Отнт. А. Ю. Босова Москва бином. Лаборатория знаний 10 класс Базовый уровень Учебник
 Скачать 6.18 Mb.
|
|
§7 Сергей Алексеевич Лебедев (1902–1974) — академик, основоположник вычислительной техники в СССР, главный конструктор первой отечественной электронной вычислительной машины МЭСМ, автор проектов компьютеров серии БЭСМ (Большая Электронная Счётная Машина, разработчик принципиальных положений суперкомпьютера Эльбрус. В 1996 году посмертно награждён медалью Пионер компьютерной техники — самой престижной наградой международного компьютерного сообщества. Рассмотрим сущность основных принципов Неймана–Лебедева: 1) состав основных компонентов вычислительной машины 2) принцип двоичного кодирования 3) принцип однородности памяти 4) принцип адресности памяти 5) принцип иерархической организации памяти 6) принцип программного управления. Первыйпринцип определяет состав основных компонентов вычислительной машины. Любое устройство, способное производить автоматические вычисления, должно иметь определённый набор компонентов блок обработки данных, блок управления, блок памяти и блоки ввода/вывода информации. Функциональная схема такого компьютера, отражающая программное управление работой и взаимодействием его основных узлов, представлена на рисунке 2.5. Его информационным центром является процессор • все информационные потоки (тонкие стрелки на рисунке) проходят через процессор • управление всеми процессами (толстые стрелки на рисунке) также осуществляется процессором. Такие блоки есть и у современных компьютеров. Это процессор, состоящий из арифметико-логического устройства (АЛУ, выполняющего обработку данных, и устройства управления (УУ), обеспечивающего выполнение программы и организующего согласованное взаимодействие всех узлов компьютера Глава 2. Компьютер и его по 74 рис. 2.5. Функциональная схема компьютеров первых поколений память, предназначенная для хранения исходных данных, промежуточных величин и результатов обработки информации, а также самой программы обработки информации. Различают память внутреннюю и внешнюю. Основная часть внутренней памяти используется для временного хранения программ и данных в процессе обработки. Такой вид памяти принято называть оперативным запоминающим устройством ОЗУ. Ещё одним видом внутренней памяти является постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, содержащее программу начальной загрузки компьютера. Внешняя или долговременная память предназначена для длительного хранения программ и данных в периоды между сеансами обработки устройства ввода, преобразующие входную информацию в форму, доступную компьютеру • устройства вывода, преобразующие результаты работы компьютера в форму, доступную для восприятия человеком. Вместе стем в архитектуре современных компьютеров и компьютеров первых поколений есть существенные отличия. О них будет сказано чуть ниже. Рассмотрим суть принципа двоичного кодирования информа- ции. Вся информация, предназначенная для обработки на компьютере числа, тексты, звуки, графика, видео, а также программы её обработки представляются в виде двоичного кода — последовательностей и 1. основополагающие принципы устройства ЭВм §7 Все современные компьютеры хранят и обрабатывают информацию в двоичном коде. Выбор двоичной системы счисления обусловлен рядом важных обстоятельств простотой выполнения арифметических операций в двоичной системе счисления, её согласованностью с булевой логикой, простотой технической реализации двоичного элемента памяти (триггера. Несмотря на всеобщее признание, использование в компьютерной технике классической двоичной системы счисления не лишено недостатков. В первую очередь это проблема представления отрицательных чисел, а также нулевая избыточность (те. отсутствие избыточности) двоичного представления. Пути преодоления указанных проблем были найдены уже на этапе зарождения компьютерной техники. В 1958 г. в Московском государственном университете им. МВ. Ломоносова под руководством Н. П. Брусенцова был создан троичный компьютер «Сетунь» (рис. 2.6). В нём применялась уравновешенная троичная система счисления, использование которой впервые в истории позволило представлять одинаково просто как положительные, таки отрицательные числа. Итак, благодаря двоичному кодированию, данные и программы по форме представления становятся одинаковыми, а следовательно, их можно хранить в единой памяти. рис 2.6. ЭВМ «Сетунь» (ru.wikipedia.org) Глава 2. Компьютер и его по 76 Команды программ и данные хранятся водной и той же памяти, и внешне в памяти они неразличимы. Распознать команды и данные можно только по способу использования. Это утверждение называют принципом однородности памяти. Так как представленные в памяти команды и данные внешне неразличимы, то одно и тоже значение в ячейке памяти может использоваться и как данные, и как команда в зависимости лишь от способа обращения к нему. Так, если к двоичной последовательности обращаются как к числу, тов ней выделяют поле область) знака и поле значащих разрядов. Если к двоичной последовательности обращаются как к команде, тов ней выделяют поле кода операции и поле адресов операндов. Однородность памяти позволяет производить операции не только над данными, но и над командами. Взяв в качестве данных для некоторой программы команды другой программы, в результате её исполнения можно получить команды третьей программы. Данная возможность лежит в основе трансляции — перевода текста программы с языка высокого уровня на язык конкретной вычислительной машины. Структурно оперативная память компьютера состоит из отдельных битов — однородных элементов, обладающих двумя устойчивыми состояниями, одно из которых соответствует нулю, а другое — единице. Для записи или считывания группы соседних битов объединяются в ячейки памяти, каждая из которых имеет свой номер (адрес). Команды и данные размещаются в единой памяти, состоящей из ячеек, имеющих свои номера (адреса. Это принцип адресности памяти. Очень важно, что информация может считываться из ячеек и записываться в них в произвольном порядке, те. процессору в произвольный момент доступна любая ячейка памяти. Организованную таким образом память принято называть памятью с произвольным доступом. Разрядность ячеек памяти (количество битов в ячейке) у компьютеров разных поколений была различной. Основой оперативной памяти современных компьютеров является восьмибитная основополагающие принципы устройства ЭВм §7 ячейка. Ячейка такой разрядности может быть использована для работы с одним символом. Для хранения чисел, используется несколько последовательных ячеек (четыре — в случае 32-битного числа. На современных компьютерах может одновременно извлекаться из памяти и одновременно обрабатываться до 64 разрядов те. до восьми байтовых (восьмибитных) ячеек. Это возможно благодаря реализации на них принципа параллельной обработки данных — одновременного (параллельного) выполнения нескольких действий. Можно выделить два основных требования, предъявляемых к памяти компьютера 1) объём памяти должен быть как можно больше 2) время доступа к памяти должно быть как можно меньше. Создать запоминающее устройство, одновременно удовлетворяющее двум этим требованиям, затруднительно. Действительно, в памяти большого объёма требуемые данные искать сложнее, в результате чего их чтение замедляется. Для ускорения чтения нужно использовать более сложные технические решения, что неизбежно приводит к повышению стоимости всего компьютера. Решение проблемы — использование нескольких различных видов памяти, связанных друг с другом. В этом и состоит суть принципа иерархической организации памяти. Трудности физической реализации запоминающего устройства высокого быстродействия и большого объёма требуют иерархической организации памяти. В современных компьютерах используются устройства памяти нескольких уровней, различающиеся по своим основным характеристикам времени доступа, сложности, объёму и стоимости. При этом более высокий уровень памяти меньше по объёму, быстрее и имеет большую стоимость в пересчёте на байт, чем более низкий уровень. Уровни иерархии взаимосвязаны все данные на одном уровне могут быть также найдены на более низком уровне. Большинство алгоритмов обращаются в каждый промежуток времени к небольшому набору данных, который может быть помещен в более быструю, но дорогостоящую и поэтому небольшую память. Использование более быстрой памяти увеличивает производительность вычислительного комплекса Глава 2. Компьютер и его по 78 Главное отличие компьютеров от всех других технических устройств — это программное управление их работой. принцип программного управления определяет общий механизм автоматического выполнения программы. Все вычисления, предусмотренные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности команд. Команды представляют собой закодированные управляющие слова, в которых указывается какое выполнить действие из каких ячеек считать операнды (данные, участвующие в операции в какую ячейку записать результат операции. Команды, входящие в программу, выполняются процессором автоматически в определенной последовательности. При этом выполняется следующий цикл действий 1) чтение команды из памяти и её расшифровка 2) формирование адреса очередной команды 3) выполнение команды. Этот цикл повторяется до достижения команды, означающей окончание выполнения программы, решающей некоторую конкретную задачу. В современных компьютерах по завершении работы программы управление передаётся операционной системе архитектура персонального компьютера Современные персональные компьютеры различаются по своим размерам, конструкции, разновидностям используемых микросхем и модулей памяти, другим характеристикам. В тоже время все они имеют единое функциональное устройство, единую архитектуру основные узлы и способы взаимодействия между ними рис. архитектура — это наиболее общие принципы построения компьютера, отражающие программное управление работой и взаимодействием его основных функциональных узлов. На рисунке 2.7 изображены хорошо известные вам узлы современного компьютера процессор, внутренняя память, устройства ввода, устройства вывода и внешняя память основополагающие принципы устройства ЭВм §7 рис. 2.7. Функциональная схема компьютера (К — контроллер) Обмен данными между устройствами компьютера осуществляется с помощью магистрали. магистраль (шина — устройство для обмена данными между устройствами компьютера. Магистраль состоит из трёх линий связи шины адреса, используемой для указания физического адреса, к которому устройство может обратиться для проведения операции чтения или записи шины данных, предназначенной для передачи данных между узлами компьютера шины управления, по которой передаются сигналы, управляющие обменом информацией между устройствами и синхронизирующие этот обмен. В компьютерах, имевших классическую фон-неймановскую архитектуру, процессор контролировал все процессы ввода/выво- да. При этом быстродействующий процессор затрачивал много времени на ожидание результатов работы от значительно более медленных внешних устройств. Для повышения эффективности работы процессора были созданы специальные электронные схемы, предназначенные для обслуживания устройств ввода/вывода или внешней памяти. Контроллер — это специальный микропроцессор, предназначенный для управления внешними устройствами накопителями, мониторами, принтерами и т. д Глава 2. Компьютер и его по 80 Благодаря контроллерам данные по магистрали могут передаваться между внешними устройствами и внутренней памятью напрямую, минуя процессор. Это приводит к существенному снижению нагрузки на центральный процессор и повышает эффективность работы всей вычислительной системы. Современные компьютеры обладают магистрально-модульной архитектурой, главное достоинство которой заключается ввоз- можности легко изменить конфигурацию компьютера путём подключения к шине новых или замены старых внешних устройств. Если спецификация на шину (детальное описание всех её параметров) является открытой (опубликованной, то производители могут разработать и предложить пользователям разнообразные дополнительные устройства для компьютеров с такой шиной. Подобный подход называют принципом открытой архитектуры. Благодаря ему пользователь может собрать именно такую компьютерную систему, которая ему нужна перспективные направления развития компьютеров Мир современных компьютеров необычайно разнообразен. Кроме микропроцессоров, встраиваемых во всевозможные устройства, и разных типов персональных компьютеров существуют значительно более мощные вычислительные системы. Это серверы в глобальной компьютерной сети, управляющие её работой и хранящие огромные объёмы информации. Это многопроцессорные системы параллельной обработки данных, обеспечивающие • сокращение времени решения вычислительно сложных задач • сокращение времени обработки больших объёмов данных • решение задач реального времени • создание систем высокой надёжности. Время однопроцессорных вычислительных систем прошло. Не только суперкомпьютеры, но и современные персональные компьютеры, ноутбуки, игровые приставки основаны на многопроцессорных, многоядерных и других технологиях, предполагающих одновременное выполнение множества инструкций. В наши дни электронная техника уже подошла к предельным значениям своих технических характеристик, которые определяются физическими законами. Поэтому идёт поиск неэлектрон- основополагающие принципы устройства ЭВм §7 ных средств хранения и обработки данных, ведутся работы по созданию квантовых и биологических компьютеров, проводятся исследования в области нанотехнологий. самое ГЛаВное В каждой области науки и техники существуют фундаментальные идеи или принципы, определяющие на многие годы вперёд её содержание и направление развития. В компьютерных науках роль таких фундаментальных идей сыграли принципы, сформулированные независимо друг от друга двумя крупнейшими учёными XX века — Джоном фон Нейманом и Сергеем Алексеевичем Лебедевым. К основополагающим принципам построения компьютеров принципам Неймана–Лебедева) можно отнести следующие 1) состав основных компонентов вычислительной машины 2) принцип двоичного кодирования 3) принцип однородности памяти 4) принцип адресности памяти 5) принцип иерархической организации памяти 6) принцип программного управления. Архитектура — это наиболее общие принципы построения компьютера, отражающие программное управление работой и взаимодействием его основных функциональных узлов. Классическая архитектура компьютеров первых поколений предполагала осуществление взаимодействия всех устройств через процессор и наличие неизменного набора внешних устройств. Современные персональные компьютеры обладают открытой магистрально-модульной архитектурой — устройства взаимодействуют через шину, что способствует оптимизации процессов обмена информацией внутри компьютера. Второе преимущество современной архитектуры — возможность легко изменить конфигурацию компьютера путём подключения к шине новых или замены старых внешних устройств. Вопросы и задания 1. Перечислите основные фундаментальные идеи, лежащие в основе построения компьютеров 2. Какие устройства принято выделять в компьютерах классической архитектуры Сравните их с устройством машины Беббиджа. Глава 2. Компьютер и его по 3. Чем обусловлен выбор двоичного кодирования для представления информации в компьютере 4. Как вы понимаете утверждение Одно и тоже значение ячейки памяти в зависимости от способа обращения к нему может использоваться и как данные, и как команда 5. В чём состоит суть принципа адресности памяти 6. Почему в современных компьютерах используются устройства памяти нескольких уровней, различающиеся повремени доступа, сложности, объёму и стоимости 7. В чём состоит суть принципа программного управления 8. Подготовьте сообщение о Джоне фон Неймане и его вкладе в развитие компьютерной техники 9. Для чего предназначена магистраль (шина Из каких частей она состоит. Что такое магистрально-модульная архитектура В чём её главное достоинство. В чём заключается принцип открытой архитектуры программное обеспечение компьютера структура программного обеспечения Совокупность всех программ, предназначенных для выполнения на компьютере, называют программным обеспечением ПО) компью- тера. Сфера применения конкретного компьютера определяется как его техническими характеристиками, таки установленным на нём ПО. ПО современных компьютеров насчитывает тысячи программ. Оно непрерывно развивается — совершенствуются существующие программы, на смену одним программам приходят другие, появляются новые программы. Тем не менее, отбросив второстепенные детали, всё многообразие компьютерных программ можно разделить натри груп- программное обеспечение компьютера §8 пы: системное ПО, прикладное ПО, системы программирования рис. рис 2.8. Структура программного обеспечения системное программное обеспечение Системное программное обеспечение включает в себя операционную систему и сервисные программы. операционная система — это комплекс программ, обеспечивающих согласованное функционирование всех устройств компьютера и предоставляющих пользователю доступ к ресурсам компьютера. В настоящее время наиболее распространёнными ОС для персональных компьютеров являются Windows, Mac OS и Linux, для смартфонов, планшетов и других мобильных устройств — Android, iOS, Windows Рассмотрим основные функции, выполняемые ОС современного компьютера. Управление устройствами Для обеспечения согласованного функционирования аппаратного обеспечения компьютера в состав ОС входят драйверы — специальные программы, управляющие работой подключённых к компьютеру внешних (периферийных) устройств. С помощью этих программ осуществляется контроль за нормальным функционированием оборудования, обеспечивается реакция на возникающие ошибки и аварийные ситуации Глава 2. Компьютер и его по 84 Управление процессами. Программу, выполняемую на компьютере в текущий момент, принято называть процессом. Даже когда мы просто ищем информацию в сети Интернет, компьютер производит незаметные для нас операции по контролю за состоянием устройств, по защите от вирусов и т. д. Современные операционные системы, планируя работы и распределяя ресурсы, обеспечивают возможность параллельной обработки нескольких процессов. Это свойство ОС называется многозадачностью. Пользовательский интерфейс. Современные операционные системы обеспечивают диалог пользователя с компьютером на базе графического интерфейса. Работа с файлами. Организацию хранения информации и обеспечение доступа к ней обеспечивает подсистема ОС, называемая файловой системой. К сервисным программам или утилитам относят различные программы, выполняющие некоторые дополнительные услуги системного характера обслуживание дисков (проверка, восстановление, очистка диска др, архивирование файлов, защита от вирусов и многие другие. Архиваторы — это специальные программы, осуществляющие сжатие программ и данных. Архиваторы обеспечивают уменьшение объёма хранимой информации, а значит, экономию места на диске и сокращение времени копирования этой информации, что особенно важно при пересылке информации посети Интернет. Многие программы сжатия данных построены на основе алгоритма Хаффмана, состоящего из двух этапов. На первом этапе читаются все входные данные и подсчитываются частоты встречаемости всех символов. Затем по этим данным строится дерево кодирования Хаффмана, а по нему — коды символов. На втором этапе входные данные читаются ещё раз, при этом генерируется выходной массив данных. Попробуем сжать с помощью алгоритма Хаффмана фразу: НА_ДВОРЕ_ТРАВА,_НА_ТРАВЕ_ДРОВА Подсчитать частоты встречаемости символов достаточно просто: Н А _ Д В О Р Е Т , 2 6 5 2 4 2 4 2 2 1 программное обеспечение компьютера §8 Алгоритм построения дерева Хаффмана следующий. Считаем частоты встречаемости символов рассматриваемой фразы вершинами будущего графа (дерева. Выписываем их вертикально вряд. Выбираем две вершины с наименьшими весами (они соответствуют символам с наименьшим количеством повторений. Объединяем эти вершины — создаём новую вершину, от которой проводим рёбра к выбранным вершинам с наименьшими весами, а вес новой вершины задаём равным сумме их весов. Расставляем нар брах графа числа 0 и 1: на верхнем ребре — 0, а на нижнем — 1. Чтобы выбранные вершины больше не просматривались, стираем их веса. 3. Продолжаем выполнять объединение вершин, каждый раз выбирая парус наименьшими весами, до тех пор, пока не останется одна вершина — корень дерева. Заметим, что вес этой вершины будет равен длине сжимаемого массива. Процесс построения дерева Хаффмана для нашего примера изо- бражён на рисунке рис 2.9. Построение дерева Хаффмана Теперь для определения кода каждой конкретной буквы необходимо просто пройти от корня до этой вершины, выписывая 0 и 1, встречающиеся на маршруте. В нашем примере символы получат следующие коды Глава 2. Компьютер и его по 86 символ Код символ Код Н 0110 О 1000 А 11 Р 010 _ 000 Е 1001 Д 0111 Т 1010 В 001 , 1011 После того как коды символов построены, остаётся сгенериро- вать сжатый массив данных, для чего надо снова прочесть входные данные и каждый символ заменить соответствующим ему кодом. Получаем Исходный текст состоит из 30 символов, те. его длина вне- сжатом виде будет равна 30 байт. Код сжатого текста будет занимать бит или 12 байт. Получаем коэффициент сжатия, равный 30/12 = 2,5. 8.3. системы программирования Комплекс программных средств, предназначенных для разработки новых программ, называют системой программирования или интегрированной средой разработки. Рассмотрим основные компоненты, входящие в состав большинства систем программирования. Известно ли вам, что первым в мире программистом считается англичанка Ада Лавлейс (1815– 1852)? Она выполнила детальное описание вычислительной машины, проект которой был разработан Чарльзом Беббиджем, и составила первую программу для этой машины. Именно Ада Лав- лейс ввела в употребление термины цикли рабочая ячейка программное обеспечение компьютера §8 Специализированный текстовый редактор позволяет программисту набрать и отредактировать текст программы на языке программирования высокого уровня. Для удобства ключевые слова языка программирования в текстовом редакторе могут выделяться различными цветами либо начертаниями шрифта. Компьютер хранит и обрабатывает информацию, представленную в двоичных машинных кодах. Для перевода программы, написанной на языке высокого уровняв машинные коды в состав систем программирования включены специальные программы — трансляторы. Существует два типа трансляторов интерпретаторы и компиляторы. Интерпретатор обрабатывает и исполняет команды программы последовательно, от оператора к оператору. При использовании интерпретатора, при каждом запуске программы она заново переводится в машинные коды. Компилятор обрабатывает весь текст программы, преобразовывая его в машинный код и строя исполняемый файл, готовый к запуску. После того как программа откомпилирована, ни текст программы, ни компилятор уже ненужны. Откомпилированные программы работают быстрее, но интерпретируемые проще исправлять и изменять. Проведите аналогию между работой программ-трансляторов (интерпретатора и компилятора) и профессиональных переводчиков, выполняющих синхронный и письменный перевод. Любая система программирования включает библиотеки стандартных подпрограмм, которые можно вызвать из вновь разрабатываемой программы. Разные части (модули) создаваемой программы и используемые в ней стандартные подпрограммы собираются в единый исполняемый файл с помощью такого элемента системы программирования как компоновщик. Важным этапом в разработке новой программы является её отладка — обнаружение и исправление возможных ошибок. Инструмент для поиска ошибок в новой программе называется отладчиком. Отладчик позволяет управлять процессом исполнения программы, определять место и вид ошибок в программе, наблюдать за изменением значений переменных и выражений. Системы программирования позволяют облегчить работу программистов и сократить время на разработку сложных программ Глава 2. Компьютер и его по прикладное программное обеспечение Программы, с помощью которых пользователь может работать с разными видами информации, не прибегая к программированию, принято называть прикладными программами или прило- жениями. Можно выделить приложения общего и специального назна- чения. Приложения общего назначения требуются практически каждому пользователю для работы с разными видами информации. К приложениям общего назначения относятся текстовые редакторы и процессоры графические редакторы и пакеты компьютерной графики табличные процессоры редакторы презентаций, аудио- и видеоредакторы; системы управления базами данных браузеры, почтовые программы и др. Как правило, пользователь, приобретая компьютер, устанавливает на нём так называемый офисный пакет программ, включающий основные приложения общего назначения. Наибольшее распространение получили такие офисные пакеты, как Microsoft Office (для операционных систем Windows и Mac OS) и OpenOffice для операционных систем Windows и С любого компьютера, имеющего выход в Интернет, может быть доступен онлайн-офис, независимо оттого, какую операционную систему этот компьютер использует. Онлайн-офис — это набор веб-сервисов, включающий в себя все основные компоненты традиционных офисных пакетов текстовый редактор, электронные таблицы, редактор презентаций и др. Самый известный онлайн-офис — Google Приложения специального назначения предназначены для профессионального применения квалифицированными пользователями в различных сферах деятельности. Это настольные издательские системы, бухгалтерские программы, системы автоматизированного проектирования (САПР), программы компьютерного моделирования, математические пакеты, геоинформационные системы (ГИС) и другие программы. При этом границы между группами этих программ достаточно условны. По мере совершенствования интерфейсов многие программы, первоначально ориентированные на профессионалов в той или иной области, начинают широко использоваться любителями. В первую очередь это ГИС, программы компьютерного моделирования, математические пакеты и др программное обеспечение компьютера §8 самое ГЛаВное Совокупность всех программ, предназначенных для выполнения на компьютере, называют программным обеспечением (ПО) компьютера. Всё многообразие компьютерных программ можно разделить натри группы системное ПО, прикладное ПО, системы программирования. Системное программное обеспечение включает в себя операционную систему и сервисные программы. Операционная система это комплекс программ, обеспечивающих согласованное функционирование всех устройств компьютера и предоставляющих пользователю доступ к ресурсам компьютера. К сервисным программам или утилитам относят различные программы, выполняющие некоторые дополнительные услуги системного характера обслуживание дисков (проверка, восстановление, очистка диска и др, архивирование файлов, защита от вирусов и др. Комплекс программных средств, предназначенных для разработки новых программ, называют системой программирования или интегрированной средой разработки. Основными компонентами системы программирования являются специализированный текстовый редактор, транслятор, отладчики другие инструменты, позволяющие облегчить работу программистов и сократить время на разработку сложных программ. Программы, с помощью которых пользователь может работать с разными видами информации, не прибегая к программированию, принято называть прикладными программами или приложениями. Приложения общего назначения требуются практически каждому пользователю. Приложения специального назначения предназначены для профессионального применения квалифицированными пользователями в различных сферах деятельности. Вопросы и задания 1. Изобразите состав программного обеспечения современного компьютера в виде графа 2. Перечислите основные функции операционной системы 3. Постройте дерево Хаффмана для одной из следующих фраз) МАМА МЫЛА РАМУ) ШЛА САША ПО ШОССЕ) ТКЁТ ТКАЧ ТКАНИ 4) КАРЛ У КЛАРЫ УКРАЛ КОРАЛЛЫ Глава 2. Компьютер и его по 4. Вспомните язык программирования высокого уровня, с которым вы познакомились в основной школе. Охарактеризуйте его алфавит, синтаксис и семантику 5. Какое ПО называется прикладным 6. Охарактеризуйте имеющийся в вашем распоряжении офисный пакет — укажите его название, состав, платформу, стоимость и опишите интерфейс. 7. Выполните сравнительный анализ нескольких офисных пакетов. Онлайн-офисы используют технологию, известную под названием облачные вычисления. С помощью дополнительных источников выясните, в чём её суть. Какие безусловные преимущества она имеет Какие потенциальные опасности для пользователя таят в себе облачные технологии 9. Дайте сравнительную характеристику известных вам растрового и векторного графических редакторов. Перечислите основные возможности известного вам аудио- редактора. Перечислите основные возможности известного вам видео- редактора. Для чего предназначены табличные процессоры. Каково основное назначение СУБД. Назовите основные программы, которые вы используете, выйдя в Интернет файловая система компьютера файлы и каталоги Из курса информатики основной школы вам известно, что файл — это поименованная совокупность данных определённого размера, размещаемая на внешних устройствах (носителях информации) и рассматриваемая в процессе обработки как единое целое файловая система компьютера §9 Файл характеризуется набором параметров (имя, размер, дата создания, дата последней модификации) и атрибутами, используемыми операционной системой для его обработки (архивный, системный, скрытый, только для чтения. Размер файла выражается в байтах. На каждом компьютерном носителе информации (жёстком, оптическом диске или флеш-памяти) может храниться большое количество файлов. Для удобства поиска информации файлы по определённым признакам объединяют в группы, называемые каталогами или папками. Каталог (папка) — это поименованная совокупность файлов и подкаталогов (вложенных каталогов. Можно сказать, что каталог это тоже файл, но только содержащий в себе информацию о заключённых в него файлах. Правда папки можно создавать средствами операционной системы, а вот для создания большинства типов файлов понадобится использование прикладного программного обеспечения функции файловой системы Работу пользователя с файлами обеспечивает подсистема ОС, называемая файловой системой. файловая система — это часть ОС, определяющая способ организации, хранения и именования данных на носителе инфор- мации. Современные файловые системы решают следующие задачи определяют правила построения имён файлов и каталогов поддерживают программный интерфейс работы с файлами для приложений (предоставляют приложениям функции для работы с файлами определяют порядок размещения файлов на диске обеспечивают защиту данных в случае сбоев и ошибок обеспечивают установку прав доступа к данным для каждого конкретного пользователя обеспечивают совместную работу с файлами (если один пользователь открыл файл, то для остальных устанавливается режим только чтение»). Рассмотрим некоторые из этих функций более подробно Глава 2. Компьютер и его по 92 Правила построения имён файлов и каталогов. Файловые системы современных ОС допускают использование имён, длиной до 255 символов, причём в них можно использовать буквы национальных алфавитов и пробелы. В ОС Windows в имени файла запрещено использование следующих символов \, /, :, *, ?, “, <, >, |. В Linux эти символы, кроме /, допустимы, хотя использовать их следует с осторожностью, т. к. некоторые из них могут иметь специальный смысла также из соображений совместимости с другими ОС. Операционная система Linux, в отличие от Windows, различает строчные и прописные буквы в имени файла, например FILE.txt, file.txt и FiLe.txt — это в Linux три разных файла. Порядок размещения файлов на диске. Файл, представляемый нами как единое целое, на самом деле может быть разбросан кусочками по всему диску. Минимальный размер такого кусочка кластера, блока) — от 512 байт до 64 Кбайт в зависимости от используемой файловой системы. При размещении на диске каждому файлу отводится целое число кластеров. Например, на файл размером 65 Кбайт будет отведено два кластера по 64 Кбайта, при этом второй кластер будет считаться занятым, хотя фактически значительная его часть использоваться не будет. Использование кластеров больших размеров обеспечивает следующие преимущества 1) повышается скорость чтения/записи файлов, имеющих большие размеры 2) увеличивается максимальный объём диска, который поддерживает файловая система. Как вы можете это объяснить? Почему в файловой системе с большими кластерами блоками) невыгодно хранить маленькие файлы К чему это может привести Защита данных в случае сбоев и ошибок. Эта функция обеспечивается за счёт журналирования, суть которого состоит в следующем. Перед началом выполнения операций с файлами ОС записывает (сохраняет) список действий, которые она будет проводить с файловой системой. Эти записи хранятся в отдельной части файловой системы, называемой журналом. Как только изменения файловой системы внесены в журнал, она применяет эти изменения к файлам, после чего удаляет эти записи из журнала. Если вовремя выполнения операций с файлами произошёл сбой, то по записям в журнале можно определить пострадавшие файлы и восстановить их. файловая система компьютера файловые структуры Совокупность файлов на диске и взаимосвязей между ними называют файловой структурой диска. Первоначально файловые системы поддерживали только одноуровневые файловые структуры все файлы хранились водном каталоге. Для хранения большого (сотни и тысячи) количества файлов используются иерархические (многоуровневые) файловые структуры файлы группируются в каталоги, каталоги могут группироваться в каталоги более высокого уровня. Пользователь, объединяя по собственному усмотрению файлы в каталоги, может создать удобную для себя систему хранения информации. Графическое изображение иерархической файловой структуры называется деревом. Древовидные иерархические структуры можно изображать вертикально и горизонтально (рис. 2.10). Чтобы обратиться к нужному файлу (каталогу, хранящемуся на некотором диске, можно указать путь (адрес каталога) — набор символов, показывающий расположение файла в файловой системе. рис. 2.10. Типовая древовидная иерархическая структура, принятая в Windows Глава 2. Компьютер и его по 94 Полное имя файла — запись пути к файлу, завершаемая именем файла. Например: Е:\Документы\Задачи — путь к файлу Расчёты.xlsx; Е:\Документы\Задачи\Расчёты.xlsx — полное имя файла Рас- чёты.xlsx. Для того чтобы добраться до нужного файла в многоуровневой файловой структуре, пользователю совсем необязательно перемещаться по каталогам, образующим путь к файлу. Современные операционные системы имеют специальные инструменты, позволяющие достаточно быстро находить нужные файлы даже в том случае, когда точно неизвестно их расположение. Если пользователь знает только некоторую часть имени файла например, он знает, что в имени файла обязательно должна быть цифра 7), то для его поиска можно воспользоваться маской имени файла. Маска имени файла — последовательность букв, цифр и других допустимых в именах файлов символов, а также символов «?» и «*», определяющая те или иные требования к имени файла. Символ «?» (вопросительный знак) означает, что на его месте в имени файла должен быть ровно один произвольный символ. Символ «*» (звёздочка) означает, что на его месте в имени файла может быть последовательность любых символов произвольной длины, в том числе «*» может задавать и пустую последовательность. Рассмотрим несколько примеров масок маске *.* соответствуют абсолютно все файлы, поскольку набор произвольных символов указывается как для имени, таки для расширения файла маске *.mp3 соответствуют все аудиозаписи формата mp3; • маска info.* позволит отобрать файлы всех типов с именем info; • маске info*.* будут соответствовать все файлы, начинающиеся с info; • маске *info.* будут соответствовать все файлы, имена которых заканчиваются на info; • маска ???.* позволит отобрать все файлы стр хбуквенными именами маске info??.* будут соответствовать все файлы, имена которых состоят из шести символов и начинаются с info; файловая система компьютера маска info??*.* позволяет найти все файлы, имена которых начинаются си содержат шесть и более символов. Подумайте, какая из трёх следующих масок позволит отобрать больше всего файлов 1) *.doc?; 2) *.doc; 3) Пример В каталоге находится 6 файлов: motors.dat; torsten.docx; motors.doc; victoria.docx; storch.doc; x_torero.doc. С помощью маски из них была отобрана следующая группа файлов: motors.doc; storch.doc; victoria.docx; x_torero.doc. Какая из следующих масок была при этом использована 1) *tor?*.d*; 2) ?tor*.doc; 3) *?tor?*.do*; 4) Выясним, какие группы файлов позволит выбрать каждая из масок. Результаты анализа представим в таблице: Маска Имя *tor?*.d* ?tor*.doc *?tor?*.do* *tor?.doc* motors.dat motors.doc storch.doc torsten.docx victoria.docx Здесь мы серым цветом выделили строки, соответствующие файлам, которые должны быть отобраны Глава 2. Компьютер и его по 96 Если файл соответствует маске, тов ячейке, находящейся на пересечении строки с именем файла и столбца с именем маски, будем ставить «+», в противном случае — В столбце искомой маски, знаки «+» должны соответствовать отобранным файлам, знаки «–» — всем прочим. Маска Имя *tor?*.d* ?tor*.doc *?tor?*.do* *tor?.doc* motors.dat + – – – motors.doc – + + storch.doc + – torsten.docx – victoria.docx + x_torero.doc + Анализируя маску *tor?*.d*, ставим знак «+» в ячейку, соответствующую файлу motors.dat. Данная маска позволяет отобрать файл, который не входит в интересующую нас группу, следовательно, она не может обеспечить отбор нужных файлов. Дальнейшее рассмотрение этой маски можно прекратить. Маска ?tor*.doc не позволит отобрать файл motors.dat, но она жене позволит отобрать и подлежащий отбору файл motors.doc. Следовательно, дальнейшее рассмотрение этой маски можно пре- кратить. Маска *?tor?*.do* позволяет отобратьтолько те файлы,ко- торые нам нужны. Её можно использовать для решения задачи. Но, возможно, задача имеет не одно решение. Проверяем маску. Она не позволит нам отобрать файл Итак, решением задачи может быть только третья маска самое ГЛаВное Файл — это поименованная совокупность данных определён- ного размера, размещаемая на внешних устройствах (носителях информации) и рассматриваемая в процессе обработки как единое целое файловая система компьютера §9 Каталог (папка) — это поименованная совокупность файлов и подкаталогов (вложенных каталогов). Файловая система — это часть ОС, определяющая способ организации, хранения и именования данных на носителе инфор- мации. Для того чтобы добраться до нужного файла в многоуровневой файловой структуре, пользователь может перемещаться по каталогам, образующим путь к файлу. Кроме того, можно воспользоваться поиском по маске имени файла. Вопросы и задания 1. Что такое файл Что такое каталог 2. Согласны ли вы стем, что каталог — это файл Обоснуйте свою точку зрения 3. Что такое файловая система Какие задачи она решает 4. Что такое кластер 5. На рисунке изображён логический диск, разделенный на кластеры. Размер каждого кластера составляет 16 Кбайт. Используемые кластеры — серые, свободные кластеры — белые 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 На диск требуется записать файлы файл A размером 20 Кбайт, затем файл B размером 30 Кбайт, затем файл C размером 65 Кбайт, и наконец — файл D размером 60 Кбайт. Глава 2. Компьютер и его по Операционная система для хранения каждого файла пытается искать смежные (соседние) свободные кластеры, чтобы избежать фрагментации файла — рассеивания содержимого файла по диску, приводящего к уменьшению производительности В какие кластеры может быть записано содержимое файлов при соблюдении этого условия 6. В Windows существует три возможных варианта файловой системы NTFS, FAT32 и редко используемая устаревшая система FAT (также известная как FAT16). Найдите в Интернете информацию об этих файловых системах. Какая из них является предпочтительной файловой системой для Windows 8? 7. Перемещаясь из одного каталога в другой, пользователь последовательно посетил каталоги Байкал, Путешествия, Фото, Е, Документы, География, Карты, География, Изображения. При каждом перемещении пользователь либо спускался в каталог на уровень ниже, либо поднимался на уровень выше. В каталоге, из которого были начаты перемещения, пользователь скопировал файл 1245.jpg. Этот файл он вставил в каталог, в котором оказался в результате своих перемещений, переименовав его в Листвянка.jpg. Укажите полные имена файлов 1245.jpg и Листвянка.jpg. 8. Определите, какое из следующих имён файлов удовлетворяет маске ?ba*r.?xt. 1) bar.txt; 2) obar.txt; 3) obar.xt; 4) barr.txt. 9. В каталоге находится 6 файлов Определите, с помощью какой маски из каталога будет отобрано ровно три файла) *fer?*.d*; 2) ?fer*.doc; 3) *?fer*?.do*; 4) Дополнительные материалы к главе смотрите в авторской мастерской Глава 3 предстаВЛенИе ИнформацИИ В Компьютере представление чисел в позиционных системах счисления общие сведения о системах счисления Как только люди начали считать, у них появилась потребность в записи чисел. Находки археологов свидетельствуют о том, что первоначально число предметов отображали равным количеством каких-либо значков (бирок зарубок, черточек, точек. Такая система записи чисел называется единичной (унарной, т. к. любое число в ней образуется путём повторения одного знака, символизирующего единицу. Подумайте, где в наши дни можно найти отголоски унарной системы счисления. Унарная система — не самый удобный способ записи чисел записывать таким способом большие значения утомительно, да и сами записи при этом получаются очень длинными. Стечением времени возникли иные, более удобные и экономичные системы счисления. Система счисления или нумерация — это способ записи (обозначения) чисел. Система счисления — это знаковая система, в которой числа записываются по определённым правилам с помощью символов некоторого алфавита, называемых цифрами. Количество цифр, составляющих алфавит, называется его размерностью или мощ- ностью. Различают непозиционные и позиционные системы счисления 100 |