Как рассчитать максимальное количество оперативной памяти адресуемое процессором

Информатика

1. Магистрально-модульный принцип построения компьютера.

2. Технология объектно-ориентированного программирования. Объекты и их свойства.

3. Решение расчетной задачи с помощью электронной таблицы.

В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между модулями.

Обмен информацией между отдельными устройствами компьютера производится по трем многоразрядным шинам (многопроводным линиям), соединяющим все модули: шине данных, шине адресов и шине управления.

Разрядность шины данных связана с разрядностью процессора (имеются 8-, 16-, 32-, 64-разрядные процессоры).

ПроцессорОперативная памятьШина данныхШина адресаМАГИСТРАЛЬШина управленияУстройства ввода:Внешняя память:Устройства вывода:КлавиатураНГМДДисплейМышь или трекболНЖМДПринтерМикрофонCD-ROMАкустические колонкиСканерПлоттер

Данные по шине данных могут передаваться от процессора к какому-либо устройству, либо, наоборот, от устройства к процессору, т.е. шина данных является двунаправленной. К основным режимам работы процессора с использованием шины данных можно отнести следующие: запись/чтение данных из оперативной памяти, запись/чтение данных из внешней памяти, чтение данных с устройства ввода, пересылка данных на устройство вывода.

Выбор абонента по обмену данными производит процессор, который формирует код адреса данного устройства, а для оперативной памяти код адреса ячейки памяти. Код адреса передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении от процессора к оперативной памяти и устройствам, т.е. шина адреса является однонаправленной.

Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой процессором памяти. Имеются 16-, 20-, 24-и 32-разрядные шины адреса.

Каждой шине соответствует свое адресное пространство, т.е. максимальный объем адресуемой памяти:

216 = б4Кб 220 = 1 Мб 224 = 16 Мб

В персональных компьютерах величина адресного пространства процессора и величина фактически установленной оперативной памяти практически всегда различаются.

В первых отечественных персональных компьютерах величина адресного пространства была иногда меньше, чем величина реально установленной в компьютере оперативной памяти. Обеспечение доступа к такой памяти происходило на основе поочередного (так называемого постраничного) подключения дополнительных блоков памяти к адресному пространству.

В современных персональных компьютерах с 32-разрядной шиной адреса величина адресуемой памяти составляет 4 Гб, а величина фактически установленной оперативной памяти значительно меньше и составляет обычно 16 или 32Мб.

По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией (ввод/вывод), и сигналы, синхронизирующие взаимодействие устройств, участвующих в обмене информацией.

Аппаратно на системных платах реализуются шины различных типов. В компьютерах РС/286 использовалась шина ISA (Industry Standard Architecture), имевшая 16-разрядную шину данных и 24-разрядную шину адреса. В компьютерах РС/386 и РС/486 используется шина EISA (Extended Industry Standard Architecture), имеющая 32-разрядные шины данных и адреса. В компьютерах PC/Pentium используется шина PCI (Peripheral Component Interconnect), имеющая 64-разрядную шину данных и 32-разрядную шину адреса.

Подключение отдельных модулей компьютера к магистрали на физическом уровне осуществляется с помощью контроллеров, адаптеров устройств (видеоадаптер, контроллер жестких дисков и т. д.), а на программном уровне обеспечивается загрузкой в оперативную память драйверов устройств, которые обычно входят в состав операционной системы.

Контроллер жестких дисков обычно находится на системной плате. Существуют различные типы контроллеров жестких дисков, которые различаются по количеству подключаемых дисков, скорости обмена информацией, максимальной емкости диска и др.

ТипКоличество устройствСкорость обменаМакс, емкостьIDE21Мб/с540МбEIDE2 + 23—4 Мб/с80ГбSCSI85—10 Мб/с80Гб

IDE — Integrated Device Electronics

EIDE — Enhanced Integrated Device Electronics,

SCSI — Small Computers System-Interface

В стандартный набор контроллеров, разъемы которых имеются на системном блоке компьютера, обычно входят:

— видеоадаптер (с помощью него обычно подключается дисплей);

— последовательный порт СОМ1 (с помощью него обычно подключается мышь);

— последовательный порт COM2 (с помощью него обычно подключается модем);

— параллельный порт (с помощью него обычно подключается принтер);

Через последовательный порт единовременно может передаваться 1 бит данных в одном направлении, причем данные от процессора к периферийному устройству и в обратную сторону, от периферийного устройства к процессору, передаются по разным проводам. Максимальная дальность передачи составляет обычно несколько десятков метров, а скорость до 115200 бод. Устройства подключаются к этому порту через стандартный разъем RS-232.

Через параллельный порт может передаваться в одном направлении одновременно 8 бит данных. К этому порту устройства подключаются через разъем Centronics. Максимальное удаление принимающего устройства обычно не должно превышать 3 м.

Подключение других периферийных устройств требует установки в компьютер дополнительных адаптеров (плат).

Объектно-ориентированное программирование (ООП) — это метод программирования, при использовании которого главными элементами программ являются объекты.

Такой подход объективно обусловлен тем, что окружающий нас мир состоит из целостных объектов, которые обладают определенными свойствами и поведением. Ранее при использовании технологии структурного программирования предусматривалось «расчленение» объекта, описание его свойств отдельно от поведения.

В технологии объектно-ориентированного программирования объекты сохраняют свою целостность, все свойства объекта и его поведение описываются внутри самого объекта.

В основе объектно-ориентированного подхода лежат три понятия:

• инкапсуляция: объединение данных с процедурами и функциями в рамках единого целого — объекта;

• наследование: возможность построения иерархии объектов с использованием наследования их характеристик;

• полиморфизм: задание одного имени действию, которое передается вверх и вниз по иерархии объектов, с реализацией этого действия способом, соответствующим каждому объекту в иерархии.

Инкапсуляция. В объектно-ориентированном программировании объект представляет собой запись, которая служит «оболочкой» для соединения связанных между собой данных и процедур. Другими словами, объект обладает определенными свойствами и поведением. Рассмотрим в качестве примера кнопку — типичный объект, присутствующий в интерфейсе большого количества программ. Кнопка обладает определенным поведением: она может быть нажата, после нажатия на кнопку будут происходить определенные события и т. д. Соединение таких свойств и поведения в одном объекте и называется инкапсуляцией.

Наследование. Объекты могут наследовать свойства и поведение от других объектов, которые называются «родительскими объектами». Это понятие можно хорошо проиллюстрировать опять на примере интерфейсной кнопки. Возьмем в качестве «родительского объекта» самую простую квадратную кнопку серого цвета с надписью «Кнопка», при нажатии на которую запускается определенная процедура. На основе этой кнопки можно создать множество кнопок, обладающих различными размерами, цветами и надписями. Нажатие на каждую такую кнопку будет вызывать свою особенную процедуру. Таким образом, все это множество кнопок унаследует свои свойства и поведение от «родительского объекта», простой кнопки.

Полиморфизм — это слово из греческого языка, означающее «много форм». Перечень интерфейсных кнопок различных типов (простая кнопка, радиокнопка, кнопка-переключатель и т. д.) представляет собой хороший пример полиморфизма. Каждый тип объекта в этом перечне представляет собой различный тип интерфейсной кнопки. Можно описать метод для каждой кнопки, который изобразит этот объект на экране. В терминах объектно-ориентированного программирования можно сказать, что все эти типы кнопок имеют способность изображения самих себя на экране.

Однако способ (процедура), которым каждая кнопка должна изображать себя на экране, является различным для каждого типа кнопки. Простая кнопка рисуется на экране с помощью процедуры «вывод изображения простой кнопки», радиокнопка рисуется на экране с помощью процедуры «вывод изображения радиокнопки» и т. д.

Таким образом, существует единственное для всего перечня интерфейсных кнопок действие (вывод изображения кнопки на экран), которое реализуется специфическим для каждой кнопки способом. Это и является проявлением полиморфизма.

В системах объектно-ориентированного программирования обычно используется графический интерфейс, который позволяет визуализировать процесс программирования. Появляется возможность создавать объекты, задавать им свойства и поведение с помощью мыши.

Объектно-ориентированное программирование по своей сути — это создание приложений из объектов, подобно тому, как из блоков и различных деталей строятся дома. Одни объекты приходится полностью создавать самостоятельно, тогда как другие можно позаимствовать в готовом виде из разнообразных библиотек.

Наиболее распространенными системами объектно-ориентированного визуального программирования являются Microsoft Visual Basic и Borland Delphi. Катализатором широкого распространения объектно-ориентированного программирования стала технология World Wide Web. Практически все новейшие разработки для этой системы выполняются с помощью объектно-ориентированных языков (например, языка Java).

Объект — элементарная единица в объектно-ориентированном программировании, заключающая в себе как описывающие объект данные, так и средства обработки этих данных.

Класс — обобщенное описание набора объектов, обладающих некоторыми одинаковыми методами и структурами данных.

Подкласс — более подробное описание, относящееся к какому-либо специализированному подмножеству набора объектов, описанного классом. Иногда подклассы называют также производными или дочерними классами.

Наследование — механизм автоматического включения в состав различных классов, подклассов и объектов одних и тех же методов и структур данных.

1. Основные характеристики (разрядность, адресное пространство и др.) процессора компьютера.

2. Системы программирования. Интерпретация и компиляция.

3. Разработка программы перемещений и действий исполнителя типа «робот» или «черепашка».

Процессор компьютера предназначен для обработки информации. Каждый процессор имеет определенный набор базовых операций (команд), например, одной из таких операций является операция сложения двоичных чисел.

Технически процессор реализуется на большой интегральной схеме, структура которой постоянно усложняется, и количество функциональных элементов (типа диод или транзистор) на ней постоянно возрастает (от 30 тысяч в процессоре 8086 до 5 миллионов в процессоре Pentium II).

Важнейшей характеристикой процессора, определяющей его быстродействие, является его тактовая частота. От нее, в частности, зависит количество базовых операций, которые производит процессор в секунду. За 20 лет тактовая частота процессора увеличилась почти на два порядка от 4 МГц (процессор 8086, 1978 г.) до 300 МГц (процессор Pentium II, 1997 г.).

Другой характеристикой процессора, влияющей на его производительность, является разрядность. В общем случае производительность процессора тем выше, чем больше его разрядность. В настоящее время используются 8-, 16-, 32- и 64-разрядные процессоры, причем практически все современные программы рассчитаны на 32-и 64-разрядные процессоры.

Часто уточняют разрядность процессора и пишут, например, 16/20, что означает, что процессор имеет 16-разрядную шину данных и 20-разрядную шину адреса. Разрядность адресной шины определяет адресное пространство процессора, т.е. максимальный объем оперативной памяти, который может быть установлен в компьютере.

В первом отечественном персональном компьютере «Агат» (1985 г.) был установлен процессор, имевший разрядность 8/16, соответственно его адресное пространство составляло 64 Кб. Современный процессор Pentium II имеет разрядность 64/32, т.е. его адресное пространство составляет 4 Гб.

Производительность процессора является интегральной характеристикой, которая зависит от частоты процессора, его разрядности, а также особенностей архитектуры (наличие кэш-памяти и др.). Производительность процессора нельзя вычислить, она определяется в процессе тестирования, т.е. определения скорости выполнения процессором определенных операций в какой-либо программной среде.

Увеличение производительности процессоров может достигаться различными путями. В частности, за счет введения дополнительных базовых операций. Так, в процессорах Pentium MMX достигается большая производительность при работе с мультимедиа-приложениями (программами для обработки графики, видео и звука).

Тип процессораЧастота (МГц)Разрядность шины данныхРазрядность шины адресаАдресное пространство80864—1216201Мб802868—20162416Мб8038625—4032324Гб8048633—10032324ГбPentium75—20064324ГбPentium II200—50064324ГбPentium III500—150064324ГбPentium IV1500—250064324Гб

Имеются два основных подхода к реализации языков программирования: компиляция и интерпретация. Компилятор переводит программу на языке программирования в машинный код (последовательность команд и данных) конкретного компьютера, на котором будет выполняться программа. Исполнение этого кода осуществляется под управлением операционной системы и никак не зависит от компилятора. Интерпретатор же является собственно той системой, которая исполняет программу на языке программирования.

Между этими двумя подходами имеется множество промежуточных вариантов: существуют компиляторы, которые компилируют в интерактивном режиме, во время ввода программы. Существуют интерпретаторы, которые компилируют программу в промежуточный код.

Вообще говоря, код, полученный компилятором, будет более эффективным, т.е. программа будет выполняться быстрее. Но полное время, затраченное на проектирование, ввод текста и запуск на выполнение для компилирующей системы, может быть больше, чем для интерпретирующей. Кроме того, компилятор может точно указать место лишь синтаксической ошибки; если же ошибка другого рода, то компилятор может предложить лишь сгенерированный код для определения места вероятной ошибки. Интерпретатор же покажет ошибку в исходном тексте программы.

В самом языке программирования, вообще говоря, не заложен способ его реализации, однако одни языки почти всегда компилируются, например C++, другие, например Smalltalk, почти всегда интерпретируются, Java компилируется в байт-код и затем интерпретируется.

Сейчас практически любая реализация языка представлена как среда разработки, которая включает:

1) компилятор (или интерпретатор);

2) отладчик — специальную программу, которая облегчает процесс поиска ошибок; пользуясь ею, разработчик может выполнять программу «по шагам», отслеживать изменение значений переменных в процессе выполнения и др.;

3) встроенный текстовый редактор;

4) специальные средства для просмотра структуры программы, классов, модулей и проч.;

5) библиотеку готовых модулей, классов, например для создания пользовательского интерфейса (окна, кнопки и т. д.).

В 80-е годы активно прорабатывалась идея визуального программирования, основной смысл которой состоит в том, чтобы процесс «сборки» программы осуществлялся на экране дисплея из программных конструкций — картинок. В результате появились среды разработки 4-го поколения (4GL), в которых разрабатываемый программный продукт строится из готовых крупных блоков при помощи мыши. Примерами таких сред являются: Delphi, Visual Age, Visual Java.

1. Организация и основные характеристики памяти компьютера.

2. Технология алгоритмического программирования. Основные структуры и средства языка программирования (операторы, функции, процедуры).

3. Создание, редактирование, сохранение и распечатка заданного текста.

Большое количество программ и данных, необходимых пользователю, долговременно хранятся во внешней памяти компьютера (на гибких и жестких магнитных дисках, CD-ROM и др.). В оперативную память компьютера загружаются те программы и данные, которые необходимы в данный момент.

По мере усложнения программ и увеличения их функций, а также появления мультимедиа-приложений растет информационный объем программ и данных. Если в середине 80-х годов обычный объем программ и данных составлял десятки и лишь иногда сотни килобайт, то в середине 90-х годов он стал составлять мегабайты и десятки мегабайт. Соответственно растет объем оперативной памяти. В школьном компьютере БК-0010 (1986 г.) объем оперативной памяти составлял 64 Кб, в современных персональных компьютерах он обычно составляет 16 Мбайт и более.

Логически оперативная память разделена на ячейки объемом 1 байт. Соответственно оперативная память 64 Кб содержит 65 536 ячеек, а память 16 Мб содержит 16 777 216 ячеек.

Каждая ячейка имеет свой уникальный двоичный адрес. При необходимости проведения операции считывания/записи данных из данной ячейки адрес ячейки передается от процессора к оперативной памяти по адресной шине.

Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти процессора и, соответственно, максимальный объем оперативной памяти, которую можно непосредственно использовать. Разрядность шины адреса у большинства современных персональных компьютеров составляет 32 разряда, т.е. максимальный объем оперативной памяти может составлять 232 = 4 Гб.

Величина аппаратно установленной оперативной памяти в современных рабочих станциях обычно составляет 16 или 32 Мб, а в серверах 64 или 128 Мб. Таким образом, имеется возможность наращивания объема оперативной памяти компьютеров без увеличения разрядности шины адреса процессора.

Физически оперативная память изготавливается в виде БИС (больших интегральных схем) различных типов (SIMM, DIMM), имеющих различную информационную емкость (1, 4, 8, 16, 32 Мб). Различные системные платы имеют различные наборы разъемов для модулей оперативной памяти.

Модули оперативной памяти характеризуются временем доступа к информации (считывания/записи данных). В современных модулях типа SIMM время доступа обычно составляет 60 нс, в модулях типа DIMM — 10 нс.

Различные операционные системы используют различные способы организации оперативной памяти. В школьных компьютерах с 16-разрядной шиной адреса и, соответственно, максимально с 64 Кб адресуемой памяти («Агат», «Ямаха») реализовывался принцип поочередного (так называемого постраничного) подключения дополнительных блоков физической памяти к адресному пространству процессора. Таким образом, удавалось увеличить объем оперативной памяти таких компьютеров до 128 Кб и более.

Операционная система MS-DOS создает сложную логическую структуру оперативной памяти:

• основная (conventional) память занимает адресное пространство от 0 до 640 Кб, в нее загружаются операционная система, программы и данные;

• верхняя память (UMB — Upper Memory Blocks) занимает адресное пространство от 640 Кб до 1 Мб, в нее могут быть загружены драйверы устройств;

• высокая (high) память начинается после 1 Мб и имеет объем 64 Кб, в нее может быть частично загружена операционная система;

• память, которая располагается в адресном пространстве «выше» высокой памяти, может использоваться в качестве расширенной памяти или дополнительной памяти; однако память остается недоступной для программ и данных.

Таким образом, под управлением операционной системы MS-DOS аппаратно установленная оперативная память используется очень нерационально. Этот недостаток преодолен в операционной системе Windows, в которой используется простая неструктурированная модель памяти и вся память доступна для загрузки программ и данных.

Технология алгоритмического программирования базируется на методе последовательной детализации алгоритмов. Сначала формулируется основной алгоритм, который состоит из «крупных» блоков (команд), часть которых может быть непонятна исполнителю (не входит в его систему команд). В этом случае они записываются как вызовы вспомогательных алгоритмов. Затем происходит детализация, т.е. все вспомогательные алгоритмы подробно расписываются с использованием команд, понятных исполнителю.

Как основной алгоритм, так и вспомогательные алгоритмы могут включать основные алгоритмические структуры: линейную, разветвляющуюся и циклическую. В линейной алгоритмической структуре все команды выполняются в линейной последовательности, одна за другой.

В разветвляющиеся алгоритмы входит условие, в зависимости от выполнения или невыполнения которого выполняется та или иная последовательность команд (серий).

В циклические алгоритмы входит последовательность команд, выполняемая многократно. Такая последовательность команд называется телом цикла.

Алгоритмы могут быть описаны различными способами:

• записаны на естественном языке;

• изображены в виде блок-схемы;

• записаны на алгоритмическом языке;

• закодированы на языке программирования.

Для кодирования алгоритма на языке программирования необходимо знать синтаксис языка, т.е. его основные операторы, типы переменных и др. В школе знакомятся в основном с языком программирования Бейсик.

Язык программирования Basic (Beginner’s All-purpose Symbolic Instruction Code — многоцелевой язык для начинающих) был разработан в 1964 году. Языки программирования, в том числе и Basic, развиваются, — обогащаются новыми возможностями, и в результате возникают различные версии языка (Бейсик-Агат, MSX-Basic, QBasic, VisualBasic).

Команды и различные типы алгоритмических структур реализуются на языке программирования с помощью операторов. Каждый оператор имеет свой формат.

КомандаФормат оператораВвод данныхINPUT Вывод данныхPRINT ПрисваиваниеLET = арифметическое выражение>Команда ветвленияIF THEN ELSE Команда циклаFOR FROM ТО NEXT

В формат операторов, кроме ключевых слов, входят переменные и арифметические выражения. Переменные бывают различных типов, тип переменной определяет, какие значения может принимать эта переменная. В Бейсике переменные могут быть следующих типов: целые (А% = 5), вещественные (А = 3.14), символьные (А$ = «информатика») и массивы DIM A(M, N). Массивы представляют собой одномерные или двумерные таблицы.

Арифметические выражения могут включать в себя: числа, переменные, знаки арифметических выражений, стандартные функции и круглые скобки. Например, арифметическое выражение, которое позволяет определить величину гипотенузы прямоугольного треугольника, будет записываться следующим образом: SQR (А*А + В*В).

Стандартные функции позволяют вычислить значения математических функций, например стандартная функция SIN(X) позволяет вычислить значения математической функции sin x.

Вспомогательные алгоритмы реализуются на Бейсике с помощью подпрограмм. Для перехода на подпрограмму используется специальный оператор, его формат: GOSUB . Возврат из подпрограммы реализуется с помощью оператора RETURN.

В некоторых других языках программирования, в частности в Паскале, вспомогательные алгоритмы реализуются с помощью процедур.

1. Внешняя память компьютера. Носители информации (гибкие и жесткие диски, CD-ROM-диски).

2. Технология логического программирования. Основные структуры и средства логического программирования (язык ПРОЛОГ).

3. Определение результата выполнения алгоритма по его блок-схеме (записи на алгоритмическом языке или на языке программирования).

Основное назначение внешней памяти компьютера — долговременное хранение большого количества различных файлов (программ, данных и т. д.). Устройство, которое обеспечивает запись/считывание информации, называется накопителем, а хранится информация на носителях. Наиболее распространенными являются накопители следующих типов:

— накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) двух различных типов, рассчитанные на диски диаметром 5,25″ (емкость 1,2 Мб) и диски диаметром 3,5″ (емкость 1,44 Мб);

— накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД) информационной емкостью от 4 до 80 Гб;

— накопители CD-ROM для CD-ROM-дисков емкостью 640 Мб.

Для пользователя имеют существенное значение некоторые технико-экономические показатели: информационная емкость, скорость обмена информацией, надежность ее хранения и, наконец, стоимость накопителя и носителей к нему.

Тип накопителяЕмкость носителяСкорость обменаОпасные воздействияОриентировочная стоимость накопителя в у. е.Ориентировочная стоимость носителя в у. е.НГМД 5,25″1,2 МбНизкаяМагнитные поля, нагревание120,5НГМД 3,5″1,44 МбНизкаяНЖМДДо 80 Гбот 3 до 10 Мб/сУдары200CD-ROM640 Мбдо 6-8 Мб/сЗагрязнение404

В основу записи, хранения и считывания информации положены два физических принципа, магнитный и оптический. В НГМД и НЖМД используется магнитный принцип. При магнитном способе запись информации производится на магнитный носитель (диск, покрытый ферромагнитным лаком) с помощью магнитных головок.

В процессе записи головка с сердечником из магнитомягкого материала (малая остаточная намагниченность) перемещается вдоль магнитного слоя магнитожесткого носителя (большая остаточная намагниченность). Электрические импульсы создают в головке магнитное поле, которое последовательно намагничивает (1) или не намагничивает (0) элементы носителя.

При считывании информации намагниченные участки носителя вызывают в магнитной головке импульс тока (явление электромагнитной индукции).

Носители информации имеют форму диска и помещаются в конверт из плотной бумаги (5,25″) или пластмассовый корпус (3,5″). В центре диска имеется отверстие (или приспособление для захвата) для обеспечения вращения диска в дисководе, которое производится с постоянной угловой скоростью 300 об/с.

В защитном конверте (корпусе) имеется продолговатое отверстие, через которое производится запись/ считывание информации. На боковой кромке дискет (5,25″) находится маленький вырез, позволяющий производить запись, если вырез заклеить непрозрачной наклейкой, запись становится невозможной (диск защищен). В дискетах 3,5″ защиту от записи обеспечивает предохранительная защелка в левом нижнем углу пластмассового корпуса.

Диск должен быть форматирован, т.е. должна быть создана физическая и логическая структура диска. В процессе форматирования на диске образуются концентрические дорожки, которые делятся на сектора, для этого головка дисковода расставляет в определенных местах диска метки дорожек и секторов.

Например, на гибком диске формата 3,5″:

• размер сектора — 512 байт;

• количество секторов на дорожке — 18;

• дорожек на одной стороне — 80;

Жесткие магнитные диски состоят из нескольких дисков, размещенных на одной оси и вращающихся с большой угловой скоростью (несколько тысяч оборотов в минуту), заключенных в металлический корпус. Большая информационная емкость жестких дисков достигается за счет увеличения количества дорожек на каждом диске до нескольких тысяч, а количества секторов на дорожке — до нескольких десятков. Большая угловая скорость вращения дисков позволяет достигать высокой скорости считывания/записи информации (более 5 Мб/с).

CD-ROM-накопители используют оптический принцип чтения информации. Информация на CD-ROM-диске записана на одну спиралевидную дорожку (как на грампластинке), содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью. Лазерный луч падает на поверхность вращающегося CD-ROM-диска, интенсивность отраженного луча соответствует значениям 0 или 1. С помощью фотопреобразователя они преобразуются в последовательности электрических импульсов.

Скорость считывания информации в CD-ROM-накопителе зависит от скорости вращения диска. Первые CD-ROM-накопители были односкоростными и обеспечивали скорость считывания информации 150 Кб/с, в настоящее время все большее распространение получают 24-скоростные CD-ROM-накопители, которые обеспечивают скорость считывания информации до 3,6 Мб/с.

Информационная емкость CD-ROM-диска может достигать 640 Мб. Производятся CD-ROM-диски либо путем штамповки (диски белого цвета), либо записываются (диски желтого, голубого и зеленоватого цвета) на специальных устройствах, которые называются CD-recorder.

Язык Пролог хорошо приспособлен для решения тех задач, в которых речь идет об отношениях между различными объектами. Программирование на Прологе состоит в определении отношений и в постановке вопросов, касающихся этих отношений. Классический пример — родственные отношения. Тот факт, что Иван является родителем Петра, записывается на Прологе так:

родитель — это имя отношения, иван и петр — аргументы этого отношения. Итак, на Прологе можно определить отношение между двумя и более объектами или унарное отношение, т.е. утверждение относительно одного объекта. Вся система родственных отношение описывается следующей Пролог программой:

Эту программу можно ввести в Пролог-систему и задавать вопросы системе:

На этот вопрос система ответит «да». На вопрос:

система ответит «нет».

В предложениях можно использовать переменные. Так, вопрос «Кто является родителем Клавдии?» можно записать так:

На этот вопрос система даст ответ:

Вопросы к системе состоят из одного или более целевых утверждений (целей). Такая последовательность целей, как:

родитель(Х, клавдия), родитель(X, пульхерия)

означает конъюнкцию целевых утверждений: «X — родитель Клавдии» и «X» — родитель Пульхерии».

Кроме утверждений, касающихся отношений между конкретными объектами (такие утверждения предполагаются истинными и называются фактами), возможно описать в Пролог-программе правила — утверждения, истинность которых зависит от определённых условий, например отношение бабушкаилидедушка можно записать на Прологе так:

бабушкаилидедушка(Х, Z) — родитель(Х, Y), родитель(Y, Z).

Процесс, в результате которого Пролог-система устанавливает, удовлетворяет ли объект запросу, включает в себя логический вывод и исследование различных вариантов. Все это делается автоматически самой Пролог-системой и, как правило, скрыто от пользователя.

Наиболее часто используемой структурой в Прологе являются списки. Список либо пуст, либо состоит из головы и хвоста, который, в свою очередь, также является списком. Как правило, для списков существует специальная нотация и определены операции: определения принадлежности элемента списку, конкатенация, добавление элемента, удаление элемента, удаление подсписка и т. п.

1. Операционная система компьютера (назначение, состав, загрузка).

2. Глобальная сеть Интернет и ее информационные ресурсы (файловые архивы, «Всемирная паутина», электронная почта, телеконференции).

3. Создание, преобразование, хранение и распечатка заданного рисунка.

К системному блоку компьютера подключаются через специальные согласующие платы (контроллеры) периферийные устройства (дисковод, принтер и т. д.). Каждое периферийное устройство обрабатывает информацию по-разному и с различной скоростью, поэтому необходимо программно согласовать их работу с работой процессора, Для этого в составе операционной системы имеются специальные программы — драйверы устройств. Каждому устройству соответствует свой драйвер.

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

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

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

Таким образом, в структуру операционной системы входят следующие модули:

• базовый модуль, управляющий файловой системой;

• командный процессор, расшифровывающий и выполняющий команды;

• драйверы периферийных устройств;

• модули, обеспечивающие графический интерфейс. Файлы операционной системы находятся на диске (жестком или гибком). Однако программы могут выполняться, только если они находятся в оперативной памяти, поэтому файлы операционной системы необходимо загрузить в оперативную память.

Все файлы операционной системы не могут одновременно находиться в оперативной памяти, т. к. объем современных операционных систем составляет десятки мегабайт. Для функционирования компьютера обязательно должны находиться в оперативной памяти базовый модуль, командный процессор и драйверы подключенных устройств. Модули операционной системы, обеспечивающие графический интерфейс, могут быть загружены по желанию пользователя. В операционной системе Windows 95 выбор варианта загрузки представлен в виде меню.

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

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

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

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

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

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

После окончания загрузки операционной системы управление передается командному процессору, на экране появляется приглашение системы, например, (С>).

Система готова к работе, т.е. пользователь может начинать вводить команды операционной системы, а командный процессор их расшифровывать и выполнять. В случае использования графического интерфейса выбор действий (команд) производится с помощью мыши. В процессе выполнения команд осуществляется взаимодействие всех модулей операционной системы, причем необходимые в данный момент дополнительные модули могут подгружаться с диска.

Команды операционной системы — это фактически программы на машинном языке, которые размещены в файле командного процессора. Поскольку эти программы размещены непосредственно в оперативной памяти, они могут выполняться сразу (без обращения к диску). Такие команды (программы) называются резидентными.

Однако набор таких программ и их возможности ограничены. Для расширения возможностей пользователя в операционную систему вводятся дополнительные модули (программы), которые реализуют выполнение транзитных команд. После ввода транзитной команды происходит считывание с диска в оперативную память соответствующего файла (обычно одноименного), которому и передается управление.

Существует несколько наиболее распространенных операционных систем, каждая из которых ориентирована на определенное семейство процессоров и, соответственно, компьютеров.

RT-11 (Real time system — Система реального времени). Операционная система RT-11 была разработана в 1972 году фирмой DEC для семейства малых ЭВМ PDP-11. На базе этой системы в СССР были разработаны версии этой системы (РАФОС, ОС ДВК, ФОДОС), которые использовались на мини-ЭВМ СМ-4, персональных ЭВМ ДВК и в школьных компьютерных классах УКНЦ и БК-0011.

СР/М (Control Program for Microcomputer — Управляющая программа для микрокомпьютеров). Одна из первых операционных систем для персональных компьютеров. Она разработана в 1975 году и использовалась на компьютерах «Ямаха» и «Корвет» (процессор Z80), IBM PC/XT (процессор 8086).

MSX-DOS. Операционная система MSX-DOS была разработана для 8-разрядных (процессор Z80) компьютеров стандарта MSX в середине 80-х годов. Использовалась на недорогих компьютерах типа «Ямаха».

MS-DOS (Microsoft Disk Operation System — Дисковая операционная система Microsoft). Операционная система MS-DOS была разработана в начале 80-х годов для работы на компьютерах IBM PC/XT, созданных на базе процессора 8086 фирмы Intel. MS-DOS была наиболее распространенной операционной системой с интерфейсом командной строки, которая устанавливалась на компьютерах, созданных на базе процессоров 80286, 80386, 80486, Pentium. Последней версией была MS-DOS 6.22.

Microsoft Windows (Windows 3.1, Windows 3.11, Windows 95, Windows NT, Windows 98, Windows 2000, Windows Me, Windows XP). Многозадачная операционная система с графическим интерфейсом Windows пришла на смену MS-DOS. В настоящее время более 90% персональных компьютеров реализованы на платформе Intel & Windows, т.е. в них установлен Intel-совместимый процессор (Pentium) и инсталлирована операционная система Windows.

К основным достоинствам современных операционных систем (Windows) следует отнести технологию «подключи и работай», многозадачность и графический интерфейс.

Технология «подключи и работай» (Plug-and-Play) позволяет даже начинающему пользователю подключить к компьютеру новое устройство (например, принтер) и продолжить работу. Windows сама установит необходимый драйвер и выделит ресурсы.

Многозадачность предоставляет пользователю возможность загрузить в оперативную память сразу несколько приложений (например, текстовый редактор Word, электронные таблицы Excel, браузер Internet Explorer и др.). Переход от работы в одном приложении в другое происходит очень быстро и просто, посредством перехода от одного открытого «окна» Windows к другому.

Графический интерфейс реализован с использованием технологии Drag-and-Drop. Это позволяет выполнять практически любые операции с помощью мыши.

OS/2 (Operation System). Операционная система OS/2 была разработана корпорацией IBM в конце 80-х годов для компьютеров PS/2 (Personal system/2). Большого распространения не получила.

Apple System (Операционная система фирмы Apple). Различные версии этой системы устанавливаются на компьютерах фирмы Apple (Macintosh, PowerPC и др.). В этой операционной системе в конце 80-х годов впервые был использован многооконный графический интерфейс и управление с помощью манипулятора типа мышь.

UNIX. На высокопроизводительных компьютерах, которые иногда называют «рабочие станции», широко распространена операционная система UNIX. Начало разработок этой системы относится к 1969 году, и к настоящему времени уже известно более 20 различных версий. В настоящее время достаточно большое количество серверов в Internet работают под управлением этой системы.

Интернет — это всемирная компьютерная сеть, объединяющая многие локальные и корпоративные сети, другими словами, Интернет — это сеть сетей. В настоящее время на десятках миллионов компьютеров, подключенных к Интернет, хранится громадный объем информации (миллионы файлов, документов и т. д.) и сотни миллионов людей пользуются услугами Интернет.

Локальная сеть объединяет компьютеры, установленные в одном помещении (например, школьный компьютерный класс, состоящий из 8—12 компьютеров) или в одном здании (например, в здании школы).

Корпоративная сеть может объединять тысячи и десятки тысяч компьютеров, размещенных в различных странах и городах (например, сеть корпорации Microsoft, MSN).

В каждой такой локальной или корпоративной сети должен быть по крайней мере один компьютер, который называется сервером Интернет и имеет постоянное подключение к Интернет с помощью линии связи с высокой пропускной способностью. В качестве таких «магистральных» линий связи обычно используются оптоволоконные или спутниковые линии с пропускной способностью от 1 до 100 Мбит/с.

Таким образом, основу, «каркас» Интернет составляют более двадцати миллионов серверов (на начало 1998г.), постоянно подключенных к сети. К ним, в свою очередь, могут подключаться с помощью локальных сетей или коммутируемых телефонных линий десятки миллионов компьютеров пользователей Интернет.

Каждый компьютер, подключенный к Интернет, имеет свой уникальный 32-битный IP-адрес. В десятичной записи этот адрес состоит их 4 чисел, разделенных точками, каждое из которых лежит в диапазоне от 0 до 255. Например, IP-адрес сервера компании «Демос» записывается как 194.87.12.13.

Компьютеры легко могут найти друг друга по числовому IP-адресу, однако человеку запомнить числовой адрес нелегко, и для удобства была введена Доменная Система

Имен (DNS — Domain Name System). Эта система ставит в соответствие числовому IP-адресу уникальное имя сервера. Так, сервер компании «Демос» имеет имя www.demos.ru.

Доменные адреса присваиваются в Центре сетевой информации Интернет (InterNIC) и читаются справа налево. Крайняя правая группа букв обозначает домен верхнего уровня (в данном случае «ru»). Домены верхнего уровня бывают двух типов: географические (двухбуквенные — каждой стране соответствует двухбуквенный код) и административные (трехбуквенные). В данном случае домен географический и «ru» обозначает Россию. Интересно, что давно существующие серверы могут относиться к домену «su» (СССР). Обозначение административного домена позволяет определить профиль организации, владельца сервера Интернет.

В таблице приведены некоторые имена доменов верхнего уровня.

Глобальная сеть Интернет привлекает пользователей своими информационными ресурсами и сервисами (услугами).

Электронная почта (E-mail)

Электронная почта является наиболее распространенным сервисом Интернет, так как является исторически первым сервисом компьютерных сетей и не требует обязательного наличия высокоскоростных и качественных линий связи. Любой пользователь Интернет может получить свой «почтовый ящик» на одном из серверов, в котором будут накапливаться передаваемые и получаемые электронные письма.

Электронное письмо кроме текста сообщения обязательно содержит электронный адрес получателя письма. Электронный адрес записывается по определенной форме и состоит из двух частей:

Имя_пользователя имеет произвольный характер и задается самим пользователем, имя_сервера жестко связано с выбором пользователем сервера, на котором он разместил почтовый ящик.

К электронному письму может быть приложен файл любого типа, однако не рекомендуется, чтобы размер пересылаемого файла был слишком большим.

Административные Тип организации Географические Страна

Для работы с электронной почтой необходимы специальные почтовые программы. Для любой компьютерной платформы существует большое разнообразие почтовых программ. Почтовые программы вошли в состав последних версий браузеров Microsoft Internet Explorer и Netscape Communicator.

В Интернет существуют десятки тысяч конференций, каждая из которых посвящена обсуждению какой-либо проблемы. Каждой конференции выделяется свой почтовый ящик на серверах Интернет, которые поддерживают работу телеконференций. Пользователи могут посылать свои сообщения на любой из этих серверов, а так как серверы периодически синхронизируются, т.е. обмениваются содержимым почтовых ящиков телеконференций, материалы конференций в полном объеме доступны на любом таком сервере.

Принцип работы в телеконференциях мало чем отличается от принципа работы с электронной почтой. Пользователь может посылать свои сообщения в любую телеконференцию и читать сообщения, посланные другими участниками. Для работы в телеконференциях используют обычно те же самые почтовые программы, что и при работе с электронной почтой.

Большое количество серверов (они называются FTP-серверы) Интернет содержат файловые архивы. Это очень удобно для пользователей, так как многие необходимые программы можно получить из Интернет.

Файловые серверы поддерживают многие компании — производители программного обеспечения или аппаратных компонентов компьютера и периферийных устройств.

Программное обеспечение, размещаемое на таких серверах, можно разделить на две большие группы: свободно распространяемое программное обеспечение (freeware) и условно бесплатное программное обеспечение (shareware).

Как это ни странно, многие производители программного обеспечения и компьютерного оборудования заинтересованы в широком бесплатном распространении программного обеспечения. К таким программным средствам относятся следующие:

* новые недоработанные (бета) версии программных продуктов (это позволяет провести их широкое тестирование);

* программные продукты, являющиеся частью принципиально новых технологий (это позволяет завоевать рынок);

* дополнения к ранее выпущенным программам, исправляющие найденные ошибки или расширяющие возможности;

* устаревшие версии программ;

* драйверы к новым устройствам или улучшенные драйверы к уже существующим.

Условно бесплатными обычно бывают:

* программы с ограниченным сроком действия (после истечения указанного срока программа перестает работать, если за нее не произведена оплата);

* программы с ограниченными функциональными возможностями (в случае оплаты пользователю сообщается код, включающий все функции);

* нормально работающие программы, которые размещают вновь образованные фирмы или отдельные программисты в целях рекламы и с предложением произвести добровольную оплату (обычно в небольшом размере).

Для работы с файловыми серверами можно использовать как универсальные браузеры, так и специализированные программы FTP-клиенты (например, CuteFTP).

Для поиска необходимых файлов можно использовать систему серверов Archie. Эти серверы хранят постоянно обновляемую информацию о содержимом файловых серверов.

«Всемирная паутина» (World Wide Web, WWW, 3W)

Бурное развитие сети Интернет, которое началось с начала 90-х годов, во многом обусловлено появлением новой технологии WWW. В основу этой технологии положена технология гипертекста, распространенная на все компьютеры, подключенные к сети Интернет.

При использовании технологии гипертекста текст структурируется и в нем выделяются слова-ссылки. При активизации ссылки (например, с помощью мыши) происходит переход на заданный в ссылке фрагмент текста или на другой документ. Так, мы могли бы наш текст преобразовать в гипертекст, выделив слова «технология гипертекста» в первом абзаце и зафиксировав, что при активизации этой ссылки произойдет переход на начало второго абзаца.

Технология WWW позволяет осуществлять переходы не только внутри исходного документа, но и на любой документ, находящийся на данном компьютере и, что самое главное, на любой документ любого компьютера, подключенного в данный момент к Интернету. Документы, реализованные по технологии WWW, называются Web-страницами.

Структурирование документов и создание Web-страниц осуществляется с помощью языка HTML (Hyper Text Markup Language). Последняя версия текстового редактора Word (Word 97) позволяет сохранять документы в формате Web-страниц. Просмотр Web-страниц осуществляется с помощью специальных программ просмотра — браузеров. В настоящее время наиболее распространенными браузерами являются Internet Explorer и Netscape Navigator.

Если компьютер подключен к Интернет, то можно загрузить один из браузеров и отправиться в путешествие по «Всемирной паутине». Вначале необходимо загрузить Web-страницу с одного из серверов Интернет, затем найти ссылку и активизировать ее. В результате будет загружена Web-страница с другого сервера Интернет, который при этом может находиться в другой части света. В свою очередь можно активизировать ссылку на данной Web-странице, загрузится следующая Web-страница и т. д.

Сеть Интернет растет очень быстрыми темпами, и найти нужную информацию среди десятков миллионов документов становится все сложнее. Для поиска информации используются специальные поисковые серверы, которые содержат точную и постоянно обновляемую информацию о содержимом десятков миллионов Web-страниц.

1. Файлы (тип, имя, местоположение). Работа с файлами.

2. Основные подходы к программированию: процедурный (алгоритмический), логический, объектно-ориентированный.

3. Решение задачи на построение графика простой функции.

Работа на персональном компьютере в среде операционной системы фактически сводится к работе с файлами. В операционной системе Windows 95 понятие файл часто заменяется понятием документ. Файлы создаются, записываются на диск, хранятся и считываются с него, распечатываются на принтере, пересылаются по информационным сетям и т. д.

Строгое определение понятию файла дать достаточно сложно. В первом приближении можно сказать, что файл — это определенное количество информации, хранящееся на диске и имеющее имя.

Рассмотрим это определение более подробно.

Информация на диске записана на концентрических дорожках, которые разбиты на секторы. Сектор является минимальным адресуемым элементом информации на диске. На гибком диске объем одного сектора составляет 512 байт, на жестких дисках его величина больше.

Файл хранится на диске. Следовательно, минимальный объем файла равен одному сектору. Максимальный объем файла равен, естественно, информационному объему диска. Объем реальных файлов обычно не превышает нескольких мегабайт.

Файл имеет имя. Например, полное имя файла proba.txt состоит из имени файла (proba) и типа файла, его расширения (txt). В операционной системе MS-DOS имя файла может содержать до 8 букв латинского алфавита, цифр и некоторых специальных символов. Операционная система Windows 95 поддерживает также длинные имена файлов (документов), которые могут содержать до 255 символов, причем разрешается использовать буквы русского алфавита. Имя файлу дается его создателем (пользователем, программистом).

Тип файла необходим операционной системе компьютера для того, чтобы определить, с помощью какой прикладной программы этот файл был создан и, соответственно, какую программу необходимо вызвать для его обработки. Тип файла задается прикладной программой, в которой он создается, с помощью трех символов, отделенных от имени точкой. Так, в Windows файлы, созданные текстовым редактором Word, имеют расширение DOC, Web-страницы Internet имеют расширение НТМ и т. д.

Современные жесткие диски имеют информационную емкость в 1 Гб и более, на них могут храниться тысячи и десятки тысяч файлов. Каждый диск имеет логическое имя (А, В — гибкие диски, С, D и т. д. — жесткие диски, оптические диски и т. п.). Для удобства поиска файлы хранятся в иерархической структуре каталогов, которая имеет «древовидную» структуру. Из корневого каталога можно перейти в каталоги 1-го уровня, в свою очередь, из них в каталоги 2-го уровня и т. д. В каталогах всех уровней могут храниться файлы.

Пусть на жестком диске С в корневом каталоге имеются два каталога 1-го уровня (GAMES, TEXT) и один каталог 2-го уровня (CHESS). Как найти имеющиеся файлы (chess. exe, proba. txt)? Для этого необходимо указать путь к файлу. В путь файла входит имя диска и последовательность имен каталогов, т.е. пути к вышеперечисленным файлам соответственно будут:

С: \GAMESCHESSchess. exeTEXTproba. txt

В операционной системе MS-DOS операции с файлами (копирование, удаление, переименование, печать и т. д.) можно производить непосредственно из командной строки с помощью команд (сору, delete, rename, print). Однако это неудобно для пользователя, так как требует запоминания форматов команд операционной системы. Для работы с файлами обычно используется программная оболочка Norton Commander, которая представляет пользователю удобные возможности поиска файлов и операций над ними с помощью функциональных клавиш и мыши.

В операционной системе Windows операции с файлами можно производить с помощью мыши с использованием технологии «возьми и перенеси».

Основные подходы к программированию можно различать как по соответствию, определенному математическому формализму, так и по стилю.

Так, формализму рекурсивных функций соответствует функциональное программирование. Реализацией этого подхода являются языки FP, Haskell.

Формализму исчисления высказываний соответствует подход, называемый логическим программированием, который состоит в следующем. Имеется база знаний задачи — набор логических аксиом («факты») и правил вывода («правила»); запросы к базе знаний формулируются в виде целевых утверждений («целей»). База знаний вкупе с целевым утверждением называется логической программой. Выполнение программы состоит в доказательстве целевого утверждения для данной базы знаний.

В рамках логического программирования возможны две точки зрения: описательная и декларативная. Первая предусматривает описание того, как что-либо сделать. Эта точка зрения нашла отражение в языке Лисп. Вторая предусматривает описание того, что нужно сделать, т.е. «целей». Данная точка зрения представлена различными реализациями языка Пролог.

Объектно-ориентированное программирование (ООП) часто называют новой парадигмой программирования. Вот как выглядят основные принципы ООП в изложении Алана Кэя, одного из авторов объектно-ориентированной системы Смолток:

1. Все является объектом.

2. Объекты взаимодействуют друг с другом посредством посылки сообщений. Сообщение — это запрос на выполнение действия, дополненный набором аргументов, которые необходимы для выполнения действия. Все вычисления выполняются путем взаимодействия между объектами.

3. Каждый объект имеет независимую память, в которой размещены другие объекты.

4. Каждый объект является представителем класса, который выражает общие свойства объектов, например целых чисел или массивов.

5. В классе задается поведение объекта. Все объекты одного класса умеют выполнять одни и те же действия.

6. Классы организованы в единую иерархическую древовидную структуру с общим корнем. Память и поведение объектов некоторого класса наследуются объектами класса, расположенного ниже в иерархическом дереве.

Примерами объектно-ориентированных языков являются Смолток (Smalltalk), C++, Actor, Object Pascal, Java.

1. Информационные процессы в природе, обществе, технике. Информационная деятельностьчеловека.

2. Структура программного обеспечения компьютера и назначение его составных компонентов.

3. Решение задачи на обработку символьного массива.

В современном мире роль информатики, средств обработки, передачи, накопления информации неизмеримо возросла. Средства информатики и вычислительной техники сейчас во многом определяют научно-технический потенциал страны, уровень развития ее народного хозяйства, образ жизни и деятельности человека.

Получение и преобразование информации является необходимым условием жизнедеятельности любого организма. Даже простейшие одноклеточные организмы постоянно воспринимают и используют информацию, например, о температуре и химическом составе среды для выбора наиболее благоприятных условий существования. Живые существа способны не только воспринимать информацию из окружающей среды с помощью органов чувств, но и обмениваться ею между собой.

Человек также воспринимает информацию с помощью органов чувств, а для обмена информацией между людьми используются языки. За время развития человеческого общества таких языков возникло очень много. Прежде всего, это родные языки (русский, татарский, английский и др.), на которых говорят многочисленные народы мира. Роль языка для человечества исключительно велика. Без него, без обмена информацией между людьми было бы невозможным возникновение и развитие общества.

Информационные процессы характерны не только для живой природы, человека, общества. Человечеством созданы технические устройства — автоматы, работа которых также связана с процессами получения, передачи и хранения информации. Например, автоматическое устройство, называемое термостатом, воспринимает информацию о температуре помещения и в зависимости от заданного человеком температурного режима включает или отключает отопительные приборы.

Деятельность человека, связанную с процессами получения, преобразования, накопления и передачи информации, называют информационной деятельностью.

Тысячелетиями предметами труда людей были материальные объекты. Все орудия труда от каменного топора до первой паровой машины, электромотора или токарного станка были связаны с обработкой вещества, использованием и преобразованием энергии. Вместе с тем человечеству пришлось решать задачи управления, задачи накопления, обработки и передачи информации, опыта, знания, возникают группы людей, чья профессия связана исключительно с информационной деятельностью. В древности это были, например, военачальники, жрецы, летописцы, затем — ученые и т. д.

Однако число людей, которые могли воспользоваться информацией из письменных источников, было ничтожно мало. Во-первых, грамотность была привилегией крайне ограниченного круга лиц и, во-вторых, древние рукописи создавались в единичных (иногда единственных) экземплярах.

Новой эрой в развитии обмена информацией стало изобретение книгопечатания. Благодаря печатному станку, созданному И. Гутенбергом в 1440 году, знания, информация стали широко тиражируемыми, доступными многим людям. Это послужило мощным стимулом для увеличения грамотности населения, развития образования, науки, производства.

По мере развития общества постоянно расширялся круг людей, чья профессиональная деятельность была связана с обработкой и накоплением информации. Постоянно рос и объем человеческих знаний, опыта, а вместе с ним количество книг, рукописей и других письменных документов. Появилась необходимость создания специальных хранилищ этих документов — библиотек, архивов. Информацию, содержащуюся в книгах и других документах, необходимо было не просто хранить, а упорядочивать, систематизировать. Так возникли библиотечные классификаторы, предметные и алфавитные каталоги и другие средства систематизации книг и документов, появились профессии библиотекаря, архивариуса.

В результате научно-технического прогресса человечество создавало все новые средства и способы сбора, хранения, передачи информации. Но важнейшее в информационных процессах — обработка, целенаправленное преобразование информации осуществлялось до недавнего времени исключительно человеком.

Вместе с тем постоянное совершенствование техники, производства привело к резкому возрастанию объема информации, с которой приходится оперировать человеку в процессе его профессиональной деятельности.

Развитие науки, образования обусловило быстрый рост объема информации, знаний человека. Если в начале прошлого века общая сумма человеческих знаний удваивалась приблизительно каждые пятьдесят лет, то в последующие годы — каждые пять лет.

Выходом из создавшейся ситуации стало создание компьютеров, которые во много раз ускорили и автоматизировали процесс обработки информации.

Первая электронная вычислительная машина ЭНИАК была разработана в США в 1946 году. В нашей стране первая ЭВМ была создана в 1951 году под руководством академика В. А. Лебедева.

В настоящее время компьютеры используются для обработки не только числовой, но и других видов информации. Благодаря этому информатика и вычислительная техника прочно вошли в жизнь современного человека, широко применяются в производстве, проектно-конструкторских работах, бизнесе и многих других отраслях.

Компьютеры в производстве используются на всех этапах: от конструирования отдельных деталей изделия, его дизайна до сборки и продажи. Система автоматизированного производства (САПР) позволяет создавать чертежи, сразу получая общий вид объекта, управлять станками по изготовлению деталей. Гибкая производственная система (ГПС) позволяет быстро реагировать на изменение рыночной ситуации, оперативно расширять или сворачивать производство изделия или заменять его другим. Легкость перевода конвейера на выпуск новой продукции дает возможность производить множество различных моделей изделия. Компьютеры позволяют быстро обрабатывать информацию от различных датчиков, в том числе от автоматизированной охраны, от датчиков температуры для регулирования расходов энергии на отопление, от банкоматов, регистрирующих расход денег клиентами, от сложной системы томографа, позволяющей «увидеть» внутреннее строение органов человека и правильно поставить диагноз.

Компьютер находится на рабочем столе специалиста любой профессии. Он позволяет связаться по специальной компьютерной почте с любой точкой земного шара, подсоединиться к фондам крупных библиотек не выходя из дома, использовать мощные информационные системы — энциклопедии, изучать новые науки и приобретать различные навыки с помощью обучающих программ и тренажеров. Модельеру он помогает разрабатывать выкройки, издателю компоновать текст и иллюстрации, художнику — создавать новые картины, а композитору — музыку. Дорогостоящий эксперимент может* быть полностью просчитан и имитирован на компьютере.

Разработка способов и методов представления информации, технологии решения задач с использованием компьютеров, стала важным аспектом деятельности людей многих профессий.

Программное обеспечение компьютера можно разделить на операционную систему и прикладное программное обеспечение.

Операционная система обеспечивает функционирование и взаимосвязь всех компонентов компьютера и предоставляет пользователю доступ к его аппаратным возможностям. Внутренняя структура современных операционных систем достаточно сложная (подробнее см. билет № 5, вопрос 1).

Прикладное программное обеспечение можно разделить на две группы программ: средства разработки и приложения.

Средства разработки — это инструменты программиста. Традиционными средствами разработки являются алгоритмические (процедурные) языки программирования. Основой систем программирования является транслятор. Трансляторы языков программирования, т.е. программы, обеспечивающие перевод исходного текста программы на машинный язык (объектный код), бывают двух типов: интерпретаторы и компиляторы.

Интерпретатор — это транслятор, который обеспечивает последовательный синхронный «перевод» и выполнение каждой строки программы, причем при каждом запуске программы на выполнение вся процедура полностью повторяется. Достоинством интерпретатора является удобство отладки программы в интерактивном режиме, а недостатком — малая скорость работы.

Компилятор — это транслятор, который переводит текст программы целиком на машинный язык, в результате чего получается исполняемая программа. Получаемый загрузочный модуль обычно выполняется быстрее интерпретируемой программы.

Современные системы объектно-ориентированного визуального программирования позволяют сделать процесс программирования более наглядным за счет использования графического интерфейса.

Системы логического программирования реализуют декларативный способ представления знаний, когда программист лишь формулирует задачу с помощью фактов и правил. Система логического программирования с помощью механизма логического вывода получает все возможные следствия, т.е. ищет решение задачи.

Системы управления базами данных (СУБД) позволяют создавать, редактировать и модифицировать базы данных.

Системы компьютерной графики позволяют создавать и редактировать изображения, а также создавать анимацию.

Системы автоматизированного проектирования (САПР) позволяют разрабатывать проекты и создавать чертежи и схемы различных объектов (машин и механизмов, зданий, электронных схем и т. д.).

Инструментальные средства создания Web-страниц на основе HTML (Hyper Text Markup Language) используются большим количеством профессионалов (Web-мастеров) и просто пользователей сети для разработки Web-страниц.

Приложения — это программы для пользователя. Наибольшее количество пользователей работает с офисными приложениями, к которым относятся текстовый редактор, электронные таблицы, графический редактор и системы подготовки презентаций. Квалифицированный пользователь может также создавать простые базы данных и работать с ними.

Для работы во всемирной компьютерной сети Интернет используются специальные сетевые приложения, такие, как браузеры, позволяющие «путешествовать» по «Всемирной паутине», почтовые программы, необходимые для работы с почтой и доступа к телеконференциям, и некоторые другие.

Важнейшей частью прикладного программного обеспечения являются различные утилиты (антивирусные программы, архиваторы и т. д.). Все большее количество пользователей использует обучающие программы для самообразования или в учебном процессе. Прежде всего, это программы обучения иностранным языкам, истории, географии и т. д.

Большую пользу приносят различные мультимедиа-энциклопедии и справочники на CD-ROM, которые содержат огромный объем информации и средства быстрого поиска.

Программы распознавания текста позволяют преобразовывать отсканированные страницы текста из графического формата в текстовый формат.

Программы-переводчики позволяют производить автоматический перевод текстов с русского на иностранные языки или, наоборот, с иностранных языков на русский.

Компьютерные игры бывают самых различных типов (логические, стратегические и т. д.).

Структура программного обеспечения компьютера (в скобках приведены примеры широко распространенных программ соответствующих типов).

1. Операционная система (Windows)

2. Прикладное программное обеспечение

2.1. Средства разработки

2.1.1. Системы процедурного (алгоритмического) программирования, трансляторы языков программирования

2.1.1.1. Интерпретаторы (QBasic)

2.1.1.2. Трансляторы (Turbo Pascal)

2.1.2. Системы объектно-ориентированного визуального программирования (VisualBasic, Delphi)

2.1.3. Системы логического (декларативного) программирования (Пролог)

2.1.4. Системы управления базами данных (dBase, Access)

2.1.5. Системы компьютерной графики (CorelDraw, Animator Pro)

2.1.6. Системы автоматизированного проектирования (AutoCad, Компас)

2.1.7. Средства создания Web-страниц (FrontPage, Macromedia Dreamweaver)

2.2.1. Офисные приложения (Microsoft Office, Works)

2.2.1.1. Текстовый редактор (Word)

2.2.1.2. Электронные таблицы (Excel)

2.2.1.3. Графический редактор (Photo Editor, Photoshop)

2.2.1.4. Мультимедиа-презентации (PowerPoint, Flash)

2.2.1.5. Базы данных (Works)

2.2.2. Сетевые приложения (Internet Explorer, Netscape Communicator)

2.2.3.1. Антивирусные программы (Dr. Web)

2.2.3.2. Архиваторы (Arj, Winzip, Winrar)

2.2.4. Обучающие программы

2.2.5. Энциклопедии, справочники

2.2.6. Программы распознавания текста (FineReader)

2.2.7. Программы — переводчики с иностранных языков (Stylus)

Информатика

Некоторые файлы (разработки уроков, сценарии, поурочные планы) и информация, находящиеся на данном сайте, были найдены в сети ИНТЕРНЕТ, как свободно распространяемые, присланы пользователями сайта или найдены в альтернативных источниках, также использованы собственные материалы. Автор сайта не претендует на авторство ВСЕХ материалов. Если Вы являетесь правообладателем сценария, разработки урока, классного часа или другой информации, и условия на которых она представлена на данном ресурсе, не соответствуют действительности, просьба немедленно сообщить с целью устранения правонарушения по адресу : . Карта сайта — www.uroki.net При использовании материалов сайта — размещение баннера и активной ссылки -ОБЯЗАТЕЛЬНО.

Как связаны разрядность процессора, разрядность его регистров, размер адресуемой памяти и как все это влияет на быстродействие?

разрядность процессора (разрядность его машинного слова). Машинное слово — машинно-зависимая и платформозависимая величина, измеряемая в битах или байтах (тритах или трайтах), равная разрядности регистров.

64-битный регистр способен хранить в себе одно из 264 = 18 446 744 073 709 551 616 значений. Процессор с 64-битной адресацией памяти может напрямую обращаться к 16 ЭБ памяти.

Требования к точности научных вычислений возросли, и в 1974 году появилась первая машина с 64-битным словом — суперкомпьютер Cray-1

Отслеживать
2,057 2 2 золотых знака 24 24 серебряных знака 44 44 бронзовых знака
задан 21 мар 2016 в 21:05
Александр Елизаров Александр Елизаров
2,788 2 2 золотых знака 18 18 серебряных знаков 36 36 бронзовых знаков

Честно говоря, так глубоко не залезал, но по пятому — архитектура предполагает не только саму разрядность процессора, но и кучу сопутствующей инфраструктуры (например, те же SSE или произвольный порядок выполнения инструкций), которые играют немаловажную роль в быстродействии процессора.

21 мар 2016 в 21:18

3 ответа 3

Сортировка: Сброс на вариант по умолчанию

Основная работа процессора заключается не в передаче информации, а в ее преобразовании. Регистр — это та же оперативная память, но от которой идет прямая разводка к куче исполняющих устройств, которые производят арифметические и другие действия с данными. Этих линий делается очень много. На каждый разряд регистра будет свой и большой набор транзисторов для выполнения конкретных операций. Отсюда и сложность увеличения количества разрядов. При росте размерности регистра в 2 раза как минимум удваивается и объем всех исполняющих устройств. растет кристалл, растет тепловыделение.

Посмотрите на систему команд, любые преобразования данных требуют участия как минимум одного регистра. А часть операций происходит исключительно в регистрах. В x86 архитектуре можно добавить к регистру память. Но например нельзя произвести сдвиг или умножение ячейки памяти. нельзя сложить значения двух ячеек памяти не забрав предварительно одну из них в регистр. потому что исполнительный механизм данной операции имеет прямую разводку только с регистром.

В: Почему мы не можем читать данные по 64 бита за раз имея 16-разрядные регистры

Можем, но куда читать и зачем ? Вообще современные процессоры так и делают, заполняют внутренний кеш и оперируют при этом разрядностью шины, регистры тут не участвуют. Прочитали мы 64 бита в кеш, а теперь нам надо их умножить на 3, например. А регистр у нас 16 битный, как умножать ? Правильно, частями, применяя кучу дополнительных преобразований и тратя на это драгоценные такты. Поэтому размерность шины передачи вторична. Главное — это разрядность регистра. И это назвали машинным словом.

В: Но разве обязательно хранить адреса в регистрах?

Да, обязательно. Процессору как то надо сказать — возьми вот там данные. А там это где ? В памяти ? А как тогда будет выглядеть инструкция — возьми адрес, находящийся по адресу, вон по тому адресу лежащему в инструкции . А если нам надо работать подряд с блоком данных (мы в цикле обрабатываем массив) и этот адрес надо увеличивать (т.е. выполнять сложение, которое мы можем произвести только в регистре)

Кстати, разрядность команды и разрядность процессора разные вещи. В MIPS упаковали все команды в 32 бита. А x86 платформа с незапамятных времен была с переменной разрядностью операций. от коротких однобайтных, до длиннющих монстров с кучей префиксов. Разрядность процессора = разрядность регистра = максимальный размер обрабатываемой одной инструкцией информации (в обычных командах, из которых состоит основной код, всякие SSE не берем).

Быстродействие — кто сказал, что разрядность играет ключевую роль. Да, разрядность влияет. Бум на 64 битные процессоры и ОС отличный пример маркетинга. 64 битный код часто оказывается медленнее 32 битного. Если программе не надо адресовать более 4 Гб памяти, а ее код хранит 64 битные адреса — то размер программы в 2 раза больше. Больше размер — дольше читать в кеш. Требуется больше памяти. Начинается гонка за гигабайтами оперативки . Сейчас даже пошел обратный процесс. во всю развивается x32 ABI — работа 32 битного кода в 64 битном режиме.

Но давайте возьмем RSA-шифрование, которое используется в том же повсеместном SSL. Для него необходимы сложные расчеты с очень большими числами. Предположим, что у нас нет специализированных инструкций процессора для него. Разумеется если процессор оперирует 64 битными регистрами он выполнит расчет в 2 раза быстрее, просто потому, что за один такт он способен обработать в 2 раза больше информации. Да, на расчетных задачах с большими числами выигрыш от увеличения разрядности сложно переоценить.

В: 64-разрядная ОС работает на 64-разрядном процессоре, 32-разрядная — на 32-разрядном.

Нет, 64 битная ОС состоит из 64 битного кода, способного адресовать память 64 битными адресами. Конечно она может это делать только на 64 битном процессоре. Появление ОС конечно было неизбежно. Хотя и тут маркетинг сыграл значительную роль. 90% разбирающего в компах народа считают, что для адресации свыше 4 Гб оперативной памяти на платформе intel нужна 64 Бит ОС. Да, в Windows было насильно введено такое ограничение. Процессоры Intel в 32 битном режиме PAE адресуют до 64 Гб оперативки, при этом правда один процесс ограничен 4 Гб. 32 Бит linux отлично себя чувствует с такими объемами.

По поводу истории и сложности построения 128 битных регистров . вопрос только в цене. Да, на каких то системах не массового рынка это сделано давно, на массовом рынке было не нужно, вот и не появлялось. И тогда оно стоило баснословно, ибо как мы говорили в начале — каждый бит регистра — это куча исполняющих устройств, а при тех технологиях производства разместить на кристалле столько транзисторов было, скажем так, затруднительно. Полноценные 128 битные процессоры попросту не нужны, особенно для массового рынка, адресовать больше 64 ЭБ памяти, где бы ее еще найти. Вообще сейчас во всех процессорах intel есть 16 регистров SSE размером 128 бит, это не регистры общего назначения, они для расчетов. А на современных Xeon, предназначенных для серьезных вычислений, 32 регистра ZMM по 512 бит (см. AVX).

Распределение оперативной памяти

Логическая структура памяти PC обусловлена особенностями системы адресации процессоров семейства х86. Процессоры 8086/88, применявшиеся в первых моделях PC, имели доступное адресное пространство 1 Мбайт (20 бит шины адреса). Эти процессоры использовали сегментную модель памяти, унаследованную и следующими моделями в реальном режиме. Согласно этой модели исполнительный (линейный) адрес вычислялся по формуле 4.1. Таким образом, обеспечивался доступ к адресному пространству Addr = 00000 – FFFFFh при помощи пары 16-битных регистров. Заметим, что при Seg = FFFFh и Offset = =FFFFh данная формула дает адрес 10FFEFh, но ввиду 20-битного ограничения на шину адреса эта комбинация в физической памяти указывает на 0FFEFh. Таким образом, адресное пространство как бы сворачивается в кольцо с небольшим «нахлестом».
Начиная с процессора 80286 шина адреса была расширена до 24 бит, а впоследствии (386DX, 486 и выше) до 32 и даже 36 (P6).
P6 – компьютеры, основанные на процессоре Pentium Pro и выше.
В реальном режиме процессора, используемом в DOS, применяется та же сегментная модель памяти и формально доступен лишь 1 Мбайт памяти, что является недостаточным для большинства современных приложений. Однако выяснилось, что процессоры 80286 в реальном режиме эмулируют 8086 с ошибкой: та самая единица в бите А20, которая отбрасывалась в процессорах 8086/88, теперь попадает на шину адреса, и в результате максимально доступный линейный адрес в реальном режиме достигает 10FFEFh. За эту ошибку с радостью ухватились разработчики PC, поскольку дополнительные (64К – 16) байты оперативной памяти, адресуемой в реальном режиме, оказались подарком, позволяющим освободить дефицитное пространство оперативной памяти для прикладных программ. В эту область (100000h – 10FFEFh), названную «высокой памятью» – High Memory Area (HMA), стали помещать часть операционной системы и небольшие резидентные программы.
Однако для обеспечения полной совместимости с процессором 8086/88 в схему PC ввели вентиль линии А20 шины адреса – GateA20, который либо пропускает сигнал от процессора, либо принудительно обнуляет линию А20 системной шины адреса. Более старшие биты такой «заботы» не требуют, поскольку переполнение при суммировании 16-битных компонентов адреса по данной схеме до них не распространяется.
Управление этим вентилем подключили к свободному программно-управляемому выходному биту 1 контроллера клавиатуры 8042, ставшего стандартным элементом архитектуры PC начиная с AT. Предполагалось, что этим вентилем часто пользоваться не придется. Однако жизнь внесла свои поправки, и оказалось, что переключение вентиля в многозадачных ОС, часто переключающих процессор между защищенным режимом, реальным режимом и режимом V86, контроллером клавиатуры выполняется слишком медленно. Так появились альтернативные методы быстрого переключения вентиля, специфичные для различных реализаций системных плат (например, через порт 92h). Кроме того, иногда использовали и аппаратную логику быстрого декодирования команды на переключение бита, поступающую к контроллеру клавиатуры. Для определения способа переключения в утилиту CMOS Setup ввели соответствующие параметры, позволяющие выбрать между стандартным, но медленным способом и менее стандартизованным, но быстрым, в зависимости от используемого ПО.
32-разрядные процессоры позволяют организовать режим, иногда называемый «нереальным» или «большим реальным», в котором инструкции выполняются как в реальном, но доступны все 4 Гбайт памяти. Этот режим часто используется в игровых программах, целиком захватывающих все ресурсы компьютера, не заботясь о «правилах хорошего тона» по отношению к другим исполняемым программам.
Основную часть адресного пространства занимает оперативная память. Объем установленной памяти определяется тестом POST при начальном включении (перезагрузке) компьютера, начиная с младших адресов. Натолкнувшись на отсутствие памяти (ошибку), тест останавливается на достигнутом и сообщает системе объем реально работающей памяти.
Распределение памяти PC, непосредственно адресуемой процессором, приведено на рис. 1 и представляется следующим образом.
00000h-9FFFFh – Conventional (Base) Memory, 640 Кбайт – стандартная (базовая) память, доступная DOS и программам реального режима. В некоторых системах с видеоадаптером MDA верхняя граница сдвигается к AFFFFh (704 Кбайт). Иногда верхние 128 Кбайт стандартной памяти (область 80000h-9FFFFh) называют Extended Conventional Memory.
A0000h-FFFFFh – Upper Memory Area (UMA), 384 Кбайт – верхняя память, зарезервированная для системных нужд. В ней размещаются области буферной памяти адаптеров (например, видеопамять) и постоянная память (BIOS с расширениями). Эта область, обычно используемая не в полном объеме, ставит непреодолимый архитектурный барьер на пути непрерывной (нефрагментированной) памяти, о которой мечтают программисты.
Рис. 1 — Распределение памяти ПК
Память выше 100000h – Extended Memory – дополнительная (расширенная) память, непосредственно доступная только в защищенном (и в «большом реальном») режиме для компьютеров с процессорами 286 и выше. В ней выделяется область 100000h-10FFEFh – высокая память, НМА, – единственная область расширенной памяти, доступная 286+ в реальном режиме при открытом вентиле Gate A20.
Область памяти выше первого мегабайта в различных источниках называется по-разному. Ее современное английское название – Extended Memory – пересекается с названием одной из спецификаций ее использования – Extended Memory Specification. Но название другой спецификации использования – Expanded Memory Specification – в прямом переводе на русский язык неотличимо от перевода предыдущего термина (и Extended и Expanded переводятся как «расширенный»). Будем придерживаться терминологии, укрепившейся в литературе, и область всей физической памяти, расположенной в адресном пространстве выше 1 Мбайта, будем называть дополнительной памятью. Ее объем у современных компьютеров указывается строкой Extended Memory xxxxx Kbyte в таблице, выводимой после прохождения теста POST, и в меню стандартной конфигурации CMOS Setup.
Вышеприведенное разделение памяти актуально только для приложений и операционных систем реального режима типа MS-DOS. Для ОС защищенного режима (в том числе Windows 9x/NT/2000) доступна вся оперативная память, причем без каких-либо ухищрений вроде EMS и XMS, описанных ниже. Однако область UMA, сохраняемая ради совместимости, остается барьером на пути к единой однородной памяти.
Для компьютеров класса АТ-286 с 24-битной шиной адреса верхняя граница оперативной памяти – FDFFFFh (максимальный размер 15,9 Мбайт). Область FE0000h-FFFFFFh содержит ПЗУ BIOS (ROM BIOS Area), обращение к этой области эквивалентно обращению к ROM BIOS по адресам 0E0000h-0FFFFFh. Для 386+ процессоров и 32-битной шины адреса теоретическая верхняя граница – 4 Гбайт, а для Р6 – 64 Гбайт (36-битная шина адреса). В компьютерах с 32-разрядной шиной адреса образ BIOS дополнительно проецируется в адреса FFFE0000h-FFFFFFFFh, хотя для процессоров Р6 это и необязательно. Однако иногда используется и проекция BIOS в область FE0000h-FFFFFFh, что не позволяет задействовать более 16 Мбайт ОЗУ, поскольку система воспринимает только найденную непрерывную область оперативной памяти. Если 32-разрядный компьютер имеет отображение области BIOS под границей 16 Мбайт, это отображение обычно можно запретить установкой соответствующего параметра CMOS Setup. Иногда для использования специфических адаптеров ISA, имеющих буфер с адресами в 16-м мегабайте памяти, предусматривают параметр Memory Hole At 15-16M. Его установка также не позволяет использовать оперативную память свыше 16 Мбайт.
Реально современные системные платы позволяют установить до 512-2048 Мбайт ОЗУ, для мощных серверных платформ и это не предел. Обращение по адресам, превышающим границу установленной оперативной памяти (или максимально возможного объема), транслируется на шину PCI, которая имеет 32-битную адресацию.
Компьютеры, использующие режим системного управления SMM (System Management Mode), имеющийся у большинства процессоров последних поколений, имеют еще одно адресное пространство памяти – SMRAM. Это адресное пространство «параллельно» пространству обычной памяти и при работе доступно процессору только в режиме обработки SMI. Память SMRAM может представлять собой часть физической оперативной памяти (DRAM), а может быть реализована и специальной микросхемой энергонезависимой памяти. Ее размер может варьироваться в диапазоне от 32 Кбайт (минимальные потребности SMM) до 4 Гбайт. SMRAM располагается, начиная с адреса SMIBASE (по умолчанию 30000h), и распределяется относительно адреса SMIBASE следующим образом.
SMI# (System Management Interrupt). В режим SMM процессор может войти только по сигналу на входе SMI#. Сигнал SMI# для процессора является немаскируемым прерыванием с наивысшим приоритетом.
FE00h-FFFFh (3FE00h-3FFFFh) – область сохранения контекста (распределяется, начиная со старших адресов по направлению к младшим). По прерыванию SMI сохраняются почти все регистры процессора, но сохранение регистров FPU не производится.
8000h (38000h) – точка входа в обработчик (SMI Handler).
0-7FFFh (30000h-37FFFh) – свободная область.
Память SMRAM должна быть схемотехнически защищена от доступа прикладных программ. Процессор генерирует специальный выходной сигнал SMIACT# во время обработки SMI, который и должен являться «ключом» доступа к этой памяти. Если SMRAM не является энергонезависимой, то системная логика должна обеспечить возможность ее инициализации (записи программного кода обработчика) процессором из обычного режима работы до разрешения появления сигнала SMI#.

Стандартная память – Conventional

Стандартная память является самой дефицитной в PC, когда речь идет о работе в среде операционных систем типа MS-DOS. На ее небольшой объем (типовое значение 640 Кбайт) претендуют и BIOS, и ОС реального режима, а остатки отдаются прикладному ПО. Стандартная память распределяется следующим образом:
00000h-003FFh – Interrupt Vectors – векторы прерываний (256 двойных слов);
00400h-004FFh – BIOS Data Area – область переменных BIOS;
00500h-00xxxh – DOSArea – область DOS;
00xxxh-9FFFFh – User RAM – память, предоставляемая пользователю (до 638 Кбайт); при использовании PS/2 Mouse область 9FC00h-9FFFFh используется как расширение BIOS Data Area, и размер User RAM уменьшается.

Верхняя память – UMA

Верхняя память имеет области различного назначения, которые могут быть заполнены буферной памятью адаптеров, постоянной памятью или оставаться незаполненными. Раньше эти «дыры» не использовали из-за сложности «фигурного выпиливания» адресуемого пространства. С появлением механизма страничной переадресации (у процессоров 386 и выше) их стали по возможности заполнять «островками» оперативной памяти, названными блоками верхней памяти UMB(Upper Memory Block). Эти области доступны DOS для размещения резидентных программ и драйверов через драйвер EMM386, который отображает в них доступную дополнительную память.
Стандартное распределение верхней памяти выглядит следующим образом:
A0000h-BFFFFh – Video RAM, 128 Кбайт – видеопамять (обычно используется не полностью).
C0000h-DFFFFh – Adapter ROM, Adapter RAM,128 Кбайт – резерв для адаптеров, использующих собственные модули ROM BIOS или (и) специальное ОЗУ, разделяемое с системной шиной.
E0000h-EFFFFh – свободная область, 64 Кбайт, иногда занятая под System BIOS.
F0000h-FFFFFh – System BIOS, 64 Кбайт – системная BIOS.
FD000h-FDFFFh – ESCD (Extended System Configuration Data) – область энергонезависимой памяти, используемая для конфигурирования устройств Plug and Play. Эта область имеется только при наличии PnP BIOS, ее положение и размер жестко не заданы.
В области UMA практически всегда присутствует графический адаптер. В зависимости от модели он занимает следующие области:
MDA RAM – B 0000h-B0FFFh;
CGA RAM – B8000h-BBFFFh;
EGA ROM – C0000h-C3FFFh/C7FFFh;
VGA ROM – C0000h-C7FFFh;
EGA, VGA RAM – A0000h-BFFFFh, в зависимости от видеорежима используются следующие области:
Graphics – A0000h-AFFFFh;
Color Text – B8000h-BFFFFh;
Mono Text – B0000h-B7FFFh.
Также распространенным потребителем UMA являются расширения ROM BIOS, расположенные на платах дисковых контроллеров и микросхемы удаленной загрузки (Boot ROM) на платах адаптеров ЛВС. Обычно они занимают область C8000h – CBFFFh/C9FFFh/C8FFFh (для дисковых контроллеров), но могут и перемещаться при конфигурировании адаптеров.
Размер области, занимаемой системной ROM BIOS, колеблется от 8 Кбайт у PC/XT до 128 Кбайт, однако разумное значение – 64 Кбайт. Большая область использовалась «на радостях» от появления микросхем ROM и флэш-памяти объемом 1 Мбит (128Кх8), но при этом размер доступной UMA сократился. Тогда стали микросхемы того же (и большего) объема отображать только на область FOOOOh-FFFFFh (64 Кбайт), а иногда и меньшую. Это оказалось возможным, поскольку не все содержимое микросхемы ROM BIOS должно быть доступно одновременно. Таким способом удалось примирить интересы пользователей UMB с необходимостью расширения объема BIOS, связанной с усложнением технических средств.
Видеопамять графического адаптера является особой областью памяти, к которой во время непрерывного процесса регенерации экрана интенсивно обращаются и центральный процессор, и графический акселератор (если таковой имеется). Видеопамять традиционно является физически выделенной памятью сравнительно (по сравнению с ОЗУ) небольшого объема, и для нее разными способами обеспечивают максимальную производительность – увеличивают разрядность до 128 бит, повышают частоту, применяют специализированные, в том числе и двухпортовые, микросхемы памяти. Это, конечно же, приводит к удорожанию компьютера. Для современных графических акселераторов требуется доступ к большому объему памяти, причем с высокой производительностью. Вместо предоставления локальной памяти адаптера была предложена архитектура унифицированной памяти UMA (Unified Memory Architecture). Здесь для видеопамяти (и других нужд акселератора) выделяется область в общем пространстве единой физической оперативной памяти. За этот способ снижения стоимости приходится расплачиваться снижением производительности как видеосистемы, так и основной памяти. Архитектура UMA применяется в чипсетах системной платы с интегрированной графикой для недорогих компьютеров. При этом может предоставляться возможность установки и дополнительного специализированного модуля видеопамяти, позволяя за дополнительные деньги отказаться от UMA. Если с графического адаптера AGP убрать локальную память, этот высокопроизводительный адаптер вырождается в систему с UMA.
Accelerated Graphic Port, ускоренный графический порт.

Отображаемая и расширенная память – спецификации EMS и XMS

определить размер максимального доступного блока памяти;
захватить или освободить блок памяти;
копировать данные из одного блока в другой, причем участники копирования могут быть блоками как стандартной, так и дополнительной памяти в любых сочетаниях;
запереть блок памяти (запретить копирование) и отпереть его;
изменить размер выделенного блока.

Теневая память – Shadow ROM и Shadow RAM

В области верхней памяти UMA обычно располагаются устройства с медленной памятью: системная BIOS (System ROM BIOS), расширения BIOS на графическом адаптере (Video ROM BIOS), на контроллерах дисков и интерфейсов (Adapter ROM), ПЗУ начальной загрузки на сетевой карте (Boot ROM), видеопамять (Video Memory Buffer). Они, как правило, реализованы на 8- или 16-битных микросхемах с довольно большим временем доступа. Обращение к полноразрядному системному ОЗУ выполняется гораздо быстрее. Для ускорения обращений к памяти этих устройств применяется теневая память (Shadow Memory) – подмена ее системным ОЗУ. Теневая память появилась на развитых моделях АТ-286, где она была реализована аппаратно. Процессоры класса 386+ позволяют ее реализовать программно, с помощью страничной переадресации. Затенение ОЗУ и ПЗУ выполняется по-разному.
При инициализации теневого ПЗУ (Shadow ROM) содержимое затеняемой области копируется в ОЗУ, и при дальнейшем чтении по этим адресам подставляется ОЗУ, а запись в эту область блокируется.
При использовании теневого ОЗУ (Shadow RAM) запись производится одновременно в физическую память затеняемой области и в системное ОЗУ, наложенное на эту область. При чтении затененной области обращение идет только к системной памяти, что происходит гораздо быстрее. Особенно велик эффект от затенения видеопамяти старых графических адаптеров, которая по чтению бывает доступна только во время обратного хода развертки, и процессору приходится долго ждать этого момента. Однако затенение областей разделяемой памяти, модифицируемых со стороны адаптеров, недопустимо – эти изменения не будут восприняты процессором. К разделяемой относится буферная память сетевых адаптеров, видеопамять адаптеров с графическими сопроцессорами (акселераторами). Из этого следует, что затенение видеопамяти применимо только к примитивным графическим картам, устанавливаемым в слот ISA, и то не во всех режимах.
Обычно теневая память включается через CMOS Setup отдельными областями размером по 16 Кбайт или более крупными, и для каждой области указывают режим затенения (Shadow ROM или Shadow RAM). Возможно ее включение и драйверами ОС (например, драйвером EMM386). На современных системных платах затенение области системной BIOS выполняется всегда, на старых платах затенением этой области можно было управлять. Затенение BIOS видеоадаптера (Video BIOS Shadowing) для работы в среде Windows с «родными» драйверами графического адаптера может и не давать прирост производительности.

1. Магистрально-модульный принцип построения компьютера.

Обмен информацией между отдельными устройствами компьютера производится по трем многоразрядным шинам ( многопроводным линиям), соединяющим все модули: шине данных, шине адресов и шине управления.

Разрядность шины данных связана с разрядностью процессора (имеются 8-, 16-, 32-, 64-разрядные процессоры).

Данные по шине данных могут передаваться от процессора к какому-либо устройству, либо, наоборот, от устройства к процессору, т. е. шина данных является двунаправленной. К основным режимам работы процессора с использованием шины данных можно отнести следующие: запись/чтение данных из оперативной памяти, запись/чтение данных из внешней памяти, чтение данных с устройства ввода, пересылка данных на устройство вывода.

ответы на экзамен

Выбор абонента по обмену данными производит процессор, который формирует код адреса данного устройства, а для оперативной памяти код адреса ячейки памяти. Код адреса передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении от процессора к оперативной памяти и устройствам, т. е. шина адреса является однонаправленной.

Разрядность шины адреса определяет объезд адресуемой процессором памяти. Имеются 16-, 20-, 24- и 32-разрядные шины адреса.

Каждой шине соответствует свое адресное пространство, т. е. максимальный объем адресуемой памяти:

ответы на экзамен

Аппаратно на системных платах реализуются шины различных типов. В компьютерах РС/286 использовалась шина ISA ( Industry Standard Architecture ), имевшая 16-разрядную шину данных и 24-разрядную шину адреса. В компьютерах РС/386 и РС/486 используется шина EISA ( Extended Industry Standard Architecture ), имеющая 32-разрядные шины данных и адреса. В компьютерах PC/ Pentium используется шина PCI ( Peripheral Component Interconnect ), имеющая 64-разрядную шину данных и 32-разрядную шину адреса.

ответы на экзамен

IDE — Integrated Device Electronics EIDE — Enhanced Integrated Device Electronics SCSI — Small Computers System Interface В стандартный набор контроллеров, разъемы которых имеются на* системном блоке компьютера, обычно входят:

— видеоадаптер (с помощью него обычно подключается дисплей);
— последовательный порт СОМ1 (с помощью него обычно подключается мышь);
— последовательный порт COM2 (с помощью него обычно подключается модем);
— параллельный порт (с помощью него обычно подключается принтер);
— контроллер клавиатуры.

Через последовательный порт единовременно может передаваться 1 бит данных в одном направлении, причем данные от процессора к периферийному устройству и в обратную сторону, от периферийного устройства к процессору, передаются по разным проводам. Максимальная дальность передачи составляет обычно несколько десятков метров, а скорость до 115 200 бод. Устройства подключаются к этому порту через стандартный разъем RS-232.

Через параллельный порт может передаваться в одном направлении одновременно 8 бит данных. К этому порту устройства подключаются через разъем Centronics . Максимальное удаление принимающего устройства обычно не должно превышать 3 м .

Подключение других периферийных устройств требует установки в компьютер дополнительных адаптеров (плат).

2. Основные характеристики (разрядность, адресное пространство и др.) процессора компьютера.

Важнейшей характеристикой процессора, определяющей его быстродействие, является его тактовая частота. От нее, в частности, зависит количество базовых операций, которые производит процессор в секунду. За 20 лет тактовая частота процессора увеличилась почти на два порядка от 4 МГц (процессор 8086, 1978 г .) до 300 МГц (процессор Pentium II, 1997г.).

Часто уточняют разрядность процессора и пишут, например, 16/20, что означает, что процессор имеет 16-разрядную шину данных и 20-разрядную шину адреса. Разрядность адресной шины определяет адресное пространство процессора, т. е. максимальный объем оперативной памяти, который может быть установлен в компьютере.

В первом отечественном персональном компьютере «Агат» ( 1985 г .) был установлен процессор, имевший разрядность 8/16, соответственно его адресное пространство составляло 64 Кб. Современный процессор Pentium II имеет разрядность 64/32, т.е. его адресное пространство составляет 4 Гб.

Производительность процессора является интегральной характеристикой, которая зависит от частоты процессора, его разрядности, а также особенностей архитектуры (наличие кэш-памяти и др.). Производительность процессора нельзя вычислить, она определяется в процессе тестирования, т. е. определения скорости выполнения процессором определенных операций в какой-либо программной среде.

ответы на экзамен

3. Организация и основные характеристики памяти компьютера.

По мере усложнения программ и увеличения их функций, а также появления мультимедиа-приложений растет информационный объем программ и данных. Если в середине 80-х годов обычный объем программ и данных составлял десятки и лишь иногда сотни килобайт, то в середине 90-х годов он стал составлять мегабайты и десятки мегабайт. Соответственно растет объем оперативной памяти. В школьном компьютере БК-0010 ( 1986 г .) объем оперативной памяти составлял 64 Кб, в современных персональных компьютерах он обычно составляет 16 Мбайт и более.

Логически оперативная память разделена на ячейки объемом 1. байт. Соответственно оперативная память 64 Кб содержит 65 536 ячеек, а память 16 Мб содержит 16 777 216 ячеек.

Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти процессора и, соответственно, максимальный объем оперативной памяти, которую можно непосредственно использовать. Разрядность шины адреса у большинства современных персональных компьютеров составляет 32 разряда, т. е. максимальный объем оперативной памяти может составлять 2в32 = 4 Гб.

Физически оперативная память изготавливается в виде БИС (больших интегральных схем) различных типов (SIMM, DIMM), имеющих различную информационную емкость (1,4, 8, 16, 32 Мб). Различные системные платы имеют различные наборы разъемов для модулей оперативной памяти.

Модули оперативной памяти характеризуются временем доступа к информации (считывания/записи данных). В современных модулях типа SIMM время доступа обычно составляет 60 не, в модулях типа DIMM — 10 не.

Различные операционные системы используют различные способы организации оперативной памяти. В школьных компьютерах с 16-разрядной шиной адреса и, соответственно, максимально с 64 Кб адресуемой памяти («Агат», «YAMAHA») реализовывался принцип поочередного (так называемого постраничного) подключения дополнительных блоков физической памяти к адресному пространству процессора. Таким образом, удавалось увеличить объем оперативной памяти таких компьютеров до 128 Кб и более.

Операционная система MS-DOS создает сложную логическую структуру оперативной памяти:

• основная ( conventional ) память занимает адресное пространство от 0 до 640 Кб, в нее загружаются операционная система, программы и данные;
• верхняя память (UMB — Upper Memory Blocks ) занимает адресное пространство от 640 Кб до 1 Мб, в нее могут быть загружены драйверы устройств;
• высокая ( high ) память начинается после 1 Мб и имеет объем 64 Кб, в нее может быть частично загружена операционная система;

память, которая располагается в адресном пространстве «выше» высокой памяти, может использоваться в качестве расширенной памяти или дополнительной памяти; однако память остается недоступной для программ и данных. Таким образом, под управлением операционной системы MS-DOS аппаратно установленная оперативная память используется очень нерационально. Этот недостаток преодолен в операционной системе Windows , в которой используется простая неструктурированная модель памяти и вся память доступна для загрузки программ и данных.

4. Внешняя память компьютера. Носители информации (гибкие и жесткие диски, CD-ROM-диски).

— накопители на гибких магнитных дисках (НГМД) двух различных типов, рассчитанные на диски диаметром 5,25″ (емкость 1,2 Мб) и диски диаметром 3,5″ (емкость 1,44 Мб);
— накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД) информационной емкостью от 1 до 8 Гб;
— накопители CD-ROM для CD-ROM-дисков емкостью 640 Мб.

ответы на экзамен

В процессе записи головка с сердечником из маг-нитомягкого материала (малая остаточная намагниченность) перемещается вдоль магнитного слоя магнитожесткого носителя (большая остаточная намагниченность). Электрические импульсы создают в головке магнитное поле, которое последовательно намагничивает (1) или не намагничивает (О) элементы носителя.

При считывании информации намагниченные участки носителя вызывают в магнитной головке импульс тока (явление электромагнитной индукции).Носители информации имеют форму диска и помещаются в конверт из плотной бумаги (5,25″) или пластмассовый корпус (3,5″). В центре диска имеется отверстие (или приспособление для захвата) для обеспечения вращения диска в дисководе, которое производится с постоянной угловой скоростью 300 об/с.

В защитном конверте (корпусе) имеется продолговатое отверстие, через которое производится запись/считывание информации. На боковой кромке дискет (5,25″) находится маленький вырез, позволяющий производить запись, если вырез заклеить непрозрачной наклейкой, запись становится невозможной (диск защищен). В дискетах 3,5″ защиту от записи обеспечивает предохранительная защелка в левом нижнем углу пластмассового корпуса.

Диск должен быть форматирован, т. е. должна быть создана физическая и логическая структура диска. В процессе форматирования на диске образуются концентрические дорожки, которые делятся на сектора, для этого головка дисковода расставляет в определенных местах диска метки дорожек и секторов.

Например, на гибком диске формата 3,5″:
• размер сектора — 512 байт;
• количество секторов на дорожке — 18;
• дорожек на одной стороне — 80;
• сторон — 2.

Скорость считывания информации в CD-ROM -накопителе зависит от скорости вращения диска. Первые CD-ROM-накопители были односкоростны-ми и обеспечивали скорость считывания информации 150 Кб/с, в настоящее время все большее распространение получают 24-скоростные CD-ROM-накопители, которые обеспечивают скорость считывания информации до 3,6 Мб/с.

Информационная емкость CD-ROM-диска может достигать 640 Мб. Производятся CD-ROM-диски либо путем штамповки (диски белого цвета), либо записываются (диски желтого цвета) на специальных устройствах, которые называются CD-recorder .

5. Операционная система компьютера (назначение, состав, загрузка).

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

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

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

Таким образом, в структуру операционной системы входят следующие модули:

• базовый модуль, управляющий файловой системой;
• командный процессор, расшифровывающий и выполняющий команды;
• драйверы периферийных устройств;
• модули, обеспечивающие графический интерфейс.

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

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

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

6. Файлы (тип, имя, местоположение). Работа с файлами.

Файл имеет имя. Например, полное имя файла proba.txt состоит из имени файла ( proba ) и типа файла, его расширения ( txt ). В операционной системе MS-DOS имя файла может содержать до 8 букв латинского алфавита, цифр и некоторых специальных символов. Операционная система Windows 95 поддерживает также длинные имена файлов (документов), которые могут содержать до 255 символов, причем разрешается использовать буквы русского алфавита. Имя файлу дается его создателем (пользователем, программистом).

Тип файла необходим операционной системе компьютера для того, чтобы определить, с помощью какой прикладной программы этот файл был создан и, соответственно, какую программу необходимо вызвать для его обработки. Тип файла задается прикладной программой, в которой он создается, с помощью трех символов, отделенных от имени точкой. Так, в Windows файлы, созданные текстовым редактором Word , имеют расширение DOC, Web-страницы Internet имеют расширение НТМ и т. д.

ответы на экзамен

Пусть на жестком диске С в корневом каталоге имеются два каталога 1-го уровня (GAMES, TEXT) и один каталог 2-го уровня (CHESS). Как найти имеющиеся файлы (chess.exe, proba.txt)? Для этого необходимо указать путь к файлу. В путь файла входит имя диска и последовательность имен каталогов, т. е. пути к вышеперечисленным файлам соответственно будут:

В операционной системе MS-DOS операции с файлами (копирование, удаление, переименование, печать и т. д.) можно производить непосредственно из командной строки с помощью команд ( copy , delete , rename , print ). Однако это неудобно для пользователя, так как требует запоминания форматов команд операционной системы. Для работы с файлами обычно используется программная оболочка Norton Commander , которая представляет пользователю удобные возможности поиска файлов и операций над ними с помощью функциональных клавиш и мыши.

7. Информационные процессы в природе, обществе, технике. Информационная деятельность человека.

Для целенаправленного использования информации ее необходимо собирать, преобразовывать, передавать, накапливать и систематизировать. Все эти процессы, связанные с определенными операциями над информацией, будем называть информационными процессами. Получение и преобразование информации является необходимым условием жизнедеятельности любого организма. Даже простейшие одноклеточные организмы постоянно воспринимают и используют информацию, например о температуре и химическом составе среды для выбора наиболее благоприятных условий существования. Живые существа способны не только воспринимать информацию из окружающей среды с помощью органов чувств, но и обмениваться ею между собой.

Человек также воспринимает информацию с помощью органов чувств, а для обмена информацией между людьми используются языки. За время развития человеческого общества таких языков возникло очень много. Прежде всего, это родные языки (русский, татарский, английский и др.)» на которых говорят многочисленные народы мира. Роль языка для человечества исключительно велика. Без него, без обмена информацией между людьми было бы невозможным возникновение и развитие общества.

Первая электронная вычислительная машина «ЭНИАК» была разработана в США в 1946 году. В нашей стране первая ЭВМ была создана в 1951 году под руководством академика В. А. Лебедева.

Компьютеры в производстве используются на всех этапах: от конструирования отдельных деталей изделия, его дизайна до сборки и продажи. Система автоматизированного производства (САПР) позволяет создавать чертежи, сразу получая общий вид объекта, управлять станками по изготовлению деталей. Гибкая производственная система (ГПС) позволяет быстро реагировать на изменение рыночной ситуации, оперативно расширять или сворачивать производство изделия или заменять его другим. Легкость перевода конвейера на выпуск новой продукции дает возможность производить множество различных моделей изделия. Компьютеры позволяют быстро обрабатывать информацию от различных датчиков, в том числе от автоматизированной охраны, от датчиков температуры для регулирования расходов энергии на отопление, от банкоматов, регистрирующих расход денег клиентами, от сложной системы томографа, позволяющей « увидеть» внутреннее строение органов человека и правильно поставить диагноз.

Компьютер находится на рабочем столе специалиста любой профессии. Он позволяет связаться по специальной компьютерной почте с любой точкой земного шара, подсоединиться к фондам крупных библиотек не выходя из дома, использовать мощные информационные системы — энциклопедии, изучать новые науки и приобретать различные навыки с помощью обучающих программ и тренажеров. Модельеру он помогает разрабатывать выкройки, издателю компоновать текст и иллюстрации, художнику — создавать новые картины, а композитору — музыку. Дорогостоящий эксперимент может быть полностью просчитан и имитирован на компьютере.

8. Информация и управление. Замкнутые и разомкнутые системы управления, назначение обратной связи.

Преобразование, целенаправленная обработка информации — важнейший из информационных процессов.

Преобразование информации о состоянии окружающей среды, выбор на основе этой информации

наиболее целесообразного поведения — постоянная функция мозга и нервной системы человека или животного. Решение задачи, встающей перед человеком в любом виде его деятельности, — также процесс преобразования исходной информации в информацию, отражающую результат решения этой задачи. Преобразование, анализ информации — основа выбора решений, процессов управления в любой области.

Рассмотрим с этих позиций, как осуществляется процесс управления на примере управления автомобилем.

В процессе управления человек с помощью органов чувств воспринимает информацию об окружающей среде (состояние дороги, дорожные знаки, сигналы светофора, наличие встречного транспорта, пешеходов и т. д.). Эта информация через органы чувств передается в мозг человека, где преобразуется в другую информацию — последовательность сигналов, передающихся по нервным путям и управляющих движением ног и рук водителя, воздействующих на руль, сцепление, тормоза и другие устройства автомобиля.

Этот пример показывает, что без информации, ее передачи, преобразования и использования управление невозможно. В основе любого процесса управления лежат информационные процессы.

В любом процессе управления всегда происходит взаимодействие двух систем — управляющей и управляемой. Если они соединены каналами прямой и обратной связи, то такую систему называют замкнутой или системой с обратной связью.

ответы на экзамен

По каналу прямой связи передаются сигналы (команды) управления, вырабатываемые в управляющем органе. Подчиняясь этим командам, управляемый объект осуществляет свои рабочие функции. В свою очередь, управляемый объект соединен с управляющим органом каналом обратной связи, по которому поступает информация о состоянии управляемого объекта. В управляющем органе эта информация используется для выработки новых сигналов управления, направляемых к управляемому объекту.

Рассмотрим простейший пример управления — поддержание постоянно заданной температуры в электрической печи (или термостате). Выполняя эту задачу вручную (без применения средств автоматики), человек должен: 1) наблюдать за показаниями термометра, 2) сравнивать эти показания с заданной температурой и 3) при наличии разности между заданным и наблюдаемым значениями передвигать ползунок регулируемого реостата, изменяя силу тока и температуру электронагревательного прибора таким образом, чтобы эта разность стремилась к нулю.

Структура автоматической системы, предназначенной для решения такой задачи, сводится к схеме, изображенной на рисунке.

ответы на экзамен

с заданным значением и при наличии расхождения передает соответствующую команду на исполнительный орган, который и восстанавливает заданное значение регулируемой величины (в нашем случае — температуры). В качестве исполнительных органов используются устройства, непосредственно воздействующие на технологический процесс (двигатели, электромагниты и т. п.).
Такие системы представляют собой типичный пример систем автоматического регулирования.

9. Текстовый редактор, назначение и основные функции.

Для работы с текстами на компьютере используются программные средства, называемые текстовыми редакторами или текстовыми процессорами. Существует большое количество разнообразных текстовых редакторов, различающихся по своим возможностям, — от очень простых учебных до мощных, многофункциональных программных средств, называемых издательскими системами, которые используются для подготовки к печати книг, журналов и газет. Наиболее известны среди пользователей IBM-совместимых компьютеров текстовые редакторы Lexicon и Word for Windows .

Основное назначение текстовых редакторов — создавать текстовые файлы, редактировать тексты, просматривать их на экране, изменять формат текстового документа, распечатывать его на принтере.

Набираемый на клавиатуре компьютера текст воспроизводится на экране дисплея в рабочем поле редактора. Специальный значок — курсор указывает то место на экране, на которое пользователь в данный момент может оказывать воздействие (создавать, изменять символы и т. д.) с помощью редактора. Работая с текстовым редактором, можно получить на экране информацию о текущем состоянии курсора, т. е. его координатах на экране (номер строки и позиции в строке), а также о номере страницы текста, его формате, используемом шрифте и т. д.

Интерфейс практически каждого текстового редактора позволяет иметь на экране меню команд управления редактором — изменение режимов работы, обращение за помощью, форматирование текста, печати и т. д. Как правило, меню имеет не только текстовую форму, но и форму пиктограмм, указывающих на выполняемую команду.

Функциональные возможности большинства современных текстовых редакторов позволяют пользователю выполнять следующие операции:

• набирать текст с клавиатуры;
• исправлять символы, вставлять новый символ на место ошибочного;
• вставлять и удалять группы символов в пределах строк, не набирая заново всю строку, а сдвигая часть ее влево/вправо в режиме вставки;
• копировать фрагмент текста, используя определенную часть памяти — так называемый «буфер» (или «карман», как говорят программисты) для временного хранения копируемых фрагментов текста;
• удалять одну или несколько строк, копировать и перемещать их в другое место текста;
• раздвигать строки набранного текста, чтобы вставить туда новый фрагмент;
• вставлять фрагменты из других текстов, просматривать тексты и обнаруживать встречающиеся в этом тексте слова или группы слов, заранее выделенных пользователем;
• сохранять набранный текст (а при необходимости и все промежуточные варианты этого текста) в виде файла на магнитном диске или другом запоминающем устройстве;
• форматировать текст (т. е. изменять длину строки, межстрочные расстояния, выравнивать текст по краю или середине строки и т. д.);
• изменять шрифты, их размер, делать выделения с помощью подчеркивания или применения различного начертания букв (курсивного, полужирного и т. п.);
• распечатывать подготовленный текст на принтере.

Большинство редакторов текста имеют также режим орфографического контроля текста. В этом случае в памяти компьютера хранится достаточно большой словарь. Благодаря этому становится возможным автоматический поиск орфографических ошибок в тексте и последующее их исправление.

Широкие возможности текстовых редакторов позволили компьютеру практически вытеснить пишущие машинки из делопроизводства, а использование компьютерных издательских систем во многом изменило организацию подготовки рукописи к изданию, автоматизировало труд людей нескольких типографских профессий — верстальщика, наборщика, корректора и др.

10. Графический редактор, назначение и основные функции.

В компьютерах первых поколений форма представления результатов решения задач была очень громоздкой и не наглядной — необозримые колонки чисел или огромные таблицы. Очень часто, чтобы облегчить восприятие этой информации, приходилось вручную строить диаграммы, рисовать графики или чертежи. Известно, что в графическом виде информация становится более наглядной, лучше воспринимается человеком.

Поэтому возникла идея поручить компьютерам осуществлять графическую обработку информации. Так появились графопостроители (или плоттеры), с помощью которых компьютер смог рисовать графики, чертежи, диаграммы. Однако это был только первый шаг в компьютерной графике.

Следующим, принципиально новым шагом стало создание графических дисплеев. На графическом дисплее совокупности точек (так называемых пикселов — от английских слов picture element ) различного цвета позволяют создавать статическое и даже динамическое (изменяющееся, движущееся) изображение.

Работой графического дисплея управляет графический адаптер, состоящий из двух частей: видеопамяти и дисплейного процессора. Видеопамять (часть ОЗУ) служит для хранения видеоинформации — двоичного кода изображения. Дисплейный процессор урравляет лучами электронно-лучевой трубки дисплея в соответствии с информацией, хранящейся в видеопамяти. Дисплейный процессор непрерывно «просматривает» (50—60 раз в секунду) содержимое видеопамяти и выводит его на экран.

Появление графических дисплеев существенно расширило возможности компьютерной графики. Она стала повсеместно применяться в инженерно-конструкторской работе, архитектуре, дизайне, геодезии и картографии, полиграфии, кино, телевидении, рекламе и т. д.

Для построения, коррекции, сохранения и получения «бумажных» копий рисунков и других изображений используется специальная программа — графический редактор.

Для создания изображений в графическом редакторе используются определенные «инструменты» — линейка («отрезок»), прямоугольник, круг, эллипс и т. д. Такие инструменты, позволяющие изображать простые фигуры, называются «графическими примитивами». Это как бы простейшие элементы, из которых строится изображение. Чтобы воспользоваться инструментом, необходимо выбрать соответствующий «графический примитив» и установить курсор в ту точку экрана, где необходимо изобразить выбранную фигуру.

Функции всех графических редакторов приблизительно одинаковы (один из простейших графических редакторов для IBM-совместимых компьютеров — Paintbrush ). Они позволяют пользователю:

— создавать рисунки из графических примитивов;
— применять для рисования различные цвета и «кисти» (т. е. использовать линии различной ширины и конфигурации);
— «вырезать» рисунки или их части, временно хранить их в буфере («кармане») или запоминать на внешних носителях;
— перемещать фрагмент рисунка по экрану;
— «склеивать» один рисунок с другим;
— увеличивать фрагмент рисунка для того, чтобы прорисовать мелкие детали;
— добавлять к рисункам текст.

Многие графические редакторы позволяют также создавать компьютерную мультипликацию (анимацию), т. е. создавать на компьютере движущиеся изображения.

«Среда» графического редактора состоит из трех основных частей.

Инструментальная часть — набор пиктограмм, изображающих инструменты. Обычно это — «кисть» для изображения линий произвольной конфигурации, «линейка» для проведения отрезков прямых, «круг», «прямоугольник», «эллипс» для создания соответствующих фигур, «ластик» для стирания изображений, «валик» для закраски фигур, «ножницы» для вырезания фрагментов изображений. Другая часть среды — палитра для выбора цвета изображений. Наконец, третья часть — меню команд редактора. Эти части среды обычно

располагаются по краям экрана. Центральная часть экрана предназначена для рабочего поля (или, как говорят, «холста»), на котором создаются изображения.

Графический редактор, как правило, имеет следующие основные режимы работы: режим выбора и настройки инструмента, режим выбора цвета, режим работы с рисунком (рисование и редактирование), режим работы с внешними устройствами.

Работая с графическим редактором, пользователь применяет не только клавиатуру, но и (для большинства современных компьютеров и редакторов) манипулятор мышь. Создавая изображения на экране компьютера, можно не только рисовать их самому, но и использовать другие изображения, например фотографии, рисунки из книг и т. д. Для ввода такой дополнительной графической информации в компьютер используется специальное устройство — сканер.

11. Электронные таблицы, назначение и основные функции.

Электронные таблицы (или табличные процессоры) — это прикладные программы, предназначенные для проведения табличных расчетов.

В электронных таблицах вся обрабатываемая информация располагается в ячейках прямоугольной таблицы. Отличие электронной таблицы от простой заключается в том, что в ней есть «поля» (столбцы таблицы), значения которых вычисляются через значения других «полей», где располагаются исходные данные. Происходит это автоматически при изменении исходных данных. Поля таблицы, в которых располагаются исходные данные, принято называть независимыми полями. Поля, где записываются результаты вычислений, называют зависимыми или вычисляемыми полями. Каждая ячейка электронной таблицы имеет свой адрес, который образуется от имени столбца и номера строки, где она расположена. Строки имеют числовую нумерацию, а столбцы обозначаются буквами латинского алфавита.

Электронные таблицы имеют большие размеры. Например, наиболее часто применяемая в IBM-совместимых компьютерах электронная таблица Excel имеет 256 столбцов и 16 384 строк. Ясно, что таблица такого размера не может вся поместиться на экране. Поэтому экран — это только окно, через которое можно увидеть только часть таблицы. Но это окно перемещается, и с его помощью можно заглянуть в любое место таблицы.

Рассмотрим, как могла бы выглядеть таблица для подсчета расходов школьников, собравшихся поехать на экскурсию в другой город.

ответы на экзамен

Всего на экскурсию едут 6 школьников, в музей собирается пойти 4 из них, а в цирк — 5. Билеты на поезд стоят 60 р., но можно поехать и на автобусе, заплатив по 48 р. Тогда появляется возможность либо увеличить затраты на обед, либо купить билеты в цирк подороже, но на лучшие места. Существует и масса других вариантов распределения бюджета, отведенного на экскурсию, и все они легко могут быть просчитаны с помощью электронной таблицы.

Электронная таблица имеет несколько режимов работы: формирование таблицы (ввод данных в ячейки), редактирование (изменение значений данных), вычисление по формулам, сохранение информации в памяти, построение графиков и диаграмм, статистическая обработка данных, упорядочение по признаку.

Формулы, по которым вычисляются значения зависимых полей, включают в себя числа, адреса ячеек таблицы, знаки операций. Например, формула, по которой вычисляется значение зависимого поля в третьей строке, имеет вид: ВЗ*СЗ — число в ячейке ВЗ умножить на число в ячейке СЗ, результат поместить в ячейку D3.

При работе с электронными таблицами пользователь может использовать и так называемые встроенные формулы (в Excel их имеется около 400), т. е. заранее подготовленные для определенных расчетов и внесенные в память компьютера.

Большинство табличных процессоров позволяют осуществлять упорядочение (сортировку) таблицы по какому-либо признаку, например по убыванию. При этом в нашей таблице на первом месте (во второй строке) останется расход на покупку билетов (максимальное значение — 360 р.), затем (в третьей строке) окажется расход на посещение цирка (100 р.), затем расходы на обед (60 р.) и наконец в последней строке — расходы на посещение музея (минимальное значение — 8р.).

В электронных таблицах предусмотрен также графический режим работы, который дает возможность графического представления (в виде графиков, диаграмм) числовой информации, содержащейся в таблице.

Электронные таблицы просты в обращении, быстро осваиваются непрофессиональными пользователями компьютера и во много раз упрощают и ускоряют работу бухгалтеров, экономистов, ученых, конструкторов и людей целого ряда других профессий, чья деятельность связана с расчетами.

12. Система управления базами данных (СУБД). Назначение и основные функции.

Системы управления базами данных (СУБД) используются для упорядоченного хранения и обработки больших объемов информации. В процессе упорядочения информации СУБД генерируют базы данных, а в процессе обработки сортируют информацию и осуществляют ее поиск.

Информация в базах данных структурирована на отдельные записи, которыми называют группу связанных между собой элементов данных. Характер связи между записями определяет два основных типа организации баз данных: иерархический и реляционный.

В иерархической базе данных записи упорядочиваются в определенную последовательность, как ступеньки лестницы, и поиск данных может осуществляться последовательным «спуском» со ступени на ступень. Иерархическая база данных по своей структуре соответствует структуре иерархической файловой системы.

Реляционная база данных, по сути, представляет собой двумерную таблицу. Под записью здесь понимается строка двумерной таблицы, элементы которой образуют столбцы таблицы. В зависимости от типа данных столбцы могут быть числовые, текстовые или содержать дату. Строки таблицы нумеруются.

Работа с СУБД начинается с создания структуры базы данных, т. е. с определения:

• количества столбцов;
• названий столбцов;
• типов столбцов (текст/число/дата);
• ширины столбцов.

Рассмотрим структуру базы данных на примере базы данных Процессоры.

Количество столбцов — 5.

Названия и типы столбцов: Тип процессора (текст), Год создания (дата), Частота (число), Разрядность по данным (число), Разрядность по адресу (число). Ширина каждого столбца устанавливается пользователем в соответствии с удобством представления данных на экране.

Структура созданной базы данных может быть впоследствии изменена (добавлены/удалены столбцы, изменены их названия и т. д.).

ответы на экзамен

В созданную «пустую» базу данных необходимо занести записи и при необходимости их редактировать. Обычно предусмотрены следующие режимы:

• добавление записи;
• удаление записи;
• редактирование записи.

Внесем в базу шесть записей, характеризующих технические характеристики различных процессоров Каждая запись состоит из пяти данных различных типов

ответы на экзамен

Занесенную в базу данных информацию можно обрабатывать, а именно — осуществлять следующие операции:

• сортировка по любому столбцу (по возрастанию/ убыванию чисел, символьных строк, дат);
• поиск по любому столбцу с различными условиями (равно, больше, меньше и т. д.).

Так, в результате выполнения сортировки по убыванию по столбцу Год создания порядок записей изменится на противоположный.

Могут осуществляться вложенные сортировки, т. е. сортировка 1 уровня по одному столбцу, в ней сортировка 2 уровня по другому столбцу и т. д.

В результате выполнения операции поиска по столбцу Разрядность по данным с условием «= 32» будут найдены две записи (80386 и 80486).

Могут осуществляться операции сложного поиска, когда задаются несколько условий по разным столбцам. В результате будут найдены записи, удовлетворяющие всем заданным условиям.

Созданные базы данных можно записывать/считывать с диска и распечатывать на принтере. Это же относится к результатам операций сортировки и поиска.

Вид представления записей на экране -может быть не только табличным, но и картотечным. В последнем случае каждая запись выводится в виде определенной формы. Структура формы одинакова для всех записей, причем название полей соответствует названиям столбцов табличной формы представления базы данных, а их расположение задается пользователем.

Так, первая запись базы данных Процессор в виде формы может выглядеть следующим образом:

ответы на экзамен

13. Понятие алгоритма. Свойства алгоритмов. Возможность автоматизации деятельности человека.

Каждый из нас постоянно встречается с множеством задач от самых простых и хорошо известных до очень сложных. Для многих задач существуют определенные правила (инструкции, предписания), объясняющие исполнителю, как решать данную задачу. Эти правила человек может изучить заранее или сформулировать сам в процессе решения задачи. Такие правила принято называть алгоритмами.

Под алгоритмом понимают понятное и точное предписание (указание) исполнителю совершить определенную последовательность действий, направленных на достижение указанной цели или решение поставленной задачи.

Слово алгоритм происходит от algorithmi — латинской формы написания имени великого математика IX в. аль-Хорезми , который сформулировал правила выполнения арифметических действий. Первоначально под алгоритмами и понимали только правила выполнения четырех арифметических действий над многозначными числами. В дальнейшем это понятие стали использовать вообще для обозначения последовательности действий, приводящих к решению поставленной задачи.

Рассмотрим пример алгоритма для нахождения середины отрезка при помощи циркуля и линейки.

Алгоритм деления отрезка АВ пополам:

1) поставить ножку циркуля в точку А;
2) установить раствор циркуля равным длине отрезка АВ;
3) провести окружность;
4) поставить ножку циркуля в точку В;
5) провести окружность;
6) через точки пересечения окружностей провести прямую;
7) отметить точку пересечения этой прямой с отрезком АВ.

Каждое указание алгоритма предписывает исполнителю выполнить одно конкретное законченное действие. Исполнитель не может перейти к выполнению следующей операции, не закончив полностью выполнения предыдущей. Предписания алгоритма надо выполнять последовательно одно за другим, в соответствии с указанным порядком их записи. Выполнение всех предписаний гарантирует правильное решение задачи. Данный алгоритм будет понятен исполнителю, умеющему работать с циркулем и знающему, что такое поставить ножку циркуля, провести окружность и т. д.

Анализ примеров различных алгоритмов показывает, что запись алгоритма распадается на отдельные указания исполнителю выполнить некоторое законченное действие. Каждое такое указание называется командой. Команды алгоритма выполняются одна за другой. После каждого шага исполнения алгоритма точно известно, какая команда должна выполняться следующей.

Поочередное выполнение команд алгоритма за конечное число шагов приводит к решению задачи, к достижению цели. Разделение выполнения решения задачи на отдельные операции (выполняемые исполнителем по определенным командам) — важное свойство алгоритмов, называемое дискретностью.

Каждый алгоритм строится в расчете на некоторого исполнителя. Для того чтобы исполнитель мог решить задачу по заданному алгоритму, необходимо, чтобы он был в состоянии понять и выполнить каждое действие, предписываемое командами алгоритма. Такое свойство алгоритмов называется определенностью (или точностью) алгоритма.

Совокупность команд, которые могут быть выполнены исполнителем, называется системой команд исполнителя.

Еще одно важное требование, предъявляемое к алгоритмам, — результативность (или конечность) алгоритма. Оно означает, что исполнение алгоритма должно закончиться за конечное число шагов.

Приведем еще один пример алгоритма.

Игра Ваше (в игре участвуют двое).

Рассмотрим частный случай этой игры. Имеется 15 предметов. Соперники ходят по очереди, за каждый ход любой из играющих может взять 1, 2 или 3 предмета. Проигрывает тот, кто вынужден взять последний предмет.

Алгоритм выигрыша для первого игрока имеет следующий вид:

1) взять два предмета;

2) второй и последующий ходы делать так, чтобы количество предметов, взятых вместе с соперником за очередной ход, в сумме составляло 4.

Данный алгоритм приводит к выигрышу для 7, 11, 15, 19, . предметов.

Человек, пользующийся данным алгоритмом, всегда будет выигрывать в этой игре. Ему совершенно необязательно знать, почему надо поступать именно так, а не иначе. Для успешной игры от него требуется только строго следовать алгоритму.

Таким образом, выполняя алгоритм, исполнитель может не вникать в смысл того, что он делает, и вместе с тем получать нужный результат. В таком случае говорят, что исполнитель действует формально, т. е. отвлекается от содержания поставленной задачи и только строго выполняет некоторые правила, инструкции.

Это очень важная особенность алгоритмов. Наличие алгоритма формализовало процесс, исключило рассуждения. Если обратиться к примерам других алгоритмов, то можно увидеть, что и они позволяют исполнителю действовать формально. Таким образом, создание алгоритма дает возможность решать задачу формально, механически исполняя команды алгоритма в указанной последовательности.

Построение алгоритма для решения задачи из какой-либо области требует от человека глубоких знаний в этой области, бывает связано с тщательным анализом поставленной задачи, сложными, иногда очень громоздкими рассуждениями. На поиски алгоритма решения некоторых задач ученые затрачивают многие годы. Но когда алгоритм создан, решение задачи по готовому алгоритму уже не требует каких-либо рассуждений и сводится только к строгому выполнению команд алгоритма.

В этом случае исполнение алгоритма можно поручить не человеку, а машине. Действительно, простейшие операции, на которые при создании алгоритма расчленяется процесс решения задачи, может реализовать и машина, специально созданная для выполнения отдельных команд алгоритма и выполняющая их в последовательности, указанной в алгоритме. Это положение и лежит в основе работы автоматических устройств, автоматизации деятельности человека.

14. Разветвляющиеся алгоритмы. Команда ветвления.

В отличие от линейных алгоритмов, в которых команды выполняются последовательно одна за другой, в разветвляющиеся алгоритмы входит условие, в зависимости от выполнения или невыполнения которого выполняется та или иная последовательность команд (серий).

В качестве условия в разветвляющемся алгоритме может быть использовано любое понятное исполнителю утверждение, которое может соблюдаться (быть истинно) или не соблюдаться (быть ложно). Такое утверждение может быть выражено как словами, так и формулой. Таким образом, команда ветвления состоит из условия и двух последовательностей команд.

Команда ветвления, как и любая другая, может быть:

• записана на естественном языке;
• изображена в виде блок-схемы;
• записана на алгоритмическом языке;
• закодирована на языке программирования.

ответы на экзамен

Рассмотрим в качестве примера разветвляющийся алгоритм, изображенный в виде блок-схемы.

Аргументами этого алгоритма являются две переменные А, В, а результатом — переменная X. Если условие А >= В истинно, то выполняется команда Х:=А*В, в противном случае выполняется команда Х:=А+В. В результате печатается то значение переменной X, которое она получает в результате выполнения одной из серий команд.

Запишем теперь этот алгоритм на алгоритмическом языке и на языке программирования Бейсик.

ответы на экзамен

15. Циклические алгоритмы. Команда повторения.

В отличие от линейных алгоритмов, в которых команды выполняются последовательно одна за другой, в циклические алгоритмы входит последовательность команд, выполняемая многократно. Такая последовательность команд называется телом цикла.

В циклах типа пока тело цикла выполняется до тех пор, пока выполняется условие. Выполнение таких циклов происходит следующим образом: пока условие справедливо (истинно), выполняется тело цикла, когда условие становится несправедливым, выполнение цикла прекращается.

Цикл, как и любая другая алгоритмическая структура, может быть:

* записан на естественном языке;
• изображен в виде блок-схемы;

записан на алгоритмическом языке; закодирован на языке программирования.

ответы на экзамен

Рассмотрим циклический алгоритм типа пока на примере алгоритма вычисления факториала, изображенного на блок-схеме. Переменная N получает значение числа, факториал которого вычисляется. Переменной N!, которая в результате выполнения алгоритма должна получить значение факториала, присваивается первоначальное значение 1. Переменной К также присваивается значение 1. Цикл будет выполняться, пока справедливо условие К

ответы на экзамен

Циклические алгоритмы, в которых тело цикла выполняется заданное число раз, реализуются с помощью цикла со счетчиком. Цикл со счетчиком реализуется с помощью команды повторения.

Рассмотрим в качестве примера алгоритм вычисления суммы квадратов целых чисел от 1 до 3. Запишем его на алгоритмическом языке. Телом цикла в данном случае является команда S : = S + п*п . Количество повторений тела цикла зафиксировано в строке, определяющей изменение значений счетчика цикла (для пот!доЗ ), т. е. тело цикла будет выполнено три раза.

ответы на экзамен

16. Разработка алгоритмов методом последовательной детализации. Вспомогательные алгоритмы.

Процесс решения сложной задачи довольно часто сводится к решению нескольких более простых подзадач. Соответственно при разработке сложного алгоритма он может разбиваться на отдельные алгоритмы, которые называются вспомогательными. Каждый такой вспомогательный алгоритм описывает решение какой-либо подзадачи.

Процесс построения алгоритма методом последовательной детализации состоит в следующем. Сначала алгоритм формулируется в «крупных» блоках (командах), которые могут быть непонятны исполнителю (не входят в его систему команд) и залисываются как вызовы вспомогательных алгоритмов. Затем происходит детализация, и все вспомогательные алгоритмы подробно расписываются с использованием команд, понятных исполнителю.

Рассмотрим процесс создания алгоритма Домик для исполнителя Чертежник методом последовательной детализации. Пусть необходимо нарисовать домик с крышей.

Сначала запишем алгоритм, состоящий из крупных блоков. Такими блоками, содержащими «непонятные» для исполнителя Чертежник команды, являются блоки стена, крыша. Теперь детализируем эти блоки и запишем их в виде вспомогательных алгоритмов, содержащих понятные Чертежнику команды.

ответы на экзамен

В результате мы имеем основной алгоритм (домик), созданный методом последовательной детализации, в который входят как составные части два вспомогательных алгоритма (стена, крыша).

17. Компьютер как формальный исполнитель алгоритмов (программ).

Алгоритм может быть записан на естественном языке, изображен в виде блок-схемы, записан с соблюдением строгих правил синтаксиса на алгоритмическом языке или закодирован на языке программирования. Для того чтобы компьютер мог его выполнить, алгоритм должен быть записан на понятном для компьютера языке.

Устройством, которое обрабатывает информацию в компьютере, является процессор, следовательно, алгоритм должен быть записан на языке, «понятном» для процессора, т. е. должен использовать систему команд процессора. Таким образом, алгоритм должен быть записан на машинном языке, представляющем собой логические последовательности нулей и единиц,

Действительно, вначале, в 50—60 годы, программы писались на машинном языке, т. е. представляли собой очень длинные последовательности нулей и единиц. Однако составление программ на машинном языке было чрезвычайно трудоемким делом.

Для облегчения труда программистов начали создаваться языки программирования, т. е. искусственно созданные языки с несколькими десятками слов (операторов) и строгими правилами синтаксиса, т. е. правилами соединения этих слов в предложения.

Известный всем Бейсик был создан в 1964 году сотрудниками Дартмутского колледжа Дж. Кемени и Т. Курцом . (Название BASIC является аббревиатурой английского названия Beginners All-purpose Symbolic Instruction Code .) Интересно, что языки программирования развиваются так же, как и естественные, т. е. они обогащаются новыми операторами и новыми возможностями, возникают различные версии языка ( QBasiC , VisualBasic и др.).

Для того чтобы процессор мог выполнить программу, эта программа и данные, с которыми она работает, должны быть загружены в оперативную память.

Итак, мы создали программу на Бейсике (некоторый текст) и загрузили ее в оперативную память из внешней памяти или с клавиатуры. Теперь мы хотим, чтобы процессор ее выполнил, однако процессор «понимает» команды на машинном языке, а наша программа написана на Бейсике. Как быть? Необходимо, чтобы в оперативной памяти находилась программа переводчик (транслятор), автоматически переводящая с Бейсика на машинный язык.

Ясно, что один и тот же компьютер может «понимать» и QBasic , и Turbo Pascal , и какой-либо другой язык, все зависит от того, транслятор какого языка программирования размещен в оперативной памяти компьютера.

Рассмотрим на простейшем примере (умножение двух чисел) процесс построения алгоритма, его кодирование на языке программирования и выполнение программы. В качестве языка программирования выбран Бейсик, однако это может быть практически любой язык программирования.

Сначала запишем алгоритм на естественном языке. Он является линейным и состоит из трех действий. Затем построим блок-схему данного алгоритма, что позволяет в наглядной форме представить логическую структуру алгоритма и проследить динамику его выполнения. В процессе построения алгоритма особое внимание обратим на то, какие данные вводятся в компьютер и какие выводятся (фиксируются аргументы и результаты алгоритма).

ответы на экзамен

Следующим этапом является кодирование алгоритма на языке программирования (в данном случае Бейсике) и загрузка полученной программы в оперативную память. Оперативная память состоит из отдельных адресуемых ячеек, в которых информация может храниться, записываться и стираться. Каждая ячейка имеет уникальный адрес, и в ней может храниться 1 байт информации. Количество таких ячеек в современных компьютерах велико и соответствует объему памяти, выраженному в байтах. Для памяти 16 Мб оно составляет 16 777216 ячеек.

Программа займет в оперативной памяти определенное количество ячеек в области, отведенной для программ пользователя. Программа будет записана в памяти во внутреннем представлении языка программирования (в данном случае Бейсика), который процессор «не понимает». Для перевода программы на машинный язык, понятный процессору, в памяти должна находиться программа-транслятор с данного языка программирования.

Переход в режим выполнения программы задается соответствующей командой (RUN), процессор последовательно будет считывать из памяти операторы и их выполнять. Выполнение программы «проиграем» на структурной схеме компьютера на конкретном примере (например, умножение чисел 5 и 8).

ответы на экзамен

КЕМ — оператор комментариев; неисполняемый оператор, все, что стоит в строке программы после этого оператора, компьютером игнорируется.

INPUT — оператор ввода значений переменных; процессор отводит в оперативной памяти области (некоторое количество ячеек) и «называет» их именами переменных (А, В) из списка ввода; запрашивает у пользователя их значения (на экране дисплея появляется знак вопроса ?); пользователь вводит значения переменных с клавиатуры (5,8); процессор записывает эти значения в отведенные области памяти.

LET — оператор присваивания; процессор считывает из памяти значения переменных (А, В), составляющих арифметическое выражение в правой части присваивания; вычисляет значение арифметического выражения (40); отводит в памяти область под переменную, стоящую в левой части присваивания (X); записывает вычисленное значение (40) арифметического выражения в эту область.

PRINT — оператор вывода значений переменных на экран; процессор считывает значение переменной (X) из памяти и высвечивает это значение (40) на экране дисплея.

END — оператор окончания программы; на экране дисплея появляется соответствующее сообщение ( Ok ) и курсор.

18. Этапы решения задач на компьютере.

Процесс исследования поведения какого-либо объекта или системы объектов на компьютере можно разбить на следующие этапы: построение содержательной модели объекта — построение математической модели объекта — построение информационной модели и алгоритма — кодирование алгоритма на языке программирования — компьютерный эксперимент.

Лучше всего рассмотреть процесс решения задачи на компьютере на конкретном примере. Пусть мы изучаем полет пушечного снаряда. Сначала мы строим содержательную модель, в которой рассматриваем движение снаряда в поле тяготения Земли. В этой модели мы рассматриваем только те параметры, которые характеризуют движение снаряда (скорость и координаты), и отвлекаемся от других параметров (температура снаряда, его цвет и т. д.). Затем строим математическую модель.

Математическая модель всегда основана на некоторых упрощениях, и поэтому этап построения математической модели весьма ответственный, неправильно выбранная модель с неизбежностью приводит к неверным результатам. Реально существующую физическую систему опишем с помощью идеализированной математической модели. Снаряд считаем материальной точкой, сопротивлением воздуха и размерами пушки пренебрегаем, ускорение свободного падения считаем постоянным g ~ 9,8 м/с2. Снаряд вылетает из пушки со скоростью V под углом а к горизонту.

Математическая модель описывается с помощью уравнений.

Пользуясь формулами из курса физики 9 класса и учитывая, что по оси X движение равномерное, а по оси У — равноускоренное, можно получить формулы зависимости координат снаряда от времени:

х = ( Vcos a ) t , y = ( Vsina )t-gt2/2.

Следующим этапом является построение информационной модели и алгоритма. Здесь необходимо четко зафиксировать, какие величины являются аргументами и какие — результатами алгоритма, а также определить тип этих величин. В нашем случае аргументами являются следующие переменные: угол вылета снаряда А, его начальная скорость V и время полета Т. Результатом являются координаты X и У. Все они являются переменными вещественного типа. Затем строится алгоритм, который позволяет определять значения результатов при различных значениях аргументов.

Построенный алгоритм записывается в какой-либо форме, например в виде блок-схемы:

ответы на экзамен

Следующим этапом является кодирование алгоритма на языке программирования. Закодируем наш алгоритм на языке программирования Бейсик.

ответы на экзамен

Теперь можно проводить компьютерный эксперимент, для этого необходимо загрузить программу в оперативную память компьютера и запустить на выполнение. Компьютерный эксперимент обязательно включает в себя анализ полученных результатов, на основании которого могут корректироваться все этапы решения задачи (математическая модель, алгоритм, программа).

В некоторых случаях можно избежать этапа построения алгоритма и создания программы, так как можно воспользоваться одной из многих ранее созданных программ. Такие библиотеки алгоритмов (программ) существуют практически по всем областям науки и техники.

19. Передача информации. Организация и структура телекоммуникационных компьютерных сетей.

С раннего детства мы знаем, что такое почта. Каждый из нас получал и отправлял письма и с их помощью обменивался информацией с друзьями, родственниками, учреждениями и организациями. Почта, телефон, телеграф обеспечивают человеку связь, возможность общения на расстоянии. Их называют средствами телекоммуникации. Термин телекоммуникация состоит из двух слов: теле-(в переводе с греческого означает — «далеко») и коммуникация (в переводе с латыни — «сообщение, связь») и означает «связь, сообщение на расстоянии».

Если к вашему компьютеру подключить модем, т. е. устройство, позволяющее передавать информацию из компьютера через обыкновенную телефонную сеть, то вы сможете обмениваться сообщениями с любым человеком, чей компьютер также подключен к телефонной сети с помощью модема.

Модем ( МОдулятор / ДЕМодулятор ) предназначен для модуляции (преобразования) сигналов на выходе компьютера в сигналы, которые могут передаваться по телефонной сети, и демодуляции при приеме информации на компьютер.

Одной из важнейших характеристик модема является скорость передачи данных. Скорость передачи данных определяет, какое количество информации (бит) модем может передавать/принимать за единицу времени (секунду).

Наиболее распространенные модемы имеют скорости в 14 400 бит/с и 28 800 бит/с.

Чем выше скорость передачи данных, тем меньше времени потребуется модему на передачу или прием информации. Например, при пересылке файла размером 500 Кб модему со скоростью передачи данных 2400 бит/с понадобится около 36 минут, модему на 9600 бит/с — около 9 минут, модему на 14 400 бит/с — около 6 минут.

Определенная совокупность компьютеров, подключенных через модем к телефонной или иной коммуникационной среде и таким образом имеющих возможность обмениваться между собой информацией, представляет собой компьютерную телекоммуникационную сеть. Телекоммуникационная сеть состоит из компьютеров-серверов, передающих между собой информацию по определенным правилам (протоколам), а также отвечающих на обращения компьютеров-абонентов. Серверы организуют использование так называемых сетевых ресурсов (т. е. общей памяти компьютеров сети и каналов связи). Для связи серверов сети между собой может использоваться беспроводная спутниковая связь, специально выделенные телефонные линии (служат для прямого соединения абонентов друг с другом, набора номера не требуется), обычные коммутируемые телефонные линии (обеспечивают соединение с тем абонентом, номер которого набран). Для связи абонента с сервером сети, как правило, используется обычная коммутируемая телефонная линия.

Сервер сети, отвечая на телефонный звонок компьютера абонента, работает в одном из двух режимов: on-line (оператор на линии) или off-line (без оператора). Абонент, используя специальную коммуникационную программу и связываясь через свой компьютер с сервером, работающим в режиме on-line , получает возможность во время сеанса связи давать серверу определенные команды: просмотр разделов сервера, получение файлов с сервера на компьютер абонента, передача файлов с компьютера абонента на сервер. Связываясь с сервером, работающим в режиме off-line , абонент не имеет возможности непосредственно работать с сервером: коммуникационная программа абонента автоматически производит обмен информацией с сервером и прекращает сеанс связи. Иначе говоря, процесс ознакомления с полученной информацией в режиме off-line происходит уже тогда, когда связь с сервером уже прекращена. При обмене информацией между собой серверы сети используют режим offline .

Серверы сети обмениваются информацией между собой, поэтому абонент, подключенный к какому-либо одному серверу сети, имеет возможность обмениваться информацией с любым другим абонентом, подключенным к сети. Так как большинство сетей имеют между собой шлюзы (средства обмена информацией между серверами различных сетей) и тем самым входят в мировое содружество сетей, абонент одной какой-либо сети, в принципе получает возможность обмениваться информацией с любым другим абонентом, подключенным к любой другой сети.

Структура сети такова, что каждый сервер имеет по отношению к себе вышестоящий сервер, с которым и обменивается информацией. Так, серверы D и Е обмениваются информацией с серверами В и С. Серверы А, В, С обмениваются информацией с сервером N. Сервер же N имеет шлюз в мировое содружество сетей, включая наиболее распространенные в России сети: Relcom , GlasNet и др.

20. Услуги компьютерных сетей.

Основной услугой компьютерных сетей является электронная почта. Этот режим работы компьютерных сетей назван так, потому что обеспечивает доставку электронных писем от одного абонента к другому. Электронное письмо — обычный текстовый файл, снабженный несколькими служебными строками (конвертом). Электронная почта позволяет пересылать не только тексты, но при необходимости программы, картинки и другую информацию. Электронная почта — быстрый и достаточно дешевый вид связи. В любую точку мира электронное письмо идет, как правило, не более 4 часов.

Для каждого абонента сети на одном из компьютеров выделяется область памяти, так называемый электронный почтовый ящик. Все письма, поступающие на определенный почтовый адрес, записываются в соответствующий почтовый ящик. Чтобы использовать этот почтовый ящик (получать из него информацию), абонент должен передать на сетевой компьютер свой почтовый адрес и определенный пароль, обеспечивающий доступ к информации только тому пользователю, который знает этот пароль.

Для того чтобы электронное письмо дошло до адресата, необходимо, чтобы оно было оформлено в соответствии с международным стандартом и имело почтовый электронный адрес. Почтовый электронный адрес может иметь разные форматы. Наиболее широко распространена схема формирования адреса, используемая, например, в сети Internet .

По аналогии с адресом, который мы указываем на конверте обычного письма, электронный адрес содержит два основных компонента:

идентификатор абонента (аналогично строке КОМУ: на почтовом конверте);

координаты абонента, указывающие его местонахождение (аналогично строке КУДА: дом, улица, город, страна).

Для того чтобы отделить идентификатор абонента от его почтовых координат, используется значок @.

В рассматриваемом примере kuz — идентификатор абонента, отражающий обычно начальные буквы его фамилии или имени. Далее справа от знака @ указываются почтовые координаты абонента, которые описывают его местонахождение. Эти координаты называют доменом. Составные части домена разделяются точками. Крайне правая часть домена, как правило, обозначает код страны адресата. Код страны определяется международным стандартом ISO. В нашем случае ru — код России.

Следующая часть домена — msk — указывает код города — Москвы.

Наконец, третья часть домена обозначает имя машины ( tit-bit ), которой пользуется данный абонент.

Использование компьютерных телекоммуникаций дает возможность не просто передавать сообщения абонентам сети, но еще и записывать, хранить и читать информацию, ранее оставленную там другим абонентом. Эти возможности привели к появлению так называемых электронных досок объявлений (ЭДО). Они получили такое название по аналогии их функций с обычными «досками объявлений» на стене школы, учреждения, в журнале или газете. Для организации электронной доски объявлений используется мощный компьютер с большим объемом дисковой и оперативной памяти. В ней хранятся сообщения, полученные от пользователей данной электронной доски объявлений. К этому компьютеру подключается несколько отдельных телефонных каналов, что дает возможность использования электронной доски объявлений одновременно большим числом пользователей.

Абонент, обращающийся к ЭДО, входит в систему меню, предлагаемую ЭДО. Он может просмотреть меню, выбрать интересующий его раздел, переписать информацию из ЭДО в свой компьютер, передать информацию из своего компьютера в ЭДО или оставить сообщение для конкретного абонента.

Дальнейшее развитие идеи электронного обмена информацией — это телеконференции.

Телеконференция — обмен электронными сообщениями между абонентами по определенной тематике. Сообщение, посвященное определенной теме, попадает ко всем абонентам, подключенным к данной конференции. Существует огромное количество телеконференций, посвященных совершенно разнообразным темам: образованию, музыке, искусству, программированию, бизнесу и т. д.

Телеконференции по своей организации и функционированию во многом близки к ЭДО, но имеют и отличие.

Используя режим телеконференций, абонент может непосредственно не обращаться на ЭДО. Ему необходимо заранее подготовить сообщение, которое он хотел бы поместить в тот или иной раздел, и указать, содержимое каких разделов его интересует. Связавшись с сервером сети, абонент передает все функции организации работы компьютеру. Компьютер передаст все сообщения, предназначенные для отправки, и получит все содержимое из разделов, которые были выбраны абонентом.

Благодаря совмещению технологий баз данных и компьютерных телекоммуникаций стало возможным использовать так называемые распределенные базы данных. Огромные массивы информации, накопленные человечеством, распределены по различным регионам, странам, городам, где хранятся в библиотеках, архивах, информационных центрах. Обычно все крупные библиотеки, музеи, архивы и другие подобные организации имеют свои компьютерные базы данных, в которых сосредоточена хранимая в этих учреждениях информация. Компьютерные сети позволяют осуществить доступ к любой базе данных, которая подключена к сети. Это избавляет пользователей сети от необходимости держать у себя гигантскую библиотеку и дает возможность существенно повысить эффективность работы по поиску необходимой информации.

Если вы являетесь пользователем компьютерной сети, то можете сделать запрос в соответствующие базы данных и получить по сети электронную копию необходимой книги, статьи, архивного материала, увидеть, какие картины и другие экспонаты находятся в данном музее, и т. д. Вы можете также послать свою информацию в любую базу данных.

Как рассчитать максимальное количество оперативной памяти адресуемое процессором

Информатика

Информатика

Как связаны разрядность процессора, разрядность его регистров, размер адресуемой памяти и как все это влияет на быстродействие?

3 ответа 3

Распределение оперативной памяти

Стандартная память – Conventional

Верхняя память – UMA

Отображаемая и расширенная память – спецификации EMS и XMS

Теневая память – Shadow ROM и Shadow RAM

1. Магистрально-модульный принцип построения компьютера.

2. Основные характеристики (разрядность, адресное пространство и др.) процессора компьютера.

3. Организация и основные характеристики памяти компьютера.

4. Внешняя память компьютера. Носители информации (гибкие и жесткие диски, CD-ROM-диски).

5. Операционная система компьютера (назначение, состав, загрузка).

6. Файлы (тип, имя, местоположение). Работа с файлами.

7. Информационные процессы в природе, обществе, технике. Информационная деятельность человека.

8. Информация и управление. Замкнутые и разомкнутые системы управления, назначение обратной связи.

9. Текстовый редактор, назначение и основные функции.

10. Графический редактор, назначение и основные функции.

11. Электронные таблицы, назначение и основные функции.

12. Система управления базами данных (СУБД). Назначение и основные функции.

13. Понятие алгоритма. Свойства алгоритмов. Возможность автоматизации деятельности человека.

14. Разветвляющиеся алгоритмы. Команда ветвления.

15. Циклические алгоритмы. Команда повторения.

16. Разработка алгоритмов методом последовательной детализации. Вспомогательные алгоритмы.

17. Компьютер как формальный исполнитель алгоритмов (программ).

18. Этапы решения задач на компьютере.

19. Передача информации. Организация и структура телекоммуникационных компьютерных сетей.

20. Услуги компьютерных сетей.

Добавить комментарий Отменить ответ