Лекции по курсу Информатика ДЕ1. Понятие информации. Общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации

Лекции по курсу «Информатика»

ДЕ1. Понятие информации. Общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации

Лекция 1.1. Основные задачи информатики

Место информатики в современном научном знании

В жизни современного человека слово «информация» очень распространено и часто используется в разных контекстах. Информацией обычно называют любые… Фундаментальной чертой цивилизации является рост производства и потребления… Начиная с ХVII в. объем научной информации удваивался, примерно, каждые 20 лет, в настоящее время он удваивается в 5 –…

Предмет и структура информатики

Информатика – это наука, изучающая: - Методы реализации информационных процессов средствами вычислительной… - Состав, структуру, общие принципы функционирования;

Лекция 1.2. Сигналы. Данные. Информация

Понятия данные и информация

Понятию «информация» не возможно дать строгое определение, но можно описать его через проявляемые свойства. Как известно, в материальном мире все физические объекты, окружающие нас,… Сигналы, в свою очередь, могут порождать в физических телах изменения свойств. Это явление называется регистрацией…

Свойства информации

1. Дуализм характеризуется двойственностью информации. С одной стороны, информация объективна в силу объективности данных. С другой стороны –… 2. Полнота информации характеризует степень достаточности данных для принятия… 3. Достоверность – это свойство, характеризующее степень соответствия информации реальному объекту с необходимой…

Понятие количества информации

Важнейшим результатом теории информации является вывод о том, что в определенных, весьма широких условиях, можно, пренебрегая качественными… Количеством информации называют числовую характеристику информации, отражающую… Пример, Дома осенним утром старушка предположила, что могут быть осадки, а могут и не быть, а если будут, то в форме…

Лекция 1.3. Информационный процесс. Основные операции с данными

Общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации

Сбор данных – это деятельность субъекта по накоплению данных с целью обеспечения достаточной полноты. Соединяясь с адекватными методами, данные… Передача данных – это процесс обмена данными. Предполагается, что существует… Хранение данных – это поддерживание данных в форме, постоянно готовой к выдаче их потребителю. Одни и те же данные…

Лекция 1.4. Системы счисления

Понятие системы счисления, как способа представления чисел

Система счисления – принятый способ записи чисел и сопоставления этим записям реальных значений. Все системы можно разделить на два класса: позиционные и непозиционные. Для записи чисел в различных системах счисления используется некоторое количество отличных друг от друга знаков. Число таких знаков в позиционной системе счисления называется основанием системы счисления.

Таблица 1.

Некоторые системы счисления

В позиционной системе счисления число может быть представлено в виде суммы произведения коэффициентов на степени основания системы счисления: AnAn-1An-2…A1A0,A-1A-2…=An*Bn + An-1*Bn-1 + An-2*Bn-2 + … + A1*B1 + A0*B0 + A-1*B-1 + A-2*B-2 + …

Ая, 2-ая, 8-ая и 16-ая системы как примеры позиционных систем

При работе с компьютером приходится параллельно использовать несколько позиционных систем счисления (чаще всего двоичную – т.к. внутреннее представление информации в компьютере является двоичным, десятичную – т.к. мы привыкли к этой системе со школы и шестнадцатеричную – для сокращения записи чисел). Поэтому большое практическое значение имеют процедуры перевода чисел из одной системы счисления в другую. Обратите внимание, что во всех приведенных примерах результат является десятичным числом. Таким образом, представляя число в виде суммы произведений коэффициентов на степени основания, можно перевести число из любой системы счисления в десятичную.

Целая и дробная части десятичного числа переводятся порознь.

Чтобы перевести целую часть числа из десятичной системы счисления в систему с основанием В, необходимо разделить ее на В. Остаток даст младший разряд числа. Полученное при этом частное необходимо вновь разделить на В – остаток даст следующий разряд числа и т.д. Деление производят до тех пор, пока частное от деления не станет меньше основания В. Последнее частное, будет самым старшим разрядом числа.

Примеры: Остаток

25:2=12 (1)

12:2=6 (0)

6:2=3 (0)

3:2=1 (1)

Значения получившихся остатков, взятые в обратной последовательности, образуют искомое двоичное число.

Таким образом, 25₍₁₀₎ = 11001₍₂₎

125₍₁₀₎X₍₈₎ = 175₍₈₎

125:8=15 (5)

15:8=1 (7)

 

1234₍₁₀₎ Х₍₁₆₎ =4DC₍₁₆₎

1234:16=77 (12) С

77:16=4 (13) D

 

Для перевода дробной части ее необходимо умножить на В. Целая часть полученного произведения будет первым (после запятой) знаком. Дробную же часть произведения необходимо вновь умножить на В. Целая часть полученного числа будет следующим знаком после запятой и т.д. до нужного количества знаков после запятой.

Например:

0,73*2=1,46 (целая часть 1),

0,46*2=0,92 (целая часть 0),

0,92*2=1,84 (целая часть 1),

0,84*2=1,68 (целая часть 1) и т.д.

В итоге 0,73₍₁₀₎ = 0,1011…₍₂₎.

С точки зрения изучения принципов представления информации, в компьютере системы счисления представляют большой интерес. Хотя компьютер «знает» только двоичную систему счисления, часто с целью уменьшения количества записываемых на бумаге или вводимых с клавиатуры знаков бывает удобнее пользоваться восьмеричными или шестнадцатеричными числами. С практической точки зрения представляет интерес процедура взаимного преобразования двоичных, восьмеричных и шестнадцатеричных чисел. Для этого используется таблица соответствия чисел в различных системах счисления (Таблица 2).

Таблица 2.

Соответствие чисел в различных системах счисления

Для перевода целого двоичного числа и восьмеричное необходимо разбить его справа налево на группы по 3 цифры (двоичные триады). Самая левая группа… 11011001(2) = 11 011 001(2) = 331(8). Перевод целого двоичного числа в шестнадцатеричное производится аналогично путем разбиения данного числа на группы по…

Арифметические операции над двоичными числами

Над числами, записанными в любой системе счисления можно производить различные арифметические операции. Так, для сложения и умножения двоичных чисел необходимо использовать следующие таблицы:

Таблицы сложения и умножения в двоичной системе

 

+

*

Заметим, что при двоичном сложении 1 + 1 возникает перенос единицы в старший разряд – точь-в-точь как в десятичной арифметике:

1001 1001

+ 11 * 11

=1100 1001

+ 1001

= 11011

Вопросы для самоконтроля

1. Что понимается под системой счисления?

2. Какие системы счисления вы знаете?

3. В чем отличие позиционной системы счисления от непозиционной ?

4. Какие системы счисления используются в вычислительной технике, и в чем заключается преимущество их использования?

5. Что называется основанием системы счисления?

6. Каковы способы перевода чисел из одной системы счисления в другую?

7. Как выглядят таблицы сложения и умножения в двоичной системе счисления?

Лекция 1.5. Единицы представления, измерения и хранения данных

Представление чисел в двоичном коде

Числа могут быть целые точные, дробные точные, рациональные, иррациональные, дробные приближенные, положительные и отрицательные. Числа могут быть… Единого оптимального представления для действительных чисел создать… Целые числа. Целые положительные числа от 0 до 255 можно представить непосредственно в двоичной системе счисления…

Представление символьных и текстовых данных

Рассмотрим, как кодируются символы, элементы текстов, текстовые документы. Символы. Двоичное кодирование символьных данных производится заданием кодовых… Кодовые таблицы разрабатывались в разных странах в разные времена. Поэтому, как правило, в одном языке существуют…

Представление звуковых данных

Звуковой сигнал преобразовать в электрический аналог звука с помощью микрофона. Электрический аналог получается в непрерывной форме и непригоден для…                  …  

Представление графических данных. Понятие растровой и векторной графики

1. Графические объекты создаются как совокупности линий, векторов – называется векторной графикой. 2. Графические объекты формируются в виде множества точек (пикселей) разных… Модель RGB. Чтобы оцифровать цвет, его надо измерить. Немецкий ученый Гросман сформулировал три закона смешения…

Структуры данных

Линейная структура данных (список) – это упорядоченная структура, в которой адрес данного однозначно определяется его номером (индексом). Пример:… В списках, как известно, новый элемент начинается с новой строки. Если… Если элементы списка одной длины, структура называется вектором данных, разделители не требуются. При длине одного…

Хранение данных

- как сохранить данные; - как обеспечить быстрый удобный доступ к ним. В компьютерных технологиях единицей хранения данных является объект переменной длины, называемый файлом. Файл – это…

Лекция 1.6. Понятие о методах сжатия информации

Два типа методов сжатия данных и области их применения

При архивировании и передаче по каналам связи объем информации является основным параметром. Поэтому модели представления дополняются процедурами… Применяются два типа алгоритмов сжатия: сжатие с изменением структуры данных… Вопросы для самоконтроля

Лекция 1.7. Основные этапы развития вычислительной техники

История развития средств ВТ

В 1642 г. Блэз Паскаль изобрел устройство, механически выполняющее сложение чисел, а в 1673 г. Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал арифмометр,… В первой половине XIX в. английский математик Чарльз Бэббидж попытался… К тому времени, потребность в автоматизации вычислений (в том числе и для военных нужд – баллистики, криптографии) уже…

Эволюция ЭВМ

§ ЭВМ 1 поколения. ЭВМ, элементной базой которой являлись лампы. Она обладала малым быстродействием и объемом памяти, неразвитой операционной… § ЭВМ II поколения. ЭВМ, элементной базой которой являются полупроводники.… § ЭВМ III поколения. ЭВМ, характерными признаками которой являются интегральная элементная база, развитая…

Вопросы для самоконтроля

1. Какие ключевые события из истории развития вычислительной техники вам известны?

2. По каким признакам ЭВМ относят к тому или иному поколенияю?

3. Каковы совокупные признаки ЭВМ 1-, 2-, 3-, 4-го поколений?

 

ДЕ2. Аппаратные реализации информационных процессов.

Лекция 2.1. Понятие вычислительной системы

Компьютеры, как системы обработки информации

Изыскание средств и методов механизации и автоматизации работ – ода из основных задач технических дисциплин. Автоматизация работ с данными имеет свои особенности и отличия от автоматизации других типов работ. Для этого класса задач используют особые виды устройств, большинство из которых являются электронными приборами. Совокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки данных, называют вычислительной техникой. Конкретный набор взаимодействующих между собой устройств и программ, предназначенный для обслуживания одного рабочего участка, называют вычислительной системой. Центральным устройством большинства вычислительных систем является компьютер.

 

Представление информации в технических устройствах

В основу любого устройства, предназначенного для преобразования или хранения информации, должен быть положен принцип ее представления, то есть ее физический носитель.

Вычислительные устройства, использующие непрерывную форму представления информации, называются аналоговыми вычислительными машинами (АВМ). Вычислительные устройства, использующие дискретную форму представления, называются цифровыми вычислительными машинами (ЦВМ).

В настоящее время устройства, использующие непрерывный способ представления информации, вытесняются более прогрессивными цифровыми устройствами, даже из таких традиционно «аналоговых» областей, как телевидение и телефония. Развитие вычислительных систем, начавшееся преимущественно с АВМ, постепенно перешло к ЦВМ и к середине 70-гг. прошлого столетия ЦВМ полностью вытеснили АВМ.

АВМ имели блочную структуру, т.е. представляли собой систему связанных между собой базовых элементов. Связи между базовыми элементами, их состав и количество изменялись для каждой задачи. В качестве базового элемента использовался операционный усилитель (рис. 2.1.1.):

	E1

 

U_вх1

>

.U_вых

.

.

	En

U_вхn

Рис. 2.1.1. Операционный усилитель

 

В качестве элементов используются радиоэлектронные компоненты: резисторы, конденсаторы, индуктивности. В зависимости от типов элементов, базовый элемент может производить сложение, интегрирование, дифференцирование и некоторые другие операции над входными напряжениями (U_вх1, …, U_вхn), результат операции снимается в виде выходного напряжения (U_вых).

ЦВМ имеют гораздо более высокую сложность аппаратной и программной реализации. Информация в них имеет определенные границы представления, т.е. точность представления информации конечна. Для расширения границ представления необходимо увеличивать аппаратную часть или увеличивать время обработки. Основными достоинствами ЦВМ являются:

- Гарантированная точность результата, зависящая только от границ представления данных;

- Универсальность – способность обрабатывать данные любыми методами, представляемыми последовательностью простых арифметических и логических операций;

- Возможность реализации большого числа известных численных, математических методов решения задач.

При построении функциональных узлов КС используются элементы, которые реализуют базовую систему логических функций. Одним из таким базовых наборов является набор из трех функций: дизъюнкции (логическое ИЛИ), конъюнкции (логическое И) и отрицание (логическое НЕ). На рис. 2.1.2. показаны условные обозначения и значения выходного сигнала в зависимости от входных сигналов. Ноль изображается на диаграммах низким значением сигнала, а единица – высоким. Используя эти базовые элементы, строятся все функциональные узлы ЦВМ.

 

&

x1 x1

y y x y

x2 x2

 

«логическое ИЛИ» «логическое И» «логическое НЕ»

 

 

Рис. 2.1.2. Базовая система логических элементов цифровых устройств

Функциональные узлы компьютерной системы

Элемент памяти

  & 1 S 0 0 Q 1

Регистры

       

Понятие архитектуры вычислительной системы

            & … x1 y1

Классическая архитектура ЭВМ и принципы фон Неймана

Основы учения об архитектуре вычислительных машин заложил великий американский ученый Джон фон Нейман. Он подключился к созданию первой ламповой ЭВМ ENIAC, когда ее конструкция была уже выбрана. Фон Нейман высказал идею принципиально новой ЭВМ. Вместе со своими коллегами Г. Голдстайном и А. Берксом фон Нейман обосновал использование двоичной системы для представления чисел (раньше все вычислительные машины хранили обрабатываемые числа в десятичном виде). Они продемонстрировали преимущества двоичной системы для технической реализации, удобство и простоту выполнения в ней арифметических и логических операций.

Еще одной, поистине революционной идеей, является предложенный фон Нейманом принцип «хранимой программы». Он первый догадался, что программа может также храниться в виде набора нулей и единиц в той же памяти, что и обрабатываемые числа. Отсутствие принципиальной разницы между программой и данными дало возможность ЭВМ самой формировать для себя программу в соответствии с результатами вычислений.

 

 

 

Рис.2.1.7. Архитектура ЭВМ, построенной на принципах фон Неймана.

Сплошные линии со стрелками указывают направление потоков информации,

пунктирные – управляющих сигналов от процессора к остальным устройствам.

 

Фон Нейман, кроме основополагающих принципов логического устройства ЭВМ, предложил также ее структуру, которая воспроизводилась в течение первых двух поколений ЭВМ. Основными блоками по Нейману являются устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ) (в последствии объединенные в центральный процессор), память, внешняя память, устройства ввода и вывода (рис. 2.1.7).

В данной схеме ЭВМ происходит последовательное считывание команд из памяти и их выполнение. Номер (адрес) очередной ячейки памяти, из которой будет извлечена следующая команда программы, указывается специальным устройством – счетчиком команд в УУ. Его наличие является одним из характерных признаков рассмотренной архитектуры.

Разработанные фон Нейманом основы архитектуры вычислительных устройств оказались настолько фундаментальными, что получили название «фон-неймановской архитектуры».

Архитектуры ВС сосредоточенной обработки информации

Современный компьютер состоит из нескольких функциональных узлов: процессор, память, контроллеры устройств и т.д. Каждый узел представляет собой сложное электронное устройство, в состав которого могут входить миллионы логических элементов.

Уровни представление компьютера:

Цифровой логический уровень – уровень логических схем базовой системы элементов;

Микроархитектурный уровень – уровень организации обработки информации внутри функционального узла. Сюда относятся регистры различного назначения, устройство обработки поступающих команд, устройство преобразования данных, устройство управления;

Командный уровень - набор функциональных узлов и связи между ними, система команд и данных, передаваемых между устройствами.

 

Архитектуры с фиксированным набором устройств

                АЛУ и регистры ввода/вывода     …  

Вычислительные системы с открытой архитектурой

Архитектура компьютера открытого типа, основанная на использовании общей шины, приведена на рис. 2.1.9. Общее управление всей системой осуществляет центральный процессор. Он…    

Лекция 2.2. Состав и назначение основных элементов персонального компьютера

Центральный процессор

· Полная система команд переменной длины – Complex Instruction Set Computer (CISC); · Сокращенный набор команд фиксированной длины – Reduced Instruction Set… Весь ряд процессоров фирмы Intel, устанавливаемых в ПК IBM имеют архитектуру CISC, а процессоры Motorola, используемые…

Внутренние шины

Шина адреса предназначена для передачи адреса ячейки памяти или порта ввода-вывода. Ширина шины адреса определяет максимальное количество ячеек,… Шина данных предназначена для передачи команд и данных, и ее ширина во многом… Шина управления включает в себя все линии, которые обеспечивают работу общей шины. Ее ширина зависит от типа шины и…

Внешние запоминающие устройства

Магнитные диски используют магнитные материалы со специальными свойствами, позволяющими фиксировать два состояния. Информация на магнитные диски… Физическая структура диска определяется количеством дорожек и числом секторов… Кроме физической структуры диска, говорят еще о логической структуре. Логическая структура определяется файловой…

Накопители на оптических дисках

В середине 90-х гг. появились устройства, устанавливаемые непосредственно на компьютере и позволяющие производить однократную запись информации на… Позднее появились компакт-диски с возможностью перезаписи – CD-ReWritable… Дальнейшее развитие технологии производства компакт-дисков привело к созданию дисков с высокой плотностью записи –…

Видеотерминалы

Для ПК используются мониторы следующих типов: - На основе электроннолучевой трубки (ЭЛТ); - На основе жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ, LCD – Liguid Crystal Display);

Устройства ввода информации

Среди современных типов клавиатур можно отметить беспроводную, в которой передача информации в компьютер происходит с помощью датчика инфракрасного… Клавиатурный процессор, который обрабатывает сигналы от клавиатуры, определяет… Манипулятор типа «мышь». В качестве дополнительных устройств для ручного ввода информации наиболее широко используются…

Устройства печати

Печатающие устройства (принтеры) предназначены для вывода информации на бумагу. Все принтеры могут выводить текстовую информацию, многие из них… Основной характеристикой принтера, определяющей качество бумажного документа,… Еще одной важной характеристикой является производительность принтера, которая измеряется количеством страниц,…

Сканеры.

Важной характеристикой сканеров является разрешающая способность, измеряющаяся количеством различаемых точек на дюйм изображения, и составляет от 75… Увеличение разрешения резко увеличивает размер файла. Конструктивно сканеры делятся на три типа: ручные, планшетные и роликовые. Ручные сканеры имеют малые габариты и…

ДЕ3. Программные средства реализации информационных процессов

Лекция 3.1. Классификация программного обеспечения

Программы — это упорядоченные последовательности команд. Конечная цель любой компьютерной программы — управление аппаратными средствами. Даже если на первый взгляд программа никак не взаимодействует с оборудованием, не требует никакого ввода данных с помощью устройств ввода и не осуществляет вывод данных на устрой­ства вывода, все равно ее работа основана на управлении аппаратными устройствами компьютера.

Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и в непрерывном взаимодействии.

Состав программного обеспечения вычислительной системы называют программ­ной конфигурацией. Между программами, как и между физическими узлами и бло­ками существует взаимосвязь — многие программы работают, опираясь на другие программы более низкого уровня, то есть, мы можем говорить о межпрограммном интерфейсе. Возможность существования такого интерфейса тоже основана на суще­ствовании технических условий и протоколов взаимодействия, а на практике он обеспечивается распределением программного обеспечения на несколько взаимо­действующих между собой уровней. Уровни программного обеспечения представ­ляют собой пирамидальную конструкцию. Каждый следующий уровень опирается на программное обеспечение предшествующих уровней. Такое членение удобно для всех этапов работы с вычислительной системой, начиная с установки программ до практической эксплуатации и технического обслуживания. Обратите внимание на то, что каждый вышележащий уровень повышает функциональность всей системы. Так, например, вычислительная система спрограммным обеспечением базового уровня не способна выполнять большинство функций, но позволяет установить системное программное обеспечение.

 

Системное программное обеспечение компьютера

От программного обеспечения этого уровня во многом зависят эксплуатационные показатели всей вычислительной системы в целом. Так, например, при… Другой класс программ системного уровня отвечает за взаимодействие с… Совокупность программного обеспечения системного уровня образует ядро операци­онной системы компьютера. Если компьютер…

Операционная система. Назначение и основные функции ОС.

Особое место среди программных средств всех типов занимают ОС, являясь ядром программного обеспечения. ОС - комплекс программ, обеспечивающих: управление ресурсами, т.е.… ОС наиболее машинно-зависимый вид программного обеспечения, ориентированный на конкретные модели компьютеров,…

Эволюция ОС

2. Однопользовательские и многозадачные - обеспечивают постановку заданий в очередь на выполнение, параллельное выполнение заданий, разделение… При многозадачном режиме: в оперативной памяти находится несколько… · время работы процессора разделяется между программами, находящимися в ОП и готовыми к обслуживанию процессором; …

Пользовательские интерфейсы

Графические операционные системы реализуют более сложный тип интерфейса, в котором в качестве органа управления кроме клавиатуры может… В качестве активного элемента управления выступает указатель мыши –… В качестве пассивных элементов управления выступают графические элементы управления приложений (экранные кнопки,…

Лекция 3.2. ОС Windows

Разрядная архитектура

Большинство программ для ОС MS DOS относилось к 16-разрядным программам, которые использовали реальный режим работы микропроцессора. Реальный режим… ОС Windows полностью обеспечивает работу 32-разрядных программ, причем она… 32-разрядные программы занимают больше оперативной и дисковой памяти, чем 16-разрядные. Но это компенсируется,…

Графический пользовательский интерфейс

Пользовательский интерфейс Windows использует графический режим видеомонитора. Основу нового графического интерфейса пользователя составляет хорошо продуманная система окон, располагающаяся на экране монитора и включающая множество разнородных графических объектов для управления работой компьютера. Тем самым реализуется идея создания электронного рабочего стола пользователя, на котором размещаются электронные документы. Принятая концепция графического пользовательского интерфейса характерна для всех программных продуктов под Windows . Это обеспечивает комфортную среду работы пользователя (более подробно этот вопрос мы рассмотрим позже).

 

Подключение новых периферийных устройств по технологии Plug and Play

В среде Windows эта задача решается достаточно просто. Система самостоятельно создает и изменяет файлы конфигурации, распознает конкретное… Дополнительное устройство подключается специальными программами – мастерами,…  

Совместимость с ранее созданным программным обеспечением

Под совместимостью с ПО понимают способность ОС исполнять программные продукты, созданные в др. ОС. В большинстве случаев ОС Windows обеспечивает такую совместимость на IBM – подобных компьютерах не только для программ ранних версий, но и для программ операционной системы MS-DOS.

 

Наличие коммуникационных программных средств

Сетевые средства ОС Windows позволяют: · Обеспечить передачу данных между двумя соединенными кабелями компьютерами с… · Организовать электронную почту в локальной и глобальной сети с помощью программы Microsoft Exchange;

Интеграция с глобальной сетью Интернет

Разработчики ОС Windows в последующих версиях (начиная с версии Windows 98) особое внимание уделили развитию ее коммуникационных возможностей. Наиболее ярким внешним новшеством по сравнению с предыдущей версией явилась интеграция ОС с обозревателем Internet Explorer 4.0, предназначенным для просмотра Web-страниц в сети Интернет. Интерфейс пользователя Windows можно настроить на работу в Интернет. В этом случае рабочий стол принимает вид Web-страницы, а ярлыки действуют как Web-ссылки, которые могут указывать не только на файлы компьютера, но и на данные в сети Интернет. Подобный интерфейс является дополнением к традиционному интерфейсу Windows.

В число программ, реализующих интеграцию с Интернет, входят: программа Подключения к Интернет, программа электронной почты Outlook Express, программа организации телеконференций и телефонных разговоров по цифровым каналам NetMeeting, редактор Web-страниц Front Page Express.

 

Повышение надежности и качества управления

Появилась возможность поддержки нескольких мониторов для расширения рабочего стола, выполнение разных программ на разных мониторах, а также… Работа с Windows облегчается за счет таких средств управления, как запуск… Компьютер, оснащенный операционной системой Windows, может работать круглосуточно, выполняя многие функции…

Повышение надежности

Система Windows 98 и последующие версии более производительны по сравнению с предшествующими операционными системами (включая Windows 95). Это обеспечивается благодаря тому, что файловая система FAT-32 позволяет более рационально по сравнению с системой FAT-16 использовать диски. На дисках FAT-32 формируются кластеры меньших размеров, чем на дисках FAT-16, в результате чего повышается эффективность использования диска. В состав Windows 98 (и последующих версий) включена специальная программа, которая позволяет быстро и безопасно преобразовать на диске файловую систему FAT-16 в файловую систему FAT-32.

Лекция 3.3. Обслуживание файловой структуры

Функции ОС по обслуживанию файловой структуры

Несмотря на то, что данные о местоположении файлов хранятся в табличной структуре, пользователю они представляются в виде иерархической структуры. Все необходимые преобразования берет на себя операционная система. К функции обслуживания файловой структуры относятся следующие операции, происходящие под управлением операционной системы:

• Создание файлов и присвоение им имен;
• Создание каталогов (папок) и присвоение им имен;
• Переименование файлов и каталогов (папок);
• Копирование и перемещение файлов между дисками компьютера и между каталогами (папками) одного диска;
• Удаление файлов и каталогов;
• Навигация по файловой структуре с целью доступа к заданному файлу, каталогу (папке);
• Управление атрибутами файлов.

 

Создание и именование файлов

По способам именования файлов различают «короткое» и «длинное» имя. До появления ОС Windows 95 общепринятым способом именования файлов на… На имя отводится 8 символов, а на его расширение – 3 символа. Имя от… Основным недостатком «коротких» имен является их низкая содержательность. Далеко не всегда удается выразить…

Особенности Windows

3. Если «длинное» имя файла включает пробелы, то в служебных операциях его надо заключать в кавычки. Рекомендуется не использовать пробелы, а… 4. В корневой папке диска (на верхнем уровне иерархической файловой… 5. Кроме ограничения на длину имени файла (256 символов) существует гораздо более жесткое ограничение на длину…

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое операционная система?

2. Перечислите основные функции операционной системы.

3. Расскажите о видах интерфейса пользователя в разных операционных системах.

4. Перечислите функции операционной системы по обслуживанию файловой структуры.

5. Объясните правила, по которым формируются короткое имя файла и длинное имя файла.

Лекция 3.4. Служебное программное обеспечение

Общая характеристика программ служебного уровня

В разработке и эксплуатации служебных программ существует два альтернативных направления: интеграция с операционной системой и автономное…

Классификация служебного программного обеспечения

Диспетчеры файлов (файловые менеджеры). С помощью программ данного класса выполняется большинство операций, связанных с обслуживанием файловой струк­туры: копирование, перемещение и переименование файлов, создание каталогов (папок), удаление файлов и каталогов, поиск файлов и навигация в файловой струк­туре. Базовые программные средства, предназначенные для этой цели, обычно входят в состав программ системного уровня и устанавливаются вместе с операционной системой (Например, программа «Проводник»). Для повышения удобства работы с компьютером большинство пользователей устанавливают дополнительные служебные программы.

Средства сжатия данных (архиваторы)- предназначены для создания архивов. Архивирование данных упрощает их хранение за счет того, что большие группы файлов и каталогов сводятся в один архивный файл. При этом повышается и эффек­тивность использования носителя за счет того, что архивные файлы обычно имеют повышенную плотность записи информации. Архиваторы часто используют для создания резервных копий ценных данных.

Средства просмотра и воспроизведения. Обычно для работы с файлами данных необходимо загрузить их в “родительскую” прикладную систему, с помощью которой они были созданы. Это дает возможность просматривать документы и вносить в них изменения. Но в тех случаях, когда требуется только просмотр без редактирова­ния, удобно использовать более простые и более универсальные средства, позволяю­щие просматривать документы разных типов.

В тех случаях, когда речь идет о звукозаписи или видеозаписи, вместо термина просмотр применяют термин воспроизведение документов.

Средства диагностики. Предназначены для автоматизации процессов диагностики программного и аппаратного обеспечения. Они выполняют необходимые проверки и выдают собранную информацию в удобном и наглядном виде. Их используют не только для устранения неполадок, но и для оптимизации работы компьютерной системы.

Средства контроля (мониторинги). Программные средства контроля иногда назы­вают мониторинг. Они позволяют следить за процессами, происходящими в компью­терной системе. При этом возможны два подхода: наблюдение в реальном режиме времени или контроль с записью результатов в специальном протокольном файле. Первый подход обычно используют при изыскании путей для оптимизации работы вычислительной системы и повышения ее эффективности. Второй подход используют в тех случаях, когда мониторинг выполняется автоматически и (или) дистанционно. В последнем случае результаты мониторинга можно передать удаленной службе технической поддержки для установления причин конфликтов в работе программ­ного и аппаратного обеспечения.

Средства мониторинга, работающие в режиме реального времени, особенно полезны для практического изучения приемов работы с компьютером, поскольку позволяют наглядно отображать те процессы, которые обычно скрыты от глаз пользователя.

Мониторы установки. Программы этой категории предназначены для контроля за установкой программного обеспечения. Необходимость в данном программном обеспечении связана с тем, что между различными категориями программного обеспе­чения могут устанавливаться связи. Вертикальные связи (между уровнями) являются необходимым условием функционирования всех компьютеров. Горизонтальные связи (внутри уровней) характерны для компьютеров, работающих с операцион­ными системами, поддерживающими принцип совместного использования одних и тех же ресурсов разными программными средствами. И в тех и в других случаях при установке или удалении программного обеспечения могут происходить нару­шения работоспособности прочих программ.

Мониторы установки следят за состоянием и изменением окружающей программ­ной среды, отслеживают и протоколируют образование новых связей и позволяют восстанавливать связи, утраченные в результате удаления ранее установленных программ.

Простейшие средства управления установкой и удалением программ обычно входят в состав операционной системы и размещаются на системном уровне программного обеспечения, однако они редко бывают достаточны. Поэтому в вычислительных системах, требующих повышенной надежности, используют дополнительные слу­жебные программы.

Средства коммуникации (коммуникационные программы). С появлением электрон­ной связи и компьютерных сетей программы этого класса приобрели очень большое значение. Они позволяют устанавливать соединения с удаленными компьютерами, обслуживают передачу сообщений электронной почты, работу с телеконференциями (группами новостей), обеспечивают пересылку факсимильных сообщений и выпол­няют множество других операций в компьютерных сетях.

Средства обеспечения компьютерной безопасности. К этой весьма широкой катего­рии относятся средства пассивной и активной защиты данных от повреждения, а также средства защиты от несанкционированного доступа, просмотра и изменения данных.

В качестве средств пассивной защиты, используют служебные программы, пред­назначенные для резервного копирования. Нередко они обладают и базовыми свой­ствами диспетчеров архивов (архиваторов). В качестве средств активной защиты применяют антивирусное программное обеспечение. Для защиты данных от несанк­ционированного доступа, их просмотра и изменения служат специальные системы, основанные на криптографии.

Лекция 3.5. Прикладное программное обеспечение

Классификация прикладного программного обеспечения

 

Текстовые редакторы. Основные функции этого класса прикладных программ заключаются в вводе и редактировании текстовых данных. Дополнительные функ­ции состоят в автоматизации процессов ввода и редактирования. Для операций ввода, вывода и сохранения данных, текстовые редакторы вызывают и используют системное программное обеспечение. Это характерно и для всех прочих видов прикладных программ.

Текстовые процессоры. Основное отличие текстовых процессоров от текстовых редакторов в том, что они позволяют не только вводить и редактировать текст, но и форматировать его, то есть оформлять. Соответственно, к основным средствам текстовых процессоров относятся средства обеспечения взаимодействия текста, графики, таблиц и других объектов, составляющих итоговый документ, а к дополни­тельным — средства автоматизации процесса форматирования.

Современный стиль работы с документами подразумевает два альтернативных подхода — работу с бумажными документами и работу с электронными документами (по безбумажной технологии). Поэтому, говоря о форматировании документов средствами текстовых процессоров, надо иметь в виду два принципиально разных направления - форматирование документов, предназначенных для печати, и форма­тирование электронных документов, предназначенных для отображения на экране. Приемы и методы в этих случаях существенно различаются. Соответственно, раз­личаются и текстовые процессоры, хотя многие из них успешно сочетают оба под­хода.

Графические редакторы. Это обширный класс программ, предназначенных для создания и (или) обработки графических изображений. В данном классе различают следующие категории: растровые редакторы, векторные редакторы и программные средства для создания и обработки трехмерной графики (ЗВ - редакторы).

Растровые редакторы применяют в тех случаях, когда графический объект пред­ставлен в виде комбинации точек, образующих растр и обладающих свойствами яркости и цвета. Такой подход эффективен в тех случаях, когда графическое изобра­жение имеет много полутонов и информация о цвете элементов, составляющих объект, важнее, чем информация об их форме. Это характерно для фотографических и полиграфических изображений. Растровые редакторы широко применяются для обработки изображений, их ретуши, создания фотоэффектов и художественных композиций (коллажей).

Возможности создания новых изображений средствами растровых редакторов огра­ничены и не всегда удобны. В большинстве случаев художники предпочитают пользо­ваться традиционными инструментами, после чего вводить рисунок в компьютер с помощью специальных аппаратных средств (сканеров) и завершать работу с помощью растрового редактора путем применения спецэффектов.

Векторные редакторы отличаются от растровых способом представления данных об изображении. Элементарным объектом векторного изображения является не точка, а линия. Такой подход характерен для чертежно-графических работ, в которых форма линий имеет большее значение, чем информация о цвете отдельных точек, составляющих ее. В векторных редакторах каждая линия рассматривается как матема­тическая кривая третьего порядка и, соответственно, представляется не комбинацией точек, а математической формулой (в компьютере хранятся числовые коэффициенты этой формулы). Такое представление намного компактнее, чем растровое, соответ­ственно данные занимают много меньше места, однако построение любого объекта выполняется не простым отображением точек на экране, а сопровождается непрерыв­ным пересчетом параметров кривой в координаты экранного или печатного изобра­жения. Соответственно, работа с векторной графикой требует более производитель­ных вычислительных систем.

Из элементарных объектов (линий) создаются простейшие геометрические объекты (примитивы) из которых, в свою очередь, составляются законченные композиции. Художественная иллюстрация, выполненная средствами векторной графики, может содержать десятки тысяч простейших объектов, взаимодействующих друг с другом.

Векторные редакторы удобны для создания изображений, но практически не исполь­зуются для обработки готовых рисунков. Они нашли широкое применение в реклам­ном бизнесе, их применяют для оформления обложек полиграфических изданий и всюду, где стиль художественной работы близок к чертежному.

Редакторы трехмерной графики используют для создания трехмерных композиций. Они имеют две характерные особенности. Во-первых, они позволяют гибко управ­лять взаимодействием свойств поверхности изображаемых объектов со свойствами источников освещения и, во-вторых, позволяют создавать трехмерную анимацию. Поэтому редакторы трехмерной графики нередко называют также ЗВ-аниматорами.

Системы управления базами данных. Базами данных называют огромные массивы данных, организованных в табличные структуры. Основными функциями систем управления базами данных являются:

· создание пустой (незаполненной) структуры базы данных;

· предоставление средств ее заполнения или импорта данных из таблиц другой базы;

· обеспечение возможности доступа к данным, а также предоставление средств поиска и фильтрации.

Многие системы управления базами данных дополнительно предоставляют воз­можности проведения простейшего анализа данных и их обработки. В результате возможно создание новых таблиц баз данных на основе имеющихся. В связи с широким распространением сетевых технологий к современным системам управ­ления базами данных предъявляется также требование возможности работы с уда­ленными и распределенными ресурсами, находящимися на серверах всемирной компьютерной сети.

Электронные таблицы. Электронные таблицы предоставляют комплексные сред­ства для хранения различных типов данных и их обработки. В некоторой степени они аналогичны системам управления базами данных, но основной акцент смещен не на хранение массивов данных и обеспечение к ним доступа, а на преобразова­ние данных, причем в соответствии с их внутренним содержанием.

В отличие от баз данных, которые обычно содержат широкий спектр типов данных (от числовых и текстовых до мультимедийных), для электронных таблиц характерна повышенная сосредоточенность на числовых данных. Зато электронные таблицы предоставляют более широкий спектр методов для работы с данными числового типа.

Основное свойство электронных таблиц состоит в том, что при изменении содержа­ния любых ячеек таблицы может происходить автоматическое изменение содер­жания во всех прочих ячейках, связанных с измененными соотношением, заданным математическими или логическими выражениями (формулами). Простота и удобство работы с электронными таблицами снискали им широкое применение в сфере бухгал­терского учета, в качестве универсальных инструментов анализа финансовых, сырье­вых и товарных рынков, доступных средств обработки результатов технических испы­таний, то есть всюду, где необходимо автоматизировать регулярно повторяющиеся вычисления достаточно больших объемов числовых данных.

Системы автоматизированного проектирования ( CAD-системы) - предназначены для автоматизации проектно-конструкторских работ. Применяются в машинострое­нии, приборостроении, архитектуре. Кроме чертежно-графических работ эти сис­темы позволяют проводить простейшие расчеты (например, расчеты прочности деталей) и выбор готовых конструктивных элементов из обширных баз данных.

Отличительная особенность CAD-систем состоит в автоматическом обеспечении на всех этапах проектирования технических условий, норм и правил, что освобождает конструктора (или архитектора) от работ нетворческого характера. Например, в машиностроении CAD-системы способны на базе сборочного чертежа изделия авто­матически выполнить рабочие чертежи деталей, подготовить необходимую техноло­гическую документацию с указанием последовательности переходов механической обработки, назначить необходимые инструменты, станочные и контрольные приспо­собления, а также подготовить управляющие программы для станков с числовым программным управлением (ЧПУ), промышленных роботов и гибких автоматизиро­ванных линий. Сегодня системы автоматизированного проектирования являются необходимым компонентом, без которого теряется эффективность реализации гиб­ких производственных систем (ГПС) и автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП).

Настольные издательские системы. Назначение программ этого класса состоит в автоматизации процесса верстки полиграфических изданий. Этот класс программ­ного обеспечения занимает промежуточное положение между текстовыми процессо­рами и системами автоматизированного проектирования.

Теоретически текстовые процессоры предоставляют средства для внедрения в тек­стовый документ объектов другой природы, например объектов векторной и растро­вой графики, а также позволяют управлять взаимодействием между параметрами текста и параметрами внедренных объектов. Однако на практике для изготовления полиграфической продукции эти средства либо функционально недостаточны с точки зрения требований полиграфии, либо недостаточно удобны для производи­тельной работы. От текстовых процессоров настольные издательские системы отличаются расширен­ными средствами управления взаимодействием текста с параметрами страницы и с графическими объектами. С другой стороны, они отличаются пониженными функ­циональными возможностями по автоматизации ввода и редактирования текста. Типичный прием использования настольных издательских систем состоит в том, что их применяют к документам, прошедшим предварительную обработку в тексто­вых процессорах и графических редакторах.

Экспертные системы. Предназначены для анализа данных, содержащихся в базах знаний, и выдачи рекомендаций по запросу пользователя. Такие системы применяют в тех случаях, когда исходные данные хорошо формализуются, но для принятия реше­ния требуются обширные специальные знания. Характерными областями исполь­зования экспертных систем являются юриспруденция, медицина, фармакология, химия. По совокупности признаков заболевания медицинские экспертные системы помогают установить диагноз и назначить лекарства, дозировку и программу лечеб­ного курса. По совокупности признаков события юридические экспертные системы могут дать правовую оценку и предложить порядок действий, как для обвиняющей стороны, так и для защищающейся.

Характерной особенностью экспертных систем является их способность к саморазви­тию. Исходные данные хранятся в базе знаний в виде фактов, между которыми с помощью специалистов-экспертов устанавливается определенная система отно­шений. Если на этапе тестирования экспертной системы устанавливается, что она дает некорректные рекомендации и заключения по конкретным вопросам или не может дать их вообще, это означает либо отсутствие важных фактов в ее базе, либо нарушения в логической системе отношений. И том и в другом случае экспертная система сама может сгенерировать достаточный набор запросов к эксперту и авто­матически повысить свое качество.

С использованием экспертных систем связана особая область научно-технической деятельности, называемая инженерией знаний. Инженеры знаний — это специалисты особой квалификации, выступающие в качестве промежуточного звена между раз­работчиками экспертной системы (программистами) и ведущими специалистами в конкретных областях науки и техники (экспертами).

Редакторы HTML (Web-редакторы). Это особый класс редакторов, объединяющих в себе свойства текстовых и графических редакторов. Они предназначены для созда­ния и редактирования, так называемых Web-документов (Web-страниц Интернета). Web-документы — это электронные документы, при подготовке которых следует учи­тывать ряд особенностей, связанных с приемом/передачей информации в Интернете.

Теоретически для создания Web-документов можно использовать обычные тексто­вые редакторы и процессоры, а также некоторые из графических редакторов вектор­ной графики, но Web-редакторы обладают рядом полезных функций, повышающих производительность труда Web-дизайнеров. Программы этого класса можно также эффективно использовать для подготовки электронных документов и мультимедийных изданий.

Броузеры (обозреватели, средства просмотра Web). К этой категории относятся программные средства, предназначенные для просмотра электронных документов, выполненных в формате HTML (документы этого формата используются в качестве Web-документов). Современные броузеры воспроизводят не только текст и графику. Они могут воспроизводить музыку, человеческую речь, обеспечивать прослушивание радиопередач в Интернете, просмотр видеоконференций, работу со службами элект­ронной почты, с системой телеконференций (групп новостей) и многое другое.

Интегрированные системы делопроизводства. Представляют собой программные средства автоматизации рабочего места руководителя. К основным функциям подоб­ных систем относятся функции создания, редактирования и форматирования простей­ших документов, централизация функций электронной почты, факсимильной и телефонной связи, диспетчеризация и мониторинг документооборота предприятия, координация деятельности подразделений, оптимизация административно-хозяй­ственной деятельности и поставка по запросу оперативной и справочной инфор­мации.

Бухгалтерские системы. Это специализированные системы, сочетающие в себе функции текстовых и табличных редакторов, электронных таблиц и систем управле­ния базами данных. Предназначены для автоматизации подготовки первичных бухгалтерских документов предприятия и их учета, для ведения счетов плана бух­галтерского учета, а также для автоматической подготовки регулярных отчетов по итогам производственной, хозяйственной и финансовой деятельности в форме, принятой для предоставления в налоговые органы, внебюджетные фонды и органы статистического учета. Несмотря на то что теоретически все функции, характерные для бухгалтерских систем, можно исполнять и другими вышеперечисленными программными средствами, использование бухгалтерских систем удобно благодаря интеграции разных средств в одной системе.

При решении о внедрении на предприятии автоматизированной системы бухгал­терского учета необходимо учитывать необходимость наличия в ней средств адап­тации при изменении нормативно-правовой базы. В связи с тем, что в данной области нормативно-правовая база в России отличается крайней нестабильностью и подвер­жена частым изменениям, возможность гибкой перенастройки системы является обязательной функцией, хотя это требует от пользователей системы повышенной квалификации.

Финансовые аналитические системы. Программы этого класса используются в банковских и биржевых структурах. Они позволяют контролировать и прогнозиро­вать ситуацию на финансовых, товарных и сырьевых рынках, производить анализ текущих событий, готовить сводки и отчеты.

Геоинформационные системы (ГИС). Предназначены для автоматизации картогра­фических и геодезических работ на основе информации, полученной топографиче­скими или аэрокосмическими методами.

Системы видеомонтажа. Предназначены для цифровой обработки видеоматериалов, их монтажа, создания видеоэффектов, устранения дефектов, наложения звука, титров и субтитров.

Отдельные категории прикладных программных средств, обладающие своими раз­витыми внутренними системами классификации, представляют обучающие, разви­вающее, справочные и развлекательные системы и программы. Характерной особен­ностью этих классов программного обеспечения являются повышенные требования к мультимедийной составляющей (использование музыкальных композиций, средств графической анимации и видеоматериалов).

Понятие об информационном и математическом обеспечении

Вычислительных систем

Рассмотрим, например, систему автоматической проверки орфографии в редакти­руемом тексте. Ее работа заключается в том, что лексические единицы… В специализированных компьютерных системах (бортовых компьютерах автомоби­лей,… Вопросы для самоконтроля

Лекция 3.6. Программное обеспечение обработки текстовых данных

Типы программ для подготовки текстовых документов

Многообразие программных продуктов, предназначенных для создания и оформления текстовых документов можно условно разбить на текстовые редакторы и текстовые процессоры.

Текстовые редакторы

Текстовые редакторы обеспечивают основные возможности по подготовке небольших и несложных документов. Сюда входят следующие простые операции: … А также более сложные операции по работе с блоками (фрагментами) текста: … Большинство текстовых редакторов ориентированы на работу с чисто текстовыми файлами, среди которых могут быть тексты…

Текстовые процессоры

Текстовые процессоры – общее название программных средств, предназначенных для создания, редактирования и форматирования простых и комплексных текстовых документов. В настоящее время в России наибольшее распространение имеет текстовый процессор Microsoft Word.

Основные версии текстового процессора MS Word

Основным преимуществом текстового процессора Word 5.0, отличающим эту программу от конкурентных продуктов, была возможность встраивания в текст… Принцип соответствия экранного изображения печатному (WYSIWYG) впервые был… Следующая версия называлась Microsoft Word 95 (Word 7.0), ориентированная на графическую ОС Windows 95. Основным…

Текстовый процессор MS Word 2000

Рабочее окно процессора MS Word 2000

Основные элементы управления рабочего окна процессора: строка меню, панель инструментов, рабочее поле и строка состояния, включающая индикаторы. Начиная с процессора MS Word 2000, панель инструментов является настраиваемой.

 

Режимы отображения документов

В режиме web – документа экранное представление не совпадает с печатным. Это характерно для электронных публикаций в Word Wide Web (всемирная… В режиме разметки экранное представление документа может полностью… В режиме структуры документ отображается с утрированным выделением его структуры. Режим полезен в тех случаях, когда…

Специальные средства ввода текста

Средства отмены и возврата действий. Все операции ввода, редактирования и форматирования текста протоколируются текстовым процессором, и потому… Расширенный буфер обмена. При компиляции документа путем использования… Автотекст. Автотекст - это режим автоматического ввода фрагментов текста. Он представлен двумя функциями:…

Специальные средства редактирования текста

Режимы вставки и замены символов. Текстовый процессор предоставляет воз­можность выбора между двумя режимами редактирования текста: режимом вставки… Текущий режим правки текста индицируется на экране индикатором Замена. В… Если установлены флажки Режим замены и Использовать клавишу INS для вставки, правка осуществляется в режиме замены…

Форматирование текста

Форматирование текста осуществляется средствами меню Формат или панели Форматирование. Основные приемы форматирования включают:

• выбор и изменение гарнитуры шрифта;

• управление размером шрифта;

• управление начертанием и цветом шрифта;

• управление методом выравнивания;

• создание маркированных и нумерованных списков (в том числе многоуровневых);

• управление параметрами абзаца.

 

Характеристика основных шрифтов Windows

Под размером шрифта понимается его вертикальный размер, который измеряется в пунктах. Один пункт равен 1/72 дюйма – примерно 0,353 мм. Шрифт… При выборе гарнитуры шрифта следует иметь в виду, что существует две категории… Шрифты, не имеющие засечек, рекомендуется использовать для заголовков в тех­нических текстах, а также для оформления…

Лекция 3.7. Электронные таблицы

Основные понятия

История появления и развития ЭТ

Новый существенный шаг в развитии ЭТ- появление в 1982г. на рынке программных средств Lotus 1-2-3, разработанных для компьютеров типа IBM. Lotus –… Следующий шаг появление в 1987 г. ТП Excel фирмы Microsoft. Программа… Имеющиеся сегодня на рынке ТП способны работать в широком круге экономических приложений и могут удовлетворить…

Строки, столбцы, ячейки и их адреса

Максимальное количество строк и столбцов определяется особенностями используемой программы и объёмом памяти компьютера. Современные программы дают… Применение ЭТ упрощает работу с данными и позволяет получать результаты без… 1) проведения однотипных расчетов над большим набором данных;

Указание блока ячеек

Блок ячеек – группа последовательных ячеек. Блок ячеек может состоять из одной ячейки, строки, столбца (или его части), а также последовательности… Пример: Адрес ячейки, образованной на пересечении столбца B и строки 3 ,будет выражаться ссылкой B3;

Типы входных данных

Текстовые данные имеют описательный характер. Они могут включать в себя алфавитные, числовые и специальные символы. Числовые данные не могут содержать алфавитных и специальных символов, т.к. с… Даты являются особым типом входных данных. Этот тип данных обеспечивает выполнение таких функций, как добавление к…

Наиболее часто встречающиеся функции

СРЗНАЧ (Список) – статистическая функция. Определяет среднее арифметическое значение всех перечисленных в Списке величин. ЕСЛИ (Лог_выражение;Истина;Ложь)- логическая функция, проверяющая на… В Excel встроены более 300 функций. Использовать их позволяет мастер функций. Все функции в мастере разбиты на…

Буфер промежуточного хранения

Важной особенностью многих ЭТ является буфер промежуточного хранения. Буфер используется при выполнении команд копирования и перемещения для временного хранения копируемых или перемещаемых данных, после которого они направляются по новому адресу. При удалении данных они также помещаются в буфер. Содержимое буфера сохраняется до тех пор, пока в него не будет записана новая порция данных.

 

Буфер промежуточного хранения – область оперативной памяти, предоставляемая в распоряжении пользователя, при помощи которой он может перенести данные из одной части таблицы в другую, из одного окна (таблицы) в другое или из одного приложения Windows в другое.

Относительная и абсолютная адресация

Абсолютная ссылка - это не изменяющийся при копировании формулы адрес ячейки, содержащей исходное данное. Для указания абсолютной адресации вводится… Полная абсолютная ссылка указывается, если при копировании или перемещении… Частичная абсолютная ссылка указывается, если при копировании или перемещении не меняется номер строки или именование…

Правило относительной ориентации клетки

Формула, где в качестве операнда используются ссылки ячеек, воспринимается системой как шаблон, а ссылки ячеек в таком шаблоне - как средство указания на место положение ячеек с операндами относительно ячейки с формулой.

Рассмотрим правило относительной ориентации клетки на примере:

Клетка со ссылкой С2 содержит формулу - шаблон сложения двух чисел, находящихся в ячейках А1 и В4. Эти ссылки являются относительными и отражают ситуацию расположения исходных данных в ячейках А1 и В4 и результаты вычисления по формуле в ячейке С2. По правилу относительной ориентации клеток ссылки исходных данных воспринимаются системой не сами по себе, а так, как они расположены относительно клетки С2 ссылка А1 указывает на клетку, которая смещена относительно клетки С2 на одну клетку вверх и на две клетки влево; ссылка В4 указывает на клетку, которая смещена относительно клетки С2 на две клетки вниз и одну клетку влево.

 

Копирование формул

Исходная формула, подлежащая копированию или перемещению, воспринимается как некий шаблон, где указывается местоположение входных данных… Копируемую формулу назовем формулой - оригиналом. Скопированную формулу -…  

Перемещение формул

  До перемещения     A B C     …

Технология работы с электронными таблицами

Хотя работа в каждой ЭТ имеет свои особенности, можно говорить о некоторой обобщенной (усредненной) технологии работы с ней. Изобразим технологию работы в виде схемы (рис. 3.7.1).

На этапе 1 формируется структура таблицы. Структура включает: определение заголовка таблицы, названий строк и столбцов, а также ввод в ячейки таблицы исходных данных, формул и функций.

На этапе 2 производится работа с данными, которая состоит в исследовании сформированной таблицы. Также исследование может быть связано с использованием определенных математических моделей (моделированием), методов одновременной работы с несколькими таблицами и методов работы сданными.

Математические модели помогают пользователю на основе имеющейся таблицы получить новую информацию решением таких задач компьютерного моделирования: «Что, ес

Рис. 3.7.1. Обобщенная технология работы с ЭТ

 

ли?», анализ чувствительности и др. Решение задач типа: «Что будет, если?» - дает возможность узнать, как изменятся выходные параметры при изменении одной или нескольких входных величин (условий). Расширением таких задач являются задачи анализа чувствительности, позволяющие определить, как изменится решение модели при изменении одной или нескольких входных величин с заданным шагом в определенном диапазоне значений. Обратной по отношению к задаче «Что будет, если?» - является задача «Как сделать, чтобы?». Она возникает в случае, если целью является достижении определенного значения модели, и ищутся значения входных параметров, обеспечивающих достижение этой цели. Различные виды анализа данных, содержащихся в исходной таблице можно проводить с использованием встроенных функций и процедур. Так, входящие в состав ЭТ статистические функции могут использоваться в статистическом анализе или для прогноза содержащихся в таблице данных. Использование финансовых функций позволяет произвести анализ эффективности планируемых капиталовложений, рассчитать стоимость ценных бумаг или размер амортизационных отчислений. Для решения оптимизационных задач используются специальные модели математического программирования.

Часто фирма (предприятие) имеет центральный офис и несколько филиалов. В таких условиях появляется задача объединения различных документов и отчетов, приходящих из этих филиалов. Решение подобной задачи требует использования специальных многотабличных связей и программных методов для манипулирования с файлами и генерации отчетных форм. Одновременная работа с несколькими таблицами – это одна из возможностей работы с данными в электронных таблицах.

Иногда при работе с большими ЭТ требуется найти ту или иную строку (столбец) или отсортировать строки (столбцы) в нужном порядке. Для этого в ЭТ предусмотрен ограниченный программный инструментарий СУБД, позволяющий манипулировать строками и столбцами как компонентами БД.

Этап 3 технологии позволяет в графическом виде представить результаты, полученные на первом и втором этапах, и наиболее ярко их интерпретировать.

Этап 4 обеспечивает вывод результирующих данных на печать. При этом результаты могут быть распечатаны в табличном виде или в виде графических диаграмм.

Проектирование ЭТ

Доход в любом году определяется как произведение объема продаж в натуральном выражении на продажную цену. Размер прибыли при этом определяется как… Пользователем задаются исходные данные первого года. Данные всех последующих…     A B C D E   …

Объединение ЭТ

При работе с ЭТ часто возникает необходимость их объединения.

Среди инструментов объединения ЭТ отметим:

- организацию межтабличных связей;

- консолидацию ЭТ или их частей;

- объединение файлов.

 

Организация межтабличных связей

Связи между таблицами осуществляются путем использования внешних ссылок (адресов ячеек), содержащих помимо имени столбца и номера строки имя файла, данные из которого используются. Например, в текущей таблице, расположенной на листе2, надо использовать данные из ячейки B3 на листе1. В нужную ячейку текущей таблицы можно записать ссылку следующим образом: Лист1!B3.Еще один пример, если надо использовать данные из ячейки С2 таблицы, расположенной на листе2, содержащемся в файле Exam.wq1, в нужную ячейку текущей таблицы можно записать внешнюю ссылку следующим образом: [Exam.wq1]Лист2!C2.

 

Консолидация электронных таблиц или их частей

Помимо создания межтабличных связей путем указания имен файлов, содержащий связываемые таблицы в ссылках и формулах, многие ЭТ предлагают пользователю специальный режим консолидации. Этот режим содержит необходимые команды для объединения таблиц или их частей, расположенных как на одном листе, так и на разных листах и даже в разных рабочих книгах. С помощью консолидации могут быть сведены в одной таблице, например, данные о продажах и затратах различных филиалов фирмы.

 

Команда объединения файлов

Многие современные табличные процессоры имеют в своем арсенале команду объединения файлов. Она имеет три форму, используемые для копирования, суммирования или вычитания данных из исходных таблиц в объединенную таблицу.

 

Вопросы для самоконтроля

1. Опишите структуру типового интерфейса электронной таблицы.

2. Перечислите и поясните основные типы входных данных, которые могут быть введены в ячейки электронной таблицы.

3. Что такое формула в электронной таблице и ее типы. Приведите примеры.

4. Что такое функция в электронной таблице и ее типы. Приведите примеры.

5. Поясните очередность выполнения операций в арифметических формулах.

6. Как указывается блок (диапазон) ячеек при выполнении какой-либо команды?

7. Поясните, для чего используются абсолютные и относительные адреса ячеек.

8. В чем суть правил автоматической настойки формул при выполнении операций копирования и перемещения?

9. Покажите на примерах все возможные варианты автоматического изменения адресов в формулах при выполнении операции копирования.

10. Покажите на примерах все возможные варианты автоматического изменения адресов в формулах при выполнении операции перемещения.

11. Перечислите и поясните содержание основных технологических этапов работы с электронной таблицей.

12. Какие способы объединения нескольких исходных электронных таблиц в одну вам известны?

13. Как использовать электронную таблицу для моделирования по типу решения задачи «Что будет, если?».

Лекция 3.8. Электронные презентации

Программа Microsoft PowerPoint. Режимы PowerPoint

Для подготовки презентация разработано немалое количество программных продуктов. Наиболее широкое применение получила программа Microsoft PowerPoint, вошедшая в состав пакета Microsoft Office 2000.

В PowerPoint для удобства работы над презентациями существуют разные режимы. Два основных режима, используемые в PowerPoint — обычный режим и режим сортировщика слайдов. Для быстрого переключения режимов служат кнопки в левом нижнем углу окна PowerPoint.

Обычный режим

Область структуры. Область структуры служит для организации и развертывания содержимого презентации. В ней можно вводить текст презентации и… Область слайда. В области слайда отображается текст каждого слайда с учетом… Область заметок. Область заметок служит для добавления заметок докладчика или сведений для аудитории. Если в заметках…

Режим сортировщика слайдов

В режиме сортировщика слайдов на экране в миниатюре отображаются сразу все слайды презентации. Это упрощает добавление, удаление и перемещение слайдов, задание времени показа слайдов и выбор способов смены слайдов. Кроме того, можно просматривать анимацию на нескольких слайдах, выделив требуемые слайды и выбрав команду Просмотр анимации в меню Показ слайдов.

При создании презентации в любой момент можно запустить показ слайдов и просмотреть презентацию, нажав кнопку Показ слайдов.

 

Вопросы для самоконтроля

1. Какие режимы работы Microsoft PowerPoint вы знаете?

2. Что является основным элементом презентации?

3. Как просмотреть презентацию?

4. Как просмотреть анимация на нескольких слайда?

 

ДЕ4. Модели решения функциональных и вычислительных задач

Лекция 4.1. Моделирование как метод познания

Классификация задач, решаемых с помощью моделей

Задачи, которые решает человек можно разделить на две категории: вычислительные, целью которых является определение некоторой величины, и функциональные, предназначенные для создания некоего аппарата, выполняющего определенные действия – функции. Например, проектирование нового здания требует решения задачи расчета прочности фундамента, несущих опорных конструкций, расчета финансовых затрат, определение оптимального числа работников и т.д. Для повышения производительности труда строителей создано немало машин функционального назначения (т.е. решены функциональные задачи), такие, как экскаватор, бульдозер, подъемный кран и т.д.

С точки зрения информатики, решение любой задачи представляют замкнутую технологическую последовательность (рис. 4.1.):

 

 

Рис. 4.1. Этапы решения задач

 

Основные понятия

Каждый элемент в этом ряду играет свою особую роль.

Объектом (от латинского Objectum – предмет) называется все то, что противостоит субъекту в его практической и познавательной деятельности, на что направлена эта деятельность. Под объектами понимаются предметы и явления, как доступные, так и недоступные чувственному восприятию человека, но имеющие видимое влияние на другие объекты (например, гравитация, инфразвук или электромагнитные волны). Объект всегда должен рассматриваться во взаимодействии с другими объектами, с учетом их взаимодействия. Деятельность человека обычно идет по двум направлениям: исследование свойств объекта с целью их использования (или нейтрализации); создание новых объектов, имеющих полезные свойства. Первое направление относится к научным исследованиям и большую роль при их проведении имеет гипотеза, т.е. предсказание свойств объекта при недостаточной его изученности. Второе относится к инженерному проектированию. При этом важную роль играет понятие аналогии – суждении о каком-либо сходстве известного и проектируемого объекта. Аналогия может быть полной или частичной. Это понятие относительно и определяется уровнем абстрагирования и целью построения аналогии. Любой аналог (образ) какого-либо объекта, процесса или явления, используемый в качестве заменителя (представителя) оригинала, называется моделью (от латинского modulus – образец).

Исследование объектов, процессов или явлений путем построения и изучения их моделей для определения или уточнения характеристик оригинала называется моделированием. Можно сказать, что моделирование – это представление объекта путем проведения экспериментов с его моделью. Теория замещения объектов-оригиналов объектом-моделью называется теорией моделирования.

Если результаты моделирования подтверждаются и могут служить основой для прогнозирования поведения исследуемых объектов, то говорят, что модель адекватна объекту. Степень адекватности зависит от цели и критериев моделирования.

Теория моделирования рассматривает две группы способов моделирования: аналитическое и имитационное. Аналитическое моделирование заключается в построении модели, основанной на описании поведения объекта или системы объектов в виде аналитических выражений – формул. При таком моделировании объект описывается системой линейных или нелинейных алгебраических или дифференциальных уравнений, решение которых может дать представление о свойствах объекта. К полученной аналитической модели, с учетом вида и сложности формул применяются аналитические или приближенные численные методы. Численные методы обычно реализуются на вычислительных машинах. Применение аналитического моделирования ограничено сложностью получения и анализа выражений для большинства систем.

Имитационное моделирование предполагает построение модели с характеристиками, адекватными оригиналу, на основе какого-либо его физического или информационного принципа. Это означает, что внешние воздействия на модель и объект вызывают идентичные изменения свойств оригинала и модели. При таком моделировании отсутствует общая аналитическая модель большой размерности, а объект представлен системой элементов, взаимодействующих между собой и с внешним миром. Задавая внешние воздействия, можно получить характеристики системы и провести их анализ. В последнее время имитационное моделирование все больше реализуют моделированием объектов на компьютере, что позволяет в интерактивном режиме исследовать модели самых разных по природе объектов.

Цели моделирования

Практически во всех науках о природе, живой и неживой, об обществе, построение и использование моделей является мощным орудием познания. Реальные объекты и процессы бывают столь многогранны и сложны, что лучшим способом их изучения часто является построение модели, отображающей лишь какую-то грань реальности и потому многократно более простой, чем эта реальность, и исследование вначале этой модели. Модели используются для решения всевозможных задач. Из этого множества можно выделить основные цели использования моделей:

1) понять, как устроен конкретный объект, какова его структура, основные свойства, законы развития и взаимодействия с окружающим миром (понимание);

2) научиться управлять объектом (или процессом) и определять наилучшие способы управления при заданных целях и критериях (управление);

3) прогнозировать прямые и косвенные последствия реализации заданных способов и форм воздействия на объект (прогнозирование).

Лекция 4.2. Методы и технологии моделирования

Системный подход в моделировании систем

При создании нового объекта с полезными свойствами задаются критерии, определяющие степень полезности полученных свойств. Так как любой объект… При системном моделировании, прежде всего, четко определяется цель… Важным для системного подхода является определение структуры системы - совокупности связей между элементами системы,…

Лекция 4.3. Классификация моделей

В зависимости от характера изучаемых процессов в системе S и цели моделирования существует множество типов моделей и способов их классификации, например, по цели использования, наличию случайных воздействий отношению ко времени, возможности реализации, области применения и др.

 

Классификация видов моделирования

По цели использования	По наличию воздействий на систему	По отношению ко времени	По возможности реализации	По области применения
Научный эксперимент.	Детерминиро- ванные.	Статические.	Мысленные (наглядные, символические, математические).	Универсаль-ные.
Комплексные испытания и производственный эксперимент.	Стохастические.	Динамические (дискретные, непрерывные).	Реальные (натурные, физические).	Специализи- рованные.
Оптимизационные модели.			Информационные.

 

По цели использования:

В научном эксперименте осуществляется исследование модели с применением различных средств получения данных об объекте, возможности влияния на ход процесса, с целью получения новых данных об объекте, процессе или явлении;

Комплексные испытания и производственный эксперимент используют натурное испытание физического объекта для получения высокой достоверности о его характеристиках;

Оптимизационные связаны с нахождением оптимальных показателей системы (например, нахождение минимальных затрат или определение максимальной прибыли).

По наличию воздействий на систему:

Детерминированные – в системах отсутствуют случайные воздействия;

Стохастические – в системах присутствуют вероятностные воздействия.

Эти же модели классифицируют по способу оценки параметров системы: в детерминированных системах параметры модели оцениваются одним показателем для конкретных значений их исходных данных; в стохастических системах наличие вероятностных характеристик исходных данных, позволяет оценивать параметры системы несколькими показателями.

По отношению ко времени:

Статические модели описывают систему в определенный момент времени;

Динамические модели рассматривают поведение системы во времени. Они подразделяются на дискретные, в которых все события происходят по интервалам времени, и непрерывные, где все события происходят непрерывно во времени.

По возможности реализации:

Мысленные модели описывают систему, которую трудно или невозможно моделировать реально. Мысленные модели разделяются на:

Наглядные - при которых моделируемые процессы и явления протекают наглядно;

Символические – модель системы представляет логический объект, в котором основные свойства и отношения реального объекта выражены системой знаков и символов;

Математические – представляют системы математических объектов, позволяющих получать исследуемые характеристики реального объекта.

Реальные модели системы представлены либо реальным объектом, либо его частью. Эти модели делятся на:

натурные – проведение исследования на реальном объекте и последующая обработка результатов эксперимента с применением теории подобия;

физические – проведение исследования на установках, которые сохраняют природу явления и обладают физическим подобием.

Информационные модели реализуют информационные процессы (возникновение, передачу, обработку и использование информации) на компьютере.

По области применения:

Универсальные модели предназначены для использования многими системами;

Специализированные модели созданные для исследования конкретной системы.

Вопросы для самоконтроля

1. Укажите типы задач, которые решаются с помощью компьютера.

2. Что называется моделированием?

3. Что отражает модель объекта?

4. Для чего может быть построена модель?

5. К какому типу моделей можно отнести тренажеры?

6. Сколько моделей может иметь один прототип?

7. Какие модели называются стохастическими?

8. Какие модели называются детерминированными?

9. Перечислите последовательность этапов решения любой задачи.

 

Лекция 4.4. Интеллектуальные системы

Искусственный интеллект

Вскоре эта отрасль разделилась на два направления: нейрокибернетику и кибернетику «черного ящика». Нейрокибернетика обратилась к структуре человеческого мозга, как единственно… Для кибернетики «черного ящика» структура модели не важна, важна ее реакция на заданные входные данные. На выходе…

База знаний

Формальные логические модели основаны на классическом исчислении предикатов первого порядка, когда предметная область описывается в виде набора… Исследования процессов принятия решения человеком показали, что рассуждая и… Продукционная модель наглядная, модульная, легко вносятся дополнения и изменения, имеет простой механизм логического…

Рис. 4.4.1. Семантическая сеть

Достоинствами сетевых моделей являются: большие выразительные возможности; наглядность системы знаний, представленной графически; близость структуры сети, представляющей систему знаний, семантической структуре фраз на естественном языке; соответствие современным представлениям об организации долговременной памяти человека. К недостаткам можно отнести то, что сетевая модель не содержит ясного представления о структуре предметной области, которая ей соответствует, поэтому ее формирование и модификация затруднительны; сетевые модели представляют собой пассивные структуры, для их обработки используется специальный аппарат формального вывода. Проблема поиска решения в базе знаний типа семантической сети сводится к задаче поиска фрагмента сети, соответствующего некоторой подсети поставленной задачи, что, в свою очередь, говорит еще об одном недостатке модели – сложности поиска вывода на семантических сетях.

Сетевые модели являются наглядным и достаточно универсальным средством представления знаний. Однако их формализация в конкретных моделях представления, использования и модификации знаний представляет достаточно трудоемкий процесс, особенно при наличии множественных отношений между понятиями.

Термин фрейм (от анг. frame – каркас, рамка) предложен для обозначения структуры единицы знаний, которую можно описать некоторой совокупностью понятий, для ее пространственного восприятия. Фрейм имеет определенную внутреннюю структуру, состоящую из совокупности элементов, называемых слотами. Каждый слот, в свою очередь, представляется определенной структурой данных, процедурой, или может быть связан с другим фреймом. Фреймовая модель представляет собой систематизированную в виде единой теории технологическую модель памяти человека и его сознания. В отличие от других моделей во фреймах фиксируется жесткая структура.

Важным свойством фреймов является наследование свойств, заимствованных из теории семантических сетей. Наследование происходит по АКО – связям (A-Kind-Of= это). Слот АКО указывает на фрейм более высокого уровня иерархии, откуда неявно наследуется, т.е. переносятся значения аналогичных слотов. Например, в сети фреймов на рис. 4.4.2. «конструктор» наследует свойства фреймов «инженер» и «человек», которые стоят на более высоком уровне иерархии. Модель фреймов достаточно универсальна, позволяет отобразить все многообразие знаний о мире через:

· Фреймы – структуры, для обозначения объектов и понятий (лекция, конспект, кафедра);

· Фреймы – роли (студент, преподаватель, декан);

· Фреймы – сценарии (сдача экзамена, празднование именин, получение стипендии);

· Фреймы – ситуации (тревога, рабочий режим учебного дня) и др.

 

 

Человек

АКО   умеет

млекопитающее

Инженер

АКО     Возраст   Имеет

Конструктор

		человек
	мыслить
		От 22 лет
		Высшее техническое образование

 

 

Рис. 4.4.2. Сеть фреймов

Основным преимуществом фреймов как модели представления знаний является их способность отражать концептуальную основу организации памяти человека, а также гибкость и наглядность.

Обобщая анализ моделей представления знаний, можно сделать следующие выводы:

· Нельзя дать универсальных рекомендаций по выбору модели. Этот выбор определяется возможностью и удобством представления исследуемой предметной области с учетом необходимости использования знаний.

· Наиболее мощными являются смешанные модели представления знаний.

Экспертные системы

Предметные области: медицина, фармакология, химия, геология, экономика, юриспруденция и др., в которых большая часть знаний является личным опытом… Современные ЭС способны: - По совокупности признаков заболевания установить диагноз, назначить лечение, дозировать медикаменты, выработать…

Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите основные направления искусственного интеллекта.

2. Что такое нейросет»?

3. Где применяются нейрокомпьютеры?

4. Что такое «эвристика»?

5. Что является основой любой интеллектуальной системы?

6. Из чего состоит семантическая сеть?

7. Какие бывают фреймы?

8. Что такое АКО - связь?

9. Что такое наследование свойств?

10. Что входит в состав экспертной системы?

11. Кто такой инженер по знаниям?

 

ДЕ5. Алгоритмизация и программирование. Языки программирования высокого уровня

Лекция 5.1. Алгоритмизация

Понятие алгоритма

Понятие алгоритма – одно из фундаментальных понятий информатики. Алгоритм – это формальное описание способа решения задачи, путем разбиения ее… Алгоритм на выбранном языке программирования записывается с помощью команд описания данных, вычисления значений и…

Свойства алгоритма

Дискретность (разрывность) – это свойство алгоритма, характеризующее его структуру: каждый алгоритм состоит из отдельных законченных действий.… Массовость – применимость алгоритма ко всем задачам рассматриваемого типа, при… Определенность (детерминированность, точность) – свойство алгоритма, указывающее на то, что каждый шаг алгоритма…

Способы описания алгоритмов

Словесное описание представляет структуру алгоритма на естественном языке. Запись алгоритма осуществляется в произвольной форме, никаких правил не… Псевдокод – описание структуры алгоритма на естественном, частично… Единого или формального определения псевдокода не существует, поэтому возможны различные псевдокоды, отличающиеся…

Лекция 5.2. Блок-схемы алгоритма

Алгоритмы решения задач

Линейная структура (следование) самая важная из структур. Она означает, что действия могут быть выполнены друг за другом (рис. 5.2.1.).   Выполнить B Выполнить А Вход Выход

Пример 5.2.4.

Вывести максимальное значение из 100 натуральных чисел (рис. 5.2.9).

Псевдокод:

1. Начало

_2. Ввести a₁

3. max = a₁; i = 2

4. НЦ

a. Ввести a_i

b. ЕСЛИ max < a_i ТО max = a_i

c. i = i + 1

5. ДО I>100;

6. КЦ

7. Вывести max.

8. Конец.

 

 

 

 

 

 

Истина

 

 

 

Ложь

 

max = ai

Max=a1; i=2

i = i + 1

Истина

 

 

Рис. 5.2.9. Блок – схема к примеру 5.2.4. с циклом «До»

 

Базовые алгоритмические структуры можно комбинировать одну с другой – как путем организации их следования, так и путем создания суперпозиций (вложений одной структуры в другую). Используя описанные структуры, можно полностью исключить использование каких-либо еще операторов условного и безусловного перехода, что является важным признаком структурного программирования. Приведем несколько примеров (рис. 5.2.10, 5.2.11, 5.2.12, 5.2.13).

 

 

-

+

- +

Рис. 5.2.10. Алгоритм типа «развилка, вложенная в цикл, с предусловием», для нахождения суммы положительных чисел и N возможных

- +

-

+

Рис. 5.2.11. Алгоритм типа «цикл, с предусловием, вложенный в неполную развилку»

- +

Рис. 5.2.12. Алгоритм типа «неполная развилка, вложенная в пол-

- + ную развилку».

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение алгоритма и поясните его.

2. Какие формы представления алгоритма вы знаете?

3. В чем особенности графического представления алгоритма?

4. Назовите основные (базовые) алгоритмические структуры?

5. Перечислите свойства алгоритмов и объясните, чем они определены.

Лекция 5.3. Программирование

Языки программирования

Транслятор-это специальное служебное приложение, которое либо переводит текст программы в машинный код, либо исполняет его. С помощью языка программирования создается не готовая программа, а только ее… Интерпретатор моделирует некую виртуальную вычислительную машину, для которой базовыми инструкциями служат не…

Поколение языков программирования

Расцвет второго поколения языков программирования пришелся на конец 50-х начало 60-х годов. Тогда был разработан символический ассемблер, в котором… Появление третьего поколения принято относить к 60-м годам. В это время… С начала 70-х годов по настоящее время продолжается период языков 4-го поколения. Эти языки предназначены для…

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое язык программирования?

2. В чем различие компиляторов и интерпретаторов?

3. Объясните термин «язык низкого уровня» и «язык высокого уровня».

4. Расскажите о поколениях языков программирования.

 

 

ДЕ6. Программное обеспечение и технологии программирования

Лекция 6.1. Системы программирования

Составление исходного кода программ (рис. 6.1) на языке программирования; Этап трансляции, необходимый для создания объектного кода программы; Построение загрузочного модуля, готового к исполнению.

Классификация языков программирования

Многие языки, первоначально разработанные для боль­ших и малых ЭВМ, в дальнейшем были приспособлены к персональным компьюте­рам. Хорошо вписались в ПК не только Паскаль, Бейсик, Си, Лого, но и ЛИСП, ПРОЛОГ - языки искусственного интеллекта.

В течение многих лет программное обеспечение строилось на основе операцио­нных и процедурных языков, таких как Фортран, Бейсик, Паскаль, Ада, Си. И сегодня современные версии этих и им подобных языков (Модула, Форт и др.) доминируют при разработке прикладных программных средств. Однако по мере эволюции языков программирования получили широкое распространение и другие, принципиально иные, подходы к созданию программ (рис. 6.1.1).

	ЯЗЫКИ ПРОГРАММИРОВАНИЕ

 

 

 

Рис. 6.1.1. Классификация языков программирования

 

Классическое операционное и/или процедурное программирование требует от программиста детального описания того, как решать задачу, т.е. формулировки алгоритма и его специальной записи. При этом ожидаемые свойства результата обычно не указываются. Основные понятия языков этих групп - оператор и данные. При процедурном подходе операторы объединяются в группы - процедуры. Струк­турное программирование в целом не выходит за рамки этого направления, оно лишь дополнительно фиксирует некоторые полезные приемы технологии програм­мирования.

Принципиально иное направление в программировании связано с методоло­гиями (иногда говорят «парадигмами») непроцедурного программирования. К ним можно отнести объектно-ориентированное и декларативное программирование. Объектно-ориентированный язык создает окружение в виде множества независимых объектов. Каждый объект ведет себя подобно отдельному компьютеру, их можно использовать для решения задач как «черные ящики», не вникая во внутренние механизмы их функционирования. Из языков объектного про­граммирования, популярных среди профессионалов, следует назвать, прежде всего, Си++, для более широкого круга программистов предпочтительны среды типа Delphi и Visual Basic.

 

При использовании декларативного языка программист указывает исходные ин­формационные структуры, взаимосвязи между ними и то, какими свойствами должен обладать результат. При этом процедуру его получения («алгоритм») программист не строит (по крайней мере, в идеале). В этих языках отсутствует понятие «оператор» («команда»). Декларативные языки можно подразделить на два семейства - логические (типичный представитель - Пролог) и функциональные (Лисп). По всей видимости, непроцедурные языки имеют большое будущее. Все сказанное выше можно отобразить схемой – крупно-структурной классифи­кацией языков программирования. В ней указаны основные методологии программирования; в нижнем ряду - типичные языки соответствующих групп.

 

Обзор языков программирования высокого уровня

Cobol (Кобол). Это компилируемый язык для применения в экономической области и решения бизнес задач, разработанный в начале 60-х годов. Отличается… Algol (Алгол). Компилируемый язык, созданный в 1960 году. Был признан заменить… Pascal (Паскаль). Создан в конце 70-х годов основоположником множества идей современного программирования Никлаусом…

Языки программирования БД

Эта группа отличается от алгоритмических языков, прежде всего решаемыми задачами. Первые БД появились очень рано, как только появилась потребность в обработке больших массивов информации и выборке групп записей по определенным признакам. Для этого был создан структурированный язык запросов SQL. Он основан на могучей математической теории и позволяет выполнять эффективную обработку БД, манипулируя не отдельными записями, а группами записей.

6.1.4. Языки программирования для Интернета

HTML. Язык для оформления документов. Очень прост и содержит элементарные команды форматирования текста, добавления рисунков, задания шрифтов и цветов, организации ссылок и таблиц. Все Web – страницы написаны на языке HTML или используют его расширения.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие языки программирования высокого уровня вы знаете?

2. Какие языки программирования активно используются и сегодня?

Лекция 6.2. Стратегии решения задач

Этапы подготовки и решения задач на компьютере

1. Постановка задачи – формулируется цель решения задачи, подробно описывается ее содержание; проводится анализ условий, при которых решается… 2. Формальное построение модели задачи – предполагает построение модели с… 3. Построение математической модели задачи – характеризуется математической формализацией задачи, при которой…

Вопросы для самоконтроля

3. Что называют системой программирования?

4. Что нужно для создания программы?

5. Перечислите этапы подготовки и решения задач на компьютере.

 

ДЕ7. Базы данных

Лекция 7.1. Базы данных и системы управления базами данных

Основные понятия баз данных

База данных – это организованная структура, предназначенная для хранения информации. С понятием базы данных тесно связано понятие системы управления базой данных (СУБД). Это комплекс программных средств, предназначенный для создания структуры новой базы, наполнения ее содержимым, редактирования содержимого и визуализация информации. Под визуализацией информации базы понимается отбор отображаемых данных в соответствии с заданным критерием, их упорядочение, оформление и последующая выдача на устройство вывода или передача по каналам связи.

Сегодня большинство СУБД позволяют размещать в своих структурах не только данные, но и методы (т.е. программный код), с помощью которых происходит взаимодействие с потребителем или с другим программно-аппаратным комплексом. Таким образом, можно сказать, что в современных базах данных хранятся не только данные, но и информация.

Классификация БД

По технологии обработки данных БД подразделяются на централизованные и распределенные.

Централизованная БД хранится целиком в памяти одной вычислительной системы. Если система входит в состав сети, то возможен доступ к этой БД других систем.

Распределенная БД состоит из нескольких, возможно пересекающихся или дублирующих друг друга БД, хранимых в памяти разных вычислительных систем, объединенных в сеть.

По способу доступа к данным БД распределяются на локальный и удаленный (сетевой) доступ.

Локальный доступ предполагает, что СУБД обрабатывает БД, которая хранится на той же вычислительной системе.

Удаленный доступ – это обращение к БД, которая хранится на одной из систем, входящих в компьютерную сеть. Удаленный доступ может быть выполнен по принципу файл-сервер или клиент-сервер.

Архитектура файл-сервер предполагает выделение одного из компьютеров сети (сервер) для хранения централизованной БД. Все остальные компьютеры сети (клиенты) исполняют роль рабочих станций, которые копируют требуемую часть централизованной БД в свою память, где и происходит обработка. При большой интенсивности запросов к централизованной БД увеличивается нагрузка на каналы сети, что приводит к снижению производительности ИС в целом.

Архитектура клиент-сервер предполагает, что сервер, выделенный для хранения централизованной БД, дополнительно производит обработку клиентских запросов. Клинты получают по сети уже обработанные данные. Учитывая широкое распространение БД в самых различных областях, в последнее время архитектура клиент-сервер применяется и на одиночных вычислительных системах. В этом случае клиент-программа, которой понадобились данные из БД, посылает запрос серверу-программе, управляющей велением БД, на специальном универсальном языке запросов. Сервер пересылает программные данные, являющиеся результатом поиска в БД по ее запросу. Этот способ удобен тем, что программа-клиент не обязана содержать все функции поддержания и ведения БД, этим занимается сервер. В результате упрощается написание программ-клиентов. Кроме того, к серверу может обращаться любое количество клиентов.

 

Виды структур данных

В информатике совокупность взаимосвязанных данных называется информационной структурой, или структурой данных.

 

Табличная или реляционная структура

Предположим мы хотим собрать информацию об альбомах музыкальных групп. Пусть имеется информация о некоторых альбомах: 1965, Led Zeppelin 4, Lp, Help!, Atlantic, 1971, Lp (England), EMI, 1970, Flash Gordon, Parlophone, 1980, Led Zeppelin 3, Soundtrack, Lp, Atlantic. Этот список мало о чем говорит. Извлечь какую-либо информацию из этого набора данных практически невозможно.

Представим данные в виде табл. 7.1.1.

Таблица 7.1.1.

Информация об альбомах музыкальных групп

Теперь воспринимать и использовать информацию стало гораздо удобнее. Представленная таблица является информационной моделью. Объектами, отраженными… Табличная организация данных позволяет получить дополнительную информацию,… · какая группа выпустила больше альбомов за определенный период;

Сетевая структура

       

Лекция 7.2. Реляционные БД

Название «реляционные» (в переводе с англ. relation-отношение) связано с тем, что каждая запись в таблице содержит информацию, относящуюся только к одному конкретному объекту. БД могут содержать различные объекты, но основными объектами любой БД являются ее таблицы. Простейшая БД имеет хотя бы одну таблицу. Соответственно, структура простейшей БД тождественно равна структуре ее таблицы. Структуру таблицы простейшей БД составляют поля и записи. Если записей в таблице пока нет, значит, ее структура образована только набором полей. Однако, чаще, БД строятся на основе нескольких таблиц, связанных между собой через общие атрибуты.

Свойства полей БД

Имя поля - определяет, как следует обращаться к данным этого поля при автоматических операциях с базой (по умолчанию имена полей используются в… Тип поля - определяет тип данных, которые могут содержаться в данном поле; Размер поля - определяет предельную длину (в символах) данных, которые могут размещаться в данном поле;

Типы полей

Текстовый – тип данных, используемый для хранения обычного неформатированного текста ограниченного размера (до 255 символов); Поле Мемо – специальный тип данных для хранения больших объемов текста (до… Числовой – тип данных для хранения действительных чисел;

Лекция 7.3. Проектирование БД

Режимы работы с БД

Вторая категория - пользователи. Получают исходную базу от проектировщиков и занимаются ее наполнением и обслуживанием. В общем случае пользователи… Соответственно СУБД имеет два режима работы: проектировочный и…

Объекты БД

Таблицы – это основные объекты любой БД. Во-первых, в таблицах хранятся все данные, имеющиеся в базе, а во-вторых, таблицы хранят и структуру базы… Запросы служат для извлечения данных из таблиц и предоставления их… Особенность запросов состоит в том, что они черпают данные из базовых таблиц и создают на их основе временную…

Проектирование БД

Разработка технического задания Техническое задание на проектирование БД должен предоставить заказчик. Но для… · Демонстрируют заказчику работу аналогичной БД, после чего согласовывают спецификацию отличий;

Разработка структуры БД

Выяснив основную часть данных, которые заказчик потребляет или поставляет, можно приступать к созданию структуры базы, т.е. структуры ее основных таблиц.

1. Работа начинается с составления генерального списка полей – он может насчитывать десятки и даже сотни позиций.

2. В соответствии с типом данных, размещаемых в каждом поле, определяют наиболее подходящий тип для каждого поля.

3. Далее распределяют поля генерального списка по базовым таблицам. Цель - обеспечить, чтобы ввод данных в одну таблицу производился, по возможности, в рамках одного подразделения, а еще лучше – на одном рабочем месте.

4. Наметив столько таблиц, сколько подразделений охватывает база данных, приступают к дальнейшему делению таблиц. Критерием деления является факт множественного повтора данных в соседних записях. Например, табл. 7.3.1.

Таблица 7.3.1.

Сведения о процессор

В данной таблице в полях «Поставщик» и «Адрес» наблюдается повтор данных. Это говорит о том, таблицу надо поделить на две взаимосвязанные таблицы… Таблица 7.3.2. «Процессор» Марка модель цена Celeron 300А Celeron …

Создание объектов БД MS Access и режимы работы с ними

В режиме конструктора задается структура таблицы, т.е. определяются типы, свойство полей, их число и названия (заголовки столбцов). Он используется,… Из режима конструктора перейти в режим таблицы можно, щелкнув по кнопке… В режиме конструктора и в режиме таблицы перемещение между полями осуществляется с помощью клавиши ТАВ, а также…

Работа с формами

В форму могут быть внедрены рисунки, диаграммы, аудио (звук) и видео (изображение). Режимы работы с формой: - режим формы – используется для просмотра и редактирования данных, предоставляет дружественную среду для работы с…

Создание форм с помощью мастера

1. На первом этапе работы Мастера форм выбирают таблицы и поля, которые войдут в будущую форму. 2. На втором этапе выбирается внешний вид формы. 3. На третьем - выбирается стиль оформления формы.

ДЕ8. Локальные и глобальные сети ЭВМ

Лекция 8.1. Программные и аппаратные компоненты компьютерных сетей

Определение и назначение

Компьютерной сетью называется объединение нескольких ЭВМ для совместного решения информационных, вычислительных, учебных и др. задач.

Простейшим видом сети является одно - ранговая сеть, обеспечивающая связь ПК конечных пользователей и позволяющая совместно использовать дисководы, принтеры, файлы.

Более развитые сети включают специальные выделенные компьютеры-серверы. Сервер – ЭВМ, выполняющая в сети особые функции обслуживания остальных компьютеров, которые называются рабочими станциями. Есть серверы файловые, коммуникационные, серверы для проведения математических расчетов, серверы баз данных.

Классификация сетей

Компьютерные сети можно классифицировать по ряду признаков, в том числе по степени территориальной распределенности. При этом различают: глобальные, региональные и локальные сети.

Глобальные сети объединяют пользователей по всему миру и часто используют спутниковые каналы связи. В этих сетях осуществляется формирование единого научного, экономического, социального и культурно информационного пространства. При этом соединяются узлы связи и ЭВМ, находящиеся на расстоянии10-15 тыс. км друг от друга.

Региональные сети объединяют пользователей города, области и маленькой страны. Расстояние между узлами сети составляют 10-1000км.

Локальные сети ЭВМ связывают абонентов одного или близлежащих зданий одного предприятия, учреждения (обычно 10-100 компьютеров). Особенностью ЛВС является наличие одного высокоскоростного канала связи для передачи информации в цифровом виде. На больших расстояниях такой тип передачи неприемлем из-за неизбежного затухания высокочастотного сигнала. Существуют проводные и беспроводные (радио) каналы. Расстояния в ЛВС между ЭВМ небольшие – до 10км, а в радио канале – до 20км.

Назначение всех видов компьютерных сетей определяется двумя функциями:

• обеспечение совместного использования аппаратных и программных ресурсов сети;

• обеспечение совместного доступа к ресурсам данных.

Так, например, все участники локальной сети могут совместно использовать одно общее устройство печати (сетевой принтер) или, например, ресурсы жестких дис­ков одного выделенного компьютера (файлового сервера). Это же относится и к программному, и к информационному обеспечению. Если в сети имеется специ­альный компьютер, выделенный для совместного использования участниками сети, он называется файловым сервером. Компьютерные сети, в которых нет выделенного сервера, а все локальные компьютеры могут общаться друг с другом на «равных правах» (обычно это небольшие сети), называются одноранговыми.

 

Сетевое программное обеспечение

В первой концепции сетевое программное обеспечение ориентированно на предоставление пользователям некоторого общедоступного главного компьютера… Во второй концепции - популярной и чрезвычайно перспективной, называемой… · Предоставление пользовательского интерфейса, ориентированного на определенные производственные обязанности и…

Сетевая операционная система NET Ware

Для современных высокоразвитых ОС ПК вполне характерно наличие сетевых возможностей ( например, OS\2, Windows 95-2000 - XP, Windows NT, UNIX). Для обеспечения функционирования ЛС, использующей файловый сервер, в настоящее…  

Структура сетевой ОС Net Ware

Сетевая ОС Net Ware координирует функционирование Р.С. и регулирует процесс совместного использования сетевых ресурсов. Эти средства обеспечивают… Схема размещения и взаимодействия компонентов программного обеспечения сетевой… Net Ware 386 является сетевой ОС с централизованным управлением, т.е. в сети один или несколько компьютеров должны…

Утилиты Net Ware

  Лекция 8.2. Конфигурация (архитектура, топология) ЛВС ЛВС в зависимости от назначения и технических решений могут иметь различные конфигурации (топологии), представленные…

Радиальная топология ЛВС

С К К К      

Шинная топология

Компьютеры подключены к общему каналу (шине), через который могут обмениваться сообщениями (рис. 8.2.2).

	С
		К		К		К		К

 

 

Т

Т

Шина

 

Рис. 8.2.3. Топология шина:

С – сервер; К – компьютер; Т – терминатор.

 

Производительность такой сети зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Чем больше компьютеров, ожидающих передачи данных, тем медленнее сеть. На быстродействие также влияют:

-тип аппаратного обеспечения сетевых компьютеров;

-частота, с которой компьютеры передают данные;

-тип работающих сетевых приложений;

-тип сетевого кабеля;

-расстояние между компьютерами в сети.

Выход одного или нескольких компьютеров из строя никак не сказывается на работе сети.

Электрические сигналы распространяются по всему кабелю – от одного конца к другому. Сигналы, достигшие концов кабеля, отражаются от них. Возникает наложение сигналов, находящихся в разных фазах, и, как следствие, их искажение и ослабление. Поэтому, для гашения сигналов на концах кабеля устанавливают терминаторы. При разрыве кабеля или отсутствии терминаторов функционирование сети прекращаются. Сеть падает.

 

Ячеистая топология

       

Сетевые кабели

В большинстве сетей применяются три основные группы кабелей. Коаксиальный кабель – до недавнего времени был самым распространенным.… Тонкий – гибкий, диаметр 0,64 см (0,25”). Прост в применении и подходит практически для любого типа сети. Подключается…

Беспроводная среда

Существуют следующие типы беспроводных сетей: ЛВС, расширенные ЛВС и мобильные сети (переносные компьютеры). Основные различия между ними –… Вопросы для самоконтроля 1. Что такое компьютерная сеть?

Лекция 8.3. Глобальная сеть Интернет

Принципы построения сети Интернет

Согласно модели ISO/OSI архитектуру компьютерных сетей следует рассматривать на разных уровнях (общее число уровней — до семи). Самый верхний… Рис. 8.3.1. Простейшая модель обмена данными в компьютерной сети

Сетевые службы

  Таблица 8. 1 . Уровни модели связи Уровень Аналогия …  

Основные понятия Интернет

В дословном переводе на русский язык интернет — это межсеть, то есть в узком смысле слова Интернет — это объединение сетей. Однако в последние годы у этого слова появился и более широкий смысл: Всемирная компьютерная сеть. Интернет можно рассматривать в физическом смысле как несколько миллионов компьютеров, связанных друг с другом всевозможными линиями связи, однако такой «физичес­кий» взгляд на Интернет слишком узок. Лучше рассматривать Интернет как некое информационное пространство.

Интернет — это не совокупность прямых соединений между компьютерами. Так, например, если два компьютера, находящиеся на разных континентах, обмениваются данными в Интернете, это совсем не значит, что между ними действует одно прямое или виртуальное соединение. Данные, которые они посылают друг другу, разбиваются на пакеты, и даже в одном сеансе связи разные пакеты одного сообщения могут пройти разными маршрутами. Какими бы маршрутами ни двигались пакеты данных, они все равно достигнут пункта назначения и будут собраны вместе в цельный доку­мент. При этом данные, отправленные позже, могут приходить раньше, но это не поме­шает правильно собрать документ, поскольку каждый пакет имеет свою маркировку.

Таким образом, Интернет представляет собой как бы «пространство», внутри кото­рого осуществляется непрерывная циркуляция данных. Данные перемещается между компьютерами, составляющими узлы сети, и какое-то время хранятся на их жестких дисках.

 

Теоретические основы Интернета

По-настоящему рождением Интернета принято считать 1983 год. В этом году произошли революционные изменения в программном обеспечении компьютерной… В современном понимании ТСР/IР — это не один сетевой протокол, а два… Протокол ТСР. Согласно протоколу ТСР, отправляемые данные «нарезаются» на небольшие пакеты, после чего каждый пакет…

Сервисы Интернет

Разные службы имеют разные протоколы. Они называются прикладными протоко­лами. Их соблюдение обеспечивается и поддерживается работой специальных… Так, например, для передачи файлов в Интернете используется специальный… • иметь на компьютере программу, являющуюся клиентом FТР (FТР- клиент);

Средства использование сетевых сервисов

Подключение к Интернету

• физически подключить компьютер к одному из узлов Всемирной сети; • получить IP-адрес на постоянной или временной основе; • установить и настроить программное обеспечение — программы-клиенты тех служб Интернета, услугами которых…

Установка модема

По способу подключения различают внешние и внутренние модемы. Внешние модемы подключают к разъему последовательного порта, выведенному на заднюю стенку системного блока. Внутренние модемы устанавливают в один из разъемов расши­рения материнской платы.

Поток данных, проходящих через модем, очень мал по сравнению с потоками, про­ходящими через другие устройства компьютера. Поэтому до последнего времени модемы подключали к разъемам (слотам) устаревшей малопроизводительной шины ISA. Однако в настоящее время начат выпуск модемов, рассчитанных на подклю­чение к шине PCI.

Как и другие устройства компьютера, модем требует не только аппаратной, но и программной установки. В операционной системе Windows ее можно выполнить стандартными средствами Пуск > Настройка > Панель управления > Установка обору­дования, хотя для модемов есть и специальное средство: Пуск > Настройка > Панель управления > Модемы.

 

Подключение к компьютеру поставщика услуг Интернета

Для подключения к компьютеру поставщика услуг Интернета надо правильно настро­ить программу Удаленный доступ к сети (Мой компьютер > Удаленный доступ к сети > Новое соединение). При настройке программы необходимы данные, которые должен сообщить поставщик услуг:

• номер телефона, по которому производится соединение;

• имя пользователя (login);

• пароль (password);

• IP-адрес сервера DNS (на всякий случай вводят два адреса — основной и допол­нительный, используемый, если основной сервер DNS по каким-то причинам временно не работает).

Этих данных достаточно для подключения к Интернету, хотя при заключении договора с поставщиком услуг можно получить и дополнительную информацию, например номера телефонов службы поддержки. Вводить собственный IР-адрес для настройки программы не надо. Сервер поставщика услуг выделит его автома­тически на время проведения сеанса работы.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое глобальная компьютерная сеть Internet?

2. Как работает электронная почта?

3. Какие виды обмена информацией приняты в электронной почте?

4. Каков электронный адрес нашего вуза и что означают его составляющие?

5. Какие виды работ поддерживает сеть Internet?

6. Что такое телеконференции?

7. Как можно передать файлы по Internet?

8. Что такое World-Wide-Web?

9. Что такое гиперссылка?

10. Что представляет собой гипертекст?

 

ДЕ9. Основы защиты информации и сведений, составляющих государственную тайну. Методы защиты информации

Лекция 9.1. Информационная безопасность (ИБ) и ее составляющие

В вычислительной технике понятие безопасности является весьма широким. Оно подразумевает и надежность работы компьютера, и сохранность ценных данных, и защиту информации от внесения в нее изменений неуполномоченными лицами, и сохранение тайны переписки в электронной связи. Разумеется, во всех цивилизо­ванных странах на страже безопасности граждан стоят законы, но в сфере вычис­лительной техники правоприменительная практика пока развита недостаточно, а законотворческий процесс не успевает за развитием технологий, поэтому надеж­ность работы компьютерных систем во многом опирается на меры самозащиты.

 

Компьютерные вирусы

Основными типами компьютерных вирусов являются: • программные вирусы; • загрузочные вирусы;

Методы защиты от компьютерных вирусов

• предотвращение поступления вирусов; • предотвращение вирусной атаки, если вирус все-таки поступил на компьютер; … • предотвращение разрушительных последствий, если атака все-таки произошла. Существуют три метода реализации защиты: …

Средства антивирусной защиты

Создавая план мероприятий по резервному копированию информации, необходимо учитывать, что резервные копии должны храниться отдельно от компьютера.… Резервные копии конфиденциальных данных сохраняют на внешних носителях,… Вспомогательными средствами защиты информации являются антивирусные программы и средства аппаратной защиты. Так,…

Популярные антивирусные средства

Среди наиболее популярных к российских пользователей антивирусных пакетов можно назвать программы: Norton Antivirus, Антивирус Касперского и Dr.Web. По различным оценкам, в настоящее время продукты Лаборатории Касперского занимают большую часть российского рынка. Прочие производители, в первую очередь Symantec, «Диалог – Наука», Trend Micro и Panda, делят оставшуюся долю рынка.

Защита от несанкционированного вмешательства

При организации доступа субъектов к объектам выполняются следующие действия: - идентификация и аутентификация субъекта доступа; - проверка прав доступа субъекта к объекту;

Понятие о несимметричном шифровании информации

Основной недостаток симметричного процесса заключается в том, что, прежде чем начать обмен информацией, надо выполнить передачу ключа, а для этого… Поэтому в настоящее время в Интернете используют несимметричные… Ключи устроены так, что сообщение, зашифрованное одной половинкой, можно расшифровать только другой половинкой (не…

Принцип достаточности защиты

Это настолько справедливо, что алгоритмы кодирования публичным ключом даже нет смысла скрывать. Обычно к ним есть доступ, а часто они просто широко… Количество комбинаций, которое надо проверить при реконструкции закрытого… Разумеется, не всегда реконструкцию закрытого ключа производят методами простого перебора комбинаций. Для этого…

Понятие об электронной подписи

Принцип ее создания тот же, что и рассмотренный выше. Если нам надо создать себе электронную подпись, следует с помощью специальной программы…

Вопросы для самоконтроля

1. Какие угрозы безопасности информации вы знаете?

2. Какие типы вирусов вы знаете, и какую угрозу они несут?

3. Какие меры следует предпринять для обеспечения безопасности информации?

4. Какие антивирусные программы вы знаете?

5. В чем заключаются особенности обработки конфиденциальной информации, с т.з. обеспечения ее безопасности?

6. Что такое электронная подпись?

ЧИСЛЕННОЕ ИНТЕГРИРОВАНИЕ

Постановка задачи

Задача численного интегрирования функции заключается в вычислении определенного интеграла на основании ряда значений подынтегральной функции.… Мы будем рассматривать способы приближенного вычисления определенных… , (10.1)

Формула прямоугольников

На частичном отрезке [xi-1, xi] заменим подынтегральную функцию полиномом Лагранжа нулевого порядка, построенным в одной точке. Естественно в… . (10.6) Подставив (2.6) в (2.5), получим составную формулу средних прямоугольников:

А) б)

Рис. 10.2.Метод левых (а) и правых (б) прямоугольников

 

Однако из-за нарушения симметрии в формулах (2.9) их погрешность значительно больше, чем в методе средних прямоугольников и ~O(h).

 

Формула трапеций

Если на частичном отрезке подынтегральную функцию заменить полиномом Лагранжа первой степени, то есть   , (10.10)

Формула Симпсона

В этом методе предлагается подынтегральную функцию на частичном отрезке аппроксимировать параболой, проходящей через точки (xj, f(xj)), где j =…   (10.14)

Постановка задачи

Пусть дано уравнение   f(x) = 0, (11.1)

Графическое решение уравнений

 

Действительные корни уравнения f(x) = 0 приближенно можно определить как абсциссы точек пересечения графика функции y = f(x) с осью ОХ (см. рис. 4.1, а). На практике часто бывает удобнее уравнение (4.1) заменить равносильным ему уравнением

 

,(11.2)

 

где функции φ(x)и ψ(x) более простые, чем функция f(x). Тогда, построив графики этих функций, искомые корни получим как абсциссы точек пересечения этих графиков (смотри рис. 4.1, б).

 

 

а) б)

Рис. 11.1. Графический метод нахождения корней уравнения.

 

Метод половинного деления (дихотомии)

  Теорема: Если непрерывная функция f(x) принимает значения разных знаков на…  

Метод хорд

Пусть дано уравнение   f(x) = 0, (11.4)

Метод Ньютона (метод касательных)

Пусть корень ξ уравнения f(x) = 0, (11.13)  

Комбинированный метод

Пусть f(a)·f(b) < 0, а f¢(x) и f¢¢(x) сохраняют постоянные знаки на отрезке [a¸ b]. Соединяя метод хорд и метод касательных,…   · f¢(x) > 0; f¢¢(x) > 0;

Замечания

· Комбинированный метод наиболее трудоемок.

· Метод, как и метод Ньютона не всегда сходится (почему?).

· Комбинированный метод сходится быстрее всех ранее рассмотренных, (если он сходится).

 

Вопросы для самопроверки

 

· Какие точные методы решения нелинейных уравнений вы знаете?

· Для чего нужен первый этап - отделение корней?

· Сформулируйте условия существования решения уравнения. Являются ли эти требования необходимыми и достаточными?

· Что можно сказать о точности методов половинного деления, хорд, касательных и комбинированного? По каким параметрам их еще можно сравнить?

· В соответствии с известной теоремой на отрезке [a, b]существует решение. Всегда ли его можно найти методом половинного деления, методом хорд, и т.п.?

 

 

12. ПРИБЛИЖЕННОЕ РЕШЕНИЕ
СИСТЕМ НЕЛИНЕЙНЫХ УРАВНЕНИЙ

Метод Ньютона

  (12.1)  

Метод градиента (метод скорейшего спуска)

 

Пусть имеется система нелинейных уравнений:

 

(12.13)

 

Систему (5.13) удобнее записать в матричном виде:

 

(12.14)

 

где - вектор – функция; - вектор – аргумент.

 

Решение системы (5.14), как и для системы линейных уравнений (см. п. 3.8), будем искать в виде

 

(12.15)

Здесь и - векторы неизвестных на p и p+1 шагах итераций; вектор невязок на p-ом шаге – f^(p) = f(x^(p)); W'_p – транспонированная матрица Якоби на p– ом шаге;

 

;

 

.

 

Пример 12.2. Методом градиента вычислим приближенно корни системы

 

 

расположенные в окрестности начала координат.

 

Имеем:

 

Выберем начальное приближение:

 

 

По вышеприведенным формулам найдем первое приближение:

 

 

 

Аналогичным образом находим следующее приближение:

 

 

 

Ограничимся двумя итерациями (шагами), и оценим невязку:

 

 

Замечания

· Как видно из примера, решение достаточно быстро сходится, невязка быстро убывает.

· При решении системы нелинейных уравнений методом градиента матрицу Якоби необходимо пересчитывать на каждом шаге (итерации).

 

Вопросы для самопроверки

 

· Как найти начальное приближение: а) для метода Ньютона; б) для метода градиента?

· В методе скорейшего спуска вычисляется Якобиан (матрица Якоби). Чем отличается Якобиан, вычисленный для СЛАУ, от Якобиана, вычисленного для нелинейной системы уравнений?

· Каков критерий остановки итерационного процесса при решении системы нелинейных уравнений: а) методом Ньютона; б) методом скорейшего спуска?