РУ. Информационные процессы и технологии
 Скачать 3.52 Mb.
|
|
Тема: «Данные и информация» Задача 1 Переведите число 1101 2 в десятичную систему счисления. Решение: Запишем число в развернутой форме: 1101 2 = 1*2 3 +1*2 2 +0*2 1 +1*2 0 Найдем сумму ряда: 2 3 +2 2 +2 0 =8+4+2+1 = 13 10 Задача 2 Переведите число 16,4 8 в десятичную систему счисления. Решение: Запишем число в развернутой форме: 16,4 8 = 1*8 1 +6*8 0 +4*8 –1 Найдем сумму ряда: 8+6+0,5= 140510 50 Задача 3 Перевести число 97 10 в двоичную, восьмеричную и шестнадцатеричную систему счисления. Решение: Сделать как рисунок 97:2=48 остаток 1 48:2=24 остаток 0 24:2=12 остаток 0 12:2=6 остаток 0 6:2=3 остаток 0 3:2=1 остаток 1 97:8=12 остаток 1 10:8=1 остаток 4 97:16=6 остаток 1 А 2 =1100001 А 8 =141 А 16 =61 Задача 4 Считая, что каждый символ кодируется одним байтом, оцените информационный объем следующего предложения из пушкинского четверостишия: Я к вам пишу – чего же боле? Что я могу ещё сказать? Решение: используем алфавитный подход кодирования информации. Считаем все символы (буквы, знаки, пробелы). Получаем 37 – букв 3 – знака препинания 12 – пробелов Итого 52 знаков по 1 байту – 8 бит I = 52*8 = 416 бит Ответ: 416 бит. Задача 5 Письмо состояло из 30 строк. В каждой строке вместе с пробелами по 48 символов. Письмо содержало 900 байт информации. Какова мощность алфавита (количество символов), которым было написано письмо? Решение: Найдем размер текста: K=30*48=1440 Найдем размер информации, содержащейся в тексте: I=900байт=7200 бит Вычислим количество информации, которое несет каждый символ: i =I/K=5 бит Найдем полное количество символов в алфавите N=2 5 =32 символа Ответ: 32 символа Задача 6 Современный монитор позволяет получать на экране 16777216 различных цветов. Сколько бит памяти занимает 1 пиксель? Решении: поскольку К = 16777216 = 2 24 , то N = 24 бита на пиксель. Задача 7 51 Какой объем видеопамяти необходим для хранения двух страниц изображения при условии, что разрешающая способность дисплея равна 640х350 пикселей, а количество используемых цветов – 16? Решение: Найдем глубину цвета: N= 2 I , 16 = 2 I , I = 4 бита Значит объем видеопамяти равен: 640*350*4*2 = 1792000бит = 224000 байт = 218,75 Кб Ответ: 218,75 Кб Задача 8 Звук воспроизводится в течение 10 секунд при частоте дискретизации 22,05 кГц и глубине звука 8 бит. Определить его размер (в байтах). Решение: Для того, чтобы найти объем звуковой информации, необходимо вос- пользоваться следующей формулой: V= M* I *t, Где: М – частота дискретизации (в Гц), I – глубина кодирования (в битах), t – время звучания (в секундах). М = 22,05-1000 = 220500 Гц; 1 = 8/8=1 байт; Т = 10 секунд; V = 220500-10-1 = 220500 байт. Ответ: 220500 байт. Письменная работа № 1 «Данные и информация. Решение задач» Задачи для самостоятельного выполнения Задача 1 1. Запишите в десятичной системе счисления следующие числа: А 2 = 11101, А 8 = 64, А 16 = 11 1. Запишите в десятичной системе счисления следующие числа: А 2 = 101010, А 8 = 54, А 16 = 3F 1. Запишите в десятичной системе счисления следующие числа: А 2 = 11110, А 8 = 72, А 16 = 2А 1. Запишите в десятичной системе счисления следующие числа: А 2 = 10111, А 8 = 47, А 16 = 5A 1. Запишите в десятичной системе счисления следующие числа: А 2 = 1010111, А 8 = 17, А 16 = E1 1. Запишите в десятичной системе счисления следующие числа: А 2 = 101110, А 8 = 21, А 16 = 4C Задача 2 2. Перевести число А 10 = 76 в двоичную, восьмеричную и шестнадцатеричную систему счисления. 2. Перевести число А 10 = 52 в двоичную, восьмеричную и шестнадцатеричную систему счисления. 2. Перевести число А 10 = 87 в двоичную, восьмеричную и шестнадцатеричную систему счисления. 52 2. Перевести число А 10 = 101 в двоичную, восьмеричную и шестнадцатеричную систему счисления. 2. Перевести число А 10 = 95 в двоичную, восьмеричную и шестнадцатеричную систему счисления. 2. Перевести число А 10 = 64 в двоичную, восьмеричную и шестнадцатеричную систему счисления. Задача 3 3. Сообщение, записано буквами из 18 – символьного алфавита, содержит 30 символов. Какой объем информации оно несет? 3. Сообщение составленное, с помощью 32 – символьного алфавита, содержит 80 символов. Какой объем информации оно несет? 3. Сообщение составленное, с помощью 64 – символьного алфавита, содержит 70 символов. Какой объем информации оно несет? 3. Информационное сообщение объемом 4 Кбайта содержит 4096 символов. Сколько символов содержит алфавит, при помощи которого было записано это сообщение? 3. Сколько Килобайтов составляет сообщение из 512 символов 16 – символьного алфавита? 3. Письмо состояло из 25 строк. В каждой строке вместе с пробелами было 64 символа. Сколько байт информации содержало письмо? Задача 4 4. Какой объем видеопамяти необходим для хранения четырех страниц изображения, если битовая глубина равна 24, а разрешающая способность дисплея – 800х600 пикселей? 4. Объем видеопамяти равен 1 Мб. Разрешающая способность дисплея – 800х600. Какое максимальное количество цветов можно использовать при условии, что видеопамять делится на две страницы? 4. Объем видеопамяти равен 2 Мб, битовая глубина – 24, разрешающая способность дисплея – 640х480. Какое максимальное количество страниц можно использовать при этих условиях? 4. Какой объем видеопамяти необходим для хранения двух страниц изображения при условии, что разрешающая способность дисплея равна 640x480 точек, а глубина цвета равна 24? 4. Битовая глубина равна 32, видеопамять делится на две страницы, разрешающая способность дисплея – 800х600. Вычислить объем видеопамяти. 4. Объем видеопамяти равен 2,5 Мбайта, глубина цвета – 16, разрешающая способность экрана монитора – 640x480 точек. Найти максимальное количество страниц, которое можно использовать при этих условиях. Задача 5 5. Определить объем памяти для хранения моноаудиофайла, время звучания которого составляет пять минут при частоте дискретизации 44 кГц и глубине кодирования 16 бит. 53 5. Объем свободной памяти на диске – 5,25 Мбайта, глубина кодирования – 8. Звуковая информация записана с частотой дискретизации 44,1 кГц. Какова длительность звучания такой информации? 5. Одна минута записи звуковой информации занимает на диске 1,3 Мбайта, глубина кодирования равна 16. С какой частотой дискретизации записан звук? 5. Какой объем памяти требуется для хранения звуковой информации при времени звучания 3 минуты с частотой дискретизации 44,01 кГц и глубине кодирования 16 бит, что время звучания составляет 3 минуты. 5. Объем свободной памяти на диске – 0,01 Гб, разрядность звуковой платы – 16. Какова длительность звучания цифрового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 44100 Гц? 5. Две минуты записи цифрового аудиофайла занимают на диске 5,1 Мб. Частота дискретизации – 22050 Гц. Какова разрядность аудиоадаптера? Практикум по закреплению теории № 1 Рубежный контроль 1 Раздел 2. Программные средства реализации информационных процессов Операционная система, ее назначение, состав и функции Основу современного компьютера составляют программы. Именно от выбора программ зависит какие задачи будут решаться на нем – бухгалтерские вычисления или создание презентации для выступления. Большинство программ правильнее было бы назвать программным продуктами, т.к. их создание трудоемкий процесс, требующий затрат не меньше, чем на производство самого ПК. Практически любая программа, если это специально не оговорено, является коммерческим продуктом, который продаются наравне с компьютером. К программному обеспечению (ПО) относится также вся область деятельности по проектированию и разработке ПО: технология проектирования программ (например, нисходящее проектирование, структурное и объектно-ориентированное проектирование и др.); методы тестирования программ; 54 методы доказательства правильности программ; анализ качества работы программ; документирование программ; разработка и использование программных средств, облегчающих процесс проектирования программного обеспечения, и многое другое. Программное обеспечение – неотъемлемая часть компьютерной системы. Оно является логическим продолжением технических средств. Сфера применения конкретного компьютера определяется созданным для него программным обеспечением (ПО). Сам по себе компьютер не обладает знаниями ни в одной области применения. Все эти знания сосредоточены в выполняемых на компьютерах программах. Программное обеспечение современных компьютеров включает миллионы программ – от игровых до научных. Всевозможные программные средства, работающие на компьютере, можно условно разделить на три категории: 1. прикладные программы, непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых пользователям работ; 2. системные программы, выполняющие различные вспомогательные функции, например: управление ресурсами компьютера; создание копий используемой информации; проверка работоспособности устройств компьютера; выдача справочной информации о компьютере и др.; 3. инструментальные программные системы, облегчающие процесс создания новых программ для компьютера. При построении классификации ПО нужно учитывать тот факт, что стремительное развитие вычислительной техники и расширение сферы приложения компьютеров резко ускорили процесс эволюции программного обеспечения. Если раньше можно было по пальцам перечислить основные категории ПО – операционные системы, трансляторы, пакеты прикладных программ, то сейчас ситуация коренным образом изменилась. Развитие ПО пошло как вглубь (появились новые подходы к построению операционных систем, языков программирования и т.д.), так и вширь (прикладные программы перестали быть прикладными и приобрели самостоятельную ценность). Соотношение между требующимися программными продуктами и имеющимися на рынке меняется очень быстро. Даже классические программные продукты, такие, как операционные системы, непрерывно развиваются и наделяются интеллектуальными функциями, многие из которых ранее относились только к интеллектуальным возможностям человека. 55 Кроме того, появились нетрадиционные программы, классифицировать которые по устоявшимся критериям очень трудно, а то и просто невозможно, как, например, программа – электронный собеседник. Основой программного обеспечения ПК является операционная система. Операционная система выполняет роль связующего звена между аппаратурой компьютера, с одной стороны, и выполняемыми программами, а также пользователем, с другой стороны. Операционная система обычно хранится во внешней памяти компьютера – на диске. При включении компьютера она считывается с дисковой памяти и размещается в ОЗУ. Этот процесс называется загрузкой операционной системы. В функции операционной системы входит: осуществление диалога с пользователем; ввод – вывод и управление данными; планирование и организация процесса обработки программ; распределение ресурсов (оперативной памяти и кэша, процессора, внешних устройств); запуск программ на выполнение; всевозможные вспомогательные операции обслуживания; передача информации между различными внутренними устройствами; программная поддержка работы периферийных устройств (дисплея, клавиатуры, дисковых накопителей, принтера и др.). Операционную систему можно назвать программным продолжением устройства управления компьютера. Операционная система скрывает от пользователя сложные ненужные подробности взаимодействия с аппаратурой, образуя прослойку между ними. В результате этого люди освобождаются от очень трудоёмкой работы по организации взаимодействия с аппаратурой компьютера. В зависимости от количества одновременно обрабатываемых задач и числа пользователей, которых могут обслуживать ОС, различают четыре основных класса операционных систем: 1. однопользовательские однозадачные, которые поддерживают одну клавиатуру и могут работать только с одной (в данный момент) задачей; 56 2. однопользовательские однозадачные с фоновой печатью, которые позволяют помимо основной задачи запускать одну дополнительную задачу, ориентированную, как правило, на вывод информации на печать. Это ускоряет работу при выдаче больших объёмов информации на печать; 3. однопользовательские многозадачные, которые обеспечивают одному пользователю параллельную обработку нескольких задач. Например, к одному компьютеру можно подключить несколько принтеров, каждый из которых будет работать на "свою" задачу; 4. многопользовательские многозадачные, позволяющие на одном компьютере запускать несколько задач нескольким пользователям. Эти ОС очень сложны и требуют значительных машинных ресурсов. В различных моделях компьютеров используют операционные системы с разной архитектурой и возможностями. Для их работы требуются разные ресурсы. Они предоставляют разную степень сервиса для программирования и работы с готовыми программами. Операционная система для персонального компьютера, ориентированного на профессиональное применение, должна содержать следующие основные компоненты: программы управления вводом/выводом; программы, управляющие файловой системой и планирующие задания для компьютера; процессор командного языка, который принимает, анализирует и выполняет команды, адресованные операционной системе. Каждая операционная система имеет свой командный язык, который позволяет пользователю выполнять те или иные действия: обращаться к каталогу; выполнять разметку внешних носителей; запускать программы; и другие действия. Анализ и исполнение команд пользователя, включая загрузку готовых программ из файлов в оперативную память и их запуск, осуществляет командный процессор операционной системы. На сегодняшний день в нашей стране самой популярной операционной системой является Windows фирмы Microsoft. Существует несколько версий Windows: Windows 3.1, Windows 95, Windows 98, Windows 2000, Windows NT. Все они близки между собой по содержанию, поэтому в для начала давайте рассмотрим операционную систему с которой все началось – DOS. MS-DOS – одна из первых операционных систем и одна из самых известных. Пик популярности этой операционной системы приходится на 90-е годы, сейчас эта операционная система используется редко. Операционная система DOS состоит из следующих частей: Базовая система ввода-вывода (ВIOS), находящаяся в постоянной памяти (постоянном запоминающем 57 устройстве, ПЗУ) компьютера. Эта часть операционной системы является «встроенной» в компьютер. Ее назначение состоит в выполнении наиболее простых и универсальных услуг операционной системы, связанных с осуществлением ввода-вывода. Базовая система ввода-вывода содержит также тест функционирования компьютера, проверяющий работу памяти и устройств компьютера при включении его электропитания. Кроме того, базовая система ввода-вывода содержит программу вызова загрузчика операционной системы. Загрузчик операционной системы – это очень короткая программа, находящаяся в первом секторе каждой дискеты с операционной системой DOS. Функция этой программы заключается в считывании в память еще двух модулей операционной системы, которые и завершают процесс загрузки DOS. Командный процессор DOS обрабатывает команды, вводимые пользователем. Командный процессор находится в дисковом файле COMMAND.COM на диске, с которого загружается операционная система. Некоторые команды пользователя (например, Туре, Dir или Сор) командный процессор выполняет сам. Такие команды называются внутренними. Для выполнения остальных (внешних) команд пользователя командный процессор ищет на дисках программу с соответствующим именем и если находит ее, то загружает в память и передает ей управление. По окончании работы программы командный процессор удаляет программу из памяти и выводит сообщение о готовности к выполнению команд (приглашение DOS). Внешние команды DOS – это программы, поставляемые вместе с операционной системой в виде отдельных файлов. Эти программы выполняют действия обслуживающего характера, например форматирование дискет, проверку дисков и т.д. Драйверы устройств – это специальные программы, которые дополняют систему ввода-вывода DOS и обеспечивают обслуживание новых или нестандартное использование имеющихся. История Windows. История Windows берет свое начало в 1986 году, когда появилась первая версия системы. Она представляла собой набор программ, расширяющих возможности существующих операционных систем для большего удобства в работе. Через несколько лет вышла вторая версия, но особой популярности система Windows не завоевала. Однако в 1990 году вышла новая версия – Windows 3.0, которая стала использоваться на многих персональных компьютерах. Популярность новой версии Windows объяснялась несколькими причинами. Графический интерфейс позволяет работать с объектами вашего компьютера не с помощью команд, а с помощью наглядных и понятных действий над значками, обозначающими эти объекты. Возможность одновременной работы с несколькими программами значительно повысила удобство и эффективность работы. Кроме того, удобство и легкость написания программ для Windows привели к появлению все больше разнообразных программ, работающих под управлением Windows. Наконец, лучше была организована работа с разнообразным компьютерным 58 оборудованием, что также определило популярность системы. Последующие версии Windows были направлены на повышение надежности, а также поддержку средств мультимедиа (версия 3.1) и работу в компьютерных сетях (версия 3.11). Параллельно с разработкой Windows компания Microsoft в 1988 году начала работу над новой операционной системой, названной Windows NT. Перед новой системой были поставлены задачи существенного повышения надежности и эффективной поддержки сетевой работы. При этом интерфейс системы не должен был отличаться от интерфейса Windows 3.0. Интересно, что самой распространенной версией Windows NT также стала третья версия. В 1992 году появилась версия Windows NT 3.0, а в 1994 году – Windows NT 3.5. Процесс развития операционных систем не стоит на месте, и в 1995 появилась система Windows 95, ставшая новым этапом в истории Windows. По сравнению с Windows 3.1 значительно изменился интерфейс, выросла скорость работы программ. Одной из новых возможностей Windows 95 была возможность автоматической настройки дополнительного оборудования компьютера для работы без конфликтов друг с другом. Другой важной особенностью системы стала возможность работы с Интернетом без использования дополнительных программ. Интерфейс Windows 95 стал основным для всего семейства Windows, и в 1996 появляется переработанная версия Windows NT 4.0, имеющая такой же интерфейс, как и Windows 95. Продолжением развития Windows 95 стала операционная система, появившаяся в 1998 году. При сохранившемся интерфейсе внутренняя структура была значительно переработана. Много внимания было уделено работе с Интернетом, а также поддержке современных протоколов передачи информации – стандартов, обеспечивающих обмен информацией между различными устройствами. Кроме того, особенностью Windows 98 является возможность работы с несколькими мониторами. Следующим этапом в развитии Windows стало появление Windows 2000 и Windows Me (Millennium Edition – редакция тысячелетия). Система Windows 2000 разработана на основе Windows NT и унаследовала от нее высокую надежность и защищенность информации от постороннего вмешательства. Операционная система Windows Me стала наследницей Windows-98, но приобрела многие новые возможности. Прежде всего, это улучшенная работа со средствами мультимедиа, возможность записывать не только аудио, но и видеоинформацию, мощные средства восстановления информации после сбоев и многое другое. Постепенно разница между разными системами Windows стирается, и операционная система Windows XP предназначена для замены как Windows 2000, так и Windows Me. В 2007, после Windows ХР появляется новая операционная система. На этот раз операционной системой от Microsoft становится Windows Vista. Эта система была создана на основе Windows ХР. Исправлены недостатки, улучшен дизайн, появился новый трехмерный 59 интерфейс Aero Glass, который требует видео карту с поддержкой DirectX 9.0. Windows. Vista стала более требовательной в отличии от Windows ХР. Через некоторое время появляется Windows Seven. Всем известная, как Windows 7. Эта операционная система была создана на основе Windows Vista. Имелись переработки в структуре. Исправлены недостатки, расширили сетевые возможности. В новой системе, разработчики явно уделили много внимания для работы с Интернетом. Так же Windows 7 менее уязвима, чем ранние выпуски. На сегодняшний день Windows 7 является самой новой операционной системой. И большинство людей пользуется этой системой. Операционная система не только предоставляет пользователям и программистам удобный интерфейс к аппаратным средствам компьютера, но и является механизмом, распределяющим ресурсы компьютера. Для управления внешними и внутренними устройствами компьютера используются специальные системные программы – драйверы. Драйвер можно рассматривать как программу – посредник, которая позволяет "общаться" вашему компьютеру с каким-либо устройством. Для простоты восприятия драйвер можно даже сравнить с переводчиком, который помогает общаться людям, говорящим на разных языках. Только в нашем случае собеседники это компьютер и устройство. На компьютере обязательно должны быть установлены драйверы на звуковую карту и на видео карту. Проще говоря, на звук и на видео. Если они не установлены, компьютер не сможет проигрывать музыку и показывать фильмы. Также могут возникнуть проблемы с играми, и Вы не сможете настроить монитор на нужную частоту. Для каждого устройства любого компьютера необходим свой драйвер, который позволяет операционной системе управлять этим устройством. Обычно операционные системы (например Windows) уже имеют в своем составе определенный набор драйверов, которые необходимы для базовой комплектации компьютера. К большинству устройств производители пишут свои драйвера и прилагают к устройству на диске. Например, когда вы покупаете принтер, в коробке с ним обязательно должен быть хотя бы один (иногда несколько) диск, содержащий драйвер принтера, инструкцию по эксплуатации и иногда сопроводительное программное обеспечение. 60 Если диск утерян, а устройство отказывается работать без драйвера, можно попробовать найти его в Интернете. В поисковом сайте (например, yandex.ru) наберите "драйвер название и модель устройства скачать". Название и модель устройства обычно написаны на самом устройстве либо на коробке от него. При наличии большого числа программ и данных необходим строгий их учет и систематизация. Операционным системам приходится работать с различными потоками данных, разными аппаратными и периферийными устройствами компьютера. Организовать упорядоченное управление всеми этими объектами позволяет файловая система. Файлы физически реализуются как участки памяти на внешних носителях – магнитных дисках или CD-ROM. Каждый файл занимает некоторое количество блоков дисковой памяти. Обычная длина блока – 512 байт. Обслуживает файлы специальный модуль операционной системы, называемый драйвером файловой системы. Каждый файл имеет имя, зарегистрированное в каталоге – оглавлении файлов. Каталог (иногда называется директорией или папкой) доступен пользователю через командный язык операционной системы. Его можно просматривать, переименовывать зарегистрированные в нем файлы, переносить их содержимое на новое место и удалять. 61 Каталог может иметь собственное имя и храниться в другом каталоге наряду с обычными файлами: так образуются иерархические файловые структуры. Пример такой структуры – на рис. 2.1. Рис. 2.1. Дерево каталогов на диске Что происходит, когда пользователь подает операционной системе команду "открыть файл ...", в которой указано имя файла и имя каталога, в котором размещён этот файл? Для выполнения этой команды драйвер файловой системы обращается к своему справочнику, выясняет, какие блоки диска соответствуют указанному файлу, а затем передает запрос на считывание этих блоков драйверу диска. При выполнении команды "сохранить файл" драйвер файловой системы ищет на диске незанятые блоки, отмечает их, как распределённые для вновь созданного файла, и передаёт драйверу диска запрос на запись в эти блоки данных пользователя. Для выполнения этих функций драйвер файловой системы хранит на диске не только информацию пользователя, но и свою собственную служебную информацию. В служебных областях диска хранится список всех файлов и каталогов, а также различные дополнительные справочные таблицы, служащие для повышения скорости работы драйвера файловой системы. К файловой системе имеет доступ также и любая прикладная программа, для чего во всех языках программирования имеются специальные процедуры. Понятие файла может быть обращено на любой источник или потребитель информации в машине, например, в качестве файла для программы могут выступать принтер, дисплей, клавиатура и др. Структура файловой системы и структура хранения данных на внешних магнитных носителях определяет удобство работы пользователя, скорость доступа к файлам и т.д. 62 В состав операционных систем входят программы для мониторинга и обслуживания компьютера или как еще их называют утилиты. Утилиты предоставляют доступ к возможностям (параметрам, настройкам, установкам), недоступным без их применения, либо делают процесс изменения некоторых параметров проще (автоматизируют его). Большинство утилит оформлены как встроенные служебные программы системы. Они адаптированы к возможностям системы данного типа и используются: для проверки работы диска, его дефрагментации, создания рабочих архивов, для восстановления системы, очистки системы и ее модернизации. В операционной системе Windows почти все они доступны из пункта главного меню: Все программы Стандартные Служебные. |