1. Теоретические вопросы на знание базовых понятий и принципов по специальности:

1. Теоретические вопросы на знание базовых понятий и
принципов по специальности:
1. Понятия: данные, информация, знания. Свойства информации.
Значение информации в жизни общества стремительно растет, меняются
методы работы с информацией, расширяются сферы применения новых
информационных технологий.
На практике часто отождествляются определения таких понятий, как
"информация", "данные", «знания». Однако, эти понятия необходимо различать.
Данные несут в себе сведения о событиях, произошедших в материальном
мире, и являются регистрацией сигналов, возникших в результате этих событий.
Однако, данные не тождественны информации. Станут ли данные информацией,
зависит от того, известен ли метод преобразования данных в известные понятия.
 Например, мы можем услышать речь человека, обращающегося к нам,
говорящего на иностранном и не знакомом нам языке. С одной, стороны, мы
получаем от него данные в виде звуков, но с другой стороны – никакой
информации от него мы получить не смогли, т.к. не сумели понять передаваемые
нам данные. Они для нас были закодированы, а метода раскодирования мы не
знали.
Данные, составляющие информацию, имеют свойства, однозначно
определяющие адекватный метод получения этой информации. Причем
необходимо учитывать тот факт, что информация не является статичным объектом
- она динамически меняется и существует только в момент взаимодействия
данных и методов. Все прочее время она пребывает в состоянии данных.
Информация существует только в момент протекания информационного процесса.
Все остальное время она содержится в виде данных.
Одни и те же данные могут в момент потребления представлять разную
информацию в зависимости от степени адекватности взаимодействующих с ними
методов.
По своей природе данные являются объективными, так как это результат
регистрации объективно существующих сигналах, вызванных изменениями в
материальных телах или полях. Методы являются субъективными. В основе
искусственных методов лежат алгоритмы (упорядоченные последовательности
команд), составленные и подготовленные людьми (субъектами).
!
Данные - представляют собой фиксируемые в виде определенных
сигналов воспринимаемые факты окружающего мира.
Что такое «данные»?
Информация
Фактический
материал для
описания объектов
с целью анализа
=
Данные
Данные
Информация о
событиях в
реальном мире
Информация, пригодная для
обработки и передачи
автоматизированными
средствами
Рис. 1. Понятие данных
Понятие "информация" достаточно широко используется в обычной жизни
современного человека, поэтому каждый имеет интуитивное представление, что
это такое.
Информация - данные, определенным образом организованные,
имеющие смысл, значение и ценность для своего потребителя и
!
необходимые для принятия им решений, а также реализации
других функций и действий.
Формы существования информации:
- символьная
- звуковая
- графическая (иллюстративная)
- видео
Получая информацию, пользователь превращает ее путем интеллектуального
усвоения в свои личностные знания. Основываясь на приведенных выше
трактовках рассматриваемых понятий, можно констатировать тот факт, что знание
- это информация, но не всякая информация – знание. В превращении информации
в знание участвует целый ряд закономерностей, регулирующих деятельность
мозга, и различных психических процессов, а также разнообразных правил,
включающих знание системы общественных связей, - культурный контекст
определенной эпохи. Благодаря этому знание становится достоянием общества, а
не только отдельных индивидов. Между информацией и знаниями имеется разрыв.
Человек должен творчески перерабатывать информацию, чтобы получить новые
знания.
Знание – это осознание и толкование определенной информации,
с учетом путей наилучшего ее использования для достижения
конкретных целей.
Характеристиками знаний являются:
!
внутренняя
интерпретируемость,
структурируемость,
связанность и активность.
Что такое «знания»?
Знание
=
НО!
Информация
=
Не всегда!
Информация
Осознание и
толкование
информации
Знание
Информация об
опыте и
восприятии
специалиста в
определенной
области
Знания
Множество текущих ситуаций в
объекте и способы перехода от
одного описания объекта к
другому
Рис. 2. Понятие знаний
Новые
знания
(личные)
Новая
информация
Информационная
среда
Рис. 3. Процесс общения с внешней средой
Рис. 4. Принципиальная схема взаимосвязи таких понятий, как «данные»,
«информация», «знания»
Таким образом, учитывая вышеизложенное, можно сделать вывод, что
фиксируемые воспринимаемые факты окружающего мира представляют собой
данные. При использовании данных в процессе решения конкретных задач появляется информация. Результаты решения задач, истинная, проверенная
информация (сведения), обобщенная в виде законов, теорий, совокупностей
взглядов и представлений представляет собой знания.
Те предметы или устройства, от которых человек может получить
информацию, называют источниками информации.
Те предметы или устройства, которые могут получать информацию,
называют приемниками информации.
Свойства информации
Систематизация существующих подходов к выделению свойств
информации, позволяет говорить о том, что информации присущи следующие
свойства.
1.
Атрибутивные свойства - это те свойства, без которых информация
не существует. К данной категории свойств относится:

неотрывность информации от физического носителя и языковая
природа информации. Одно из важнейших направлений информатики как науки
является изучение особенностей различных носителей и языков информации,
разработка новых, более совершенных и современных. Необходимо отметить, что
хотя информация и неотрывна от физического носителя и имеет языковую
природу она не связана жестко ни с конкретным языком, ни с конкретным
носителем.

дискретность. Содержащиеся в информации сведения, знания дискретны, т.е. характеризуют отдельные фактические данные, закономерности и
свойства изучаемых объектов, которые распространяются в виде различных
сообщений, состоящих из линии, составного цвета, буквы, цифры, символа, знака.

непрерывность. Информация имеет свойство сливаться с уже
зафиксированной и накопленной ранее, тем самым, способствуя поступательному
развитию и накоплению.
2.
Прагматические свойства - это те свойства, которые характеризуют
степень полезности информации для пользователя, потребителя и практики.
Проявляются в процессе использования информации. К данной категории свойств
относится:

смысл и новизна. Это свойство характеризует перемещение
информации в социальных коммуникациях, и выделяет ту ее часть, которая нова
для потребителя.

полезность. Уменьшение неопределенности сведений об объекте.
Дезинформация расценивается как отрицательные значения полезной
информации.

ценность. Ценность информации различна для различных
потребителей и пользователей.

кумулятивность. Характеризует накопление и хранение информации.

полнота. Характеризует качество информации и определяет
достаточность данных для принятия решений или для создания новых данных на
основе имеющихся. Чем полнее данные, тем шире диапазон методов, которые
можно использовать, тем проще подобрать метод, вносящий минимум
погрешностей в ход информационного процесса.

достоверность. Данные возникают в момент регистрации сигналов,
но не все сигналы являются «полезными» — всегда присутствует какой-то
уровень посторонних сигналов, в результате чего полезные данные
сопровождаются определенным уровнем «информационного шума». Если
полезный сигнал зарегистрирован более четко, чем посторонние сигналы,
достоверность информации может быть более высокой. При увеличении уровня
шумов достоверность информации снижается. В этом случае для передачи того же
количества информации требуется использовать либо больше данных, либо более
сложные методы.

адекватность — это степень соответствия реальному объективному
состоянию дела. Неадекватная информация может образовываться при создании
новой информации на основе неполных или недостоверных данных. Однако и
полные, и достоверные данные могут приводить к созданию неадекватной
информации в случае применения к ним неадекватных методов.

доступность (мера возможности получить ту или иную информацию).
На степень доступности информации влияют одновременно как доступность
данных, так и доступность адекватных методов для их интерпретации. Отсутствие
доступа к данным или отсутствие адекватных методов обработки данных
приводят к одинаковому результату: информация оказывается недоступной.
Отсутствие адекватных методов для работы с данными во многих случаях
приводит к применению неадекватных методов, в результате чего образуется
неполная, неадекватная или недостоверная информация.

актуальность (степень соответствия информации текущему моменту
времени). Нередко с актуальностью, как и с полнотой, связывают коммерческую
ценность информации. Поскольку информационные процессы растянуты во
времени, то достоверная и адекватная, но устаревшая информация может
приводить к ошибочным решениям. Необходимость поиска (или разработки)
адекватного метода для работы с данными может приводить к такой задержке в
получении информации, что она становится неактуальной и ненужной. На этом, в
частности, основаны многие современные системы шифрования данных с
открытым ключом. Лица, не владеющие ключом (методом) для чтения данных,
могут заняться поиском ключа, поскольку алгоритм его работы доступен, но
продолжительность этого поиска столь велика, что за время работы информация
теряет актуальность и, соответственно, связанную с ней практическую ценность.

объективность
и субъективность.
Понятие
объективности
информации является относительным. Это понятно, если учесть, что методы
являются субъективными. Более объективной принято считать ту информацию, в
которую методы вносят меньший субъективный элемент. В ходе
информационного процесса степень объективности информации всегда
понижается. Это свойство учитывают, например, в правовых дисциплинах, где поразному обрабатываются показания лиц, непосредственно наблюдавших события
или получивших информацию косвенным путем (посредством умозаключений или
со слов третьих лиц).
3.
Динамические свойства - это те свойства, которые характеризуют
изменение информации во времени.

рост информации. Движение информации в информационных
коммуникациях и постоянное ее распространение и рост определяют свойство
многократного распространения или повторяемости. Хотя информация и зависима
от конкретного языка и конкретного носителя, она не связана жестко ни с
конкретным языком, ни с конкретным носителем. Благодаря этому информация
может быть получена и использована несколькими потребителями. Это свойство
многократной используемости и проявление свойства рассеивания информации по
различным источникам.

старение. Информация подвержена влиянию времени.
2. Понятие файловой системы. Отличие файловых систем друг от друга.
Файловая система (англ. file system) — регламент, определяющий способ
организации, хранения и именования данных на носителях информации. Она
определяет формат физического хранения информации, которую принято
группировать в виде файлов. Конкретная файловая система определяет размер
имени файла, максимальный возможный размер файла, набор атрибутов файла.
Некоторые файловые системы предоставляют сервисные возможности, например,
разграничение доступа или шифрование файлов.
Файловая система связывает носитель информации, с одной стороны, и API
для доступа к файлам — с другой. Когда прикладная программа обращается к
файлу, она не имеет никакого представления о том, каким образом расположена
информация в конкретном файле, также, как и на каком физическом типе носителя
(CD, жёстком диске, магнитной ленте или блоке флэш-памяти) он записан. Всё,
что знает программа — это имя файла, его размер и атрибуты. Эти данные она
получает от драйвера файловой системы. Именно файловая система
устанавливает, где и как будет записан файл на физическом носителе (например,
жёстком диске). С точки зрения операционной системы, весь диск представляет из
себя набор кластеров размером от 512 байт и выше. Драйверы файловой системы
организуют кластеры в файлы и каталоги (реально являющиеся файлами,
содержащими список файлов в этом каталоге). Эти же драйверы отслеживают,
какие из кластеров в настоящее время используются, какие свободны, какие
помечены как неисправные.
Однако файловая система не обязательно напрямую связана с физическим
носителем информации. Существуют виртуальные и сетевые файловые системы,
которые являются лишь способом доступа к файлам, находящимся на удалённом
компьютере.
Иерархия каталогов Практически всегда файлы на дисках объединяются в
каталоги.
В простейшем случае все файлы на данном диске хранятся в одном каталоге.
Такая одноуровневая схема использовалась в CP/M и первых версиях MS-DOS.
Сегодня её можно встретить, например, в некоторых цифровых фотоаппаратах:
все сделанные фотографии складываются в один каталог. Иерархическая файловая
система со вложенными друг в друга каталогами впервые появилась в UNIX.
Add.txt
Tornado.jpg
Notepad.exe
(Одноуровневая файловая система)
Каталоги на разных дисках могут образовывать несколько отдельных деревьев,
как в DOS/Windows, или же объединяться в одно дерево, общее для всех дисков,
как в UNIX-подобных системах.
C:
\Program files
\CDEx
\CDEx.exe
\CDEx.hlp
\mppenc.exe
\Мои документы
\Add.txt
\Tornado.jpg
D:
\Music
\ABBA
\1974 Waterloo
\1976 Arrival
\Money, Money, Money.ogg
\1977 The Album
(Иерархическая файловая система Windows/DOS)
В UNIX существует только один корневой каталог, а все остальные файлы и
каталоги вложены в него. Чтобы получить доступ к файлам и каталогам на какомнибудь диске, необходимо примонтировать этот диск командой mount. UNIX
также позволяет автоматически монтировать диски при загрузке операционной
системы.
/bin
/ls
/mnt
/cdrom
/Music
/ABBA
/1974 Waterloo
/1976 Arrival
/Money, Money, Money.ogg
/1977 The Album
/floppy
/home
/peter
/Add.txt
/tornado.jpg
(Иерархическая файловая система UNIX)
Еще более сложная структура применяется в NTFS и HFS. В этих файловых
системах каждый файл представляет собой набор атрибутов. Атрибутами
считаются не только традиционные только для чтения, системный, но и имя
файла, размер и даже содержимое. Таким образом, для NTFS и HFS то, что
хранится в файле — это всего лишь один из его атрибутов. Если следовать этой
логике, один файл может содержать несколько вариантов содержимого. Таким
образом, в одном файле можно хранить несколько версий одного документа, а
также дополнительные данные (значок файла, связанная с файлом программа).
Такая организация типична для HFS на Macintosh.
Классификация файловых систем По предназначению файловые системы
можно классифицировать на следующие категории:
 Для носителей с произвольным доступом (например, жёсткий диск): FAT32,
HPFS, ext2 и др.
 В последнее время широкое распространение получили журналируемые
файловые системы, такие как ext3, ReiserFS, JFS, NTFS, XFS и др.
 Для носителей с последовательным доступом (например, магнитные ленты):
QIC и др.
 Для оптических носителей — CD и DVD: ISO9660, ISO9690, HFS, UDF и
др.
 Виртуальные файловые системы: AEFS и др.
 Сетевые файловые системы: NFS, SMBFS, SSHFS, GmailFS и др.
Задачи файловой системы Основные функции любой файловой системы
нацелены на решение следующих задач:
 именование файлов;
 программный интерфейс работы с файлами для приложений;
 отображения логической модели файловой системы на физическую
организацию хранилища данных;
 устойчивость файловой системы к сбоям питания, ошибкам аппаратных и
программных средств.
 В многопользовательских системах появляется еще одна задача: защита
файлов одного пользователя от несанкционированного доступа другого
пользователя.
3. Назначение сопроцессоров. Внутренняя организация устройства FPU.
Сопроцессор
—
специализированная
микросхема,
расширяющая
возможности основного процессора компьютерной системы, но оформленная как
отдельный модуль.
Различают математические сопроцессоры общего назначения, обычно
ускоряющие вычисления с плавающей точкой, сопроцессоры ввода-вывода
(например — Intel 8089), разгружающие центральный процессор от контроля за
операциями ввода-вывода или расширяющие стандартное адресное пространство
процессора, сопроцессоры для выполнения каких-то узко-специализированных
вычислений.
Сопроцессоры могут входить в набор логики, разработанный одной
конкретной фирмой (например Intel выпускала в комплекте с процессором 8086
сопроцессоры 8087 и 8089) или выпускаться сторонним производителем.
Математический сопроцессор — сопроцессор для расширения командного
множества центрального процессора и обеспечивание его функциональностью
модуля операций с плавающей запятой, для процессоров не имеющих
интегрированного модуля.
Модуль операций с плавающей запятой (или с плавающей точкой; англ.
floating point unit (FPU)) — часть процессора для выполнения широкого спектра
математических операций над вещественными числами.
Простым «целочисленным» процессорам, работа с вещественными числами
и математическими операциями требует соответствующих процедур поддержки и
времени для их выполнения. Модуль операций с плавающей запятой
поддерживает работу с ними на уровне примитивов — загрузка, выгрузка
вещественного числа (в/из специализированных регистров) или математическая
операция над ними выполняется одной командой, за счет этого достигается
значительное ускорение таких операций.
Сопроцессоры Intel семейства x86 Для процессоров семейства x86 с
8086/8088 по 386, модуль операций с плавающей запятой был выделен в
отдельную микросхему, называемую математическим сопроцессором. Для
сопроцессора на плате компьютера предусматривался отдельный сокет.
Сопроцессор не является полноценным процессором, так как не
предназначен для многих необходимых операций (например, не может работать с
программой и вычислять адреса памяти), т.е. всего лишь, является придатком
центрального процессора.
Сопроцессор подключен к шинам центрального процессора, а также имеет
несколько специальных сигналов для синхронизации процессоров между собой.
Часть командных кодов центрального процессора зарезервирована для
сопроцессора, он следит за потоком команд, игнорируя другие команды.
Центральный процессор наоборот игнорирует команды сопроцессора, занимаясь
только вычислением адреса в памяти, если команда предполагает к ней
обращение. Центральный процессор делает цикл фиктивного считывания,
позволяя сопроцессору считать адрес с адресной шины. Если сопроцессору
необходимо дополнительное обращение к памяти (для чтения или записи
результатов) он выполняет его через захват шины.
После получения команды и необходимых данных, сопроцессор начинает ее
выполнение. Пока сопроцессор выполняет команду, центральный процессор
выполняет программу дальше, параллельно с вычислениями сопроцессора. Если
следующая команда также является командой сопроцессора, процессор
останавливается и ожидает завершения выполнения сопроцессором предыдущей
команды.
Также существует специальная команда ожидания (FWAIT), также,
останавливающая процессор до завершения вычислений (если для продолжения
программы необходимы их результаты).
Начиная с процессора i486 (линейки DX) модуль операций с плавающей
запятой был интегрирован в центральный процессор и назван FPU. В линейке
486SX модуль FPU отключался (в эту линейку попадали процессоры с
бракованным FPU). Для процессоров 486SX также выпускался «сопроцессор»
487SX, но, фактически, он являлся процессором 486DX, и при его установке,
процессор 486SX отключался. Несмотря на интеграцию, FPU в процессорах i486,
представляет собой неизменный сопроцессор, выполненный на том же кристалле,
более того, схема FPU i486, полностью идентична сопроцессору предыдущего
поколения 387DX вплоть до тактовой частоты (в два раза меньшей чем частота
центрального процессора). Настоящая интеграция FPU c центральным
процессором началась только в процессорах Pentium модели MMX.
Сопроцессоры
x86
от
сторонних
производителей.
Широкое
распространение в соответствующий период получили сопроцессоры для
платформы x86 выпускавшиеся компанией Weitek - её были выпущены 1167, 2167
в виде набора микросхем и микросхемы 3167, 4167 соответственно для
процессоров 8086, 80286, 80386, 80486. По сравнению с сопроцессорами от Intel
они обеспечивали в 2-3 раза большую производительность, но обладали
несовместимым программным интерфейсом, реализованным через технологию
memory-mapping. Она сводилась к тому, что основной процессор должен был
записывать информацию в те или иные области памяти, контролируемые Weitekовским сопроцессором (собственно оперативной памяти там, конечно не было).
Конкретный адрес, куда производилась запись интерпретировался в качестве той
или иной команды. Несмотря на несовместимость, сопроцессоры от Weitek были
широко поддержаны как разработчиками ПО, так и производителями материнских
плат, предусматривавших на них гнёзда для установки такой микросхемы.
Ряд других компаний так же выпускал различные несовместимые
математические сопроцессоры, реализуя интерфейс к ним через порты вводавывода или прерывания BIOS, но они не получили такого широкого
распространения.
Компаний-производителей клонов выпускали совместимые с 80287 - 80387
сопроцессоры, работавшие быстрее аналогичных Интеловских. Среди этих
компаний можно упомянуть Cyrix, AMD, Chips & Technologies (C&T) и проч.
Иногда система команд этих сопроцессоров расширялась несколькими
несовместимыми, например аналог 80287 от C&T содержал команды для работы с
вектором из четырёх значений с плавающей точкой. Серьёзной поддержки от
производителей софта эти расширенные команды не получили.
В СССР выпускалась микросхема (КМ)1810ВМ87, которая являлась
аналогом 8087
Процессоры EMC87 от фирмы Cyrix могли работать как в режиме
программной совместимости с Intel 80387, так и в собственном проприетарном
режиме программирования. Для них обеспечивалась аппаратная совместимость с
разъёмом 80387-го сопроцессора.
Другие платформы. Аналогично, материнские платы ПК построенных на
процессорах Motorola до разработки последней процессора MC68040 (в который
сопроцессор был встроен) содержали математический сопроцессор. Как правило, в
качестве FPU использовался сопроцессор 68881 16МГц или 68882 25МГц.
Практически любой современный процессор имеет встроенный сопроцессор.
Компания Weitek так же выпускала математические сопроцессоры для платформ
68000 и MIPS.
Устройство FPU. Модуль операций с плавающей запятой представляет
собой стековый калькулятор, работающий по принципу обратной польской
записи. Перед операцией, аргументы помещаются в LIFO-стек, при выполнении
операции, необходимое количество аргументов снимается со стека. Результат
операции помещается в стек, где может быть использован в дальнейших
вычислениях или может быть снят со стека для записи в память. Также
поддерживается и прямая адресация аргументов в стеке относительно вершины.
Внутри FPU числа хранятся в 80-битном формате с плавающей запятой, для
записи же, или чтения из памяти могут использоваться:
 один из трех форматов с плавающей точкой (32, 64 и 80 бит);
 целочисленные форматы (16, 32 и 64 бита);
 80-битный BCD-формат.
Поддерживаемые математические операции:
 арифметические операции,
 сравнение,
 деление по модулю,
 округление, смена знака,
 модуль,
 квадратный корень,
 вычисление тригонометрических функций (синус, косинус, частичный
тангенс, частичный арктангенс),
 загрузка константы (0, 1, число пи, log2(10), log2(e), lg(2), ln(2)) и некоторые
другие специфичные операции.
FPU обрабатывает пограничные состояния с помощью специальных значений
представимых форматом с плавающей запятой:
 денормализованное число (близкое к переполнению), при дальнейшем
возрастании модуля, денормализованное число становится бесконечностью
 бесконечность (положительная и отрицательная), возникает при делении на
нуль ненулевого значения а также при переполнениях
 нечисло (англ. not-a-number (NaN)) Нечисла могут определять такие случаи
как:
 неопределенность, возникает при комплексном результате (например при
вычислении квадратного корня из отрицательного числа) и некоторых
других случаях
 недействительное значение (qNaN, sNaN) - может использоваться
компилятором (для предотвращения использования неинициализированных
переменных) или отладчиком.
 нуль - в формате с плавающей запятой, нуль также считается специальным
значением.
В зависимости от флагов FPU, специальные значения могут инициировать
обработку исключения операционной системой.
4. Составные части сетевой операционной системы отдельного компьютера.
Сетевая операционная система составляет основу любой вычислительной
сети. Каждый компьютер в сети в значительной степени автономен.
В узком смысле сетевая операционная система - это операционная система
отдельного компьютера, обеспечивающая ему возможность работать в сети. Есть
и более развернутое определение сетевой операционной системы: сетевая
операционная система - это система программных средств, управляющих
процессами в сети и объединенных общей архитектурой, определенными
коммуникационными
протоколами
и
механизмами
взаимодействия
вычислительных процессов. Она обеспечивает пользователям стандартный и
удобный доступ к разнообразным сетевым ресурсам и обладает высоким уровнем
прозрачности, т.е. изолирует от пользователя все различия, особенности и
физические параметры привязки процессов к обрабатываемым ресурсам.
Сетевая операционная система – это совокупность операционных систем
(ОС) отдельных компьютеров, взаимодействующих с целью обмена сообщениями
и разделения ресурсов по единым правилам - протоколам.
В сетевой операционной системе отдельной машины можно выделить
несколько частей:
средства управления локальными ресурсами компьютера:
функции распределения оперативной памяти между процессами,
планирования и диспетчеризации процессов, управления процессорами в
мультипроцессорных
машинах,
управления
периферийными
устройствами и другие функции управления ресурсами локальных
операционных систем;
средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее
пользование - серверная часть операционной системы (сервер). Эти
средства обеспечивают, например, блокировку файлов и записей, что
необходимо для их совместного использования; ведение справочников
имен сетевых ресурсов; обработку запросов удаленного доступа к
собственной файловой системе и базе данных; управление очередями
запросов удаленных пользователей к своим периферийным устройствам;
средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам и их
использования - клиентская часть операционной системы (редиректор).
Эта часть выполняет распознавание и перенаправление в сеть запросов к
удаленным ресурсам от приложений и пользователей, при этом запрос
поступает от приложения в локальной форме, а передается в сеть в
другой форме, соответствующей требованиям сервера. Клиентская часть
также осуществляет прием ответов от серверов и преобразование их в
локальный формат, так что для приложения выполнение локальных и
удаленных запросов неразличимо;
коммуникационные средства операционной системы, с
помощью которых происходит обмен сообщениями в сети. Эта часть
обеспечивает адресацию и буферизацию сообщений, выбор маршрута
передачи сообщения по сети, надежность передачи и т.п., то есть
является средством транспортировки сообщений.
В зависимости от функций, возлагаемых на конкретный компьютер, в его
операционной системе может отсутствовать либо клиентская, либо серверная
части.
Клиентская часть сетевой ОС «редиректор» перехватывает все запросы,
поступающие от приложений, и анализирует их. Если выдан запрос к ресурсу
данного компьютера, то он переадресовывается соответствующей подсистеме
локальной ОС, если же это запрос к удаленному ресурсу, то он переправляется в
сеть. При этом клиентская часть преобразует запрос из локальной формы в
сетевой формат и передает его транспортной подсистеме, которая отвечает за
доставку сообщений указанному серверу. Серверная часть операционной системы
компьютера принимает запрос, преобразует его и передает для выполнения своей
локальной ОС. После того, как результат получен, сервер обращается к
транспортной подсистеме и направляет ответ клиенту, выдавшему запрос.
Клиентская часть преобразует результат в соответствующий формат и адресует
его тому приложению, которое выдало запрос.
На практике сложилось несколько подходов к построению сетевых
операционных систем. Первые сетевые ОС представляли собой совокупность
существующей локальной ОС и надстроенной над ней сетевой оболочки. При этом
в локальную ОС встраивался минимум сетевых функций, необходимых для
работы сетевой оболочки, которая выполняла основные сетевые функции. Однако
более эффективным представляется путь разработки операционных систем,
изначально предназначенных для работы в сети. Сетевые функции у ОС такого
типа глубоко встроены в основные модули системы, что обеспечивает их
логическую стройность, простоту эксплуатации и модификации, а также высокую
производительность.
-
5. Клиент-серверная и файл-серверная технологии. Выделенные серверы.
Технология файл-сервер. Технология файл-сервер относится к сетевым
технологиям хранения и обработки данных. С появлением сетей данные стали
хранить на файл-сервере. В этом случае их поиск и обработка происходят на
рабочих станциях. При таком подходе на рабочую станцию присылаются не
только данные, необходимые конечному пользователю, но и данные, которые
будут использоваться только для выполнения запроса (например, фрагменты
индексных файлов или данные, которые будут отброшены при выполнении
запроса). Объем такой "лишней" информации может быть значительно большим,
чем объем информации "нужной".
Время реакции на запрос пользователя будет складываться из времени
передачи данных с файл-сервера на рабочую станцию и времени выполнения
запроса на рабочей станции. Чтобы время реакции такой системы было
приемлемым, надо ускорить обмен данными с диском и нарастить объем
оперативной памяти для кэширования данных с диска (например, при работе с
Novell или Windows NT). Также необходимо в качестве рабочей станции
использовать мощный компьютер. Узким местом может оказаться сетевая среда,
поэтому пропускная способность сетевой шины - тоже немаловажный показатель.
Если увеличивается число одновременно работающих пользователей и объем
хранимой информации, размер пересылаемой информации растет, т. е. растет
сетевой трафик. И как результат, время реакции системы очень быстро падает.
Такая технология подразумевает, что на каждой рабочей станции находится свой
экземпляр СУБД, работающий с одними и теми же данными. Взаимодействие этих
СУБД для синхронизации работы через промежуточное звено в виде файл-сервера
приводит к дополнительным потерям (в том числе из-за необходимости
передавать дополнительную информацию).
Файл-серверная система имеет следующие недостатки:
 большая нагрузка на сеть и повышенные требования к ее пропускной
способности (при большом числе пользователей и значительных
объемах обрабатываемой информации несоблюдение этих требований
может привести к неработоспособности системы);
 повышенные требования к ПК ввиду того, что обрабатываются данные
на рабочем месте пользователя;
 невозможность одновременной работы с данными;
 невозможность соблюдения безопасности данных.
«Клиент-сервер» - это модель взаимодействия компьютеров в сети. Если
компьютер предоставляет свои ресурсы другим пользователям сети, то он играет
роль сервера. При этом компьютер, обращающийся к ресурсам другой машины,
является клиентом. Компьютер, работающий в сети, может выполнять функции
либо клиента, либо сервера, либо совмещать обе эти функции. Однако, редко
бывает так, чтобы они были совершенно равноправными. Как правило, один
компьютер в сети располагает информационно-вычислительными ресурсами,
такими как процессоры, файловая система, почтовая служба, служба печати, база
данных. Другие же компьютеры пользуются ими.
Если выполнение каких-либо серверных функций является основным
назначением компьютера (например, предоставление файлов в общее пользование
всем остальным пользователям сети или организация совместного использования
факса, или предоставление всем пользователям сети возможности запуска на
данном компьютере своих приложений), то такой компьютер называется
выделенным сервером. Конкретный сервер характеризуется видом ресурса,
которым он владеет. В зависимости от того, какой ресурс сервера является
разделяемым, он называется файл-сервером, факс-сервером, принт-сервером,
сервером приложений и т.д.
Этот же принцип распространяется и на взаимодействие процессов. Если
один из них выполняет некоторые функции, предоставляя другим
соответствующий набор услуг, такой процесс рассматривается в качестве сервера.
Процессы, пользующиеся этими услугами, принято называть клиентами.
Сегодня
технология
«клиент-сервер»
получает
все
большее
распространение, однако сама по себе она не предлагает универсальных рецептов.
Она лишь дает общее представление о том, как должна быть организована
современная распределенная информационная система. В то же время реализации
этой технологии в конкретных программных продуктах и даже в видах
программного обеспечения различаются весьма существенно. Один из основных
принципов технологии "клиент-сервер" заключается в разделении функций
стандартного приложения на три группы, имеющие различную природу. Первая
группа - это функция ввода и отображения данных. Вторая группа объединяет
чисто прикладные функции, характерные для данной предметной области.
Наконец, к третьей группе относятся фундаментальные функции хранения и
управления данными (базами данных, файловыми системами и т.д.)
В соответствии с этим на уровне отдельных приложений можно выделяются
следующие логические компоненты:
 компонент представления (presentation), реализующий функции первой
группы;
 прикладной компонент (business application), поддерживающий функции
второй группы;
 компонент доступа к информационным ресурсам (resource acces) или
менеджер ресурсов (Resource manager), поддерживающий функции третьей
группы.
Различия в реализации приложений в рамках технологии "клиент-сервер"
определяются тремя факторами. Во-первых, тем, какие механизмы используются
для реализации функций всех трех групп. В-третьих - как логические компоненты
распределяются между компьютерами в сети. Выделяются три подхода, каждый
из которых реализован в соответствующей модели:

модель доступа к удаленным данным (Remote Date Access RDA);

модель сервера базы данных (DateBase Server - DBS);

модель сервера приложений (Application Server - AS).
В RDA-модели коды компонента представления и прикладного компонента
совмещены и выполнятся на компьютере-клиенте. Компьютер-клиент
поддерживает как функции ввода и отображения данных, так и чисто прикладные
функции. Доступ к информационным ресурсам обеспечивается, как правило,
операторами специального языка (языка SQL, например, если речь идет о базах
данных) или вызовами функций специальной библиотеки (если имеется
соответствующий API). Запросы к информационным ресурсам направляются по
сети удаленному компьютеру (например, серверу базы данных). Говоря об
архитектуре "клиент-сервер", в большинстве случаев имеют в виду именно эту
модель.
DSB-модель строится в предположении, что процесс, выполняемый на
компьютере-клиенте, ограничивается функциями представления, в то время как
собственно прикладные функции реализованы в хранимых процедурах (stored
procedure). Процедуры также называют компилируемыми резидентными
процедурами, или процедурами базы данных Они хранятся непосредственно в
базе данных и выполняются на компьютере-сервере базы данных (где
функционирует и компонент, управляющий доступом к данным, то есть ядро
СУБД). Понятие информационного ресурса сужено до баз данных, поскольку
механизм хранимых процедур - отличительная характеристика DBS-модели имеется пока только в СУБД, да и то не во всех.
На практике часто используются смешанные модели, когда поддержка
целостности базы данных и некоторые простейшие прикладные функции
поддерживаются хранимыми процедурами (DBS-модель), а более сложные
функции реализуются непосредственно в прикладной программе, которая
выполняется на компьютере-клиенте (RDA-модель). Однако такие решения,
включающие элементы сразу двух моделей, не могут принципиально изменить
наших представлений о их соотношении.
В AS-модели процесс, выполняющийся на компьютере-клиенте,
отвечает, как обычно, за ввод и отображение данных (то есть реализует функции
первой группы). Прикладные функции выполняются группой процессов (серверов
приложений), функционирующих на удаленном компьютере (или нескольких
компьютерах). Доступ к информационным ресурсам, необходимым для решения
прикладных задач, обеспечивается ровно тем же способом, что и в RDA-модели.
Из прикладных компонентов доступны ресурсы различных типов - базы данных,
индексированные файлы, очереди и др. Серверы приложений выполняются, как
правило, на том же компьютере, где функционирует менеджер ресурсов, однако
могут выполняться и на других компьютерах.
Функционально различие между этими моделями заключается в том, что
RDA- и DBS-модели опираются на двухзвенную схему разделения функций. В
RDA-модели прикладные функции приданы программе-клиенту, в DBS-модели
ответственность за их выполнение берет на себя ядро СУБД. В первом случае
прикладной компонент сливается с компонентом представления, во втором интегрируется в компонент доступа к информационным ресурсам. Напротив, в
AS-модели реализована классическая трехзвенная схема разделения функций, где
прикладной компонент выделен как важнейший элемент приложения, для его
определения
используются
универсальные
механизмы
многозадачной
операционной системы, и стандартизованы интерфейсы с двумя другими
компонентами. Собственно, из этой особенности AS-модели и вытекают ее
преимущества, которые имеют важнейшее значение для чисто практической
деятельности.
Главное преимущество RDA-модели лежит в практической плоскости.
Сегодня существует множество инструментальных средств, обеспечивающих
быстрое создание desktop-приложений, работающих с SQL-ориентированными
СУБД. Большинство из них поддерживают графический интерфейс пользователя в
MS Windows, стандарт интерфейса ODBC, содержат средства автоматической
генерации кода. Иными словами, основное достоинство RDA-модели заключается
в унификации и широком выборе средств разработки приложений. Подавляющее
большинство этих средств разработки на языках четвертого поколения ( включая и
средства автоматизации программирования) как раз и создают коды, в которых
смешаны прикладные функции и функции представления.
Однако, RDA-модель имеет ряд ограничений. Во-первых, взаимодействие
клиента и сервера посредством SQL-запросов существенно загружает сеть.
Поскольку приложение является нераспределенным и вся его логика локализована
на компьютере-клиенте, постольку приложение нуждается в передаче по сети
данных большого объема, возможно, избыточных. Как только число клиентов
возрастает, сеть превращается в "горлышко бутылки", тормозя быстродействие
всей информационной системы.
Во-вторых, удовлетворительное администрирование приложений в RDAмодели практически невозможно. Очевидно, что если различные по своей природе
функции (функции представления и чисто прикладные функции) смешаны в одной
и той же программе, написанной на языке 4GL, то при необходимости изменения
прикладных функций приходится переписывать всю программу целиком. При
коллективной работе над проектом, как правило, каждому разработчику
поручается реализация отдельных прикладных функций, что делает невозможным
контроль за их взаимной непротиворечивостью. Каждому из разработчиков
приходится программировать интерфейс с пользователем, что ставит под вопрос
единый стиль интерфейса и его целостность.
DBS-модель Несмотря на широкое распространение, RDA-модель уступает
место более технологичной DBS-модели. Последняя реализована в некоторых
реляционных СУБД (Ingres, Sybase, Oracle). Ее основу составляет механизм
хранимых процедур - средство программирования ядра СУБД. Процедуры
хранятся в словаре базы данных, разделяются между несколькими клиентами и
выполняются на том же компьютере, где функционирует ядро СУБД. Язык, на
котором разрабатываются хранимые процедуры, представляет собой процедурное
расширение языка запросов SQL и уникален для каждой конкретной СУБД.
Попытки стандартизации языка SQL, касающиеся хранимых процедур, пока не
привели к ощутимому успеху. Кроме того, во многих реализациях процедуры
являются интерпретируемыми, что делает их выполнение более медленным,
нежели выполнение программ, написанных на языках третьего поколения.
Механизм хранимых процедур - один из составных компонентов активного
сервера базы данных.
В DBS-модели приложение является распределенным. Компонент
представления выполняется на компьютере-клиенте, в то время как прикладной
компонент (реализующий бизнес-функции) оформлен как набор хранимых
процедур и функционирует на компьютере-сервере БД. Преимущества DBS-
модели перед RDA-моделью очевидны: это и возможность централизованного
администрирования бизнес-функций, и снижение трафика сети, и возможность
разделения процедуры между несколькими приложениями, и экономия ресурсов
компьютера за счет использования единожды созданного плана выполнения
процедуры. Однако есть и недостатки. Во-первых, средства, используемые для
написания хранимых процедур, строго говоря, не являются языками
программирования в полном смысле слова. Скорее, это - разнообразные
процедурные расширения SQL,
не выдерживающие
сравнения по
изобразительным средствам и функциональным возможностям с языками третьего
поколения, такими как C или Pascal. Они встроены в конкретные СУБД, и,
естественно, рамки их использования ограничены. Следовательно, система, в
которой прикладной компонент реализован при помощи хранимых процедур, не
является мобильной относительно СУБД. Кроме того, в большинстве СУБД
отсутствуют возможности отладки и тестирования хранимых процедур, что
превращает последние в весьма опасный механизм. Действительно, скольконибудь сложная неотлаженная комбинация срабатывания триггеров и запуска
процедур может, по меткому выражению одного из разработчиков, "полностью
разнести всю базу данных".
Во-вторых, DBS-модель не обеспечивает требуемой эффективности
использования вычислительных ресурсов. Объективные ограничения в ядре СУБД
не позволяют пока организовать в его рамках эффективный баланс загрузки,
миграцию процедур на другие компьютеры-серверы БД и реализовать другие
полезные функции. Попытки разработчиков СУБД предусмотреть в своих
системах эти возможности (распределенные хранимые процедуры, запросы с
приоритетами и т. д.) пока не позволяют добиться желаемого эффекта.
В-третьих, децентрализация приложений (один из ключевых факторов
современных информационных технологий) требует существенного разнообразия
вариантов взаимодействия клиента и сервера. При реализации прикладной
системы могут понадобиться такие механизмы взаимодействия, как хранимые
очереди, асинхронные вызовы и т. д., которые в DBS-модели не поддерживаются.
Сегодня вряд ли можно говорить о том, что хранимые процедуры в их
нынешнем состоянии представляют собой адекватный механизм для описания
бизнес-функций и реализации прикладного компонента. Для того, чтобы
превратить их в действительно мощное средство, разработчики СУБД должны
воспроизвести в них следующие возможности:
 расширение изобразительный средства языков процедур;
 средства отладки и тестирования хранимых процедур;
 предотвращение конфликтов процедур с другими программами;
 поддержка приоритетной обработки запросов.
Между тем эти возможности уже реализованы в AS-модели, которая в
наибольшей степени отражает сильные стороны технологии "клиент-сервер".
AS-модель
Основным элементом принятой в AS-модели трехзвенной схемы является
сервер приложения. В его рамках реализовано несколько прикладных функций,
каждая из которых оформлена как служба (service) и предоставляет некоторые
услуги всем программам, которые желают и могут ими воспользоваться. Серверов
приложений может быть несколько, и каждый их них предоставляет
определенный набор услуг. Любая программа, которая пользуется ими,
рассматривается как клиент приложения (Applicaation Client - AC). Детали
реализации прикладных функций в сервере приложений полностью скрыты от
клиента приложения. AC обращается с запросом к конкретной службе, но не к AS,
то есть серверы приложений обезличены и служат лишь своего рода "рамкой" для
оформления служб, что позволяет эффективно управлять балансом загрузки.
Запросы, поступающие от АС, выстраиваются в очередь к AS-процессу, который
извлекает и передает их для обработки службе в соответствии с приоритетами.
АС трактуется более широко, чем компонент представления. Он может
поддерживать интерфейс с конечным пользователем (тогда он является
компонентом представления), может обеспечивать поступление данных от
некоторых устройств (например, датчиков), может, наконец, сам по себе быть AS.
Последнее позволяет реализовать прикладную систему, содержащую AS
нескольких уровней. Архитектура такой системы может выглядеть как ядро,
окруженное концентрическими кольцами. Ядро состоит из серверов приложений,
в которых реализованы базовые прикладные функции. Кольца символизируют
наборы AS являющихся клиентами по отношению к серверам нижнего уровня.
Число уровней серверов в AS-модели, вообще говоря, не ограничено.
Нетрудно видеть, что AS-модель имеет универсальный характер. Четкое
разграничение логических компонентов и рациональный выбор программных
средств для их реализации обеспечивают модели такой уровень гибкости и
открытости, который пока недостижим в RDA- и DBS-моделях.
6. Компьютерные вирусы: определение, классификация по среде «обитания»
и способам заражения.
Общие сведения о компьютерных вирусах
!
Компьютерный вирус - это программа (некоторая совокупность
выполняемого кода и/или инструкций), которая способна создавать
свои копии (не обязательно полностью совпадающие с оригиналом)
и внедрять их в различные объекты и/или ресурсы компьютерных,
систем, сетей и т.д. без ведома пользователя. При этом копии
сохраняют способность дальнейшего распространения.
Компьютерные вирусы появились приблизительно в начале 80-х годов.
Первые исследования саморазмножающихся искусственных конструкций
проводились в середине нынешнего столетия математиками фон Нейманом и
Винером. Но сам термин «компьютерный вирус» был употреблен позднее - в 1984
году на 7-й конференции по безопасности информации, проходившей в США.
Количество вирусов увеличивается с каждым днем. Все это подтверждается
статистикой и реальной жизнью. В 1990 году было известно примерно 500
вирусов, в 1992 - 3000, в 1994 - 5000, в 1996 - 9000, в 1999 - 30000, в 2001 - более
50000, 2002 – более 70000, 2003 – около 100000. Это дает право утверждать, что в
наше время, когда число компьютеров на душу населения в мире постоянно
растет, возрастает и угроза нашествия компьютерных вирусов.
Поскольку разнообразие компьютерных вирусов слишком велико, то они,
как и их биологические прообразы, нуждаются в классификации.
Классифицировать вирусы можно по следующим признакам:

по среде обитания;

по способу заражения среды обитания;

по деструктивным возможностям;

по особенностям алгоритма вируса.
Классификация вирусов по среде «обитания»
По среде «обитания» вирусы можно разделить на:
1. Файловые вирусы, которые внедряются в выполняемые файлы
(*.СОМ, *.ЕХЕ, *.SYS, *.BAT, *.DLL).
2. Загрузочные вирусы, которые внедряются в загрузочный сектор
диска (Boot-сектор) или в сектор, содержащий системный загрузчик
винчестера (Master Boot Record).
3. Макро-вирусы, которые внедряются в системы, использующие при
работе так называемые макросы (например, Word, Excel).
Классификация вирусов по способам заражения
По способам заражения вирусы бывают:
1. Резидентные
2. Нерезидентные.
Резидентный вирус при инфицировании компьютера оставляет в
оперативной памяти свою резидентную часть, которая затем перехватывает
обращение операционной системы к объектам заражения и внедряется в них.
Резидентные вирусы находятся в памяти и являются активными вплоть до
выключения или перезагрузки компьютера. Нерезидентные вирусы не заражают
память компьютера и являются активными лишь ограниченное время.
Классификация вирусов по деструктивным возможностям
По деструктивным возможностям вирусы можно разделить на:
1. Безвредные, т.е. никак не влияющие на работу компьютера (кроме
уменьшения свободной памяти на диске в результате своего
распространения);
2. Неопасные, влияние которых ограничивается уменьшением
свободной памяти на диске и графическими, звуковыми и пр.
эффектами;
3. Опасные - вирусы, которые могут привести к серьезным сбоям в
работе;
4. Очень опасные, могущие привести к потере программ, уничтожить
данные, стереть необходимую для работы компьютера информацию,
записанную в системных областях памяти и т.д.
Классификация вирусов по особенностям алгоритма
Здесь можно выделить следующие основные группы вирусов:
1. Компаньон-вирусы (companion) - Алгоритм работы этих вирусов
состоит в том, что они создают для ЕХЕ-файлов файлы-спутники,
имеющие то же самое имя, но с расширением СОМ. При запуске
такого файла DOS первым обнаружит и выполнит СОМ-файл, т.е.
вирус, который затем запустит и ЕХЕ-файл;
2. Вирусы-«черви» (worm) - вариант компаньон-вирусов. «Черви» не
связывают свои копии с какими-то файлами. Они создают свои копии
на дисках и в подкаталогах дисков, никаким образом не изменяя
других файлов и не используя СОМ-ЕХЕ прием, описанный выше;
3. «Паразитические» - все вирусы, которые при распространении своих
копий обязательно изменяют содержимое дисковых секторов или
файлов. В эту группу относятся все вирусы, которые не являются
«червями» или «компаньон-вирусами»;
4. «Студенческие» - крайне примитивные вирусы, часто нерезидентные
и содержащие большое число ошибок;
5. «Стелс»-вирусы (вирусы-невидимки, stealth), представляют собой
весьма совершенные программы, которые перехватывают обращения
DOS к пораженным файлам или секторам дисков и «подставляют»
вместо себя незараженные участки информации. Кроме того, такие
вирусы при обращении к файлам используют достаточно
оригинальные алгоритмы, позволяющие «обманывать» резидентные
антивирусные мониторы;
6. Макро-вирусы - вирусы этого семейства используют возможности
макроязыков (таких как Word Basic), встроенных в системы обработки
данных (текстовые редакторы, электронные таблицы и т.д.). В
настоящее время широко распространены макро-вирусы, заражающие
документы текстового редактора Microsoft Word и электронные
таблицы Microsoft Excel;
7. Сетевые
вирусы
(сетевые
черви)
вирусы,
которые
распространяются в компьютерной сети и, так же, как и компаньонвирусы, не изменяют файлы или сектора на дисках. Они проникают в
память компьютера из компьютерной сети, вычисляют сетевые адреса
других компьютеров и рассылают по этим адресам свои копии.
Чтобы противостоять нашествию компьютерных вирусов, необходимо
выбрать правильную стратегию защиты от них, в том числе программные
антивирусные средства, грамотно используя которые Вы сможете предотвратить
вирусную атаку. А если она все же произойдет, вовремя ее обнаружить,
локализовать и успешно отразить, не потеряв ценной для Вас информации.
!
программные антивирусные средства или антивирусы – это
специальные программы, которые находят и уничтожают вирусы
на компьютере
7. Антивирусные программы: классификация и принципы работы.
Doctor Web
Dr.Web – один из лучших антивирусов в мире.
Великолепный успех был достигнут программой Dr.Web на
тестировании, проведенном «Virus Bulletin» в ноябре 2003 года:
как и неоднократно до этого Dr.Web сумел обнаружить 100%
вирусов во всех 4-х вирусных категориях – «In the Wild»,
полиморфные, макрокомандные и стандартные вирусы, - по
которым проводилось тестирование.
«Антивирус Dr.Web защищает миллионы компьютеров во всем
мире. В России его давно используют во многих федеральных органах власти:
Администрации Президента, Аппаратах Правительства, Совета Федерации и
Государственной Думы, ГАС «Выборы», ГУИР ФАПСИ, ФСНП, Минфине,
Минэкономразвития,
Минобороны,
Минпромнауки,
Минобразования,
Центральном и Сберегательном банках России. А так же в сотнях тысяч
коммерческих предприятий России и СНГ.
Антивирус Касперского™ (AVP) Personal Pro
Антивирус Касперского™ (AVP) Personal Pro был создан в
расчете на опытных пользователей, нуждающихся в самых
современных технологиях антивирусной защиты. Продукт
является последним технологическим достижением Лаборатории
Касперского. Для обеспечения полномасштабной защиты
информации
реализованы
специальные
технологии
поведенческого блокиратора контроля целостности данных.
В Антивирус Касперского™ Personal Pro интегрирован
модуль Office Guard, который постоянно держит под полным контролем
выполнение макросов, пресекая все подозрительные действия. Уникальная
технология поведенческого блокиратора, положенная в основу Office Guard, дает
100% гарантию от действия макро-вирусов, не оставляя им ни единого шанса
нанести Вашему компьютеру какой-либо вред.
8. Программы сжатия данных: возможности и принципы работы.
Общие сведения о программах-архиваторах
Современные информационные технологии предоставляют большие
возможности для более компактного хранения данных в компьютере. Так,
например, электронный документ, который занимает на жестком диске
компьютера 2 мегабайта можно сжать с помощью специальной программы до
размера 150 килобайт. Это позволит, во-первых, сэкономить место на жестком
диске компьютера, а во-вторых, создать компактную резервную копию нужного
электронного документа. Рекомендуется резервные копии важной информации
хранить отдельно от их версии оригинала. Например, оригинальная версия
электронного документа может храниться на жестком диске компьютера, а копию
(архивную) можно записать на CD.
Еще одним преимуществом архивирования данных является возможность
записывать в один архив сразу несколько электронных документов. Таким
образом, все необходимая информация, относящаяся к одной и той же теме, может
храниться компактно в одном единственном архиве.
Понятие архива
Принято различать архивацию и упаковку (компрессию, сжатие) данных. В
первом случае речь идет о слиянии нескольких файлов и даже каталогов в единый
файл - архив (примером использования такой технологии в чистом виде может
служить формат TAR), во втором - о сокращении объема исходных файлов путем
устранения избыточности.
Как правило, современные архиваторы обеспечивают также сжатие данных,
являясь, таким образом, еще и упаковщиками, однако существуют и
исключительно "упаковочные" утилиты типа Gzip, сжимающие отдельные файлы,
преобразуя их в формат Z или GZ.
При выборе инструмента для работы с упакованными файлами и архивами
следует учитывать два фактора: эффективность, т.е. оптимальный баланс между
экономией дисковой памяти и производительностью работы, и совместимость, т.е.
возможность обмена данными с другими пользователями. Совместимость,
пожалуй, сегодня более важна, так как по достигаемой степени сжатия
конкурирующие форматы и инструменты различаются на проценты (но не в разы),
а вычислительная мощность современных компьютеров делает время обработки
архивов не столь существенным показателем, как, скажем, десять лет назад.
Поэтому при выборе инструмента для работы с архивами важнейшим критерием
для большинства пользователей (во всяком случае тех, для кого обмен большими
массивами данных - насущная проблема), вероятно, является способность
программы "понимать" наиболее распространенные архивные форматы, даже если
эти форматы не самые эффективные.
Действие большинства средств упаковки основано на использовании
алгоритмов сжатия, предложенных в 80-х гг. Абрахамом Лемпелем и Якобом
Зивом. Многие популярные архивные форматы (ZIP, LZH, ARJ, ARC, ICE и т. п.)
появились в эпоху господства DOS. Для работы с ними использовались
специализированные архиваторы-упаковщики (утилиты PkZip/PKUnzip, LHA,
Arj), которые позволяли архивировать целые каталоги и обеспечивали высокую
степень сжатия для текстовых, графических и прочих типов файлов. Эти
программы вызывались командной строкой с многочисленными параметрами,
довольно громоздкими, хотя и обеспечивавшими богатые возможности. Вскоре
стали появляться интегрирующие надстройки, с помощью которых можно было
работать с различными форматами архивов не из командной строки, а с помощью
меню.
По-настоящему прижились в мире персональных компьютеров, став сегодня
фактическими стандартами, лишь немногие из старых архивных форматов - ZIP,
ARJ и, пожалуй, еще LZH. Помимо этих традиционных форматов некоторые
современные архиваторы позволяют работать с новым межплатформным
форматом JAR (Java ARchive), который был создан специально для пересылки
многокомпонентных Java-апплет, но может применяться и для работы с
упакованными архивами общего назначения (в JAR применяются те же методы
сжатия, что и в ZIP). Еще один формат, CAB, был предложен фирмой Microsoft,
средства для работы с ним входят в состав Windows 9x; многие архиваторы,
ориентированные на форматы ZIP и ARJ, позволяют также распаковывать CABархивы.
В настоящее время растет популярность формата RAR и соответствующих
программ, созданных нашим соотечественником, челябинцем Евгением Рошалем.
Но, хотя технология RAR обеспечивает высокую степень сжатия, стандартом она
так и не стала, отчасти из-за не очень гибкого механизма работы с большими
архивами. Во многих случаях удачным решением проблемы совместимости
является создание архивов в виде самораспаковывающихся программ (EXEфайлов).
Многие программы, ориентированные на какой-либо из традиционных
типов архивов, способны создавать и EXE-архивы на базе своего "родного"
формата. Но это решение не всегда обеспечивает достаточную гибкость
(например, не позволяет без специальных инструментов выборочно извлекать
файлы из архива).
Обзор возможностей наиболее популярных программ-архиваторов
WinRaR
Как написано в справке: "WinRAR — это 32-разрядная версия архиватора RAR
для Windows, мощного средства создания архивов и управления ими." И
действительно, программа полностью поддерживает архивы RaR и Zip, а также
основные операции с архивами форматов CAB, ARJ, LZH, TAR, GZ, ACE, UUE,
BZ2, JAR и ISO. Поставляется в двух версиях: консольная версия, которая
работает в текстовом режиме, и запускается из командной строки, и версия с
графическим интерфейсом (GUI). Кроме всего этого в этом архиваторе есть
функции восстановления физически поврежденных архивов, создания и
использования томов для восстановления, позволяющих воссоздавать
недостающие части многотомных архивов, поддержка кодировки Unicode в
именах файлов, возможность создания самораспаковывающихся архивов. В
отличие от некоторых других архиваторов, допустимый размер файла для
архивации не ограничен. В России WinRaR пользуется большой популярностью,
ведь он создан отечественными программистами, и следовательно программа
имеет русскую версию.
WinZip
WinZip является одним из самых популярных архиваторов в мире. Простой
интерфейс. Поддерживает все самы популярные архивы интернета. Есть два
недостатка: файл, размером более 4 Gb он не архивирует и новые версии
появляются не так часто как хотелось бы. В WinZip встроена поддержка CABфайлов, а для таких популярных форматов как TAR, gzip, UUencode, BinHex, and
MIME. ARJ, LZH, и ARC. WinZip может интегрироваться с проводником
Windows. Можно одновременно распаковывать несколько файлов. Архиватор
поддерживает расщепленные архивы, то есть когда один большой архив разбит на
несколько частей. Это удобно, особенно когда отсылаешь архивы по электронной
почте, или записываешь их на дискеты.
PowerArchiver2003
PowerArchiver2003 - очень мощный архиватор. Красивый, удобный и понятный
интерфейс. Полная поддержка (может как архивировать так и разархивировать)
архивов следующих форматов ZIP (полная поддержка формата PkZip 4.5 ZIP и
поддержка алгоритма сжатия Deflate64), CAB, LHA (LZH), TAR (+TAR.GZ,
+TAR.BZ2) и BH (BlakHole), а также закодированных файлов форматов XXE,
UUE и Base64 (MIME). В него также встроена поддержка разархивации архивов
форматов RAR (включая новый формат RAR v3), ARJ, ARC, ACE (включая новый
формат ACE v2), ZOO, GZ и BZIP2. PowerArchiver имеет встроенный внутренний
просмотровщик для файлов форматов TXT, RTF, BMP, ICO, WMF, EMF, GIF и
JPG. Вот основные возможности программы:
• Печать списка файлов в архиве или экспорта списка в файлы формата TXT или
HTML;
• Резервное копирования с использованием собственных скриптов;
• Поддержка перетаскивания файлов в/из архивов;
• Разархивации сразу нескольких выбранных архивов;
• Реставрация поврежденного ZIP-архивов;
• Разбиение ZIP-архива на тома и, наоборот, склеивание многотомного ZIP-архива
в один файл;
• Подключения внешнего антивируса;
• Два интерфейса: классическая и по типу проводника, с двумя, разделенными
горизонтально окошками и показом древовидной структуры;
• Поддержка скинов;
• Конвертация из одного формата архива в другой;
• Функция Batch Zip - создание множества разных архивов за один раз;
• Функция Auto Update - автоматическое обновление и установка новых версий
PowerArchiver;
• Поддержка FTP;
• Возможность работы из командной строки;
• Создание самораспаковывающихся архивов;
• Возможность самому создавать скины.
7-Zip.
7-Zip - архиватор отечественной сборки. Умеет интегрироваться в оболочку
Windows. Поддерживаются форматы ZIP, RAR, RAR 3, CAB, GZIP, BZIP2 и TAR.
Есть версия для командной строки. В общем довольно неплохая программа,
учитывая
ее
статус.
WinAce.
WinAce - довольно мощный архиватор. Помимо поддержки основных форматов
архивов: Zip, Lha, Ms-cab, Rar, Arc, Arj, GZip, Tar, RAR 3.0, Zoo и Jar, имеет
собственный формат сжатия: Ace, который, кстати, по степени сжатия не уступает
Zip и Rar. Следует отметить, что часто используемые SFX-модули автоматически
переносятся в начало списка. Может проверять целостность архивов. Есть
возможность восстановления поврежденных архивов форматов Zip и Ace.
Возможность работы из командной строки и оптимизации уже существующих
архивов. Программа имеет приятный и удобный интерфейс. Есть собственная
программа
просмотра
текста
и
изображений.
BitZipper.
BitZipper - Программа работает с 15 архивами. Кроме стандартных для всех
архиваторов функций умеет создавать самораспаковывающиеся архивы семи
типов. Также может сканировать архивы на присутствие вирусов, конвертировать
один архив в другой. Есть возможность поиска файлов и текста внутри архивов.
Advanced Archive Password Recovery.
Advanced Archive Password Recovery - программа для восстановления пароля к
архиву. Работает с архивами ZIP (PKZip, WinZip), ARJ/WinARJ, RAR/WinRAR и
ACE/WinACE. Может подбирать пароль по набору символов: заглавные и
строчные латинские буквы, цифры, специальные символы типа @#$%, пробел.
Может подбирать пароль по маске (если вы помните какую-то часть пароля),
перебору, встроенному словарю, plaintext, гарантированная расшифровка WinZip,
пароль из ключей.
ZIPITFAST.
ZIPITFAST - довольно неплохой архиватор. Может архивировать в форматах Zip,
Tar, Cab, Jar, gZip, Lha, а также формат BlackHole (BH). Может просматривать
архивы в формате ace .arc .arj .bh .cab .enc .gz .ha .jar .lha .lzh .pak .pk3 .rar .tar .tgz
.uu .uue .xxe .z .zip .zoo. Поддерживает функцию Drag and Drop. Может проверять
целостность архивов. Поддержка скинов. Плюс ко всему этому красивый
интерфейс и статус программы.
UltimateZip.
UltimateZip - программа для работы с файлами в zip-архиве и многими другими
форматами. А именно:
• ZIP archives (*.zip; *.pk3)
• Blak Hole archives (*.bh)
• Cabinet archives (*.cab)
• JAR archives (*.jar)
• LHA archives (*.lha; *.lzh)
• TAR archives (*.tar) (Unix, Linux compatible)
• TAR-GZIP archives (*.tar.gz) (Unix, Linux compatible)
• TAR-BZIP2 archives (*.tar.bz2) (Unix, Linux compatible)
• UUEncoded files(*.uue)
• XXEncoded files(*.xxe)
• ACE and ACEv2 archives (*.ace)
• ARC archives (*.arc)
• ARJ archives (*.arj)
• RAR and RARv3 archives (*.rar)
• ZOO archives (*.zoo)
PowerZip.
PowerZip - архиватор. Поддерживает архивы Zip, Tar/Gz, Arj, Cab and Ha, RAR.
Стандартный набор функций. Ничем особенным не отличается.
TurboZIP.
TurboZIP - мощный архиватор, имеет все стандартные функции, в т.ч. шифрование
файлов. Внизу программы расположено окно предварительного просмотра
содержимого архива.
FilZip.
FilZip - архиватор. Поддерживает все основные архивы.
vuZIP.
vuZIP - архиватор. Выполняет все основные функции работы с архивами.
Поддерживает интерфейс Drag & Drop. Работая в Windows Explorer, пользователь
может выделить нужные файлы и директории, затем перенести и бросить их на
окно или иконку архиватора. После подтверждения, выбранные файлы и
директории будут добавлены в архив. Умеет работать только с Zip-архивами.
Archive Converter.
Archive Converter - программа конвертирует заархивированные файлы в разные
форматы. Поддерживает все популярные форматы архивов. Программа извлекает
файлы из старого архива и помещает их в новый, при этом, старый архив может
удаляться или оставляться в зависимости от настроек. Программа мертвая, т.е.
разработчики перестали ее поддерживать. На сайте производителя можно скачать
версию
для
DOS
и
OS/2.
9. Понятие архитектуры Информационно-вычислительных систем.
Электронно-вычислительные машины (ЭВМ), как следует из названия,
изначально предназначались для автоматического выполнения математических
расчетов, то есть обработки цифровой информации. В настоящее время функции
ЭВМ значительно шире и они позволяют обрабатывать практически любую
информацию. Однако для того, чтобы эта информация была понятна ЭВМ она
представляется в цифровом формате. Для того, чтобы понять как устроена ЭВМ
необходимо четко определить что именно она обрабатывает.
Поскольку понятие "информационная система" является базовым для науки
информатики необходимо определить что понимается по "системой" вообще,
"информационной системой" и "информационно-вычислительной системой" в
частности.
Система (греч. systema – целое, составленное из частей соединение) –
совокупность элементов, взаимодействующих друг с другом, образующих,
определенную целостность, единство. Укрупненная классификация систем
представлена на рисунке ниже.
СИСТЕМЫ
Абстрактные системы
Знания
Гипотезы
Теории
Материальные системы
Технические
Эргатические
Смешанные
Организация системы – внутренняя упорядоченность, согласованность
взаимодействия элементов системы (проявляющаяся, в частности, в ограничении
разнообразия состояний элементов системы)
Элемент системы – часть системы, имеющая определенное
функциональное назначение. Сложные элементы систем, в свою очередь
состоящие из более простых взаимосвязанных элементов, часто называют
подсистемами.
Структура системы – состав, порядок и принципы взаимодействия
элементов системы, определяющие основные свойства системы.
Архитектура системы – совокупность свойств системы, существенных для
пользователя.
Целостность системы – принципиальная несводимость свойств системы к
сумме свойств отдельных ее элементов (эмерджентность свойств) и, в то же время,
зависимость свойств каждого элемента от его места и функции внутри системы.
Информационная система (ИС) – материальная система, организующая,
хранящая и преобразующая информацию. Это система, основным предметом и
продуктом труда в которой является информация. Классификация
информационных систем представлена на рисунке ниже.
по характеру использования результатной информации:
 информационно-поисковые (сбор, хранение, выдача информации по
запросу пользователя)
 информационно-советующие (системы поддержки принятия решений)
 информационно-управляющие (результатная информация непосредственно
участвует в формировании управляющих воздействий)
Классификация ИС (по различным признакам)
по функциональному назначению:
 производственные ИС
 коммерческие ИС
 маркетинговые ИС
 финансовые ИС и т.д.
по объектам управления
 ИС автоматизированного
проектирования
 ИС управления технологическими
процессами
 ИС управления предприятием и т. д.
Практически все современные ИС включают в свой состав вычислительные
машины и поэтому являются информационно-вычислительными (ИВС).
Функции ИВС, управляющей крупным предприятием:
 вычислительная
 коммуникационная
 информирующая
 запоминающая
 следящая
 регулирующая
 оптимизационная
 самоорганизующаяся
 самосовершенствующаяся
 исследовательская
 прогнозирующая
 анализирующая
 синтезирующая
 контролирующая
 диагностическая
 документирующая
Информационная система (информационно-вычислительная система)
состоит из трех крупных подсистем: функциональной, обеспечивающей и
организационной.
Информационная система (ИС)
Функциональные
подсистемы
Научнотехническая
поддержка
Бизнеспланирование
Оперативное
управление
Финансовый
менеджмент
Бухгалтерский учет
Прочие
Обеспечивающие
подсистемы
Организационные
подсистемы
Информационное
обеспечение
Кадровое
обеспечение
Техническое
обеспечение
Эргономическое
обеспечение
Программное
обеспечение
Правовое
обеспечение
Математическое
обеспечение
Организационное
обеспечение
Лингвистическое
обеспечение
Прочие
Состав основных подсистем ИС
Функциональные подсистемы ИС реализуют и поддерживают модели,
методы и алгоритмы получения управляющей информации. Состав
функциональных подсистем зависит от предметной области использования ИС.
Примеры функциональных подсистем:
 Подсистема научно-технической подготовки производства. Отвечает за
выполнение научно-исследовательских (в том числе маркетинговых) работ,
конструкторскую и технологическую подготовку производства.
 Подсистема бухгалтерского учета обеспечивает составление отчетности и
учет труда и заработной платы, товарно-материальных ценностей, основных
средств, результатов финансовых операций.
Состав обеспечивающих систем более стабилен и мало зависит от предметной
области использования ИС.
Примеры обеспечивающих систем:
 Программное обеспечение – совокупность программ регулярного
применения, необходимых для решения функциональных задач, и программ,
позволяющих наиболее эффективно использовать вычислительную технику,
обеспечивая пользователям наибольшие удобства в работе.
 Математическое обеспечение – совокупность математических методов,
моделей и алгоритмов обработки информации, используемых в системе.
Организационные подсистемы по существу также относятся к
обеспечивающим подсистемам, но направлены в первую очередь на обеспечение
эффективной работы персонала (и поэтому могут быть выделены отдельно):
Примеры организационных подсистем:
Кадровое обеспечение – состав специалистов, участвующих в создании и
работе системы, штатное расписание и функциональные обязанности
Правовое обеспечение – совокупность правовых норм, регламентирующих
создание и функционирование ИС, порядок получения, преобразования и
использования информации.
Разработка ИС начинается с создания организационного обеспечения:
экономического обоснования целесообразности системы, состава экономических
показателей, определяющих ее деятельность, состава функциональных подсистем,
организационной структуры управления, технологических схем преобразования
информации, порядка проведения работ и т. д.
10. Базовые компоненты универсального компьютера архитектуры Джон
Фон-Неймана. Основной принцип построения ЭВМ.
Основы архитектуры Электронно-Вычислительных Машин (ЭВМ) были
заложены еще в 1945 году американским ученым Джоном фон Нейманом (19031957).
Именно он сделал описание как самой ЭВМ, так и ее логических
возможностей, представил логические принципы организации компьютера
независимо от его элементной базы.
Итак, фон Нейманом было выделено и детально описано пять базовых
компонент универсального компьютера:
1. центральное арифметико-логическое устройство (АЛУ);
2. центральное
устройство
управления
(УУ),
ответственное
за
функционирование всех основных компонент компьютера;
3. память, т.е. запоминающее устройство (ЗУ);
4. система ввода информации;
5. система вывода информации.
В качестве основного принципа построения ЭВМ было выделено программное
управление. В основе его лежит представление алгоритма решения любой задачи в
виде программы вычислений.
Алгоритм это конечный набор предписаний, определяющий решение задачи
посредством определенного количества операций.
Программа - это упорядоченная последовательность команд, которые
выполняются в АЛУ автоматически друг за другом в определенной
последовательности. Выборка программы из памяти осуществляется с помощью
счетчика команд. Каждая команда содержит указания на конкретную
выполняемую операцию, место нахождения (адрес) данных для операции и ряд
служебных признаков.
Информация (командная и данные: числовая, текстовая, графическая и т.п.)
кодируется двоичными числами 0 и 1. Каждый тип информации имеет форматы структурные единицы информации, закодированные двоичными цифрами 0 и 1.
Обычно все форматы данных, используемые в ЭВМ, кратны байту, т.е. состоят из
целого числа байтов.
11.Общие принципы подключения и работы периферийных устройств.
Подключение периферийных устройств
разъем PS/2 для
подключения
клавиатуры и
манипулятора типа
“мышь”
разъемы USB-порта
разъем LPT-порта
разъемы COM-порта
разъемы для подключения
акустической системы, микрофона
разъем игровых устройств
Периферийные устройства подключаются к системному блоку через
разъемы, расположенные на задней стенке корпуса, как это показано на рисунке.
Все устройства, подключаемые к системному блоку, называются
периферийными устройствами, или просто периферией. Некоторые
периферийные устройства обязательно входят в перечень технических средств
составляющих собственно компьютер (клавиатура, манипулятор типа “мышь”,
монитор.)
Периферийные устройства, не являющиеся обязательными компонентами
компьютера, подразделяются на три большие группы: стандартные устройства,
нестандартные устройства и устройства сопряжения. Это разделение очень и
очень условное, и наверняка кто-то из специалистов в области компьютеров со
мной не согласиться, но провести некую границу между группами все-таки
возможно.
Фантастические темпы развития компьютерных технологий постоянно эти
границы изменяют, и то что 2-3 года назад было редким эксклюзивом (например,
цифровая фотокамера) теперь становится вполне доступным и привычным
устройством.
Итак, к стандартным относятся устройства, применяемые большинством
пользователей, выпускающиеся огромными партиями и предназначенные для
решения повседневных задач. К таким устройствам относятся: аудиосистемы,
принтеры, сканеры, модемы и т.д. Каждому из этих устройств в нашем курсе
посвящено отдельное занятие.
К нестандартным относятся устройства, предназначенные для досуга или
решения специальных задач. Это различные многофункциональные устройства,
игровые устройства, цифровые фото и видеокамеры, специальные наушники,
микрофоны, синтезаторы, WEB-камеры и т.д. Об этих устройствах будет
рассказано в шестнадцатом занятии.
Устройства сопряжения предназначены для подключения к системному
блоку технических средств узкой специализации, зачастую индивидуальных и
уникальных. С помощью устройств сопряжения подключаются кассовые
аппараты, различные охранные системы, системы телеметрического наблюдения,
всевозможные системы контроля и т.д.
Общие принципы работы
Все устройства подключаются к системному блоку через внешние
интерфейсы или с помощью специализированных адаптеров или контроллеров,
устанавливаемых на материнскую плату или размещаемых на платах (картах)
расширения.
Внешний интерфейс - это совокупность унифицированных аппаратных,
программных и конструктивных средств, необходимых для реализации
взаимодействия различных функциональных элементов в системах при условиях,
предписанных стандартом и направленных на обеспечение информационной,
электрической и конструктивной совместимости указанных элементов.
Трудноватое определение, но каждое слово в нем настолько важно, что стоит
прочитать еще раз и вдуматься.
Адаптер является средством связи (сопряжения) какого-либо устройства с
какой-либо шиной или интерфейсом компьютера. Контроллер служит тем же
целям сопряжения, но при этом подразумевается его активность - способность к
самостоятельным действиям после получения команд от обслуживающей его
программы. Сложный контроллер может иметь в своем составе и собственный
процессор.
Все внешние интерфейсы компьютера тоже имеют свои адаптеры и
контроллеры. Для взаимодействия с программой адаптеры и контроллеры обычно
имеют регистры ввода и вывода. Эти регистры могут располагаться либо в
адресном пространстве памяти, либо в специальном пространстве портов вводавывода.
Кроме того, используются механизмы аппаратных прерываний для
сигнализации программе о событиях, происходящих в периферийных устройствах.
Для обмена информацией с устройствами применяется механизм прямого доступа
к памяти DMA (Direct Memory Access), а также прямое управление шиной.
Все устройства, занимающие какие-либо свои системные ресурсы - порты
ввода-вывода, ячейки памяти, линии запросов прерывания или каналы DMA называются системными устройствами. По этим признакам к системным
устройствам относится и оперативная память. Системные устройства могут
располагаться на материнской плате или картах расширения, устанавливаемых в
шины расширения. Среди них могут быть и стандартные (известные
программному обеспечению, включая BIOS) и нестандартные, существующие
порой в единственном экземпляре.
Периферийные устройства подключаются к тем или иным интерфейсам
системных устройств. Так, например, винчестер, подключенный к контроллеру
ATA материнской платы, является периферийным устройством. Отдельных
ресурсов он не занимает - процессор к нему обращается через ресурсы
контроллера ATA. А вот сам контроллер ATA является системным устройством и
занимает ресурсы (порты, прерывание), независимо от того, подключены к нему
периферийные устройства или нет.
Стандартные периферийные устройства
Эти устройства подключаются к системному блоку через строго
определенные разъемы и шины, если речь идет об устройствах расположенных
внутри системного блока.
На приведенном ниже рисунке показано какие устройства и как
подключаются к системному блоку через разъемы, расположенные на задней
стенке.
Клавиатура
COM-порты (DB-9P)
Мышь USB-порты LPT-порт (DB-25S)
USB-порты
Разъем под RJ-58
Audio выход
Audio вход
Микрофон
Клавиатура
COM-порты (DB-9P)
USB-порты
Устройства сопряжения
Устройством сопряжения (УС) в широком смысле этого определения
называется любое устройство, обеспечивающее взаимодействие между двумя
техническими средствами (системами). В данном случае под УС подразумевается
устройство, подключаемое к компьютерной системе. При этом очень важно иметь
в виду, что устройство может нарушить работу системы в целом, причем не
исключено, что только в одном, редко используемом режиме.
Поэтому при приобретении, установке и эксплуатации УС требуются
специальные знания, которые заинтересованный читатель может найти в
соответствующей литературе. В данной теме мы рассмотрим самое важное из
условий успешной эксплуатации УС - это его соответствие внешним интерфейсам
компьютера.
Обращаю ваше внимание на использование понятий. Синонимами термина
"устройство сопряжения" являются термины "адаптер", "контроллер". Иногда УС
несколько неправильно называют интерфейсом. Если УС ориентировано на
системную магистраль, его еще называют платой (картой) расширения. Сути дела
выбор того или иного термина не меняет. Задача - сопряжение компьютера с
каким-то внешним устройством, прибором, установкой, комплексом, процессом и
т.д.
Итак, к IBM-совместимому персональному компьютеру УС могут быть
подключены четырьмя способами, соответствующими четырем типам
стандартных внешних интерфейсов, средства которых входят в базовую
конфигурацию компьютера:
 через системную магистраль или шину, канал - эти термины равнозначны (в
современных системах это PCI - Peripheral Component Interconnect в
устаревших компьютерах это ISA - Industrial Standard Architecture);
 через параллельный интерфейс Centronics (LPT порт);
 через последовательный интерфейс RS-232C (COM порт);
 через универсальную системную шину USB (Universal Serial Bus).
Подключение через системную магистраль обеспечивает наибольшую скорость
обмена. При этом не требуется ни отдельного конструктива (плата УС
устанавливается в корпус компьютера), ни дополнительного источника питания
(используется тот, который есть в компьютере). В то же время одноплатное
исполнение ограничивает сложность УС, а соседство с быстродействующими и
мощными цифровыми узлами компьютера приводит к высокому уровню
электромагнитных помех и наводок по цепям питания.
Выбор Centronics или RS-232C позволяет расположить УС (причем УС любой
сложности) на большом расстоянии от компьютера. Но при этом достигается
гораздо меньшая скорость обмена, а также требуется внешний конструктив и
дополнительный источник питания, что существенно увеличивает стоимость
системы.
Немаловажно и то, что без специальных ухищрений через эти интерфейсы
можно подключить только одно УС. Что касается сложности узлов сопряжения
(интерфейсной части УС), то обмен в параллельном формате гораздо проще, чем в
последовательном.
Интерфейс RS-232C предназначен для подключения
к компьютеру стандартных внешних устройств
(принтера, сканера, модема, мыши и др.), а также для
связи компьютеров между собой. Основными
преимуществами использования RS-232C по сравнению с Centronics являются
возможность передачи на значительно большие расстояния и гораздо более
простой соединительный кабель.
В то же время работать с ним несколько сложнее. Данные в RS-232C
передаются в последовательном коде побайтно. Каждый байт обрамляется
стартовым и стоповыми битами. Данные могут передаваться как в одну, так и в
другую сторону (дуплексный режим). Компьютер имеет 25-контактный (DB25P)
или 9-контактный (DB9P) разъем для подключения RS-232C
Основным назначением интерфейса Centronics является подключение к
компьютеру принтеров различных типов. Поэтому распределение контактов
разъема, назначение сигналов, программные средства
управления интерфейсом ориентированы именно на это
использование. В то же время с помощью данного
интерфейса можно подключать к компьютеру и другие
внешние устройства, имеющие разъем Centronics, а также
специально разработанные УС.
Основным достоинством использования Centronics для
подключения УС по сравнению с PCI является
значительно меньший риск вывести компьютер из строя.
Главный недостаток этого подхода - значительно меньшая скорость обмена.
И, наконец, самый популярный способ подключения через шину USB.
Интерфейс USB (Universal Serial Bus - Универсальная Последовательная Шина)
позволяет производить обмен информацией с периферийными устройствами на
трех скоростях (спецификация USB 2.0):
 низкая скорость (Low Speed - LS) - 1,5 Мбит/с;
 полная скорость (Full Speed - FS) - 12 Мбит/с;
 высокая скорость (High Speed - HS) - 480 Мбит/с.
Интерфейс USB соединяет между собой хост (host) и устройства. Хост
находится внутри персонального компьютера и управляет работой всего
интерфейса. Для того, чтобы к одному порту USB можно было подключать более
одного устройства, применяются хабы (hub устройство, обеспечивающее подключение к
интерфейсу других устройств). Корневой хаб
(root hub) находится внутри компьютера и
подключен непосредственно к хосту.
В
интерфейсе
USB
используется
специальный термин "функция" - это
логически
законченное
устройство,
выполняющее какую-либо специфическую
функцию. Топология интерфейса USB
представляет собой набор из 7 уровней (tier):
на первом уровне находится хост и корневой
хаб, а на последнем - только функции.
Устройство, в состав которого входит хаб и
одна или несколько функций, называется составным (compaund device).
Порт хаба или функции, подключаемый к хабу более высокого уровня,
называется восходящим портом (upstream port), а порт хаба, подключаемый к хабу
более низкого уровня или к функции называется нисходящим портом (downstream
port).
В связи с тем, что в интерфейсе USB реализован сложный протокол обмена
информацией, в УС с интерфейсом USB необходим микропроцессорный блок,
обеспечивающий поддержку протокола. Поэтому основным вариантом при
разработке устройства сопряжения является применение микроконтроллера,
который будет обеспечивать поддержку протокола обмена. В настоящее время
все основные производители микроконтроллеров выпускают продукцию,
имеющую в своем составе блок USB.
Таким образом, основными преимуществами подключения УС через USB
является:
 высокая скорость передачи данных (в отличие от RS232C и Centronics);
 отсутствие необходимости устанавливать УС внутрь системного блока (в
отличие от PCI);
 возможность подключения нескольких устройств наиболее удобным
способом (вспомните про разъемы USB на передней панели системного
блока);
 малые размеры разъема.
Еще раз подчеркну, что по своей сути УС представляют собой те же
адаптеры либо контроллеры, только обеспечивающие подключение
специфичных, а порой уникальных устройств.
12. Принципы хранения данных на магнитных и оптических носителях.
Магнитные накопители называют магнитными, потому что в основе
своей работы они используют явление остаточного магнетизма. Под ним
понимается способность магнитной поверхности долгое время сохранять свое
магнитное поле. Для простоты можно представить, что она (поверхность) покрыта
множеством мельчайших стрелок от компаса, которые показывают либо на север,
либо на юг. Каждая такая «стрелка» называется доменом (ничего даже отдаленно
общего с доменами сети Internet). Под воздействием внешнего магнитного поля,
домен ориентируется в ту или иную сторону. После того как внешнее магнитное
поле исчезает, в домене образуется остаточная намагниченность, которую потом
можно будет «прочитать».
а
а
1
0
1
1
0
?
Так как магнитные стрелки могут быть направлены либо в одну сторону,
либо в другую, то условно их направление можно обозначить за «1» и «0». Таким
Домен
образом, каждый домен представляет собой мельчайшую единицу информации –
один бит.
Кроме магнитных, существуют магнитооптические,
полупроводниковые (схемные) накопители.
оптические
и
В своей работе они используют иные принципы хранения данных,
основанные на различных физических явлениях. Сравнивать их между собой по
принципу «что лучше» - затея довольно бесперспективная, так как в различных
ситуациях подходит тот или иной вид накопителя. Что лучше использовать,
зависит от разных причин, таких как условия хранения (если вы, например,
собираетесь хранить данные рядом с магнитами, то дискета вам явно не
подойдет), экономическая эффективность и т.п.
Запоминающие устройства на магнитных
носителях
Жесткие диски (Винчестеры)
Hard Disk Drive (HDD)
Мобильные жесткие диски
Microdrive
Флоппи-диски (Дискеты)
Floppy Disk Drive (FDD)
Iomega Zip, Iomega Jaz
SuperDisk (LS-120)
UHC
Ultra High Capacity
HiFD
High Capacity Floppy Disk
SyQuest SyJet, SyQuest Quest , SyQuest SparQ
SyQuest EZ135 & EZFlyer
Shark 250
Стримеры
Streamers
Жесткие диски (Винчестеры)
Жесткий диск устроен следующим образом: на шпинделе, соединенным с
мотором, находится блок из нескольких дисков (пластин). Эти диски и есть та
самая магнитная поверхность, покрытая доменами, причем над каждой из пластин
находятся головки для чтения/записи информации (почти как в магнитофоне).
Условно каждый диск разбивается на дорожки (треки) и секторы. Каждый
сектор – часть трека. При работе, головки "летят" над дорожками дисков в
воздушном потоке, который создается при их (дисков) вращении. Это явление
получило название «эффект Бернулли». При необходимости, головки записывают
или считывают с диска домены и передают полученную информацию на
дальнейшую обработку. Если этого не требуется, диски не перестают крутиться и
только при отключении электропитания, головки отводятся специально
предназначенное место.
Таким образом, пластины вертятся всегда, пока включен компьютер.
Сам жесткий диск представляет из себя пластину с напылением
высококачественного ферромагнетика. В качестве материала для пластины
применяют алюминий, керамику или стекло, а в качестве магнитного слоя наносят
окись хрома или тонкопленочное металлическое покрытие.
Для записи или считывания информации с поверхности
диска, головка создает магнитное поле, намагничивая тем
самым участок диска - при считывании намагниченный участок диска возбуждает
сигнал в головке. Для того, чтобы можно было воспользоваться эффектом
Бернулли, им придают специальную аэродинамическую форму наподобие крыла
самолета. Расстояние от головки до поверхности диска весьма мало и составляет
около 0,5 мкм над поверхностью диска, поэтому обращаться с этим устройством
следует осторожно.
Если хоть немного повредить покрытие пластины, то мельчайшие крошки
покрытия начнут разлетаться по всей поверхности диска. Учитывая то, что
скорость вращения пластин составляет 3600, 4500, 5400, 7200 и более оборотов в
минуту, осколки на большой скорости будут царапать головку и покрытие
пластины, а разогрев головки из-за трения об осколки приведет к постепенной
поломке. Это, еще не говоря о потерянных данных. Конструкция жесткого диска
весьма неустойчива к различного вида ударам и повреждениям и его без особых
преувеличений можно назвать самум уязвимым местом в компьютере.
Был введен специальный термин – ударостойкость,
характеризующий устойчивость винчестера к механическим
нагрузкам. Она измеряется в специальных единицах G,
которые указываются в документации или маркируются на
самом жестком диске. Чувствительность к ударным
воздействиям приводится для выключенного диска и для
режимов чтения и записи. Однако когда диск установлен внутри компьютера, он
сильным ударам не подвергается. Поэтому первый параметр важнее, особенно
если вы используете HDD как переносной.
Еще одна и, наверное, самая важная характеристика любого жесткого диска –
это объем памяти. Сейчас для каждого диска он разный и колеблется в пределах
от 10 до 200 Гбайт. Надо сказать, что емкость и стоимость зависят не линейно и
разница в устройствах на 40 и 60 Гбайт нередко составляет всего несколько
долларов.
Кстати, существует забавный факт: на самих винчестерах емкость указывается
в миллионах байт (соответствует приставке М) и миллиардах байт (приставка Г).
В тоже время один килобайт содержит 1024 байт, мегабайт равен 1 048 576 байт, а
гигабайт - 1 073 741 824 байт и некоторые люди сильно удивляются, обнаружив,
что указанная на упаковке емкость «не соответствует» реальным показателям.
Мобильные жесткие диски (Microdrive)
Мобильный жесткий диск это ни что иное, как
обыкновенный HDD в уменьшенных размерах.
Технология записи, чтения и хранения данных здесь
абсолютно такая же, как и в любом обычном жестком
диске.
Большие
объемы
хранимой
памяти,
характерные для жестких дисков, точно так же
сочетаются с характерными проблемами в их эксплуатации: достаточно один раз
уронить микровинчестер на пол и в большинстве случаев его останется только
выкинуть. Потребление энергии также нельзя назвать экономичным. Ко всему
прочему при работе он нагревается (хотя и немного), но это может привести к
неблагоприятному воздействию на используемое вами устройство, да и на вас
(например, на ваши пальцы, которым вы его возьмете).
Проблемы с энергопотреблением связаны в первую
очередь с тем, что микровинчестеры используют в
цифровых фотоаппаратах, фотокамерах, мобильных
телефонах и прочих устройствах с электропитанием,
ограниченным аккумуляторами. Зато весит подобное
устройство около 16 грамм, имеет размеры около 40х40х3 миллиметров, и
совместим со стандартом CompactFlash Type II, причем только крайне редко
устройства для CompactFlash не работают с Microdrive.
Порядка 4/5 от всего объема микровинчестеров, производящихся сегодня – это
устройства накопителей со средним объемом памяти порядка 10Гбайт, а в
качестве интерфейса для них используется USB 2.0
Флоппи-диски (Дискеты)
FDD - один из первых носителей сменного типа и они
изначально были предназначены для хранения и переноса
информации отдельно от компьютера. В самом деле – если вам
надо передать кому-то данные, вы же не станете вывинчивать из
системного блока жесткий диск? Впервые появившись в 1971
году, дискеты успешно дожили до
сегодняшних дней и до сих пор
пользуются спросом.
Состоят
дискеты
из
круглой
полимерной подложки, помещенной в
пластиковую упаковку. В ней c двух
сторон сделаны круговые прорези, через
которые
головки
считывания/записи
накопителя получают доступ к диску.
Так же как и в жестком диске, поверхность, содержащая информацию, разбита
на дорожки, а дорожки на секторы, но в отличие от HDD, скорость получения
данных с дискеты настолько мала, что это становится заметным даже при
копировании небольших файлов. Но, несмотря на это, дискеты популярны до сих
пор.
Наибольшее
распространение
получили
дискеты
со
следующими
характеристиками: диаметр 3,5 дюйма (89 мм), ёмкость 1,44 Мбайт, число
дорожек 80, количество секторов на дорожках 18. Причиной этого стала
распространенность дискет (пожалуй, редкий производитель не снабжает
компьютер FDD дисководом) и то, что пользователи уже привыкли к ним, хотя
сейчас все более и более заметна тенденция к отказу от дискет и переходу на
другие носители. Кстати, диаметр в 3,5 дюйма выбран совсем не случайно – он в
точности совпадает с размером кармана на рубашке.
Флоппи-диски нельзя подвергать нагреву, располагать вблизи сильных
электромагнитных полей (понятно почему - информация будет стерта). Для
лучшей сохранности данных старайтесь держать дискеты подальше от сильных
магнитов и видеомонитора. Вредно также касаться пальцами поверхности диска,
так как вы можете загрязнить ее жиром, который всегда есть на коже.
Iomega ZIP
Iomega ZIP – это логическое продолжение флоппи-дисков. В их основе лежит
та же технология, что и в использовании дискет, однако
емкость увеличена до 100-120 Мбайт за счет того, что диск ZIP
– драйва вращается со скоростью в восемь раз превосходящей
скорость вращения обычной дискеты. Центробежная сила до
предела растягивает поверхность гибкого диска, что позволяет
плотнее и точнее размещать на нем дорожки.
Помимо несомненных достоинств, у Iomega Zip имеется ряд серьезных
недостатков и неудобств. Самый ощутимый из них — это температурная и
магнитная нестабильность (диск со временем размагничивается), из-за которой
Zip мало подходит для долговременного хранения информации. Еще одна
досадная вещь — Iomega Zip несовместим со стандартными 1,44 Мбайт дискетами
и при этом предъявляет высокие требования к качеству носителя (проблемы с Zipдискетами от сторонних производителей не редкость).
Iomega JAZ
Jaz проектировался как сменный накопитель для работы с файлами
мультимедиа и в целом очень напоминает Zip, но есть существенные отличия:
1. емкость одного Jaz-диска в десять раз больше и
составляет 1ГБ и более;
2. производительность Jaz-дисковода выше, чем даже
у некоторых жестких дисков: среднее время поиска
10мс/12 мс (чтение/запись), скорость передачи
данных 10МБ/с.
SuperDisk (LS - 120)
Технология LS-120 появилась заметно позже, чем Zip и первоначально
называлась Floptical.
На поверхности диска LS-120 лучом лазера нанесены тонкие отражающие
дорожки, не несущие никакой полезной информации, но за ними следит лазерная
головка чтобы более точно установить магнитную головку на дорожках. Это
позволяет резко повысить плотность записи со 135 дорожек на дюйм у обычных
флоппи-дисков до 2490 у LS-120.
У LS-120 есть одна приятная особенность: его привод способен работать и с
обычными дискетами емкостью 720 Кбайт и 1,44 Мбайт, для
чего используется совмещенная двухэлементная головка
чтения/записи. Объем хранимой информации в среднем
составляет 120 Мбайт (отсюда, кстати и число в названии). LSдиски гораздо надежней дискет, и их не приходится часто
форматировать.
UHC (Ultra High Capacity)
UHC воспринимает как обычные дискеты размером 1,44 Мбайт, так и Zip –
диски. Емкость составляет 130 Мбайт.
Принцип работы этого устройства, также как и принцип работы жесткого
диска, основан на ранее упомянутом эффекте Бернулли. Но есть существенное
различие. Как вы уже знаете, в жестком диске, головка чтения/записи немного
приподнимается за счет проходящего между ней и диском с информацией
воздухом. В UHC все наоборот – головка остается неподвижной, а диск под нее
прогибается.
HiFD (High Capacity Floppy Disk)
HiFD (High Capacity Floppy Disk) говорит сам за себя. HiFD - "флопик" высокой
емкости. На данный момент емкость HiFD составляет 200 Мбайт, но
производители
заявляют
о
возможности
хранения 500 Мбайт на одном диске. Также
совместим с обычными дискетами, причем для
чтения дискет 1,44 Мбайт и дискет HiFD, привод
использует разный зазор между диском и
магнитной головкой. Плюс ко всему, в HiFD
используется технология ATOMM, суть которой в наличии двух специальных
слоев на каждой записывающей поверхности. Первый — тонкий верхний слой из
магнитных частиц — позволяет добиться высокой плотности записи, а
находящийся под ним второй, немагнитный, обеспечивает ее долговечность.
SyQuest SyJet
SyJet использует изолированные от внешней
среды картриджи, сделанные по технологии
жестких дисков и емкостью 1.5 Гб размером 3,5дюйма. Такой картридж имеет 2 диска, 4
поверхности.
Головки чтения/записи также
находятся внутри картриджа.
В связи с тем, что головки находятся в
сменном картридже и корпус герметичен, как и
в винчестерах, можно выжать максимальную
емкость из магнитного материала, - емкость дискет SyJet составляет 1,5Гб
(1500Мб). Скорость вращения шпинделя - 5400 оборотов в минуту. Использование
таких картриджей имеет как плюсы (очень высокая производительность), так и
минусы (очень дорогие сменные диски).
SyQuest Quest
SyQuest Quest имеет емкость 4,7 Гбайт и несколько большую, чем у SyJet,
скорость передачи данных. Такие накопители производятся только со SCSI
интерфейсом и чаще используются на корпоративном рынке и в кино- видеоиндустрии в профессиональных видеостудиях, например. Установившаяся
скорость передачи данных достигает 10.6 мегабайта в секунду. Этому показателю
могут позавидовать многие винчестеры.
SyQuest SparQ
SparQ - имеет габариты 3.5" и емкость 1 Gb. Обычная скорость передачи
данных - от 3.7 до 6.9 Мбайт/сек. Картридж к Sparq, объем которого равен одному
гигабайту, весит 85 граммов. Всего же, вместе с приводом, масса не превышает
одного килограмма. Для SparQ предусмотрено два
рабочих положения, вертикальное и горизонтальное,
что позволяет расположить его практически на
любом рабочем столе, каким бы маленьким он ни
был. Систематически SparQ (во время простоя)
самостоятельно проводит очистку своих активных
элементов, после чего автоматически переходит в
режим «sleep mode».
SyQuest EZ135 & EZFlyer
EZ135 и EZFlyer. Младшая модель данного семейства накопителей, EZFlyer
230 представляет собой НГМД увеличенного размера, где вместо гибкого диска
используется сменный жесткий диск. Такие накопители работают быстрее, чем
Zip-устройства, так как скорость вращения съемных жестких дисков, может быть
значительно выше, чем у дисков гибких. Средняя скорость доступа для устройства
EZFlyer (которое заменило модель EZ135), рассчитанного на диски емкостью 230
Мбайт составляет 21,8 м/с. Для дисководов Zip этот показатель составляет 39,2
м/с. Компания SyQuest продолжает обеспечивать обладателей EZFlyer носителями
и техническими консультациями, но представители фирмы не скрывают, что
SparQ будет более удачной покупкой.
Shark 250
Производителем Shark 250 является фирма
Avatar. Каждый сменный диск этого накопителя
вмещает до 250-ти Мбайт (отсюда и название).
Дисковод накопителя Shark 250 позволяет
считывать данные со скоростью до 1,25 Мбайт/с.
Весом всего
320 г., Shark 250 работает по
принципу жесткого диска. Картридж для него называется HARDiskette. Он имеет
ширину всего 6.25 см и находится в специальном конверте, который защищает его
от любых внешних воздействий.
Стримеры
Стример - это устройство для резервного копирования
данных винчестера на случай их возможной потери (вирус,
поломка). Если использовать для этой цели дискеты,
потребуется не только много дискет, но и много времени.
Стример быстро записывает данные на магнитную ленту в
специальной кассете. Новейшие разработки позволяют
использовать для этой цели обычные видеокассеты, но это
может потребовать длительного времени. Быстродействие,
т.е. скорость записи-считывания у стримера значительно меньше, чем у
винчестера. Но зато кассету с пленкой, содержащей эти данные, можно хранить
как угодно долго.
По уровню технического совершенства нынешние ленточные накопители не
идут в сравнение с монстрами прошлого.
Накопители на оптических носителях
Данный тип накопителей называется оптическим потому, что в основе своей
работы они используют свойства материалов, связанные с отражением или
преломлением световых лучей.
В разных накопителях эти свойства используются по-разному, но всех их
объединяет то, что для считывания или записи информации используется луч
лазера. Это – основное принципиальное различие между оптическими и другими
типами накопителей, дающее большое преимущество перед магнитными
носителями: оптический носитель совершенно невозможно размагнитить. Кроме
того, не требуется и абсолютной чистоты носителя. Всем хорошо известный CD не
пострадает от небольшого количества пыли на нем, в отличие от дисков HDD
(последние вообще приходится помещать в герметичную упаковку).
Если же говорить о принципе восприятия информации устройством, то тут все
и везде одинаково. Все те же нули и единицы, только если в магнитных
накопителях они определялись по направлению «магнитной стрелки», то здесь мы
можем условно принять за единицу тот факт, что луч отразился, а за ноль – то, что
он рассеялся или поглотился.
Накопители на оптических носителях
CD
Compact Disc (компактный диск)
DVD
Digital Versatile Disc (цифровой многоцелевой диск)
Blu-Ray Disc
FMD
Fluorescent Multilayer Disc
СD - диски
Compact
Disc
представляет
собой
пластмассовый диск со специальным покрытием,
на котором записана информация. Это покрытие
состоит из цианина (Cyanine) или фталоцианина
(phtalocyanine). По оценке производителей
первые из них имеют срок жизни 50, а
вторые 100 лет.
Диаметр компакт-диска равен 120
мм, толщина – 1,2 мм, диаметр
центрального отверстия – 15 мм.
Центральная область вокруг отверстия
шириной 6 мм называется зоной крепления
(clamping
area).
За
ней
следует
заголовочная область (lead in area),
содержащая оглавление диска (table of
content). Далее расположена область
шириной 33 мм, предназначенная для
хранения
данных
и
физически
представляющая собой единый трек.
Завершающей
является
терминальная
область (lead out) шириной 1 мм. Внешний
обод диска имеет ширину 3 мм. Общая
длина концентрических дорожек диска равна 5 км. Воспроизведение CD
производится по спиральной дорожке от центра диска (50 мм) против часовой
стрелки. Благодаря изменению скорости вращения диска дорожка относительно
считывающего луча лазера движется с постоянной линейной скоростью. У центра
диска скорость его вращения больше, у края – медленнее (1,2–1,4 м/сек). Кстати,
когда говорят про скорость CD-привода (напр. 4x или 8х), то имеется ввиду не
скорость вращения диска, а скорость передачи данных с диска на компьютер.
Скорость в 1х соответствует 150 кб/сек.
Существует четыре основных вида CD:

CD-ROM, на которые запись осуществляется фабрично методом штамповки
с матрицы;

CD-R, используемые для однократной или многократной лазерной записи
сессиями;

CD-RW, предназначенные для многократных циклов записи-стирания;

Mini-CD – те же CD, но уменьшенные в размерах.
Любой из них – сложная структура, состоящая из нескольких слоев,
обеспечивающих надежность, целостность и долговечность информации.
CD-ROM – Compact Disc Read Only Memory - компакт-диск только для
чтения.
Их изготовляют из прозрачного пластика диаметром 120 мм и толщиной 1,2
мм. На поверхность напыляется слой алюминия, реже серебра или золота. При
массовом производстве запись информации происходит путем выдавливания на
поверхности диска ряда углублений. Логический нуль может быть представлен
как питом (pit — углубление), так и лэндом (land — поверхность).
От центра к краю компакт-диска нанесена одна-единственная дорожка в
виде спирали шириной 4 микрона с шагом 1,4 микрона. Поверхность диска
разбита на три области. Начальная область (Lead-In) расположена в центре диска и
считывается первой. В ней записано содержимое диска, таблица адресов всех
записей, метка диска и другая служебная информация. Средняя область содержит
основную информацию и занимает большую часть диска. Конечная область (LeadOut) содержит метку конца диска.
CD-R – Compact Disc Recordable - записываемый компакт диск, точнее
сказать, однократно записываемый.
Запись производится лазером за счет потемнения (изменения прозрачности)
участков материала, который находится между покрытием и поликарбонатной
основой. При записи лазер нагревает участки материала, они меняют
прозрачность, и образуют подобие питов.
На CD-R организуется такая же информационная структура, как на CDROM. Отличие заключается в том, что запись таких дисков можно производить с
помощью домашней бытовой техники. Следует заметить, что в силу конструкции
четкость питов и отражающая способность таких дисков несколько ниже, чем у
CD-ROM, так что некоторые устройства могут не распознать такой диск или
производить считывание данных крайне медленно и с ошибками.
CD-RW – Compact Disc Rewritable - перезаписываемый компакт-диск.
При его изготовлении используется промежуточный слой из органической
пленки, способной менять свое фазовое состояние (с аморфного на
кристаллическое и обратно) под воздействием луча лазера. При нагреве свыше
критической температуры материал переходит в стабильное аморфное состояние и
остается в нем, а при нагреве значительно ниже критической возвращается в
стабильное кристаллическое состояние. За счет этого изменяется прозрачность
материала.
На данный момент CD-RW-диски поддерживают несколько тысяч
перезаписей. Однако их отражающая способность ниже, чем у CD-R-дисков, так
что для чтения этих дисков необходим привод с Auto Gain Control —
автоматической регулировкой усиления фотоприемника. Некоторые бытовые
проигрыватели (на данный момент почти все) также способны читать CD-RWдиски. Что касается формата данных, то CD-RW имеет аналогичную CD-R
структуру, но также может быть отформатирован под файловую систему UDF
(Universal Disc Format), позволяющую работать с диском как с обычной дискетой,
т. е. динамически создавать и уничтожать файлы. Срок жизни CD-RW в среднем
составляет 2-3 года со дня изготовления.
Некоторые наверняка встречались с обозначением на CD-RW приводе,
которое выглядело приблизительно как 8х/4x/32x. Полезно знать, что
соответственно этим обозначениям, 8х - максимальная скорость записи, 4хмаксимальная скорость перезаписи и 32х-максимальная скорость чтения данных.
Mini-CD - это компакт-диски диаметром 80 мм (размером со стандартную
трёхдюймовую дискету). Пожалуй, это наиболее обычный вариант необычных
CD. Такие диски прекрасно считываются большинством компьютерных CDприводов и музыкальных центров (исключение составляют приводы с
фронтальной загрузкой, как, например, во многих CD-автомагнитолах). Кстати,
существуют устройства, которые работают только с мини-CD - например,
некоторые портативные MP3-плееры. Объём информации - до 200 мегабайт.
На основе мини-CD также создана такая замечательная вещь, как CD –
визитка. CD-визитка - это обычный CD-ROM диск, по форме напоминающий
пластиковую карточку.
С первого взгляда CD-визитка
похожа на обыкновенную пластиковую
карту, которые мы привыкли видеть в
своих кошельках. С технической точки
зрения - это обыкновенный компакт
диск, вырезанный по форме пластиковой
карточки. А, по сути, это огромное
"хранилище", где возможно разместить
сотни страниц текста и иллюстраций,
рисунки, графики, таблицы. Все это
может
сопровождаться
музыкой
анимацией и дикторским текстом. Но самое главное, что вся эта информация
легко считывается обыкновенным CD-приводом, даже самым "древним".
DVD - диски
DVD, ныне именуемый как Digital Versatile Disc на самом деле изначально
назывался Digital Video Disc но эта расшифровка так и
не устоялась, поскольку DVD подходит для хранения
не только видео но и вообще любой мультимедийной
информации.
Этот носитель имеет до 4-х регистрирующих
слоёв и ёмкость от единиц до десятков Гб. При этом длительность записи
видеоинформации возрастает до 8 часов. 4-х слойные DVD изготавливаются из
двух склеенных дисков толщиной по 0,6 мм каждый. Повышение
информационной ёмкости диска достигается за счёт использования лазера с более
короткой длиной волны излучения (0,635–0,66 вместо 0,78 мкм), что позволяет
повысить плотность записи, т.е. уменьшить геометрические размеры пит (с 0,28 до
0,15 мкм) и шаг дорожки (с 1,6 до 0,74 мкм), а также за счёт использования
технологии сжатия данных, чего нет на обычных CD. В основном для сжатия
видеоинформации используется стандарт MPEG-2, а для сжатия аудио – форматы
AC-3 или PCM.
В настоящее время, DVD – это бурно развивающаяся технология. В первую
очередь благодаря значительно большему объему хранимой информации чем на
CD. В связи с этим компаниями-производителями предпринимаются попытки
изначально взять под свой контроль процессы копирования информации,
записанной на DVD. Самые ярые сторонники антипиратских мер требуют вообще
изменить саму архитектуру компьютера с тем, чтобы данные с DVD не попадали
на системную шину и, таким образом, их нельзя было бы скопировать. Примером
того, что уже сделано, может послужить региональное кодирование DVD.
Региональное кодирование предполагает под собой следующее: на каждом
DVD находится 1 байт, который соответствует тому региону, в котором был
произведен диск. Если, например, региональный код DVD диска с музыкой не
будет соответствовать региональному коду плеера, то последний не будет
проигрывать диск. Кроме того, существует возможность не устанавливать
региональный код вообще, тогда в этом случае диск будет возможно проиграть на
любом плеере.
Некоторые плееры могут быть модифицированы таким образом, чтобы они
могли воспроизводить диски независимо от указанной зоны. Такая модификация
ведет к потере гарантии на устройство, но не является противозаконной.
Некоторые диски от «Fox», «Buena Vista/Touchstone/Miramax», «MGS/Universal» и
«Polygram» содержат программные фрагменты, которые проверяют региональный
код плеера. У плеера, "освобожденного" от региональной защиты, код равен 0, и
такие диски отказываются воспроизводиться. Проигрыватели, в которых можно
самостоятельно переключать регион, могут без проблем решить это препятствие.
Почти так же, как и CD, DVD имеет три основных вида:

DVD-ROM (только чтение)

DVD-R (возможность одноразовой записи)

DVD-RAM (возможность многократной перезаписи)
Для работы с DVD применяют DV-магнитофоны (в том числе компактные,
например DV Walkman с ЖК-мониторами) и DVD драйверы, устанавливаемые в
ПК. DV-магнитофоны, оснащённые специальными монтажными устройствами,
позволяют осуществлять полнофункциональный монтаж аудиовидеоданных.
Плотность записи оптических дисков определяется длиной волны лазера, то
есть возможностью сфокусировать на поверхности диска луч в пятно диаметром,
равным длине волны. Поэтому логическим продолжением DVD являются
устройства, позволяющие, работать в синей или фиолетовой области спектра
(450–400 нм).
Blu-Ray Disc
Технология
Blu-ray
Disc
разработана в конце 2001 года. Её
спецификация с февраля 2002 года
поддерживается
рядом
известных
зарубежных
компаний.
Диски
диаметром 12 мм имеют ёмкость 23,3;
25 и 27 Гбайт. Такой диск имеет
толщину прозрачного защитного слоя
0,1 мм, а ширину дорожки – 0,32 мм, что
позволило не только обеспечить
большую ёмкость, но и повысить
скорость чтения/записи. Его базовая
скорость (1х) составляет 36 Мбит/с (5580 Кбайт/с). У DVD этот параметр
составляет 1385, а у CD – 150 Кбайт/с соответственно. По мнению разработчиков,
эти диски хорошо подходят для записи телевизионных и видеопрограмм,
транслируемых в цифровом формате.
В технологии Blu-Ray используется синий лазер с длиной волны 405 нм.
Такое уменьшение позволило сузить дорожку в два раза больше, чем у обычного
DVD-диска до 0,32 микрон, и увеличить плотность записи данных.
Одновременно с Blu-ray Disc компании NEC Toshiba предложили диск с
названием Advanced Optical Disk System. Он использует тот же тип лазера (синефиолетовый), но прозрачный защитный слой шире (0,6 мм, как у DVD), при этом
ёмкость однослойного такого носителя составляет 15 и 20 Гбайт. В дальнейшем
предполагается создать односторонний двухслойный диск с ёмкостью 40 Гбайт.
Эти диски будут максимально совместимы с DVD-носителями.
FMD
Другим способом увеличения ёмкости является принцип, используемый в
флуоресцентных дисках FMD (Fluorescent
Multilayer Disk) и заключающийся в изменении
физических
свойств
(появление
флуоресцентного
свечения)
некоторых
химических
веществ
под
воздействием
лазерного луча.
Данный принцип получил название
«фотохромизм». Вместо технологии CD и DVD,
использующей отражённый сигнал, здесь под
воздействием
лазера
свет
излучается
непосредственно информационным слоем.
Такие диски изготавливаются из прозрачного фотохрома. Под воздействием
мощного лазерного излучения в них происходит химическая реакция, в результате
которой отдельные участки информационного слоя (по аналогии с CD – «питы»)
приобретают флуоресцентные свойства. То есть питы заполняются
флуоресцентным материалом, при этом металлизированное отражающее покрытие
отсутствует.
Данная технология позволяет создавать 120 мм диски ёмкостью в десятки
Тб (терабайт) и, следовательно, на них можно записывать высококачественное
видео без использования методов сжатия (компрессии). Кроме того, возможно
параллельное считывание данных с разных слоёв, что позволяет увеличить
скорость считывания информации до 1 Гбита в секунду. Таким образом, этот
метод может считаться методом объёмной записи данных. В большей степени
такая запись возможна при использовании трёхмерной голографии, позволяющее
ныне в кристалле размером с сахарный кубик, разместить до 1 Тб. Заметим, что
голографический метод не требует применения систем вращения.
Предполагается, что в данной технологии будет поддержана совместимость
с форматами CD и DVD за счёт использования аналогичной системы
распределения данных на каждом слое дисков.
13.Основные принципы построения компьютерных сетей.
Эффективное управление организацией невозможно без непрерывного
отслеживания состояний коммерческого и финансового рынков, без оперативной
координации деятельности всех филиалов и сотрудников. Решение названных
задач требует совместного участия большого числа различных специалистов,
часто территориально удаленных друг от друга. В такой ситуации во главу угла
организации эффективного взаимодействия этих специалистов должны быть
поставлены системы распределенной обработки данных.
Распределенная обработка данных — обработка данных, выполняемая на
независимых, но связанных между собой компьютерах, представляющих
территориально распределенную систему.
Первыми представителями систем распределенной обработки данных были
системы телеобработки данных и многомашинные вычислительные системы.
Системы телеобработки данных - это информационно-вычислительные
системы, в которых выполняется дистанционная централизованная обработка
данных, поступающих в центр обработки по каналам связи.
Многомашинные вычислительные системы — это системы, содержащие
несколько одинаковых или различных, относительно самостоятельных
компьютеров, связанных между собой через устройство обмена информацией, в
частности, по каналам связи. В последнем случае речь идет об информационновычислительных сетях.
Информационно-вычислительная
сеть
(возможное
название
вычислительная сеть, ВС) представляет собой систему компьютеров,
объединенных каналами передачи данных.
Основное назначение информационно-вычислительных сетей (ИВС) - обеспечение эффективного предоставления различных информационно-вычислительных
услуг пользователям сети посредством организации удобного и надежного
доступа к ресурсам, распределенным в этой сети.
В последние годы подавляющая часть услуг большинства сетей лежит в сфере
именно информационного обслуживания. В частности, информационные системы,
построенные на базе ИВС, обеспечивают эффективное выполнение следующих
задач:
 хранение данных;
 обработка данных;
 организация доступа пользователей к данным;
 передача данных и результатов обработки
данных пользователям.
Эффективность решения указанных задач обеспечивается:
 распределенными в сети аппаратными, программными и информационными
ресурсами;
 дистанционным доступом пользователя к любым видам этих ресурсов;
 возможным наличием централизованной базы данных наряду с распределенными базами данных;
 высокой надежностью функционирования системы, обеспечиваемой резервированием ее элементов;
 возможностью оперативного перераспределения нагрузки в пиковые периоды;
 специализацией отдельных узлов сети на решении задач определенного класса;
 решением сложных задач совместными усилиями нескольких узлов сети;
 оперативным дистанционным информационным обслуживанием клиентов.
Основные показатели качества ИВС:
1. Полнота выполняемых функций. Сеть должна
обеспечивать выполнение всех предусмотренных для
нее функций и по доступу ко всем ресурсам, и по
совместной работе узлов, и по реализации всех
протоколов и стандартов работы.
2. Производительность — среднее количество запросов пользователей сети,
исполняемых за единицу времени. Производительность зависит от времени
реакции системы на запрос пользователя. Это время складывается из трех составляющих:
 времени передачи запроса от пользователя к узлу сети, ответственному за его
исполнение;
 времени выполнения запроса в этом узле;
 времени передачи ответа на запрос пользователю.
3. Значительную долю времени реакции составляет
передача информации в сети. Следовательно, важной
характеристикой сети является ее пропускная способность.
Пропускная
способность
определяется
количеством данных, передаваемых через сеть (или ее
звено - сегмент) за единицу времени.
4. Надежность сети - важная ее техническая характеристика. Надежность чаще
всего характеризуется средним временем наработки на отказ.
5. Поскольку сеть является информационной системой, то более важной потребительской характеристикой является достоверность ее результирующей
информации (показатель своевременности информации поглощается достоверностью: если информация поступила несвоевременно, то в нужный момент на
выходе системы информация недостоверна). Существуют технологии, обеспечивающие высокую достоверность функционирования системы даже при ее
низкой. Можно сказать, что надежность информационной системы — это не
самоцель а средство обеспечения достоверной информации на ее выходе.
6. Современные сети часто имеют дело с конфиденциальной информацией, поэтому важнейшим параметром сети является безопасность информации в ней.
Безопасность — это способность сети обеспечить защиту информации от несанкционированного доступа.
7. Прозрачность сети — еще одна важная потребительская ее характеристика.
Прозрачность означает невидимость особенностей внутренней архитектуры сети
для пользователя: в оптимальном случае он должен
обращаться к ресурсам сети как к локальным ресурсам
своего собственного компьютера.
8. Масштабируемость - возможность расширения
сети
без заметного снижения ее производительности.
9.
Универсальность сети — возможность
подключения к сети разнообразного технического
оборудования и программного обеспечения от разных производителей.
14. Видеосистемы: состав и основные принципы работы. Свет как
физическое явление.
Работа современных видеосистем построена на общих принципах
восприятия человеком окружающего мира посредством зрения. Для того чтобы
понять эти принципы, необходимо разобраться каким образом человек вообще
различает цвета в реальном мире.
Физически, свет состоит из фотонов – микроскопических световых частиц,
каждая из которых движется по собственному маршруту и вибрирует со своей
частотой (или длиной волны, или энергией – каждая из трех характеристик:
частота, длина волны или энергия однозначно определяет две другие). Фотон
полностью характеризуется своим положением, направлением и частотой/длиной
волны/энергией.
Фотон с длиной волны приблизительно от 390 нанометров (nm)
(фиолетовый) до 720 nm (красный) покрывают все цвета видимого спектра,
формируя цвета радуги (красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий,
фиолетовый). Запомнить цвета спектра помогает известная фраза: “Каждый
охотник желает знать, где сидит фазан”. Однако наши глаза воспринимают
множество цветов, которых нет в радуге – например, белый, черный, коричневый,
розовый и так далее. Каким образом это происходит?
В действительности наш глаз видит смесь фотонов с различными частотами.
Реальные источники света характеризуются распределением частот излучаемых
ими фотонов. Идеально белый свет состоит из равного количества света всех
частот. Лазерный луч обычно очень плотный, и все его фотоны практически
идентичны по частоте (а также по направлению и фазе). В обычной лампочке
больше света на желтой частоте. Человеческий глаз воспринимает цвет, когда
несколько ячеек в сетчатке (называемых колбочками) возбуждаются вследствие
того, что по ним бьют фотоны. Три различных типа колбочек лучше реагируют на
три различных длины световой волны: первый тип лучше реагирует на красный
свет, второй – на зеленый, и третий – на синий. Когда смесь фотонов попадает в
глаз, колбочки сетчатки
регистрируют различные уровни возмущения в
соответствии со своим типом.
Поскольку каждый цвет фиксируется глазом в виде уровней возмущения
колбочек входящими фотонами, глаз может воспринимать цвета, не являющиеся
частью спектра, создаваемого призмой или радугой.
Графический монитор эмулирует видимые цвета, подсвечивая пиксели на
экране комбинацией красного, зеленого и синего света в пропорциях,
возбуждающих колбочки чувствительные к красному, зеленому и синему свету,
таким образом, чтобы уровень их возмущения совпадал с уровнем, создаваемым
естественной смесью фотонов.
Для отображения конкретного цвета, монитор посылает точное количество
красного, зеленого и синего света (red, green, blue – RGB) должным образом
стимулирующее различные типы колбочек в глазу. Цветной монитор может
посылать свет с разными пропорциями красного, зеленого и синего в каждую
точку экрана, и глаз видит миллионы световых точек, каждая из которых имеет
свой собственный цвет.
В памяти компьютера или на жестком диске цвет точки хранится в виде
чисел. Одним байтом можно закодировать 256 различных цветов. В принципе,
этого достаточно для рисованных изображений типа тех, что мы видим в
мультфильмах, но для полноцветных изображений живой природы недостаточно.
А что, если на кодирование цвета одной точки отдать не один байт, а два, то
есть, не 8 битов, а 16. Добавление каждого бита увеличивает в два раза количество
кодируемых значений. Добавление восьми битов восемь раз удвоит это
количество, то есть увеличит его в 256 раз (2*2*2*2*2*2*2*2 = 256). Двумя
байтами можно закодировать 256 * 256 = 65536 различных цветов. Если для
кодирования цвета одной точки использовать 3 байта (24 бита), то количество
возможных цветов увеличивается еще в 256 раз и достигнет 16,5 миллионов. Этот
режим позволяет хранить, обрабатывать и передавать изображения, не
уступающие по качеству наблюдаемым в живой природе. При таком кодировании
1 байт отведем на красный цвет, 1 – на зеленый и 1 – на синий. Чем больше
значение байта цветовой составляющей, тем ярче этот цвет.
Итак, мы уже умеем с помощью чисел кодировать цвет одной точки. На это
необходимы один, два или три байта, в зависимости от того, сколько цветов мы
хотим передать. А как закодировать целый рисунок?
Решение приходит само собой - надо рисунок разбить на точки. А когда
рисунок разбит на точки, то можно начать с его левого верхнего угла и, двигаясь
по строкам слева направо, кодировать цвет каждой точки.
Если раскодировать байты по одному слева направо, то никогда не узнаешь,
где кончается одна строка и начинается другая. Это говорит о том, что нам чего-то
не хватает. Значит, мы что-то важное упустили из виду. Если бы перед группой
байтов приписать еще небольшой заголовок, из которого было бы ясно, как эти
байты раскодировать, то всё стало бы на свои места. Этот заголовок может быть,
например таким: {8 * 8}. По нему можно догадаться, что рисунок должен состоять
из восьми строк по восемь точек в каждой строке. Заголовок можно сделать еще
подробнее, например, так: {8 * 8 * 3} - тогда можно догадаться, что этот рисунок
цветной, в котором на кодирование цвета каждой точки использовано три байта.
Описанная схема кодирования применяется во многих форматах графических
файлов (BMP, GIF, JPEG и так далее).
Дисплей служит как для отображения информации, вводимой посредством
клавиатуры или других устройств ввода, так и для выдачи пользователю
сообщений, а также полученных в ходе выполнения программ результатов.
Независимо от физических принципов формирования изображения дисплей
состоит из двух основных частей - экрана и электронного блока, размещенных в
одном корпусе. Подключается дисплей к компьютеру через видеоконтроллер.
По количеству воспроизводимых цветов различают монохромные
(одноцветные) и цветные дисплеи. Монохромные устройства способны
воспроизводить информацию только в каком-либо одном цвете, возможно, с
различными градациями яркости. Цветные дисплеи обеспечивают выдачу на экран
информации одновременно в нескольких цветах.
По физическим принципам формирования изображения существуют:
 дисплеи на базе электронно-лучевой трубки;
 жидкокристаллические дисплеи;
 плазменные (газоразрядные) дисплеи;
 электролюминесцентные дисплеи.
Дисплеи на базе электронно-лучевой трубки традиционны, а принцип их
работы аналогичен бытовому телевизору. В электронно-лучевой трубке
формируется луч (или три луча для цветных трубок), управляя перемещением и
интенсивностью которого можно получить изображение на экране.
В персональных компьютерах в последнее время широкое распространение
получили жидкокристаллические дисплеи с обратной (задней) подсветкой. Их
конструктивная особенность заключается в том, что за экраном размещается
источник света, а сам экран состоит из жидкокристаллических ячеек, которые в
нормальном состоянии являются непрозрачными. При приложении к, такой
ячейке напряжения она начинает пропускать свет, что и приводит к получению
изображения на экране.
Экран плазменного дисплея представляет собой матрицу газоразрядных
элементов. При приложении к электродам газоразрядного элемента напряжения
возникает электрический разряд красного или оранжевого свечения в газе,
которым этот элемент заполнен.
Экран люминесцентного дисплея состоит из матрицы активных
индикаторов, дающих яркие изображения с высокой разрешающей способностью.
Они имеют высокую механическую прочность и надежность, однако отличаются
большим энергопотреблением и высокой стоимостью.
Основными техническими характеристиками дисплеев являются:
1. разрешающая способность;
2. количество воспроизводимых цветов или градаций яркости;
3. размер экрана (как правило, по диагонали);
4. масса и габариты;
5. стоимость.
Видеоадаптер (или графический адаптер, или видеокарта, или
видеоконтроллер – эти термины обозначают одно и то же) является неотъемлемой
частью практически любого персонального или суперкомпьютера. Задачей
видеоадаптера является преобразование команд, получаемых им от программы
или операционной системы в сигнал, понятный монитору, который может быть
использован для отображения информации на экране.
Режимы работы видеоадаптера делятся на текстовые и графические. В
текстовом режиме видеоадаптер может отображать только символы (алфавитные,
цифровые, специальные, псевдографические и так далее). Текстовый режим
характеризуется количеством столбцов и строк символов, которые можно выдать
на монитор одновременно, а также размером (в точках) одного символа по
вертикали и горизонтали. После появления операционных систем с графическим
интерфейсом пользователя, текстовые режимы стали применяться реже.
Графические режимы характеризуются, прежде всего, «разрешением»
изображения выдаваемого видеоадаптером на экран, то есть количеством точек
(или пикселей) по горизонтали и вертикали, из которых это изображение состоит.
Записывается разрешение как «AxB», где A – это количество точек по
горизонтали, а B – по вертикали. Чем больше разрешение, тем лучше. Например,
если фотография, которую вы хотите просмотреть на мониторе, имеет размер 1280
на 960 пикселей, то при разрешении 640x480 пикселей она не может войти на
экран полностью без изменения масштаба или усечения.
Второй характеристикой графического режима видеоадаптера является
«цветовой режим», то есть количество разных цветов, которое может быть
отображено на экране одновременно. Цветовые режимы делятся на палитровые и
непалитровые. Палитровые режимы сейчас используются все реже. В таком
режиме цвет каждой точки на экране задается в виде индекса в цветовой таблице –
палитре. В ячейке палитры, соответствующей этому индексу, хранится реальная
величина цвета, которым должна быть нарисована точка. Таким образом,
палитровый режим характеризуется размером палитры, то есть число ячеек в ней
как раз и определяет число цветов, которые можно отобразить на экране
одновременно.
В непалитровом режиме точка на экране задается непосредственно своим
цветом (см. рисунок ниже). Большинство непалитровых режимов богаче
палитровых в смысле количества одновременно отображаемых цветов, но требуют
больше памяти для своей работы.
Принцип работы непалитрового режима
Предположим, что нам нужно сравнить два режима:
 палитровый с 256 возможными цветами разрешением 640х480 пикселей;
 непалитровый с 16777216 возможными цветами и тем же разрешением.
Для того чтобы сформировать изображение, как в первом, так и во втором
режиме адаптеру необходимо достаточное количество памяти, установленной на
нем (видеопамяти). Поскольку у нас 256 возможных цветов, для каждой точки
изображения нам нужно хранить всего 1 байт, в этот байт можно записать индекс
в палитре (числом от 0 до 255). Вспомнив, что наше разрешение 640х480
пикселей, мы можем получить число байт, необходимое для хранения
изображения: 640*480*1=307200 байт.
Со вторым режимом все несколько сложнее – для того чтобы можно было
задать для точки на экране любой из 16777216 цветов, для нее нужно хранить
целых 3 байта, поскольку меньшим количеством байт нам не удастся записать все
числа от 0 до 16777215. Поступив так же как и в предыдущем случае, получим,
что объем памяти для хранения изображения во втором режиме втрое больше, чем
тот что нужен для первого.
Третьей характеристикой режима видеоадаптера является частота – то есть
количество сигналов, которое видеоадаптер посылает монитору за секунду
времени. Чем выше частота, тем чаще могут меняться кадры на экране.
Следует отметить, что для правильной работы монитор должен
поддерживать режим видеоадаптера (разрешение, цветовой режим и частоту),
поскольку он должен «понимать» сигналы видеоадаптера.
Современные видеоадаптеры и мониторы оснащаются как аналоговым, так и
цифровым разъемом. В случае подключения через цифровой разъем скорость
передачи данных существенно выше, поскольку используется интерфейс DVI
(Digital Video Interface – цифровой видеоинтерфейс).
В заключение темы рассмотрим описание видеокарты:
«Видеокарта PCI-E 256 Мб, Geforce 7600 GS, Gigabyte (GV-NX76G256D-RH)
DVI, TV-Out (oem)»
Согласно этому описанию определяются следующие основные параметры
устройства:
1. тип разъема для установки: PCI-E;
2. объем видеопамяти: 256 Мб;
3.
4.
5.
6.
7.
производитель: Gigabyte;
маркировка: GV-NX76G256D-RH;
модель: Geforce 7600 GS;
дополнительные разъемы: DVI, TV-Out (телевизионный выход);
вид исполнения: ОЕМ (для сборки специализированными компьютерными
фирмами).
15. Ресурсо- и энергосберегающие технологии использования
вычислительной техники.
В данной теме рассматриваются неблагоприятные факторы, влияющие на
выход из строя (поломку) комплектующих, а также способы снижения
воздействия этих факторов. Основными причинами потери работоспособности ПК
являются технический износ устройств и сбои в электрической сети.
Амортизация (или износ) в данном случае подразумевает старение
компонентов персонального компьютера и, в первую очередь, содержимого
системного блока. Помимо естественного старения амортизации способствуют и
другие факторы, такие как высокий температурный режим, наличие в устройстве
движущихся частей и неблагоприятная окружающая среда.
Высокий температурный режим в последние годы стал, чуть ли не основной
проблемой компьютерной техники. Дело в том, что все внутренние устройства
персонального компьютера, будь то процессор, блок питания, печатные платы,
приводы или жесткие диски в процессе своей работы производят значительное
количество тепла, то есть нагреваются. В отсутствие должного охлаждения этих
устройств и вентиляции всего корпуса это обстоятельство может привести к
перегреву различных частей системного блока, что в свою очередь приводит к
сбоям, а иногда и полному выходу из строя персонального компьютера (например,
если перегревается процессор или модули памяти).
Основные поставщики тепла
Во избежание этой проблемы в блоке питания, находящемся в задней части
системного блока, всегда установлен вентилятор, который закачивает в него
воздух извне (или же наоборот – выкачивает нагревшийся воздух изнутри, это
зависит от того, в каком направлении он вращается). Часто этого бывает
недостаточно для качественной вентиляции, тогда в переднюю часть корпуса
системного блока устанавливается еще один вентилятор (или «кулер» от
английского «cooler» - охладитель). Этот кулер подключается к материнской
плате, от которой он получает необходимое питание для работы. Следует
правильно выбирать и устанавливать эти кулеры для обеспечения сквозной
вентиляции – если вентилятор блока питания закачивает воздух вовнутрь,
желательно, чтобы передний вентилятор выкачивал его наружу и наоборот.
Помимо общей вентиляции системного блока для охлаждения отдельных
устройств могут применяться дополнительные кулеры, устанавливаемые
непосредственно на само устройство.
Чаще
всего
дополнительный
кулер
устанавливается на процессор, однако он может
потребоваться также для видеоадаптера (в
особенности если это современный видеоадаптер,
выполняющий множество функций по обсчету
программ компьютерной графики своими силами
без участия центрального процессора), звуковой
карты, жесткого диска и так далее.
Необходимо периодически проверять работу всех вентиляторов, поскольку
они, как и другие устройства, могут выходить из строя. В этом часто помогает
специальное программное обеспечение, позволяющее выяснить температуру
материнской платы и процессора, а также скорость вращения вентиляторов.
Для обеспечения благоприятного температурного режима и хорошей
вентиляции корпуса следует уделять особое внимание расположению системного
блока: не помещать его в места с прямым воздействием солнечных лучей, рядом с
отопительными батареями, а также в места, где будет затруднено сквозное
прохождение воздуха через корпус (например, в ниши с глухой задней стенкой).
В типичном системном блоке движущиеся части присутствуют в приводах
CD-ROM (или DVD-ROM), жестких дисках, приводах для чтения флоппи-дисков
и вентиляторах. Срок службы этих устройств ограничен и варьируется в
зависимости от качества материалов, из которых они произведены, а также
качества сборки, поэтому при выборе привода или жесткого диска необходимо в
первую очередь обращать внимание на его производителя – это должна быть
компания, положительно зарекомендовавшая себя на рынке.
Под неблагоприятной окружающей средой в данном случае подразумевается
сильно задымленное или запыленное помещение. Дело в том, что, закачивая в
корпус воздух, вентилятор засасывает также и пылевые частицы. Пыль,
попадающая на печатные платы, может накапливать заряды статического
электричества, что негативно сказывается на работе устройств. Кроме того,
попадая внутрь привода CD-ROM или флоппи-дисковод, пыль оседает на
читающих головках (в первом случае на лазерной, во втором – на магнитной) и
затрудняет чтение информации с носителей. В любом случае следует
обеспечивать чистоту рабочего помещения, а также, периодически очищать
внутреннее пространство системного блока от скопившейся в нем пыли.
Самое потенциально опасное, но одновременно и наиболее легко
предотвратимое бедствие, подстерегающее настольные компьютеры и серверы по
всему миру, это неустойчивость работы сетей переменного тока. Иногда
происходящие в сети процессы, например перенапряжения и броски питания,
оказываются
невыявленными
причинами
остановки
компьютеров
и
непостижимых программных сбоев. Во все времена полные отключения
напряжения были главной причиной потерь критически важной информации.
Отключения напряжения особенно опасны для серверов компьютерных сетей,
поскольку они хранят информацию, используемую множеством пользователей.
Например, в США энергетические компании должны обеспечивать
энергоснабжение с напряжением около 120 В при частоте 60 Гц. Реальное
напряжение сетей питания может отклоняться от этого значения до 10% в ту и
другую сторону (от 108 до 132 В). Любая сеть питания, в которой колебания
составляют более 10%, называется "грязной".
Примерами грязи в сети могут служить броски напряжения,
перенапряжения, "проседания" сети и частичные отключения электросети. Броски
напряжения, или переходные процессы, иногда вызываются грозовыми разрядами
и могут приводить к кратковременному повышению номинального напряжения
120 В до значений от 400 до 5600 В. Такое повышенное напряжение действует в
течение очень короткого времени, тем не менее оно опасно. Перенапряжения
представляют собой кратковременные превышения нормального значения
напряжения (их длительность больше, чем у бросков, но превышение напряжения
меньше).
Проседания сети – это кратковременные снижения входного напряжения,
обычно обусловленные изменением нагрузки в электросети (например, при
включении кондиционера, пылесоса, микроволновой печи или широкоэкранного
телевизора). Частичные отключения электроснабжения – более длительные
снижения входного напряжения – чаще происходят во время жарких летних
месяцев и там, где электростанции перегружены.
Наконец, наиболее серьезный
отказ питания – полное отключение питания – вызывается выходом электросети
из строя.
Для борьбы со всеми или с частью описанных проблем применяется, как
правило, один из двух способов: установка сетевого фильтра или установка
источника бесперебойного питания.
Сетевой фильтр больше похож на обычный
удлинитель, к которому подключаются устройства,
однако имеет более сложную начинку, способную
сглаживать часть неприятностей связанных с сетью
переменного тока.
Как правило, фильтр имеет встроенный
предохранитель,
срабатывающий
в
случае
возникновения
бросков
напряжения
или
перенапряжений, тем самым, защищая компьютер и другую, подключенную к
нему офисную технику. Кроме того, тот же предохранитель способен защитить
саму питающую сеть от короткого замыкания, если оно возникнет внутри
компьютера или в другом, подключенном к нему устройству.
К сожалению, сетевой фильтр не способен защитить компьютер от
проседания электросети или от ее частичных или полных отключений (поскольку
фильтру нечем компенсировать снизившееся напряжение).
Источники бесперебойного питания (ИБП) представляют собой более
дорогое, но и более надежное решение. Они включаются в настенные розетки
питания и служат отличной защитой системного блока, монитора и так далее.
Независимо от того, возникают ли в сети перенапряжения, броски,
кратковременные понижения напряжения или полное отключение питания, ИБП
"принимают их на себя" и обеспечивают на своем выходе напряжение питания
возможно более близкое к номинальному.
При полном отключении питания ИБП переходит на режим встроенной
батареи, то есть в отсутствие напряжения от электросети он может некоторое
время поддерживать работоспособность подключенных к нему устройств.
Конкретный период работоспособности устройств (обычно от 10 до 20 минут)
определяется исходя из номинальной мощности ИБП (емкости батареи), а также
мощности и количества защищаемых устройств. В тех случаях, когда требуется
поддерживать работоспособность в течение более длительного периода после
отказа питания, могут понадобиться ИБП с большей номинальной мощностью.
Возможны
и
другие
варианты,
например,
установка
дизельного
электрогенератора.
ИБП выпускаются любых размеров и конструкций.
Некоторые из них представляют собой небольшие автономные блоки,
подсоединяемые к компьютеру; другие – размещаются в стойках.
В большинстве случаев собственно подключение ИБП не вызывает никаких
трудностей – вставьте вилку кабеля питания вашего компьютера или другого
устройства в один из разъемов на задней стенке источника бесперебойного
питания, а кабель питания ИБП подключите к настенной сетевой розетке. В случае
возникновения проблемы в электросети, ИБП подаст сигнал с помощью
светодиодов или звуковых сигналов, что позволит заблаговременно сохранить
информацию на жесткий диск и выключить компьютер. Однако как быть в
ситуации, если вас нет на месте около компьютера?
Для
решения
описанной
проблемы
применяют
специальные
административные программы мониторинга ИБП. Компьютер и ИБП помимо
кабеля питания соединяются информационным кабелем (обычно через
последовательный порт), кроме того, на компьютер устанавливается специальная
программа. Такое соединение позволяет ИБП сообщать программе о состоянии
системы электропитания и таких событиях, как броски напряжения. Программа
мониторинга получает информацию от ИБП и действует в соответствии с
предусмотренными инструкциями, например, регистрирует произошедшее в сети
событие или отправляет электронной почтой администратору компьютерной сети
заранее составленное им сообщение.
При полном отключении питания программа мониторинга ИБП предпримет
еще одно действие – она предупредит пользователя компьютера о необходимости
сохранить свою работу и отключиться от системы. По истечении заранее
установленного промежутка времени программа мониторинга может закрыть все
приложения и выполнить выключение компьютера (конечно, если за это время не
возобновится нормальная работа электросети).
По реакции на перечисленные выше проблемы в электросети все ИБП
можно разделить на два класса - интерактивные (line-interactive) и постоянно
действующие (online). Интерактивные ИБП фильтруют поступающее на них
сетевое напряжение и еще раз фильтруют его при выдаче на подключенные
устройства. В случаях, когда входное напряжение становится выше или ниже
определенного порога, интерактивные ИБП компенсируют (уменьшают) или
усиливают (увеличивают) сигнал, чтобы обеспечить надлежащее напряжение на
выходе. При полном отказе электросети такой ИБП переключается на режим
питания от батарей. Время переключения в этот режим составляет всего около 8
наносекунд, поэтому оно не будет замечено компьютером.
Постоянно действующие ИБП для обеспечения питания компьютера
стабильным напряжением используют батареи и преобразователи (инверторы)
постоянного тока, то есть в отличие от интерактивных ИБП, постоянно
действующие прогоняют всю поступающую электроэнергию через свою батарею.
При падении напряжения входной электросети ниже определенного порога они
полностью переключаются в режим питания от батарей. Поступающая из
электросети энергия служит главным образом для поддержания батарей в
полностью заряженном состоянии. При перебоях в электроснабжении не
возникает перерывов в питании, вызванных переключением режимов, поскольку
эти ИБП уже осуществляют питание оборудования от своих батарей. Постоянно
действующие ИБП обычно стоят дороже интерактивных.
Экономия электроэнергии также имеет большое значение, поэтому в
современных персональных компьютерах предусмотрены возможности остановки
жестких дисков через заданный период времени их простоя, отключение
монитора, спящий режим (режим с минимальным энергопотреблением, выход из
которого осуществляется по нажатию клавиши или сигналу от устройства,
например, сетевой карты). Настройка этих опций производится через BIOS, либо
средствами операционной системы.
Для предотвращения старения монитора и ухудшения иго
изображения во всех операционных системах предусмотрен хранитель экрана –
специальная анимированная заставка, которая отображается через заданный
промежуток времени и выход из которой осуществляется по нажатию любой
клавиши.
16.Физическая природа звука. Принципы восприятия звука человеком.
Акустические системы и звуковые карты.
Со звуком мы сталкиваемся каждый день. Это одно из понятий, которые
достаточно легко определить. Звук – это человеческое восприятие волн давления,
распространяющихся в воздушной среде, точно так же, как свет – восприятие
электромагнитных волн, распространяющихся в пространстве. Вокруг звучащего
объекта воздух расширяется и сжимается. Это расширение и сжатие порождает
волны, которые, в конце концов, и достигают нашего уха, создавая переменное
давление на барабанные перепонки.
Источник звука и распространение звуковых волн
Распространение звуковых волн из одной точки в другую по воздуху
является механическим, так как оно происходит за счет передачи молекулами
воздуха своей кинетической энергии друг другу. Когда волна распространяется,
она теряет свою энергию из-за трения (мы воспринимаем это как снижение уровня
громкости) до тех пор, пока, наконец, ее энергия окончательно не поглотится
воздухом.
Для наглядного представления звуков обычно используют двухмерные
графики (см. рисунок ниже).
Форма звуковой волны
По оси X обычно откладывают время, а по оси Y – амплитуду звука. Чистая
нота ЛЯ первой октавы (440Гц) будет выглядеть так, как показано на рисунке
ниже.
Представление ноты ЛЯ первой октавы (400Гц)
Как вы можете видеть, волна порождает себя снова и снова и внешне
выглядит как функция от времени. Это одно из свойств чистого тона: он может
быть описан функцией синуса. Математически это выглядит так:
F (t )  sin( 2 * F * t ) ,
где F – генерируемая нами частота.
Как легко увидеть, из формы волны мы можем получить несколько
параметров. Один из них – амплитуда (или, проще говоря, уровень громкости). Ее
обычно измеряют в децибелах. Децибелы изменяются по логарифмической шкале:
звук в 5дБ в 10 раз сильнее звука в 4дБ. (По такой же шкале измеряют силу
землетрясения. При 5 баллах лишь немного подрагивает, а при 7 уже рушатся
горы, ведь такое землетрясение в 100 раз сильнее.)
Другая величина, определяемая по графику, – это длина звуковой волны.
Длина волны определяется, как время или расстояние между двумя вершинами
синусоиды. Легко видеть, что это длительность одного полного цикла звука.
Теперь мы должны поговорить о частотной характеристике восприятия
(frequency response). Мы слышим в диапазоне между 20Гц и 15КГц, и
восприимчивость обычно сильно падает к 20КГц. Следовательно, любое звуковое
сопровождение должно создаваться именно в таких пределах.
Современная звуковая аппаратура может воспроизводить два типа звуков:
 Синтезированный звук
 Оцифрованный звук
Синтезированный звук создается искусственно с помощью электронноаналоговой или цифровой аппаратуры. К этому типу звука относится в частности
MIDI-музыка. MIDI (musical instrument digital interface, цифровой интерфейс
музыкальных инструментов) – это стандарт для оцифровки голоса и
инструментальной музыки, чтобы они могли быть воспроизведены с помощью
компьютера или музыкального синтезатора.
Кроме того, возможно, оцифровывать такие звуки, как человеческая речь
или различные эффекты, и, затем, воспроизводить такие фрагменты. Это очень
полезная возможность, так как некоторые звуки очень сложно или просто
невозможно синтезировать. Человеческий голос богат и сложен. Это следствие
того, что кроме основного тона в нем присутствуют и гармоники. Когда человек
говорит, то в каждый момент времени звук состоит из многочисленных обертонов
основной частоты. Чтобы оцифровать эту информацию, нужно сделать 2 вещи:
 преобразовать информацию в электронный сигнал;
 с постоянной частотой дискретизировать этот сигнал.
Во-первых, мы должны конвертировать звук в форму, которую сможем
обрабатывать. Это делается с помощью аналогово-цифрового преобразователя. Он
преобразует сигнал в цепочку цифровых импульсов, состоящих из 8 или 16 битов.
Фактически это означает, что сигнал преобразуется в последовательность 8-ми
или 16-ти битных чисел. Затем мы должны дискретизировать сигнал с постоянной
частотой. Например, представим, что мы дискретизируем разговор человека с
частотой 8КГц, используя 8 битов на протяжении 10 секунд. Это займет 80
килобайт (сохраняем уровень сигнала 8000 раз в секунду в 1 байте на протяжении
10 секунд: 8000*1*11=80000 байт=80 килобайт). Проигрыватели компакт дисков,
в основном, работают с частотой 44,1КГц. На такой скорости звук не теряется.
Следует помнить, что чем выше частота дискретизации, тем больше будет размер
файла с оцифрованным звуком на диске или ином носителе.
Благодаря развитию DVD, MP3 и игр с непрерывно
улучшающимися звуковыми эффектами, хороший звук на
компьютере стал вторым камнем преткновения
пользователей после компьютерной графики. Для
воспроизведения, записи и обработки звука в
персональном компьютере должна быть установлена
звуковая карта. Кроме того, для вывода звука должны
присутствовать наушники или акустическая система.
Звуковое сопровождение программ
Запись звука
Обработка звука








Рассмотрим основные характеристики звуковых карт:
Наличие выходного усилителя позволяет подключать к звуковой карте
пассивные колонки, не имеющие встроенного усилителя и поэтому не
требующие собственного источника питания.
Возможность подключения различных внешних устройств. Как правило, любая
звуковая карта имеет гнездо для подключения микрофона, линейный вход,
линейный выход, выход на динамики, а также совмещенный разъем для
подключения джойстика или миди-клавиатуры. Могут быть дополнительные
разъемы для подключения тылового линейного выхода (для получения квадрозвука), цифровые вход и выход, вход и выход миди и другие.
Аналоговые аудио характеристики звуковой карты отражают качество
выходного сигнала. Это частотный диапазон, отношение сигнал/шум, уровень
гармонических искажений и другие.
Качество обработки цифрового сигнала. Все современные звуковые карты
умеют обрабатывать звук с частотой дискретизации 44,1kHz по двум каналам
(стерео) с разрядностью 16 бит.
Тип миди-синтезатора определяет качество воспроизведения миди-файлов.
Наличие эффект-процессора – устройства, которое добавляет в исходный
звуковой поток различные эффекты: эхо, вращающийся динамик и другие.
Поддержка пространственного звучания (3D Sound) находит применение, в
основном, в компьютерных играх.
Поддерживает ли звуковая карта режим полного дуплекса? Этот режим
позволяет одновременно воспроизводить звук и записывать его. Например,
если Вы при помощи звуковой карты разговариваете через Интернет, Вам
потребуется эта возможность.
 Наличие аппаратной акселерации звука для стандартов Microsoft DirectSound и
DirectSound3D важно для приложений, "выдающих" большой поток звуковой
информации в этих стандартах.
Для примера рассмотрим некоторые характеристики двух звуковых карт.
Сравнение характеристик двух звуковых карт
Характеристика Audiovision ESS 1869F 3D Creative SoundBlaster
Sound
Live!
Частотные
цифровой звук 8 и 16 бит с частотный
диапазон
характеристики
частотой квантования от 4KHz 10Hz
44kHz,
до 44,1KHz
сигнал/шум
96dB,
уровень шума -115dB
Полный дуплекс
в наличии
в наличии
Поддержка
3D реализована
аппаратное ускорения
звука
для
стандартов
DirectSound
и
DirectSound3D
Миди-синтезатор 20-голосов
64-голоса
Эффектцифровой стереофонический полноценный эффектпроцессор
микшер
процессор: различные
пространственные
эффекты
Наличие разъемов линейный вход, микрофон, линейный
вход,
линейный выход, выход на микрофон,
линейный
динамики,
MIDI/порт выход (фронтальный и
джойстика
тыловой), CD Audio
вход, порт джойстика,
цифровой вход CD,
MIDI вход и выход,
цифровой выход
Даже невооруженным глазом видно, что вторая звуковая карта по
техническим характеристикам (в частности, по количеству голосов, разъемов и так
далее) превосходит первую. Перед выбором звуковой карты нужно сначала
определиться в том, звук какого качества вам нужен.
Говоря о звуковых картах, нельзя не остановиться на акустических системах
– то есть на тех устройствах, из которых непосредственно издается звук. Дело в
том, что по большинству технических характеристик современные модели
качественных звуковых карт практически сравнялись между собой в процессе
своей эволюции. Именно поэтому в последние годы основной упор
производителей был сделан на модернизацию колонок и наращивание их
количества в одной системе.
Изначально к любой звуковой карте можно было подключить только 2
колонки – правую и левую (или наушники). Со временем к ним добавился
сабвуфер – динамик, отвечающий исключительно за вывод низкочастотных
звуков. Такое «разделение труда» позволило получать звук более высокого
качества. Получившаяся таким образом система из 2-ух колонок и 1-го сабвуфера
получила краткое название «2.1», но на этом эволюция не остановилась.
Вскоре появились системы «4» и «4.1». В первых присутствовало 4 колонки
– 2 устанавливались, как и раньше, слева и справа перед пользователем (например,
по бокам монитора), а 2 другие – слева и справа позади него. Такая система была
удобна для использования в компьютерных играх, а также при просмотре фильмов
– пользователю стало проще позиционировать объекты в пространстве на
основании звука. Системы «4.1» отличаются от систем «4» наличием отдельного
сабвуфера.
В настоящее время число колонок в одной системе еще более возросло – на
рынке акустических систем появились «5.1», «6.1», «7.1» и так далее.
Акустическая система Creative Inspire 5.1 5300
Следует отметить, что для использования и получения выгоды от систем
любого типа, необходимо соблюдение двух условий:
1. Установленная звуковая карта должна уметь обращаться с системой.
2. Используемая
компьютерная
программа
или
кинофильм
должны
воспроизводить звук в требуемом формате.
Основные существующие типы акустических систем вместе с
рекомендациями по позиционированию колонок и сабвуферов изображены на
рисунке ниже.
Основные типы акустических систем
17. Понятие и свойства алгоритма. Язык схем.
Общее понятие алгоритма
Понятие алгоритма - одно из основных понятий программирования и
математики. Алгоритм - это последовательность команд, предназначенная
исполнителю, в результате выполнения которой он должен решить поставленную
задачу. Алгоритм записывается на формальном языке, исключающем
неоднозначность толкования. В нашем случае исполнитель - это компьютер, но им
может быть и человек, автоматическое устройство и т.п.
Запись алгоритма на формальном языке называется программой. Иногда само
понятие алгоритма отождествляется с его записью, так что слова "алгоритм" и
"программа" - почти синонимы. Небольшое различие заключается в том, что при
упоминании алгоритма, как правило, имеют в виду основную идею его
построения, общую для всех алгоритмических языков. Программа же всегда
связана с записью алгоритма на конкретном формальном языке.
Большинство используемых в программировании алгоритмических языков
имеют общие черты. В то же время, при изложении идеи алгоритма, например,
при публикации в научной статье, не всегда целесообразно пользоваться какимлибо конкретным языком программирования, чтобы не загромождать изложение
несущественными деталями. В таких случаях применяется неформальный
алгоритмический язык, максимально приближенный к естественному. Язык такого
типа называют псевдокодом. Для специалиста не составляет труда переписать
программу с псевдокода на любой конкретный язык программирования. Запись
алгоритма на псевдокоде зачастую яснее и нагляднее, она дает возможность
свободно выбирать уровень детализации, начиная от описания в самых общих
чертах и кончая подробным изложением.
Псевдокод объединяет существенные черты множества алгоритмических
языков.
Разработать алгоритм решения задачи означает разбить задачу на
последовательно выполняемые шаги (этапы), причем результаты выполнения
предыдущих этапов могут использоваться при выполнении последующих. При
этом должны быть четко указаны как содержание каждого этапа, так и порядок
выполнения этапов. Отдельный этап (шаг) алгоритма представляет собой либо
другую, более простую задачу, алгоритм решения которой разработан ранее, либо
должен быть достаточно простым и понятным без дополнительных пояснений.
Если алгоритм разработан, то его можно поручить выполнить человеку (и
вообще любому исполнителю, в том числе и ЭВМ), не знакомому с решаемой
задачей, и, точно следуя правилам алгоритма, этот человек (или другой
исполнитель) получит ее решение. В случае решения на ЭВМ алгоритм должен
быть представлен на языке программирования.
Алгоритм обладает следующими основными свойствами, раскрывающими
его определение.
1. Дискретность. Это свойство состоит в том, что алгоритм должен
представлять процесс решения задачи как последовательное выполнение простых
(или ранее определенных) шагов (этапов). При этом для выполнения каждого шага
(этапа) алгоритма требуется некоторый конечный отрезок времени, т.е.
преобразование исходных данных в результат осуществляется во времени
дискретно.
2. Определенность (или детерминированность). Это свойство состоит в том,
что каждое правило алгоритма должно быть четким и однозначным. Благодаря
этому свойству выполнение алгоритма носит механический характер и не требует
никаких дополнительных указаний или сведений о решаемой задаче.
3. Результативность (или конечность). Это свойство состоит в том, что
алгоритм должен приводить к решению задачи за конечное число шагов.
4. Массовость. Это свойство состоит в том, что алгоритм решения задачи
разрабатывается в общем виде, т.е. он должен быть применим для некоторого
класса задач, различающихся лишь исходными данными. При этом исходные
данные могут выбираться из некоторой области, которая называется областью
применимости алгоритма (в отдельных случаях исходные данные могут
отсутствовать).
Чтобы разработать алгоритм, нужно хорошо представить себе ход решения
задачи. При этом полезно решить задачу самому (на бумаге) для каких-либо
наборов данных, не требующих громоздких вычислений, запоминая выполняемые
действия так, чтобы далее эти действия формализовать, т.е. записать в виде
последовательности четких правил. Понятия алгоритма и программы
разграничены не очень четко. Обычно программой называют окончательный
вариант алгоритма решения задачи, ориентированный на конкретного
исполнителя.
Разработка алгоритма является содержанием этапа алгоритмизации. В
широком смысле алгоритмизация включает и выбор метода решения задачи, а
также формы представления исходной информации с учетом специфики ЭВМ.
При разработке алгоритма часто используется язык схем.
Язык схем.
Схемой называется наглядное графическое изображение алгоритма, когда
отдельные действия (этапы) алгоритма изображаются при помощи различных
геометрических фигур (блоков), а связи между этапами (последовательность
выполнения этапов) указываются при помощи линий, соединяющих эти фигуры.
Несмотря на все многообразие решаемых на ЭВМ задач, можно выделить
несколько
«типичных»
действий
(этапов),
которые
в
различной
последовательности выполняются при решении задач:
1. Присваивание (присваивание является основной операцией, при помощи
которой осуществляется обработка данных.)
2. Проверка условия и выбор в зависимости от результата проверки одного
из двух путей вычислительного процесса.
3. Ввод данных и вывод результата.
4. Начало и конец вычислительного процесса.
Конкретные операции указаны внутри фигур в качестве примеров, Рассмотрим
выполнение этих действий, а также функции других элементов схем, приведенных на
рис.
Присваивание. При выполнении операции присваивания переменной
присваивается значение (переменная – некоторая величина, которая может
изменяться, принимая в процессе этого изменения различные значения).
Переменная обозначается при помощи имени. Именами обозначаются также
различные функции (например, SIN). Функции имеют, в языках программирования,
закрепленные за ними имена.
Имя переменной обозначает символический адрес той ячейки памяти, в
которой записано числовое значение соответствующей переменной или функции
(после ее вычисления). Следовательно, термины "переменная" или "функция"
только условно соответствуют общепринятым математическим понятиям. Числа,
используемые, например, в операторах присваивания для задания значений
переменных, называются константами. Константы обозначают сами числа, а не
фактические адреса ячеек памяти.
Операции, указанные справа от символа "=", выполняются над записанными в
выражении константами (константа- величина, значение которой не изменяется в
период ее существования) и теми числами, которые хранятся в ячейках памяти,
обозначенных встречающимися именами. Результат помешается в ту ячейку памяти,
символический адрес которой указан слева от символа "=". Говорят, что переменной
присваивается значение посредством оператора присваивания. Следовательно,
используемый здесь символ "=" (присвоить) имеет смысл, отличный от принятого в
математике.
В операторах присваивания справа от знака "=" часто используется
арифметические выражения. Арифметическим
выражением
называется
математическая запись, состоящая из констант, переменных, стандартных и
нестандартных функций, объединённых знаками арифметических операций:
 " + " - сложение;
 " – " - вычитание;
 " / " - деление;
 " * " - умножение;
При записи арифметических выражений используются также круглые скобки.
Порядок выполнения действий такой же, как в математике.
Примеры операторов присваивания
Оператор присваивания
К=1
L=K
Действие оператора
В ячейку памяти с символическим адресом К
помещается 1. (переменной К присваивается значение 1)
В ячейку памяти с символическим адресом L
пересылается содержимое ячейки с символическим
адресом К (переменной L присваивается значение К). При
этом К не изменяется.
К=К+1
К содержимому ячейки с символическим адресом К
прибавляется 1, результат помещается в ту же ячейку К. При
этом старое значение К пропадает (стирается).
Y=SIN(X)
Вычисляется sin угла (выраженного в радианах), величина
которого находится в ячейке X, и результат помещается в
ячейку Y.
X=SIN(X)
Правая часть вычисляется аналогично. Значение функции
записывается в ту же ячейку, в которой раньше находилось
значение угла. Перед присваиванием старое значение
пропадает (стирается).
Замечания:
1. Перед выполнением присваивания старое значение стирается.
2. При пересылке значение переменной копируется. Значение копируемой
переменной не изменяется.
3. Переменным,
которые располагаются в
правой части оператора
присваивания,
должны
быть
присвоены
определенные
значения
предшествующими операторами.
4. Если переменной не присвоено значение, то ее значение не определено.
Проверка условия. Проверка условия является основой организации
разветвлений, т. е. выбора одного из двух (или более) путей вычислительного
процесса. Это этап принятия решения о дальнейшем ходе вычислительного
процесса в зависимости от полученных промежуточных результатов. Имеется три
вида разветвлений (см. ниже).
Ввод-вывод данных. В операторах ввода-вывода записываются имена тех
переменных, значения которых должны вводиться в оперативную память или
выводиться из нее. В этих операторах могут быть указаны также внешние
устройства, с которыми осуществляется обмен информацией. При вводе данные
записываются в те ячейки памяти, символические адреса (имена) которых указаны
в операторе. При выводе (печати) данных на экране (или бумаге) появляются
значения, находящиеся в ячейках памяти, символические адреса которых
перечислены в операторе вывода.
Подпрограмма. Группу операторов, которые решают логически
самостоятельную часть задачи, можно объединить в подпрограмму.
Подпрограммы подробно рассматриваются ниже.
Соединительные линии и их объединение. Все блоки схемы соединяются
посредством линий, которые в сомнительных случаях снабжаются
направляющими стрелками. Основными являются направления сверху вниз и
слева направо. Объединение нескольких ветвей в одну ветвь обозначается точкой.
Пересекающиеся линии без обозначения точки пересечения означают отсутствие
соединений, По возможности следует избегать пересечений.
Точками связи, или соединителями, пользуются в том случае, если
соединительная линия не может быть доведена до следующего блока или до точки
объединения. Тогда линия оканчивается соединителем, в котором записывается
любой символ. Продолжением этой линии считается вторая точка связи,
помеченная тем же символом.
Комментарии можно записывать около любого блока.
Содержание блоков не стандартизировано и зависит от степени детализации
алгоритма. В частности, прямоугольник может быть использован для обозначения
не только одной операции присваивания, но и более емких этапов преобразования
(обработки) данных. Важно только, чтобы этот этап имел одного преемника, т. е.
чтобы после него выполнялся всегда один и тот же блок.
При решении сложных задач обычно составляют несколько схем с различным
уровнем детализации. Схема на каждом этапе разработки алгоритма должна
давать наглядное представление об общей структуре алгоритма в целом или
отдельных его частей. Схема не должна быть громоздкой, так как это приводит к
потере наглядности, являющейся основным преимуществом схем, и не должна
дублировать программу, изображая каждый оператор в виде отдельного блока.
Последнее не относится к начинающим программистам.
18. Управляющие конструкции алгоритмического языка. Основные
структуры алгоритмов.
Управляющие конструкции алгоритмического языка
Большинство алгоритмических языков относится к так называемым
процедурным языкам, в которых основной единицей является оператор. Оператор
представляет собой команду на выполнение некоторого действия. Язык, таким
образом, состоит в основном из фраз в повелительном наклонении. Альтернативой
операторам являются описания, определяющие объекты или типы объектов и их
взаимосвязи. Считается, что чем больший процент составляют описания, тем
более совершенным является язык. Существуют алгоритмические языки,
состоящие в основном из описаний (функциональные языки), однако, данный курс
ограничивается процедурными языками.
Всякий алгоритм предназначен исполнителю, который однозначно понимает
команды алгоритма. Пример: опишем алгоритм проезда от Аэровокзала в Москве
до аэропорта Домодедово.
Алгоритм Проезд от Аэровокзала до Домодедово через МКАД
| Дано: находимся у Аэровокзала
| Надо: оказаться в аэропорту Домодедово
начало алгоритма
| повернуть направо на центральный проезд
| Ленинградского проспекта в сторону центра;
| проехать до второго светофора;
| выполнить разворот на перекрестке
| проехать по Ленинградскому проспекту из центра
| до пересечения с Московской кольцевой дорогой;
| переехать мост над кольцевой дорогой и
| повернуть направо на внешнюю часть кольцевой дороги;
| двигаться по кольцевой дороге в направлении против
| часовой стрелки до Каширского шоссе;
| повернуть направо на Каширское шоссе в сторону из города;
| двигаться, никуда не сворачивая, до
| аэропорта Домодедово;
конец алгоритма
Строки алгоритма представляют собой фразы в повелительном наклонении,
которые предназначены исполнителю алгоритма, т.е. любому водителю, который
может отличить внешнюю сторону кольцевой дороги от внутренней. Строки
алгоритма выполняются последовательно (считается, что исполнитель алгоритма
способен не задумываясь выполнить каждую его команду).
Большинство алгоритмов не сводится, однако, к последовательному
выполнению команд, в них присутствуют ветвления и циклы. При ветвлении в
зависимости от условия выполняется одна из ветвей программы; для этого
используется оператор "если ... то ... иначе ... конец если". Например, можно
модифицировать приведенный выше алгоритм, используя выбор одного из двух
альтернативных путей, в зависимости от наличия транспортной пробки.
Алгоритм Оптимальный путь от Аэровокзала до Домодедово
| Дано: находимся у Аэровокзала
| Надо: оказаться в аэропорту Домодедово
начало алгоритма
| если
|
нет пробки на Ленинградском проспекте
|
в направлении из центра
| то
| /* ...выполняем предыдущий алгоритм...*/
| Проезд от Аэровокзала до Домодедово через МКАД
| иначе
|
повернуть направо на боковой проезд
|
Ленинградского проспекта в сторону центра;
|
доехать до пересечения с Беговой улицей;
|
повернуть направо на Третье транспортное кольцо;
|
ехать по Третьему транспортному кольцу против
|
часовой стрелки до пересечения с Варшавским шоссе;
| повернуть направо на Варшавское шоссе в сторону из центра;
| ехать прямо до развилки с Каширским шоссе;
| на развилке с Каширским шоссе проехать прямо в сторону
| Каширского шоссе; /* Варшавское уходит направо*/
| двигаться, никуда не сворачивая, до аэропорта Домодедово;
| конец если
конец алгоритма
Здесь исполнитель алгоритма сначала должен проверить условие
Нет ли пробки на Ленинградском проспекте в направлении из центра
Если это условие истинно, то выполняется первый алгоритм "Проезд от
Аэровокзала до Домодедово через МКАД"; если ложно – выполняется часть
алгоритма между строками "иначе" и "конец если".
Второй важнейшей конструкцией алгоритмического языка является
конструкция "цикл пока". Заголовок цикла состоит из ключевых слов "цикл пока",
за которыми следует некоторое условие. Дальше записывается тело цикла,
завершаемое строкой "конец цикла". При выполнении цикла исполнитель сначала
проверяет условие в заголовке тела цикла. Если условие истинно, то выполняется
тело цикла. Затем вновь проверяется условие в заголовке цикла, опять
выполняется тело цикла, если условие истинно, и так до бесконечности. Если же
условие ложно с самого начала или становится ложным в результате предыдущего
выполнения тела цикла, то тело цикла не выполняется и цикл завершается. Таким
образом, по выходу из цикла условие, записанное в его заголовке, всегда ложно.
Если условие ложно перед началом цикла, то цикл не выполняется ни разу!
Программисты иногда называют "цикл пока" циклом с предусловием, поскольку
условие продолжения цикла проверяется перед выполнением тела цикла, а не
после него. Иногда используют циклы с постусловием (например do... while),
когда тело цикла всегда выполняется хотя бы один раз, а условие продолжения
проверяется после каждой итерации. Всегда предпочтительнее использовать цикл
с предусловием, это помогает избежать многих ошибок.
Для иллюстрации конструкции "цикл пока" можно привести следующую
модификацию алгоритма проезда.
Алгоритм Добраться из Аэровокзала до Домодедово
| Дано: находимся у Аэровокзала
| Надо: оказаться в аэропорту Домодедово
начало алгоритма
| цикл Пока пробка на Ленинградском проспекте
| выпить чашку кофе в кафе Аэровокзала
| ждать полчаса
| конец цикла
| Проезд от аэровокзала до Домодедово через МКАД
конец алгоритма
Здесь снова использован определенный ранее алгоритм "Проезд от
аэровокзала до Домодедово". Условие продолжения цикла проверяется перед
выполнением тела цикла, но не в процессе его выполнения! Так, если пробка
рассосалась после чашки кофе, то все равно нужно ждать полчаса.
Теперь можно подвести итоги.
Запись алгоритма на неформальном языке представляет собой
последовательность команд исполнителю алгоритма. Запись может также
включать управляющие конструкции: ветвление, или условный оператор, и цикл
"пока". Условный оператор выглядит следующим образом:
если условие
| то
| последовательность действий 1
| иначе
| последовательность действий 2
конец если
Последовательность действий 1 выполняется, когда условие истинно; в
противном случае выполняется последовательность действий 2. Ключевое слово
"иначе" и последовательность действий 2 могут отсутствовать; в этом случае,
когда условие ложно, исполнитель ничего не делает.
Помимо элементарных действий, в записи алгоритма можно использовать
другие алгоритмы.
Основные структуры алгоритмов.
Основные структуры алгоритмов – это ограниченный набор стандартных
способов соединения отдельных блоков или структур для выполнения типичных
последовательностей действий.
Приводимые ниже структуры рекомендуются при использовании так
называемого структурного подхода к разработке алгоритмов и программ.
Структурный подход предполагает использование только нескольких основных
структур, комбинация которых дает все многообразие алгоритмов и программ.
К основным структурам относятся:
 следование а,
 две разновидности цикла б, в,
 три разновидности разветвления г, д, е.
Основные структуры алгоритмов.
Отметим вначале особенности трех основных типов структур.
Следование—это последовательное размещение блоков и групп блоков, такая
структура называется также линейной.
Если некоторая часть программы (на схеме группа блоков) выполняется
многократно и после проверки некоторого условия в какой-то момент
осуществляется выход из нее, то такую часть называют циклом,
Если после проверки некоторого условия выбирается один из двух (или
более) путей вычислительного процесса и после выполнения любого из них
вычислительный процесс опять сводится в одно русло, то возникает разветвление.
Теперь рассмотрим особенности каждого вида цикла и разветвления.
Цикл До применяется при необходимости выполнить какие-либо вычисления
нескольких раз до выполнения некоторого условия (блок 3). Особенность этого
цикла в том, что он всегда выполняется хотя бы один раз, так как первая проверка
условия выхода из цикла происходит после того, как тело цикла выполнено. Тело
цикла (блок 2)—та последовательность действий, которая выполняется
многократно (в цикле). Начальные присвоения (блок 1) задание начальных
значений тем переменным, которые используются в теле цикла. Цикл такого типа
называют также итеративным циклом в том случае, когда количество повторений
неизвестно до начала выполнения цикла.
Цикл Пока отличается от цикла До тем, что проверка условия (блок 3)
производится до выполнения тела цикла (блок 2), и, если при первой проверке
условие выхода из цикла выполняется, то тело цикла не выполняется ни разу.
Цикл такого типа называется также циклом по условию.
Замечание. В некоторых случаях проверка условия осуществляется внутри
тела цикла, т.е. тело цикла разбивается на две последовательности операторов:
одна выполняется до проверки условия, вторая—после.
Существует еще одна важная разновидность цикла: цикл по счетчику. Для
него существует специальное обозначение и специальный оператор в различных
алгоритмических языках программирования (оператор цикла). Для организации
цикла по счетчику используется управляющая переменная цикла, изменяющаяся в
заданных пределах с постоянным шагом. Разветвление применяется, когда в
зависимости от условия нужно выполнить либо одно, либо другое действие.
Действие 1 (блок 1) или действие 2 (блок 2) могут, в свою очередь, представлять
собой одну из типовых структур.
Обход — частный случай разветвления, когда одна ветвь не содержит
никаких действий. Множественный выбор является обобщением разветвления,
когда в зависимости от значения переменной (i) выполняется одно из нескольких
действий. При i = 1 выполняется действие S1, при i = 2 – действие S2 и т. д.
Особенностью всех приведенных структур является то, что они имеют один
вход и один выход и их можно соединить друг с другом в любой
последовательности. Каждая структура может также содержать в качестве одного
из блоков любую другую структуру.
19. Представление данных в ПК. Системы счисления и единицы
измерения информации.
Системы счисления
Системой счисления называют определенную совокупность знаков и цифр, а
также правил их записи. Различают системы счисления непозиционные и
позиционные. В непозиционных системах значение каждой цифры не зависит от
ее позиции в числе. Примером непозиционной системы служит римская система
счисления любого числа. Позиционными называют такие системы счисления, в
которых значения каждой цифры в числе находятся в строгом соответствии с ее
позицией. Позиция определяется расположением данной цифры относительно
запятой. Так, любое число в позиционной системе счисления представляется в
виде
N=XnX(n-1)...X3X2X1X0X-1X-2X-3...X-m
"Вес" каждой цифры в числе определяется значением самой цифры и
некоторым множителем qa, где q- простое число, называемое основанием
системы, а - порядковый номер позиции, начиная с нуля.
Основание системы счисления, с одной стороны, определяет количество
различных цифр (символов), допустимое для данной системы счисления, а с
другой - число, показывающее, во сколько раз вес цифры данного разряда меньше
веса цифры соседнего, старшего разряда.
Рассмотрим привычную десятичную систему. Она содержит лишь десять
различных цифр, т.е. Xi могут принимать значения 0,1,2,...,9.
Например, число N=123,45 обозначает сокращенную запись выражения
N=l*102+2*101+3*100+4*10-1+5*10-2
Основание системы счисления q здесь равно 10.
В ЭВМ в основном нашла применение не привычная нам в повседневной
жизни десятичная система счисления, а двоичная и так называемые двоичнокодированные системы счисления.
Двоичная система счисления
Основанием двоичной системы счисления является число 2. т.к. для записи чисел
используются всего две цифры - 0 и 1. Примеры записи чисел в двоичной системе
приведены в таблице 1.
В этой системе счисления для представления любого разряда двоичного
числа достаточно иметь один физический элемент только с двумя резко
различимыми устойчивыми состояниями, одно из которых изображает 1, другое 0 (это, в свою очередь, обеспечивает высокую
10 –я
2 –я
8 –я 16 –я
надежность
представления
чисел
при
с.с.
с.с.
с.с.
с.с.
минимальной сложности оборудования).
0
0000 0000
0
0
К достоинствам двоичной системы также
1
0000 0001
1
1
относятся:
простота
выполнения
2
0000 0010
2
2
арифметических и логических операций и, как
3
0000 0011
3
3
следствие, простота устройств, реализующих эти
4
0000 0100
4
4
операции; возможность использования аппарата
5
0000 0101
5
5
алгебры логики для анализа и синтеза
6
0000 0110
6
6
7
0000 0111
7
7
операционных устройств.
8
0000 1000 10
8
Неудобством двоичной системы счисления
9
0000 1001 11
9
является ее громоздкость по сравнению с
10
0000 1010 12
A
десятичной для использования человеком и
11
0000 1011 13
B
необходимость преобразования десятичных
12
0000 1100 14
C
чисел в двоичные и наоборот. Однако, учитывая
13
0000 1101 15
D
то обстоятельство, что многие математические
14
0000 1110 16
E
задачи требуют сравнительно небольшого
15
0000 1111 17
F
16
0001 0000 20
10
количества исходных данных по сравнению с
…
………… …
…
255 1111 1111 377
FF
Таблица 1. Таблица соответствия
чисел
объемом вычислений, этот недостаток становится несущественным.
Восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления
Рассматриваемые системы счисления относятся к двоично-кодированным
системам, когда основание системы счисления представляют целые степени
двойки: 2 в 3-ей степени - для восьмеричной и 2 в 4-й для шестнадцатеричной
системы.
Основанием восьмеричной системы счисления является число 8, т.е. для
записи чисел используются восемь цифр от 0 до 7. Необходимо запомнить, что
цифра 8 при записи чисел в восьмеричной системе не используется. Обычно
числа, записанные в восьмеричной форме, снабжают индексом 8, чтобы отличать
их от десятичных чисел, с которыми мы привыкли работать. Например, 438, 1658.
Шестнадцатеричная система счисления в качестве основания системы
использует число 16. В системах счисления с основанием больше 10 кроме цифр
от 0 до 9 применяют еще и буквы латинского алфавита.
Числа, записанные в шестнадцатеричной форме, снабжают индексом 16,
например, 2416, А216, FE16 и В716.
Обратите внимание на то, что при записи чисел используются латинские
буквы от А до F. Вместо "цифры" 10 ставят букву А, вместо 11 - В, 12-ти
соответствует С, 13-ти - D, 14-ти - Е, и 15-ти - F (см. Таблицу 2.).
Таблица 2. Таблица соответствия чисел
16-я с.с
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
А
В
10-я с.с.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15
C
D
Е
F
Большим достоинством восьмеричной и шестнадцатеричной систем
счисления является, во-первых, возможность более компактно представить запись
двоичного числа, а именно, запись одного и того же двоичного числа в
восьмеричной и шестнадцатеричной системах будет соответственно в 3 и 4 раза
короче
двоичной.
Во-вторых,
сравнительно
просто
осуществляется
преобразование чисел из двоичной в восьмеричную и шестнадцатеричную
системы и наоборот. Действительно, так как для восьмеричного числа каждый
разряд представляется группой из трех двоичных разрядов (триад), а для
шестнадцатеричного - группой из четырех двоичных разрядов (тетрад), то для
такого преобразования достаточно объединить двоичные цифры в группы по 3 и 4
бита соответственно, продвигаясь от разделительной запятой вправо и влево.
При этом, в случае необходимости добавляют нули в начале и в конце числа
и каждую такую группу - триаду или тетраду - заменяют эквивалентной
восьмеричной или шестнадцатеричной цифрой. Например, нужно перевести
двоичное число 10101111 в восьмеричную систему. Разбиваем его на тройки,
начиная с младшего разряда,
(10)(101)(111),
поскольку старшие разряды образуют не тройку, а двойку, дополним их нулем (010)(101)(111). Теперь по таблице 1 определим восьмеричные значения каждой
тройки в отдельности, т.е. двоичное число 0102 соответствует восьмеричному
числу 28, двоичное число 1012 - восьмеричному числу 58,1112 - восьмеричному
числу 78. Следовательно, двоичному числу 101011112 эквивалентно восьмеричное
число 2578.
Например, требуется перевести двоичное число 111110101 в
шестнадцатеричную систему счисления. Разбиваем его по 4 разряда (1)(1111)(0101), теперь старшую четверку дополняем нулями (0001)(1111)(0101).
Далее по таблице 1 определяем шестнадцатеричные эквиваленты для каждой
четверки:
 двоичному числу 0001 соответствует шестнадцатеричное число 1;
 числу 1111 - F;
 числу 0101 - 5.
Следовательно, эквивалентом двоичного числа 111110101
является
шестнадцатеричное число 1F516.
Указанные достоинства восьмеричных и шестнадцатеричных систем
счисления определили использование их при составлении программ для более
короткой и удобной записи двоичных чисел, команд и специальных двоичных
слов, с которыми оперирует ЭВМ.
Перевод чисел из одной системы счисления в другую
Правило перевода целых чисел: для перевода целого числа Np,
представленного в системе счисления с основанием р, в систему счисления с
основанием q необходимо данное число делить на основание q (по правилам в
системе счисления с основанием р) до получения целого остатка, меньшего q.
Полученное частное снова необходимо делить на основание q до получения
целого остатка, меньшего q, и т. д. до тех пор, пока последнее частное будет
меньше q. Число Nq в системе счисления с основанием q представится в виде
упорядоченной последовательности остатков деления в порядке, обратном их
получения. Причем старшую цифру числа Nq дает последнее частное.
Пример перевода десятичного числа 118 в двоичную форму, в
восьмеричную форму и в шестнадцатеричную форму:
Пример обратного перевода из вышеперечисленных систем счисления в
десятичную:
11101102=0*20+1*21+1*22+0*23+1*24+1*25+1*26=
=
0+1*2+1*4+0+1*16+1*32+1*64=
= 2+4+16+32+64=11810
1668 = 6*80+6*81+1*82=6 + 48 + 64= 11810
7616=6*160+7*161 = 6+112=11810
Для перевода двоичного числа в восьмеричную систему счисления
необходимо разбить это двоичное число на триады (по 3 разряда, или бита), начиная
с младшего разряда.
1110110 = (001)(110) (110)=1668
Затем надо по таблице 1 записать восьмеричные числа, которые соответствуют
каждой триаде, в том же порядке. Из таблицы следует, что двоичному числу 0012
эквивалентно восьмеричное число 18, а числу 1102 эквивалентно восьмеричное
число 68. Запишем восьмеричные числа в той же последовательности, что и
триады, и получим результат 1668. Итак, эквивалентом двоичного числа 11101102
является восьмеричное число 1668.
Аналогично производится перевод из двоичной системы счисления в
шестнадцатеричную. Единственное отличие в том, что двоичное число нужно
разбить на тетрады (по 4 разряда, или бита), начиная с младшего разряда. Например,
переведем в шестнадцатеричную систему счисления двоичное число 11101102:
11101102 = (0111)(0110)2 = 7616.
Единицы измерения информации
Для цифровых ЭВМ элементарной единицей измерения количества
информации является двоичный знак, который называется бит (сокращение от
английского binary digit). Бит - это количество информации, получаемой в
результате однократного выбора из двух равновероятных событий. Значением бита
является 0 или 1.
В таблице 1 показано, как двоичные числа соответствуют, привычным нам,
десятичным числам. Из нее видно, что десятичное число 3 в двоичной системе
запишется в виде 11, а десятичное число 11 - как 1011. Таким образом, для
кодирования десятичного числа 3 (т.е. для представления его в двоичной форме)
нужно 2 бита (разряда), а для кодирования числа 11 необходимо 4 бита. Как
видите, в восьми двоичных разрядах умещается 256 целых чисел -вполне
достаточно для того, чтобы дать уникальное 8-битовое обозначение каждой
заглавной и строчной букве русского и латинского алфавитов, всем цифрам,
знакам препинания, некоторым другим, необходимым символам, а также
служебным кодам для передачи информации. Таким образом, единицей измерения
компьютерной информации служит восьмибитовое число - байт (byte). Иначе
говоря, 1 байт = 8 бит.
Общепринятый способ кодирования символов 8-битовыми числами
называется ASCII (American Standard Coding for Information Interchange).
Для измерения больших объемов информации используются следующие
единицы измерения:
1 Килобайт=1024, или 210 байт;
1 Мегабайт= 1048576, или 220 байт, или 1024 Кбайт;
1 Гигабайт= 1073 741824, или 230 байт, или 1024 Мбайт;
1 Терабайт= 1099511627776, или 240 байт, или 1024 Гбайт.
20. Понятие переменной в языках программирования высокого уровня.
Алгоритм состоит из команд исполнителю. Исполнитель может, в свою
очередь, командовать другими исполнителями. Компьютер можно рассматривать
как универсальный исполнитель, который управляет другими исполнителями.
Рассмотрим, к примеру, автомобиль с инжекторным двигателем. В нем работой
двигателя управляет компьютер (его иногда называют микропроцессорный блок).
Компьютер получает данные от разнообразных датчиков (датчики положения
коленчатого вала и дроссельной заслонки, температуры охлаждающей жидкости,
скорости, детонации, кислорода и др.) и отдает приказания исполняющим
системам двигателя - модулю зажигания, бензонасосу, форсункам двигателя,
регулятору холостого хода, системе продувки адсорбера и т.д. Таким образом, и
датчики, и исполняющие системы двигателя управляются компьютером, который
выступает в роли универсального исполнителя.
Запись алгоритма для универсального исполнителя может включать команды,
адресованные ему непосредственно, а также команды, которые нужно передать
подчиненным исполнителям. В чем разница между универсальным и
простейшими подчиненными исполнителями?
Как правило, универсальный исполнитель имеет собственную память, и
выполнение им команд может приводить не к каким-либо внешним действиям, а к
изменению его внутреннего состояния. Например, используя сигналы от датчика
фазы, компьютер автомобиля вычисляет текущие обороты двигателя (которые
показывает на тахометре). Используя эти данные и информацию, поступающую от
датчика скорости автомобиля, компьютер может вычислить, какая передача
включена в определенный момент времени. Далее вычисляется текущая нагрузка
на двигатель и устанавливается, какой должна быть смесь бензина и воздуха,
подаваемая в цилиндры двигателя. В зависимости от этого подаются команды на
открытие форсунок. От степени обогащения смеси зависит момент зажигания чем богаче смесь, тем позже момент зажигания; таким образом, подаче команды
модулю зажигания предшествуют достаточно сложные вычисления.
Таким образом, компьютер автомобиля, управляющий работой двигателя,
хранит в любой момент времени в своей памяти текущие скорость, передачу,
нагрузку на двигатель, температуру охлаждающей жидкости, требуемую степень
обогащенности смеси и многие другие параметры. Эти параметры периодически
перевычисляются на основании сигналов от разнообразных датчиков. В
зависимости от значений параметров, компьютер передает те или иные сигналы
управляющим системам двигателя.
Значение каждого параметра хранится в определенном участке памяти
компьютера и может меняться в процессе выполнения алгоритма. Такой участок
памяти компьютера называется переменной. Понятие переменной - важнейшее
понятие алгоритмического языка.
универсального исполнителя.
Переменные
встроены
в
конструкцию
Каждой переменной присваивается имя. В рассмотренном примере
используются переменные "скорость", "обороты двигателя", "передача",
"нагрузка",
"температура",
"обогащенность
смеси",
"угол
опережения зажигания" и другие. С каждой переменной связан ее тип, т.е.
множество значений, которое она может принимать. Например, "передача"
принимает целые значения от 1 до 5 (обратная и первая передачи не различаются),
тогда как "скорость", а также "обогащенность смеси" принимают
вещественные значения (скорость измеряется в м/сек, обогащенность смеси может
измеряться либо соотношением кислорода и паров бензина в единице объема,
либо в процентах относительно стехиометрической смеси 14/1, соответствующей
полному сгоранию паров бензина).
С переменной можно выполнять два действия:
1.
прочитать текущее значение переменной;
2.
записать новое значение в переменную или, как говорят
программисты, присвоить новое значение переменной.
В алгоритмическом языке чтение значения переменной выполняется в
результате использования ее имени в любом выражении. Запись нового значения
переменной выполняется с помощью так называемого оператора присваивания.
Он выглядит следующим образом:
имя переменной = выражение;
Знак = читается как присвоить значение.
При выполнении оператора присваивания сначала вычисляется значение
выражения в правой части, затем оно записывается в переменную, имя которой
указано в левой части. Старое значение переменной при этом стирается.
Например, скорость автомобиля вычисляется по количеству импульсов от датчика
скорости в единицу времени: датчик скорости посылает 6 импульсов на каждый
пройденный метр.
скорость = число импульсов от датчика скорости;
Переменная "число импульсов от датчика скорости" в течение
каждого интервала времени суммирует число импульсов. В начале каждого
интервала она обнуляется. Полученная в результате скорость выражается в м/с.
Если нужно получить скорость в км/час, то дополнительно выполняется
следующее действие:
скорость = скорость * 3600 / 1000;
Здесь переменная "скорость" входит как в правую, так и в левую части
оператора присваивания. В правой части используется старое значение этой
переменной, вычисленное в м/сек. Поскольку час содержит 3600 секунд, то при
умножении на 3600 получается расстояние в метрах, проходимое за 1 час; после
деления на 1000 получается расстояние в километрах. Вычисленное значение
затем присваивается переменной "скорость".
Суммируем сказанное выше:
1. внутреннее состояние универсального исполнителя определяется
состоянием его памяти. Память - это материальный носитель (лента машины
Тьюринга, ламповая или ферритовая память первых компьютеров,
полупроводниковая память современных компьютеров), который хранит
информацию. Эту информацию можно читать и перезаписывать;
2. переменная - это область памяти универсального исполнителя,
хранящая порцию информации. Любая переменная имеет имя и тип. Тип
переменной определяется множеством всех значений, которые она может
принимать. Память универсального исполнителя можно рассматривать как
набор переменных;
3. с переменной можно выполнять два действия: прочитать ее текущее
значение и записать в нее новое значение (старое теряется). В
алгоритмическом языке значение переменной читается, когда ее имя
используется в любом выражении, значение которого надо вычислить. Для
записи нового значения в переменную применяется оператор присваивания,
который имеет вид:
имя переменной = выражение;
При его выполнении сначала вычисляется значение выражения справа от знака
присваивания =, затем оно записывается в переменную. Выражение в правой
части может включать имя переменной в левой части. В этом случае при
вычислении выражения используется старое значение переменной.