведет к появлению различий между существующими версиями. В связи с этим возникает необходимость стандартизации различных свойств системы. Наличие стандартов облегчает переносимость приложений между различными версиями Unix и защищает как пользователей, так и производителей программного обеспечения. Поэтому в 80-х годах разработан ряд стандартов, оказывающих влияние на развитие Unix. Сейчас существуют десятки операционных систем, которые можно объединить под общим названием Unix. В основном, это коммерческие версии, выпущенные производителями аппаратных платформ для компьютеров своего производства. Несмотря на разнообразие версий Unix, основой всего семейства являются принципиально одинаковая архитектура и ряд стандартных интерфейсов. Для системного администратора переход на другую версию не составит большого труда, а для пользователей он может и вовсе оказаться незаметным. Файловая система Unix — это не только доступ к данным, хранящимся на диске. Через унифицированный интерфейс файловой системы осуществляется доступ к терминалам, принтерам, сети и т.п. Для Unix имеется большое количество приложений, в том числе свободно распространяемых, начиная от простейших текстовых редакторов и заканчивая мощными системами управления базами данных.

Примечание.

Unix является одной из наиболее открытых систем. Кроме того, она способна выполнять большое количество различных функций, в частности, работать, как вычислительный сервер, как сервер базы данных, как сетевой сервер, поддерживающий важнейшие сервисы сети и т.д.

Операционная система Linux . Начало созданию системы Linux положено финским студентом Линусом Торвальдсом (Linus Torvalds). В сентябре 1991 года он распространил по электронной почте первый прототип своей операционной системы, и призвал откликнуться на его работу всех, кому она нравится или нет. С этого момента многие программисты стали поддерживать Linux, добавляя драйверы устройств, разрабатывая разные приложения и др. Атмосфера работы энтузиастов над полезным проектом, а также свободное распространение и использование исходных текстов стали основой феномена Linux. В настоящее время Linux — очень мощная бесплатно распространяемая (free) операционная система. Линус Торвальдс разработал не саму операционную систему, а только ее ядро, подключив уже имеющиеся компоненты. Сторонние компании, увидев хорошие перспективы для развития своего бизнеса, довольно скоро стали насыщать ОС утилитами и прикладным ПО. Недостаток такого подхода — отсутствие унифицированной и продуманной процедуры установки системы, и это до сих пор является одним из главных сдерживающих факторов для более широкого распространения Linux.

Примечание.

Феномен Linux вызвал к жизни разговоры о том, что родилась новая философия программирования, принципиально отличающаяся от того, что было раньше. Традиционные стадии жизненного цикла программного продукта таковы — анализ требований, разработка спецификаций, проектирование, макетирование, написание исходного текста, отладка, документирование, тестирование и сопровождение. Однако, Linux создавалась по-иному. Готовый работающий макет постоянно совершенствовался и развивался группой энтузиастов, действия которых лишь слегка координировались.

Операционные системы реального времени (ОС РВ) . Термин «реальное время» в самом широком смысле слова можно применять к системе по обработке информации в тех случаях, когда требуется, чтобы система имела гарантированное время реакции, то есть задержка ответа не превышала определенного времени. Как правило, это время колеблется от нескольких микросекунд до нескольких десятых долей секунды.

ОС РВ в основном применяются в автоматизации таких областей, как добыча и транспортировка нефти и газа, управление технологическими процессами, водоснабжение, энергетика, управление роботами, банковское дело и др.

Среди наиболее известных ОС РВ для IBM PC используются RTMX , AMX , OS -9000, FLEX OS , QNX и др. Из них выгодно выделяется 32-разрядная ОС PB QNX своим полным набором инструментальных средств, к которым пользователь привык при работе с ОС семейства DOS или UNIX.

4.7.1.2.Сервисные программы.

Определение. Сервисное программное обеспечение — это совокупность программных продуктов, представляющих пользователю дополнительные услуги в работе с компьютером и расширяющих возможности операционных систем.

По функциональным возможностям сервисные программы можно разделить на:

Улучшающие пользовательский интерфейс;

Защищающие данные от разрушения и несанкционированного доступа;

Восстанавливающие данные;

Ускоряющие обмен данными между диском и ОЗУ;

Архивации - разархивации;

Антивирусные средства.

По способу организации и реализации сервисные средства могут быть представлены оболочками, утилитами и автономными программами. Разница между оболочками и утилитами зачастую выражается лишь в универсальности первых и специализации вторых.

Определение. Оболочки — это программы, созданные для упрощения работы со сложными программными системами, такими, например, как DOS. Они преобразуют неудобный командный пользовательский интерфейс в дружественный графический интерфейс или интерфейс типа "меню". Оболочки предоставляют пользователю удобный доступ к файлам и обширные сервисные услуги.

Самая популярная оболочка для ОС MS DOS IBM-совместимых ПК — пакет программ Norton Commander. Он обеспечивает:

Создание, копирование, пересылку, переименование, удаление, поиск файлов, а также изменение их атрибутов;

Отображение дерева каталогов и характеристик входящих в них файлов в форме, удобной для восприятия человека;

Создание, обновление и распаковку архивов (групп сжатых файлов);

Просмотр текстовых файлов;

Редактирование текстовых файлов;

Выполнение из её среды практически всех команд DOS;

Запуск программ;

Выдачу информации о ресурсах компьютера;

Создание и удаление каталогов;

Поддержку межкомпьютерной связи;

Поддержку электронной почты через модем.

Наиболее известными сервисными средствами являются программы обслуживания магнитных дисков, программы архивации данных и антивирусные программные средства. Рассмотрим их подробнее.

Программы обслуживания магнитных дисков -— эти программы предназначены для автоматического поиска ошибок и неисправностей в работе магнитных дисков (гибких и жестких), причинами которых могут быть:

Физическое повреждение магнитного слоя;

Загрязнение поверхности диска;

Аварийное отключение ПК;

Несвоевременное извлечение дискет из дисководов;

Перезагрузка ОС после аварийной ситуации;

Воздействие компьютерных вирусов;

Фрагментация файлов при интенсивной эксплуатации ПК и т.д.

Для восстановления удаленных файлов и каталогов на диске применяются программы Undelete (в составе ОС MS DOS) и UnErase (пакет сервисных программ Norton Utilites).

Для восстановления поврежденных файлов или дисков используются программы Scandisk (в составе OS MS DOS) и NDD - Norton Disk Doktor (пакет Norton Utilites). Повреждения могут проявляться в виде физических или логических дефектов.

Физические дефекты возникают в результате механических повреждений, воздействия электромагнитных полей или старения магнитного покрытия диска (дефектные сектора и кластеры).

Логические дефекты связаны с повреждениями системной области диска на нулевой дорожке (таблица разделов жесткого диска, FAT–таблица, загрузочный сектор, каталоги диска). При этом на диске образуются потерянные или общие кластеры, что приводит к засорению дискового пространства.

Файл, занимающий на диске несмежные кластеры, называется фрагментированным. Для устранения фрагментации дисков применяются программы Speed Disk (пакет Norton Utilites) и Defrag (в составе MS DOS).

Программы-архиваторы .

Определение. Сжатие информации — это процесс её преобразования к виду, при котором уменьшается избыточность представления данных и требуется меньший объем памяти для её хранения на диске. Сжиматься могут как один, так и несколько файлов, которые в сжатом виде помещаются в архивный файл (архив).

Степень сжатия файлов характеризуется коэффициентом сжатия К_с и выражается в %. К_с зависит от конкретной программы сжатия, метода сжатия и типа исходного файла. Лучше всего сжимаются графические и текстовые файлы (5 - 40%), хуже — программные файлы (60-90%). Почти не сжимаются архивные файлы.

Определение. Архивация (упаковка) — это помещение исходных файлов в архивный файл в сжатом (или несжатом) виде. А разархивация (распаковка) — это процесс восстановления файлов из архива и размещение их на диске или в оперативной памяти).

Большие по объему архивные файлы могут размещаться на нескольких дисках (многотомные архивы).

Примечание.

Наиболее популярными программами-архиваторами являются: ZIP , RAR и их более современные версии WinZIP , WinRAR и др.

Определение. C амораспаковывающийся архивный файл — это исполняемый программный модуль (*.exe), который способен к самостоятельной разархивации находящихся в нем файлов без использования программы-архиватора.

Антивирусные программные средства .

Определение. Компьютерный вирус [19] ⁾ — это специальная программа, способная присоединяться к другим программам, создавать свои копии и внедрять их в файлы, системные области дисков, оперативную память и вычислительные сети с целью нарушения их работоспособности.

Примечание.

Вирус может проникнуть в ПК через дискеты, лазерные диски, сеть и электронную почту.

Определение. Зараженная программа — это программа, содержащая внедренный в неё компьютерный вирус, а зараженный диск — это диск, в загрузочном секторе которого находится компьютерный вирус.

Примечание.

Основные признаки проявления вирусов:

Ошибки в работе ранее исправных программ;

Замедление работы ПК;

Невозможность загрузки ОС;

Исчезновение с диска файлов и каталогов или искажение их содержимого;

Изменение даты и времени создания файлов;

Уменьшение размера свободной ОП;

Изменение размеров файлов;

Появление на экране непредусмотренных сообщений или изображений, подача звуковых сигналов;

Частые сбои в работе ПК и т.д.

Однако, все это может быть и следствием других причин.

Известно несколько десятков тысяч различных вирусов. Наиболее часто заражению подвержены загрузочные сектора дисков и исполняемые файлы (*.com, * exe). Реже заражаются текстовые и графические файлы.

Компьютерные вирусы ¹⁾ классифицируют по следующим признакам:

По среде обитания:

Сетевые - имеют способность распространяться по компьютерным сетям;

ф айловые — внедряются в исполняемые файлы (*.com, *.exe). В других типах файлов они не получают управления и теряют способность к размножению;

з агрузочные — внедряются в загрузочный сектор диска (Boot Record);

ф айлово-загрузочны e - заражают как файлы, так и загрузочные сектора дисков.

По способу заражения среды обитания:

р езидентные — внедряют в ОП свою резидентную часть, которая остаётся активной вплоть до выключения или перезагрузки ПК. Перехватывают обращения ОС к файлам или системным областям дисков и заражают их;

н ерезидентные — не заражают память ПК и остаются активными лишь ограниченное время.

По степени воздействия на объект заражения:

н еопасные — проявляются в каких-либо графических или звуковых эффектах. Не мешают работе ПК, но уменьшают объем свободной ОП;

о пасные  — приводят к различным серьёзным нарушениям в работе ПК;

о чень опасные — уничтожают данные и служебную информацию на дисках.

По особенностям алгоритма воздействия:

п аразитические — изменяют содержимое файлов и секторов диска. Могут быть легко обнаружены и уничтожены;

р епликаторы (черви) — распространяются по компьютерным сетям, вычисляют адреса компьютеров и записывают по ним свои копии;

н евидимки (стелс-вирусы) — перехватывают обращения ОС к зараженным файлам и подставляют вместо своего тела незараженные участки диска;

м утанты — содержат алгоритмы шифровки, благодаря которым копии вирусов имеют различия, что затрудняет их обнаружение;

т роянские (квазивирусы) — неспособны к самораспространению, но, маскируясь под полезную программу, разрушают файловую систему и загрузочный сектор диска.

Для организации антивирусной проверки и лечения компьютера от вирусов используются Антивирусные программы. Их классифицируют следующим образом:

Детекторы — выявляют характерную для конкретного вируса сигнатуру (последовательность байтов) и выдают соответствующее сообщение об этом. Недостаток – могут находить только те вирусы, которые были известны при разработке таких программ.

Доктора (фаги) – находят зараженные файлы и лечат их (удаляют из файла тело вируса). В начале своей работы фаги проверяют ОП, а затем переходят к лечению файлов. Полифаги – это доктора, предназначенные для поиска и уничтожения большого количества вирусов (Scan , Antivirus , Aidstest , Doctor Web , AVP Касперского).

Ревизоры — запоминают исходное состояние файлов, каталогов и системных областей диска, а затем периодически (или по желанию пользователя) сравнивают его с текущим состоянием в процессе работы ПК. Обнаруженные изменения выводятся на экран монитора. Ревизоры имеют достаточно развитые алгоритмы, могут обнаруживать стелс-вирусы и относятся к самым надежным средствам защиты (Adinf фирмы «Диалог-Наука»).

Фильтры (сторожа) — небольшие резидентные программы, выявляющие подозрительные действия при работе ПК, характерные для вирусов: попытки коррекции файлов *.com, *. exe; изменение атрибутов файлов; запись в загрузочный сектор диска; загрузка резидентной программы и т.д. При этом сторож выдает пользователю запрос о разрешении или запрете указанных действий. Недостатки – не могут лечить файлы и диски, замедляют работу пользователя (часто выдают предупреждения), могут конфликтовать с другими программами.

Вакцины (иммунизаторы) – резидентные программы, предотвращающие заражение файлов и дисков. Вакцина модифицирует объект защиты так, что это не отражается на его работоспособности, а вирус будет считать объект уже зараженным и не внедриться в него. Недостаток –вакцинация возможна только от известных вирусов.

Для защиты компьютеров от вирусов обычно используются следующие меры:

Установка на ПК современных антивирусных программ и постоянное обновление их версий;

Проверка дискет перед считыванием с них информации, записанной на другом ПК;

Проверка архивных файлов до и после их разархивации;

Периодическая проверка жесткого диска с защищенной от записи дискеты (окошко открыто) с предварительной загрузкой ОС с системной дискеты, также защищенной от записи;

Защита своих дискет от записи при работе на других ПК, если на них не будет записываться информация;

Создание на дискетах архивных копий особо ценной информации;

Изъятие из дисковода дискеты перед включением или перезагрузкой ПК для исключения возможности заражения загрузочными вирусами;

Проверка всех файлов, получаемых по компьютерным сетям;

Проверка лазерных дисков.

4.7.1.3.Системы программирования.

Определение. Системы программирования — это системы для разработки новых программ на конкретном языке программирования.

Современные системы программирования обычно предоставляют пользователям мощные и удобные средства разработки программ. В них входят:

Компилятор или интерпретатор;

Интегрированная среда разработки;

Средства создания и редактирования текстов программ;

Обширные библиотеки стандартных программ и функций;

Отладочные программы, т.е. программы, помогающие находить и устранять ошибки в программе;

"Дружественная" к пользователю диалоговая среда;

Многооконный режим работы;

Встроенная справочная служба и др.

Определение. Транслятор (от translator – переводчик) — это программа-переводчик. Она преобразует программу, написанную на одном из языков высокого уровня, в программу, состоящую из машинных команд.

Трансляторы реализуются в виде компиляторов или интерпретаторов. С точки зрения выполнения работы компилятор и интерпретатор существенно различаются.

Определение. Компилятор (от compiler — составитель, собиратель) читает всю программу целиком, делает ее перевод и создает законченный вариант программы на машинном языке, который затем и выполняется.

 

Определение. Интерпретатор (от interpreter — истолкователь, устный переводчик) переводит и выполняет программу строка за строкой.

Примечание.

После того, как программа откомпилирована, ни сама исходная программа, ни компилятор более не нужны. В то же время программа, обрабатываемая интерпретатором, должна заново переводиться на машинный язык при каждом очередном запуске программы. Откомпилированные программы работают быстрее, но интерпретируемые проще исправлять и изменять.

Каждый конкретный язык ориентирован либо на компиляцию, либо на интерпретацию — в зависимости от того, для каких целей он создавался. Так, в частности, Паскаль обычно используется для решения довольно сложных задач, в которых важна скорость работы программ. По этим причинам язык Паскаль обычно реализуется с помощью компилятора. С другой стороны, Бейсик создавался как язык для начинающих программистов, для которых построчное выполнение программы имеет неоспоримые преимущества. Иногда для одного языка имеется и компилятор, и интерпретатор. В этом случае для разработки и тестирования программы можно воспользоваться интерпретатором, а затем откомпилировать отлаженную программу, чтобы повысить скорость ее выполнения.

Примечание.

К наиболее популярным системам программирования относятся Turbo Basic, Quick Basic, Turbo Pascal, Turbo C.

В последнее время получили распространение системы программирования, ориентированные на создание Windows-приложений. Это:

Пакет Borland Delphi (Дельфи) — блестящий наследник семейства компиляторов Borland Pascal, предоставляющий качественные и очень удобные средства визуальной разработки. Его исключительно быстрый компилятор позволяет эффективно и быстро решать практически любые задачи прикладного программирования.

Пакет Microsoft Visual Basic — удобный и популярный инструмент для создания Windows-программ с использованием визуальных средств. Содержит инструментарий для создания диаграмм и презентаций.

Пакет Borland C++ — одно из самых распространённых средств для разработки DOS- и Windows-приложений.

Системы программирования могут выделяться в отдельную категорию инструментальных программных средств.

4.7.1.4.Программы технического обслуживания.

Определение. Программы технического обслуживания — это совокупность программно-аппаратных средств для диагностики и обнаружения ошибок в процессе работы компьютера или вычислительной системы в целом.

Они включают в себя:

Средства диагностики и тестового контроля правильности работы ЭВМ и ее отдельных частей, в том числе автоматического поиска ошибок и неисправностей.

Специальные программы диагностики и контроля вычислительной среды информационной системы в целом, в том числе программно-аппаратный контроль, осуществляющий автоматическую проверку работоспособности системы обработки данных.

4.7.2.Прикладное ПО.

Прикладное программное обеспечение предназначено для разработки и выполнения конкретных задач (приложений) пользователя. Прикладное ПО работает под управлением базового ПО, в частности, операционных систем. В состав прикладного ПО входят следующие пакеты прикладных программ (ППП):

4.7.2.1.Редакторы.

Определение. Редактором называется ППП, предназначенный для создания и изменения текстов, документов, графических данных и иллюстраций.

Редакторы по своим функциональным возможностям можно подразделить на текстовые, графические и издательские системы.

Текстовые редакторы предназначены для обработки текстовой информации. К наиболее распространенным текстовым редакторам можно отнести MultiEdit , ChiWriter , Word Perfect, Microsoft Word и др.

Графические редакторы предназначены для обработки графических документов. Из наиболее известных графических редакторов можно назвать РС Paintbrush, Visio, Corel DRAW, Adobe Photoshop, Adobe Illust-rator и другие.

Издательские системы соединяют в себе возможности текстовых и графических редакторов. Эти системы ориентированы на использование в издательском деле и называются системами верстки. Из таких систем можно назвать продукты PageMaker фирмы Adobe и Ventura корпорации Publisher Corel.

4.7.2.2.Электронные таблицы.

Определение. Электронной таблицей называется ППП, предназначенный для обработки табличных документов.

Данные в таблице хранятся в ячейках, находящихся на пересечении столбцов и строк. В ячейке могут храниться числа, символические данные и формулы. Формулы задают зависимость значения одних ячеек от содержимого других ячеек. Изменение содержимого ячейки приводит к изменению значений в зависящих от нее ячейках.

К наиболее популярным ППП этого класса относятся такие продукты, как Microsoft Exel , Lotus 1-2-3, Quatro Pro и др.

4.7.2.3.Системы управления базами данных.

Для создания внутримашинного информационного обеспечения используются специальные ППП - системы управления базами данных.

Определение. База данных — это совокупность специальным образом организованных наборов данных, хранящихся на диске.

Управление базой данных включает в себя ввод данных, их коррекцию и манипулирование данными, то есть добавление, удаление, извлечение, обновление и т.д. Развитые СУБД обеспечивают независимость прикладных программ, работающих с ними, от конкретной организации информации в базах данных. В зависимости от способа организации данных различают: сетевые, иерархические, распределенные, реляционные СУБД.

Из имеющихся СУБД наибольшее распространение получили Microsoft Access , Microsoft FoxPro , Paradox (корпорации Borland), а также СУБД компаний Oracle , Informix , Ingles , Sybase , Progress и др. Более подробная характеристика СУБД содержится в разделе 10.

4.7.2.4.Интегрированные пакеты.

Определение. Интегрированными пакетами называются ППП, объединяющие в себя функционально различные программные компоненты ППП общего назначения.

Современные интегрированные ППП могут включать в себя:

Текстовый редактор;

Электронную таблицу;

Графический редактор;

СУБД;

Коммуникационный модуль.

В качестве дополнительных модулей в интегрированный пакет могут включаться такие компоненты, как система экспорта-импорта файлов, калькулятор, календарь, система программирования.

Информационная связь между компонентами обеспечивается путем унификации форматов представления различных данных. Интеграция различных компонентов в единую систему предоставляет пользователю неоспоримые преимущества в интерфейсе, но неизбежно проигрывает в части повышенных требований к оперативной памяти.

Из имеющихся пакетов можно выделить следующие: Framework , Starnave , Microsoft Office.

4.7.2.5.CASE-технологии.

CASE -технологии применяются при создании сложных информационных систем, обычно требующих коллективной реализации проекта, в котором участвуют различные специалисты: системные аналитики, проектировщики и программисты. Под CASE -технологией понимается совокупность средств автоматизации разработки информационной системы, включающей в себя методологию анализа предметной области, проектирования, программирования и эксплуатации ИС.

CASE -технология позволяет отделить проектирование информационной системы от собственно программирования и отладки — разработчик системы занимается проектированием на более высоком уровне, не отвлекаясь на детали. Это позволяет не допустить ошибок уже на стадии проектирования и получить более совершенные программные продукты. Эта технология изменяет все стадии разработки ИС, более всего отражаясь на этапах анализа и проектирования.

В настоящее время CASE -технологии — одна из наиболее динамично развивающихся отраслей информатики, объединяющая сотни компаний. Из имеющихся на рынке CASE-технологий можно выделить: Application Development Workbench ( ADW ) фирмы Knowlledge Ware, BPwin ( Logic Works ), CDEZ Tods ( Oracle ) и т.п.

Современные CASE-технологии успешно применяются для создания ИС различного назначения и сложности для банков, финансовых корпораций, крупных фирм. Они обычно имеют достаточно высокую стоимость и требуют длительного обучения и кардинальной реорганизации всего процесса создания ИС. Тем не менее экономический эффект применения CASE-технологий весьма значителен, и большинство современных серьезных программных проектов осуществляется именно с их помощью.

4.7.2.6.Экспертные системы (ЭС)

Постоянно возрастающие требования к средствам обработки информации в экономике и социальной сфере стимулировали компьютеризацию процессов решения эвристических (неформализованных) задач типа «что будет, если», основанных на логике и опыте специалистов. Основная идея при этом заключается в переходе от строго формализованных алгоритмов, предписывающих, как решать задачу, к логическому программированию с указанием, что нужно решать на базе знаний, накопленных специалистами предметных областей.

Примечание.

Основу экспертных систем составляет база знаний, в которую закладывается информация о данной предметной области. Имеются две основные формы представления знаний в ЭС: факты и правила. Факты фиксируют количественные и качественные показатели явлений и процессов. Правила описывают соотношения между фактами, обычно в виде логических условий, связывающих причины и следствия.

Определение. Экспертные системы — это системы обработки знаний в узкоспециализированной области подготовки решений пользователей на уровне профессиональных экспертов.

В качестве средств реализации экспертных систем используют так называемые оболочки экспертных систем. Примерами подобных оболочек являются: Шэдл (Диалог), Expert - Ease и др.

4.8.Файловая система и файловая структура.

Все программы и данные хранятся на устройствах внешней памяти компьютера в виде файлов.

Определение. Файл (file – папка) — это именованная область памяти (последовательность байтов произвольной длины) на диске или другом носителе, хранимая и обрабатываемая как единое целое. Данными, хранящимися в файлах, могут быть тексты, программы, закодированная графическая или звуковая информация и т. д.

Файл имеет имя и атрибуты и характеризуется размером в байтах, датой и временем его создания или последнего изменения.

Примечание.

Имя файла может быть полным и неполным. Полное (составное) имя файла в MS - DOS состоит из двух частей: имени файла и расширения, отделяемых точкой. Расширение, называемое также типом файла, может отсутствовать, в этом случае имя файла является неполным.

Символы, используемые в имени файла и его расширении, берутся из следующего набора:

Прописные (большие) и строчные (маленькие) буквы латинского алфавита;;

Цифры;

Символы: - _ $ # & @ ! % ( ) { } ‘ ~ ^

В имени файла может быть от одного до восьми символов а в расширении — от нуля до трех (для операционных систем типа MS DOS). В ОС Windows эти ограничения менее строгие – имя файла может содержать до 255 символов.

Некоторые из расширений (типов) файлов являются стандартными:

COM - готовый к выполнению файл (1-я разновидность);

EXE - готовый к выполнению файл (2-я разновидность) или исполняемый файл, главный файл любой пользовательской программы;

BAT - командный пакетный файл;

TXT - текстовый файл произвольного типа;

MDB - файл СУБД Access;

XLS – файл электронной таблицы Excel;

DOC - текстовый файл, содержащий документацию по какому-либо программному продукту или файл редактора Microsoft Word;

BMP - графический файл в точечном формате;

ARJ, RAR, ZIP - архивированные файлы и т.д.

Определение. Атрибутом файла называется параметр, определяющий правила просмотра и редактирования его содержимого.

Файл может иметь следующие атрибуты:

R ( Read - only ) — «только для чтения». При попытке обновить или уничтожить такой файл системными средствами ОС будет выдано сообщение об ошибочных действиях. Атрибут файла устанавливается для защиты файла от случайного изменения или уничтожения. 

H ( Hidden ) — «скрытый файл». При просмотре каталога стандартными средствами ОС сведения о скрытом файле не выдаются.

S ( System ) — «системный файл». Эти файлы использует операционная система.

A ( Archive ) — «архивный файл». Этот атрибут устанавливается при создании каждого нового файла и сбрасывается программными средствами архивации и резервирования.

 

Определение. Каталогом называется специальный файл, в котором содержаться сведения о других файлах и каталогах, а именно:

Полное имя;

Время и дата создания или последнего изменения;

Размер в байтах;

Атрибуты;

Некоторые другие сведения о файловой структуре диска.

Примечание.

Выражение «файл входит в каталог» или «файл содержится в каталоге» означает, что сведения об этом файле содержатся в данном каталоге (или директории, directory - справочник, указатель).

На магнитном диске всегда существует главный, или корневой каталог, который создается в процессе форматирования диска. Количество файлов, зарегистрированных в корневом каталоге, зависит от типа и емкости диска. Большое количество файлов в корневом каталоге неудобно для пользователя. Кроме того, может возникнуть ситуация, когда емкости главного каталога окажется недостаточно для всех файлов, подлежащих хранению на диске. Поэтому любая ОС предоставляет возможность создавать на диске иерархическую систему каталогов. В этой системе элементами каталога могут быть не только обычные файлы, но и другие подчиненные каталоги (подкаталоги), которые, в свою очередь, могут включать наряду с файлами подкаталоги более низкого уровня. Количество элементов в подкаталоге ограничено (практически) только емкостью диска. Обычно подкаталоги для краткости называют просто каталогами.

Примечание.

Корневой каталог именуется (обозначается) символом \ (обратный слэш). Корневой каталог на каждом диске единственный и не может быть удален программными средствами.

Правила именования некорневых каталогов совпадают с правилами именования файлов, однако расширения при этом, как правило, не используются.

Все современные операционные системы обеспечивают создание файловой системы, предназначенной для хранения данных на внешних носителях и обеспечения доступа к ним.

Для носителей с небольшим количеством файлов (до несколь­ких десятков) может использоваться одноуровневая файловая система, когда корневой каталог представляет со­бой линейную последовательность имен файлов. Такой каталог можно сравнить с оглавлением детской книж­ки, которое содержит только названия отдельных рассказов.

Если на носителе хранятся сотни файлов, то для удобства работы с ними используется многоуровневая иерархиче­ская файловая система, имеющая древовидную струк­туру. Такую систему можно сравнить, на­пример, с оглавлением книги, содержащим разделы, главы, парагра­фы и пункты.

Примерами файловых систем, используемых в ПК, могут служить системы FAT-16, FAT-32, NTFS (New Technology File System) и др.

Каждый диск имеет свою файловую структуру, которая формируется по следующим правилам:

В разных каталогах у файлов могут быть одинаковые имена, но в одном каталоге имена файлов должны различаться;

На порядок следования файлов и каталогов в каталоге никаких ограничений не накладывается;

Глубина вложенности каталогов ограничивается количеством символов в длине пути каталогов.

Каталоги ОС образуют иерархическую структуру, называемую деревом каталогов, в котором главный каталог образует «корень» дерева (отсюда второе название главного каталога — «корневой»), а остальные каталоги подобны ветвям.

Примечание.

Если какие-либо файлы и (или) подкаталоги объединены в каталог, то говорят, что они входят (вложены) в этот каталог. Однако, это объединение не означает, что они каким-либо образом сгруппированы в одном месте на диске.

При обращении к файлу необходимо указать путь доступа к нему согласно спецификации, имеющей следующий формат:

[устройство] [путь каталогов] имя файла [. тип]

Квадратные скобки означают, что соответствующую часть формата можно опустить. Часть формата устройство означает носитель, на котором находится файл или куда он записывается. Если носитель не указан, то по умолчанию используется текущее устройство. Путь каталогов задает маршрут от корневого или текущего каталога к файлу.

Определение. Текущее устройство — это устройство (носитель), с которым в настоящий момент работает пользователь. Его имя является значением по умолчанию для имени устройства в спецификации файла.

Примечание.

Имена каталогов в пути разделяются символом «\». Если путь начинается символом «\», то поиск файла начинается с корневого каталога. Если путь опущен, то подразумевается текущий каталог.

Определение. Текущим называется каталог, который открыт в настоящий момент на текущем устройстве. Иногда используют понятие рабочего каталога, подразумевая под этим текущий каталог текущего устройства. Его имя является значением по умолчанию для имени каталога в спецификации файла.

Жесткий магнитный диск программно может быть разделен на несколько частей, с которыми можно работать как с отдельными дисками. Эти части называются логическими дисками или разделами, каждому из которых, как и отдельному устройству, присваивается имя в виде латинской буквы с символом «:». При этом, как правило, дисковод FDD именуется А:, а разделы HDD – начиная с С: . Другие устройства внешней памяти в составе ПК (CD-ROM, стример и т.д.) получают имена, следующие в алфавитном порядке за именем последнего раздела винчестера. Логический диск (или устройство), с которого производится загрузка операционной системы, называется системным.

4.9.Правовая охрана программ и данных.

Алгоритм 2.

алг

нач

если корень слова начинается со звонкой согласной

I то на конце приставки написать «з»

I иначе на конце приставки написать «с»

все

кон

§ Структурное схема алгоритма (графическая схема алгоритма) .

Алгоритм наиболее удобно изображать графически с помощью блок-схем или граф-схем.

Определение. Блок-схемы — это набор элементов, называемых блоками, соединенных между собой линиями или стрелками. Линии называются линиями потока. Они отражают последовательность выполнения действий, определяемых каждым блоком.

Примечание.

Представление алгоритмов в виде блок-схем строго регламентировано, так как оно должно соответствовать стандартам. Основное направление потока информации идет сверху вниз и слева направо, здесь стрелки на линиях потока можно не указывать. В остальных случаях наличие стрелок обязательно. Блоки можно нумеровать. Порядковые номера проставляются в верхней левой части блока в разрыве его контура.

Для представления широкого класса алгоритмов достаточно знание следующих основных типов блоков.

1. Блок начала программы, «Пуск» («Начало»), представляет собой овал с выходящей из него линией потока. В овале может быть приведена вспомогательная или поясняющая информация, например. Блок оконча-ния програм-мы, «Останов» (рис.6.1).

2. Вычислительный блок «Про-цесс», изображаемый прямоугольником с входящей и исходящей стрелками (рис.6.2). В блоке указывается (с различной степенью детализации) последовательность реализуемых действий.

3. Блоки ввода и вывода информации, «Ввод-вывод», изображаются параллелограммом с входящей и исходящей стрелками. Это относится к любым носителям информации (рис. 6.3). В блоке указываются вводимые или выводимые данные.

4. Логический блок, «Решение», изображаемый в виде ромба с одной входящей и двумя или несколькими выходящими стрелками (рис.6.4). Внутри ромба помещается текст логического вопроса, допускающего или двоичный ответ (да/нет), или несколько вариантов выбора. В любом случае над линиями потока пишутся условия прохождения по этой ветви.

Рис.6.4 Пример блоков Решение.

5. Специально для отображения циклических структур введен блок заголовка цикла, «Модификация», после которого идут блоки операций из которых состоит цикл (рис.6.5). Применяется для заранее определенного количества циклов. С последнего блока линия потока должна возвращаться на заголовок цикла. Вторая линия из блока выходит по условию окончания цикла.

Рис.6.5. Пример блоков Модификация

6. Если модуль или подпрограмма составлены и описаны отдельно, то используется блок «Предопределенный процесс» (рис.6.6). В нем указывается название подпрограммы или программного модуля.

Рис.6.6. Пример блоков Предопределенный процесс.

7. Для пояснения отдельных блоков, их групп и линий потока используются «комментарии» (рис.6.7). Они записываются справа от блоков и соединяются с ними пунктирной линией. В комментариях может находиться любая поясняющая информация.

Рис.6.7. Пример комментария.

8. При большом количестве блоков или линий связи линии потока можно прерывать, используя «соединители», изображаемые в виде круга (рис.6.8). Внутри круга ставятся цифры или комбинации букв и цифр, но одинаковые в начале и в конце обрыва линии потока.

Рис.6.8. Пример соединителей.

Использование этих блоков позволяет наглядно представить алгоритм вычислений. Всего же ГОСТ 19002-80 и ГОСТ 19003-80 устанавливает для изображения схем алгоритмов и программ 42 символа. Из них 30 – обязательных, а 12 – рекомендуемых.

Пример: Приведем в качестве примера запись алгоритма решения линейного уравнения x+2 = = 3 x–4 в виде блок-схемы (Алгоритм 3  на рис.6.9).

6.4.Основные алгоритмические конструкции. Детализация алгоритмов.

Алгоритмические конструкции можно разделить на три основных типа: линейная, разветвляющаяся и циклическая.

Наиболее простым является линейный алгоритм, содержащий набор шагов, выполняемых один за другим. Линейный алгоритм состоит из блоков, соединенных последовательно. Пример линейного алгоритма приведен на рис 6.9.

Более сложным является разветвляющийся (ветвящийся) алгоритм, имеющий несколько вариантов выполнения, реализуемых в зависимости от удовлетворения каких-либо логических условий.

Пример: Определить, является ли число а положительным (Алгоритм 4  на рис.6.10).

Циклическая конструкция алгоритма предусматривает наличие цикла. Цикл – это многократно выполняемый участок алгоритма. Циклический алгоритм при каждом исполнении предписывает многократное выполнение одной и той же последовательности действий.

Пример: Вычислить сумму целых чисел от 1 до 10.

Обозначим сумму – S, число – а. Все а будут изменяться по правилу, что каждое последующее значение а будет равно предыдущему значению а плюс 1, т.е. а=а+1, до тех пор, пока а станет равно 10. На рис.6.11 изображена блок-схема алгоритма решения данного примера (Алгоритм 5  на рис.6.11).

По степени детализации алгоритмы подразделяются на укрупненные и детальные.

§ Укрупненный алгоритм содержит только наиболее важные (существенные) действия, отражающие суть процесса решения требуемой задачи, т.е. описывает алгоритм решения задачи обобщенно, на уровне метода решения.

§ Детальный алгоритм точно описывает процесс решения задачи, поэтому его предписания легко могут быть преобразованы в исполняемую программу.

При построении новых алгоритмов могут использоваться алгоритмы, составленные ранее. Алгоритмы, целиком используемые в составе других алгоритмов, называются вспомогательными или подчиненными.

Примечание.

Обычно алгоритмы составляются с использованием всех видов конструкций.

6.5.Методы разработки алгоритмов.

Существуют два основных метода разработки алгоритмов — метод последовательной детализации и сборочный метод,

§ Метод последовательной детализации , иначе называемый методом разработки сверху вниз, заключается в следующем. Сначала алгоритм формируется в самых общих чертах, шаги алгоритма описываются наиболее обще, укрупнено, и обычно выходят за рамки возможностей исполнителя. При каждом последующем этапе отдельные шаги алгоритма уточняются, при этом недоступные исполнителю команды записываются как вызовы вспомогательных алгоритмов. Процесс продолжается до тех пор, пока алгоритм не будет состоять из команд, понятных исполнителю.

§ Сборочный метод , или разработка снизу вверх, алгоритмов происходит соединением отдельных вспомогательных алгоритмов в один общий. Собрав, таким образом, из нескольких вспомогательных алгоритмов сначала модули, далее из этих модулей - алгоритмы решения подзадач. Процесс продолжается, пока не будет построен весь алгоритм решения задачи.

6.6.Понятие о языках программирования. Классификация языков программирования.

Определение. Программа — это упорядоченная последовательность команд, подлежащая обработке; последовательность предложений языка программирования, описывающая алгоритм решения задачи.

Определение. Языком программирования называется формальный язык, предназначенный для описания алгоритмов решения задач на ЭВМ. Набор правил построения конструкций языка называется синтаксисом языка программирования, а совокупность значений (смысл) всех конструкций языка, определяющих состав реализуемых в языке вычислительных процедур, — семантикой языка программирования.

Языки программирования можно разделить на два больших класса: высокого и низкого уровня [23]⁾. Здесь уровень языка характеризуется сложностью задач, решаемых с помощью этого языка.

§ Язык программирования, ориентированный на конкретный тип процессора и учитывающий его особенности называется языком программирования низкого уровня. Операторы такого языка близки к машинному коду и ориентированы на конкретные команды процессора. Например, языком низкого уровня является язык ассемблер.

§ Языки программирования высокого уровня значительно ближе и понятнее человеку. Особенности конкретных компьютерных архитектур в них не учитываются, поэтому программы, составленные на таких языках, могут использоваться на разных типах компьютеров. Разрабатывать такие программы значительно проще, а ошибок при создании программ допускается меньше. Для преобразования этих программ в машинные коды существуют специальные программы – трансляторы, а перевод выполняет сам компьютер. К языкам высокого уровня относятся такие широко распространенные языки программирования, как С (Си), С++, Паскаль, Бейсик, HTML и другие.

Языки программирования можно классифицировать по их назначению: Алгоритмические языки, Языки программирования баз данных, Языки программирования для Интернета и другие.

§ Для создания компьютерных программ используются Алгоритмические языки программирования. Алгоритмический (процедурный) язык программирования — это язык программирования, предназначенный для записи алгоритмов, исполняемых на ЭВМ. Однако не всякий язык программирования является алгоритмическим. К ним относятся С (Си), С++, Паскаль, Бейсик, Java (Джава, Ява), Fortran (Фортран), Cobol (Кобол) и многие другие.

§ Языки программирования баз данных отличаются от алгоритмических языков, прежде всего решаемыми задачами: они используются для управления базами данных. Базы данных используются для хранения больших массивов информации. Для их обработки и выборки групп записей по определенным признакам были созданы структурированный язык запросов SQL и другие. Для работы с базами данных разработаны системы управления базами данных (СУБД), в которых помимо поддержки, например, языка SQL обычно имеется свой уникальный язык, ориентированный на особенности этой СУБД.

§ Языки программирования для Интернета называют скрипт-языками. Они предназначены для работы с текстовыми и мультимедийными документами. Перевод с них осуществляется интерпретаторами. К ним относятся широко распространенный язык гипертекстовой разметки HTML, а так же VRML и другие.

Существуют и другие проблемно-ориентированные языки, например, языки для моделирования.

6.7.Средства создания программ.

Исходная программа является обычным текстом, поэтому для ее записи используются текстовые редакторы.

Чтобы получить работающую программу, надо этот текст либо автоматически перевести в машинный код с использованием программы-компилятора, а затем использовать отдельно от исходного текста, либо сразу выполнять команды языка, указанные в тексте программы, с помощью программы-интерпретатора.

Компиляторы (часто называемые трансляторами) полностью обрабатывают весь текст программы: выполняют смысловой анализ, поиск синтаксических ошибок, а затем автоматический перевод (трансляцию) на машинный язык. При этом получается объектный код, который, кроме машинного кода, содержит некоторую дополнительную информацию для отладки программы и компоновки (объединения) с другими модулями.

Интерпретатор выделяет очередной оператор из текста программы, переводит его в машинный код и сразу исполняет. При этом, если один и тот же оператор должен выполняться в программе многократно, интерпретатор всякий раз будет выполнять его так, как будто встретил впервые, поэтому интерпретаторы работают медленно. Но с помощью интерпретатора можно в любой момент времени остановить работу программы, исследовать содержимое памяти, изменить некоторые данные, то есть проводить отладку программы.

Часто используемые конструкции языка помещаются в отдельные файлы – модули, входящие в библиотеку модулей, и доступные для использования в любых программах. В системы программирования включаются стандартные модули для работы, например, с монитором, звуком, принтером и другие.

Редактор связей , иначе называемый компоновщиком или сборщиком, собирает вместе файл с объектным кодом и другие модули, и преобразует их в исполняемый код, помещаемый в исполняемый файл. В результате получается компактная и эффективная программа, которая может работать уже без компилятора.

На практике при составлении программы человек допускает ошибки, которые либо обнаруживаются компилятором, либо просто приводят к неверной работе программы. Поэтому все перечисленные шаги приходится повторять многократно, до тех пор, пока программа не заработает правильно. Этот процесс называется отладкой. Программа-отладчик позволяет просматривать ход выполнения программы и изменение данных, выполнять определенные действия для анализа и ускорения поиска того места в программе, которое работает неверно.

Все перечисленные программные средства входят в состав интегрированной системы разработки программ, называемой системой программирования.

Определение. Системой программирования называется совокупность языковых и программных средств, предназначенных для написания, тестирования и отладки программ для ЭВМ. Благодаря ей существенно облегчается и ускоряется работа программиста.

6.8.Базовые элементы алгоритмических языков программирования.

Любой язык программирования характеризуется определенным набором конструктивных элементов. К таким базовым элементам, в частности, относятся: Алфавит и служебные слова, Структура программы, Данные, Подпрограммы. Охарактеризуем их подробнее.

Алфавит и служебные слова. Языки программирования, так же как и разговорные, имеют свой алфавит.

Определение. Алфавитом языка программирования называют набор символов, с помощью которых составляется программа.

Служебные слова (в каждом языке программирования) необходимы для записи текста программы. Так как языки программирования являются формальными, а не разговорными, то служебные слова не подлежат изменению или сокращению – это просто иная форма записи символов. Например: Begin , For и т.д.

Структура программы . Алгоритмические языки являются, как правило, операторными языками, т.е. отдельными предложениями являются операторы, с помощью которых задаются действия. Программа же представляет собой формальную запись некоторого алгоритма.

В соответствии с последним принципом программа на любом алгоритмическом языке состоит из двух частей:

Описания данных, с которыми оперируют действия.

Описания последовательности действий, которые необходимо выполнить,

Действия представляются операторами языка, данные вводятся посредством описаний и определений. Описания данных по тексту должны предшествовать описанию действий.

Данные. Данные есть сведения об объектах, их свойствах и отношениях. Все данные делятся на два класса – константы и переменные.

Константа – это величина, значение которой не изменяется в ходе выполнения программы.

Переменной называется величина, значение которой может изменяться в ходе выполнения программы.

Константы и переменные характеризуется типом данных, идентификатором (именем), значением и допустимыми операциями над ними:

1. Тип определяет вид информации, соответствующей данному (число, строка и др.). От типа зависит объем памяти для хранения каждого из данных и допустимые операции, которые можно выполнять над ними. Например, операцию умножения нельзя производить над символами.

2. Идентификатор (имя) служит для обозначения данных в программе. Он используется для удобства и позволяет работать с данными, задавая адреса ячеек памяти, где хранятся эти данные, не в виде чисел, а именами.

3. Выражением называется совокупность констант, переменных, функций, соединенных знаками допустимых операций.

4. Значением является результат вычисления выражения. Во время выполнения программы в каждый конкретный момент данные могут иметь какое-то значение или быть не определены.

1. Оператор языка программирования – это законченное предложение языка программирования, определяющее действие или последовательность действий по обработке данных.

1. Подпрограммы — это оформленные особым образом фрагменты программы. Различают подпрограммы-функции и подпрограммы-процедуры.

6.9.Основные типы данных.

Данные могут быть простыми и сложными. Типы данных подразделяются на простые и структурированные или структуры [24]⁾.

6.9.1.Простые типы данных.

К простым (атомарным, неструктурированным) типам данных относятся данные, не содержащие в себе как часть другие данные. 

Это следующие типы: целый, вещественный, логический и символьный.

· Над целыми значениями допустимы следующие операции: сложение, вычитание, умножение, деление. Кроме этого, только для целых чисел можно выполнять деление нацело (с остатком). Целое число представляет собой последовательность цифр со знаком или без знака. Может использоваться не только десятичная запись чисел, но и шестнадцатеричная, двоичная и восьмеричная.

Пример: -10; +56; 128; 80H.

· Вещественные числа имеют две формы представления: с фиксированной и плавающей точкой.

В первом случае (с фиксированной точкой) число представляется как целая и дробная часть:

[<знак>]<целая часть>.<дробная часть>

Наличие точки является признаком вещественного типа числа.

В представлении с плавающей точкой, или экспоненциальном, число условно разбивается на две части: мантиссу и порядок, поэтому в общем виде число выглядит как

[<знак мантиссы>]<целая часть мантиссы>[.<дробная часть мантиссы>] E [<знак порядка>]<порядок>

Здесь буква Е является разделителем, отделяющим мантиссу от порядка или характеристики. Числа представляются только в десятичной системе счисления:

Пример: 1234,56 = 1.23456E3 ( 1,23456×10³) = 1234.56E0,

то есть положение десятичной точки зависит от значения порядка и может изменяться.

Таким образом, признаком вещественного числа является наличие точки или разделителя:.

Пример: 1Е0 и 1.0 – вещественные, 1 – целое.

Над вещественными значениями допустимы следующие операции: сложение, вычитание, умножение, деление. Все операции дают вещественный результат, если хотя бы один операнд вещественный.

§ Логический тип основан на правилах Булевой алгебры, широко используемой в цифровой электронике. Этот тип определяет всего два значения True (истина) и False (ложь).

Над значениями логического типа определены следующие операции:

«НЕ», логическое отрицание или инверсия, в отличие от остальных выполняется над одним операндом (унарная операция);

«ИЛИ», логическое сложение или дизъюнкция;

«И», логическое умножение или конъюнкция;

«Исключающее ИЛИ», сложение по модулю 2.

§ Литерный (символьный) тип . В качестве данных могут выступать отдельные символы или литеры. Данные такого типа заключаются в кавычки (апострофы).

Пример: Вот как записываются символьные данные “a”, “d”.

6.9.2.Структура данных.

Структура данных — это отношение между другими данными. К структурам относятся массивы, строки и другие.

Определение. Массивом называется структурированный тип данных, позволяющий объединять в единое целое упорядоченный набор величин одного типа. То есть это упорядоченная совокупность элементов, названных одним именем и различающихся индексами. Доступ к некоторому элементу массива осуществляется путем указания имени массива и индекса (номера) элемента.

Количество индексов у элемента массива может быть и более одного, то есть могут использоваться не только вектора, но и матрицы, кубические матрицы и так далее. Таким образом, количество индексов у элемента массива определяет его размерность, а количество элементов, то есть произведение элементов в каждой размерности, определяет размер массива.

Пример: Задан массив с именем M, размерностью 3 строки и 3 столбца (это двумерный массив). Его можно описать следующим образом: M[1..3,1..3] или M[1..I,1..J], где I – количество строк, а J – количество столбцов. Любой элемент этого массива будет обозначаться, как mij ,где i – номер строки, j – номер столбца. Пусть массив M имеет следующее значение:

, тогда элементы массива m₁₁=1, m₁₂=2 и так далее.

Примечание.

Массивы, содержащие в качестве элементов символы, являются особенными. Если с обычными массивами обработка идет поэлементно, с использованием операций, разрешенных для элементов, то элементы строки взаимосвязаны.

 

Определение. Строка — это тип данных, специально предназначенный для работы с цепочками символов, то есть элементами литерного типа. Строка представляет собой последовательность нумерованных (начиная с 0) символов.

К строке можно обращаться как к единому целому и к каждому элементу по отдельности. В отличие от массивов, со строками используют дополнительные операции: объединения или сцепления, поиск фрагмента текста, вырезание части текста и другие. Строки в языках программирования заключаются в кавычки (апострофы).

Пример: Дадим переменной строкового типа имя – St. Ее значением может быть слово, предложение или просто любые символы, например:

St =”мир”, или St =”Сегодня хорошая погода.”

6.10.Операторы языка программирования.

Основные (базисные) операторы языка программирования подразделяются на: операторы присваивания, управляющие операторы, операторы вызова процедур и операторы ввода-вывода.

6.10.1.Оператор присваивания.

Данный оператор позволяет изменить текущее значение переменной, при этом старое значение, которое она имела, безвозвратно пропадает.

Его структура: <имя переменной> <присвоить> <выражение>.

Пример: F=sin(x), где F – имя переменной, sin(x) – выражение.

Примечание.

В блок-схеме алгоритма для отображения оператора присваивания используется блок «процесс».

6.10.2.Управляющие операторы.

Операторы этого типа предназначены для явного указания последовательностей действий в соответствии с алгоритмом. Управляющие операторы подразделяются на последовательности, условные операторы и циклы.

1. Оператор последовательность объявляет некоторую последовательность операторов в виде одного оператора. Это необходимо при использовании последовательностей операторов в других управляющих операторах.

2. Условный оператор предписывает выбор направления выполнения алгоритма в зависимости от некоторых условий. Эти условия записываются в виде логических выражений и всегда принимают одно из двух значений: истинно или ложно. При этом происходит разветвление порядка выполнения последовательности вычислений. Синтаксис условного оператора примерно одинаков во всех языках программирования – он представляет собой следующую конструкцию.

если условие истинно

то выполнить оператор1

иначе выполнить оператор2

Примечание.

В блок-схеме алгоритма для отображения управляющих операторов используется блок «решение».

1. Циклы бывают двух видов: с фиксированным числом повторений(с параметром) и условные операторы цикла.

§ Оператор цикла с параметром состоит из заголовка цикла, определяющего число повторений, и тела цикла — повторяемого оператора или последовательности операторов. Заголовок состоит из трех частей: параметра цикла (присваивания ему начального значения), конечного значения, по достижению которого тело цикла выполнится в последний раз, и приращения параметра, определяющего, на сколько он будет изменяться после каждого выполнения тела цикла.

Примечание.

В блок-схеме алгоритма для отображения операторов цикла используется блок «модификация».

Часто встречаются ситуации, когда число повторений заранее неизвестно — надо выполнять цикл, пока не произойдет некоторое событие, т.е. не выполнится некоторое условие. В этом случае используются операторы:

§ Оператор цикла с постусловием определяет многократное выполнение одной и той же последовательности действий с проверкой истинности условия после тела цикла.

§ Оператор цикла с предусловием, когда, наоборот, проверка истинности производится до выполнения тела цикла. В заголовке цикла указывается только условие – пока его значение равно «истина», цикл будет выполняться.

Примечание.

В блок-схеме алгоритма для отображения операторов цикла с условием используется блок «решение» (для проверки истинности условия) и операторы, из которых состоит тело цикла. Пример алгоритма с использованием оператора цикла с постусловием приведен на рисунке 6.11.

Авторский коллектив

Белов Владимир Семенович, к.т.н., доцент

Бруттан Юлия Викторовна, ст. преподаватель

Мотайленко Лилия Владимировна, к.т.н., доцент

Мотина Надежда Владимировна, ст. преподаватель

Николаев Виктор Васильевич, ст. преподаватель

Полетаева Ольга Александровна, ст. преподаватель

Хагги Петр Анзельмович, ст. преподаватель

 

Псковский

государственный политехнический институт

______________________________________________________________

Основы информатики

и

Информационных технологий

Часть 1

Основы информатики