Какие программы называют прикладными?
|
Прикладная программа — это любая конкретная программа, способствующая решению какой-либо задачи в пределах данной проблемной области. |
Например, там, где на компьютер возложена задача контроля за финансовой деятельностью какой-либо фирмы, прикладной будет программа подготовки платежных ведомостей.
Прикладные программы могут носить и общий характер, например, обеспечивать составление и печатание документов и т.п.
В противоположность этому, операционная система или инструментальное ПО не вносят прямого вклада в удовлетворение конечных потребностей пользователя.
Прикладные программы могут использоваться либо автономно, то есть решать поставленную задачу без помощи других программ, либо в составе программных комплексов или пакетов.
Какие системы счисления используют специалисты для общения с компьютером?
Кроме десятичной широко используются системы с основанием, являющимся целой степенью числа 2, а именно:
двоичная (используются цифры 0, 1);
восьмеричная (используются цифры 0, 1, ..., 7);
шестнадцатеричная (для первых целых чисел от нуля до девяти используются цифры 0, 1, ..., 9, а для следующих чисел — от десяти до пятнадцати – в качестве цифр используются символы A, B, C, D, E, F).
Полезно запомнить запись в этих системах счисления первых двух десятков целых чисел:
|
|
Из всех систем счисления особенно проста и поэтому интересна для технической реализации в компьютерах двоичная система счисления.
Какие существуют типы портативных компьютеров?
Портативные компьютеры обычно нужны руководителям предприятий, менеджерам, учёным, журналистам, которым приходится работать вне офиса — дома, на презентациях или во время командировок.
Основные разновидности портативных компьютеров:
Laptop
Laptop (наколенник, от lap — колено и top — поверх). По размерам близок к обычному портфелю. По основным характеристикам (быстродействие, память) примерно соответствует настольным ПК. Сейчас компьютеры этого типа уступают место ещё меньшим.
Notebook
Notebook (блокнот, записная книжка). По размерам он ближе к книге крупного формата. Имеет вес около 3 кг. Помещается в портфель-дипломат. Для связи с офисом его обычно комплектуют модемом. Ноутбуки зачастую снабжают приводами CD-ROM.
Многие современные ноутбуки включают взаимозаменяемые блоки со стандартными разъёмами. Такие модули предназначены для очень разных функций. В одно и то же гнездо можно по мере надобности вставлять привод компакт-дисков, накопитель на магнитных дисках, запасную батарею или съёмный винчестер. Ноутбук устойчив к сбоям в энергопитании. Даже если он получает энергию от обычной электросети, в случае какого-либо сбоя он мгновенно переходит на питание от аккумуляторов.
Palmtop
Персональный
цифровой помощник
Palmtop (наладонник) — самые маленькие современные персональные компьютеры. Умещаются на ладони. Магнитные диски в них заменяет энергонезависимая электронная память. Нет и накопителей на дисках — обмен информацией с обычными компьютерами идет линиям связи. Если Palmtop дополнить набором деловых программ, записанных в его постоянную память, получится персональный цифровой помощник (Personal Digital Assistant).
Какие у машинных языков достоинства и недостатки?
Каждый компьютер имеет свой машинный язык, то есть свою совокупность машинных команд, которая отличается количеством адресов в команде, назначением информации, задаваемой в адресах, набором операций, которые может выполнить машина и др.
При программировании на машинном языке программист может держать под своим контролем каждую команду и каждую ячейку памяти, использовать все возможности имеющихся машинных операций.
Но процесс написания программы на машинном языке очень трудоемкий и утомительный. Программа получается громоздкой, труднообозримой, ее трудно отлаживать, изменять и развивать.
Поэтому в случае, когда нужно иметь эффективную программу, в максимальной степени учитывающую специфику конкретного компьютера, вместо машинных языков используют близкие к ним машинно-ориентированные языки (ассемблеры).
Какие устройства образуют внешнюю память?
Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и данных, и целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором. Информация от ВЗУ к процессору и наоборот циркулирует примерно по следующей цепочке:
В состав внешней памяти компьютера входят:
накопители на жёстких
магнитных дисках;
накопители на гибких
магнитных дисках;
накопители на компакт-дисках;
накопители на магнито-оптических
компакт-дисках;
накопители на магнитной ленте (стримеры) и др.
Какие устройства образуют внутреннюю память?
В состав внутренней памяти входят оперативная память, кэш-память и специальная память.
Оперативная память
|
Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM, Random Access Memory — память с произвольным доступом) — это быстрое запоминающее устройство не очень большого объёма, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами. |
Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, так как, когда машина выключается, все, что находилось в ОЗУ, пропадает. Доступ к элементам оперативной памяти прямой — это означает, что каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес.
Объем ОЗУ обычно составляет 4 - 64 Мбайта, а для эффективной работы современного программного обеспечения желательно иметь не менее 16 Мбайт ОЗУ. Обычно ОЗУ исполняется из интегральных микросхем памяти DRAM (Dynamic RAM — динамическое ОЗУ). Микросхемы DRAM работают медленнее, чем другие разновидности памяти, но стоят дешевле.
Каждый информационный бит в DRAM запоминается в виде электрического заряда крохотного конденсатора, образованного в структуре полупроводникового кристалла. Из-за токов утечки такие конденсаторы быстро разряжаются, и их периодически (примерно каждые 2 миллисекунды) подзаряжают специальные устройства. Этот процесс называется регенерацией памяти (Refresh Memory).
Современные микросхемы имеют ёмкость 1-16 Мбит и более. Они устанавливаются в корпуса и собираются в модули памяти.
Наиболее распространены модули типа SIMM (Single In-Line Memory Module — модуль памяти с однорядным расположением микросхем).
Рис. 2.6. SIMM. Модуль памяти c однорядным
расположением микросхем
В модуле SIMM элементы памяти собраны на маленькой печатной плате длиной около 10 см. Ёмкость таких модулей неодинаковая — 256 Кбайт, 1, 2, 4, 8, 16, 32 и 64 Мбайта. Различные модули SIMM могут иметь разное число микросхем — девять, три или одну, и разное число контактов — 30 или 72.
Важная характеристика модулей памяти — время доступа к данным, которое обычно составляет 60 – 80 наносекунд.
Кэш-память
Кэш (англ. cache), или сверхоперативная память — очень быстрое ЗУ небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью. |
Кэш-память реализуется на микросхемах статической памяти SRAM (Static RAM), более быстродействующих, дорогих и малоёмких, чем DRAM.
Современные микропроцессоры имеют встроенную кэш-память, так называемый кэш первого уровня размером 8–16 Кбайт. Кроме того, на системной плате компьютера может быть установлен кэш второго уровня ёмкостью от 64 Кбайт до 256 Кбайт и выше.
Специальная память
К устройствам специальной памяти относятся постоянная память (ROM), перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory), память CMOS RAM, питаемая от батарейки, видеопамять и некоторые другие виды памяти.
Постоянная память (ПЗУ, англ. ROM, Read Only Memory — память только для чтения) — энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Содержание памяти специальным образом “зашивается” в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ можно только читать. |
Перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory) — энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись своего содержимого с дискеты. |
Прежде всего в постоянную память записывают программу управления работой самого процессора. В ПЗУ находятся программы управления дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью, программы запуска и остановки компьютера, тестирования устройств.
Важнейшая микросхема постоянной или Flash-памяти — модуль BIOS.
BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода-вывода) — совокупность программ, предназначенных для: автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера; загрузки операционной системы в оперативную память. |
Разновидность постоянного ЗУ — CMOS RAM.
CMOS RAM — это память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки. Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы. |
Содержимое CMOS изменяется специальной программой Setup, находящейся в BIOS (англ. Set-up — устанавливать, читается "сетап").
Для хранения графической информации используется видеопамять.
Видеопамять (VRAM) — разновидность оперативного ЗУ, в котором хранятся закодированные изображения. Это ЗУ организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам — процессору и дисплею. Поэтому изображение на экране меняется одновременно с обновлением видеоданных в памяти. |
Какими должны быть компьютеры пятого поколения?
Разработка последующих поколений компьютеров производится на основе больших интегральных схем повышенной степени интеграции, использования оптоэлектронных принципов (лазеры, голография).
Развитие идет также по пути "интеллектуализации" компьютеров, устранения барьера между человеком и компьютером. Компьютеры будут способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой.
|
В компьютерах пятого поколения произойдёт качественный переход от обработки данных к обработке знаний. |
Архитектура компьютеров будущего поколения будет содержать два основных блока. Один из них — это традиционный компьютер. Но теперь он лишён связи с пользователем. Эту связь осуществляет блок, называемый термином "интеллектуальный интерфейс". Его задача — понять текст, написанный на естественном языке и содержащий условие задачи, и перевести его в работающую программу для компьютера.
Будет также решаться проблема децентрализации вычислений с помощью компьютерных сетей, как больших, находящихся на значительном расстоянии друг от друга, так и миниатюрных компьютеров, размещённых на одном кристалле полупроводника.
Какими должны быть тестовые данные?
Тестовые данные должны обеспечить проверку всех возможных условий возникновения ошибок:
должна быть испытана каждая ветвь алгоритма;
очередной тестовый прогон должен контролировать нечто такое, что еще не было проверено на предыдущих прогонах;
первый тест должен быть максимально прост, чтобы проверить, работает ли программа вообще;
арифметические операции в тестах должны предельно упрощаться для уменьшения объема вычислений;
количества элементов последовательностей, точность для итерационных вычислений, количество проходов цикла в тестовых примерах должны задаваться из соображений сокращения объема вычислений;
минимизация вычислений не должна снижать надежности контроля;
тестирование должно быть целенаправленным и систематизированным, так как случайный выбор исходных данных привел бы к трудностям в определении ручным способом ожидаемых результатов; кроме того, при случайном выборе тестовых данных могут оказаться непроверенными многие ситуации;
усложнение тестовых данных должно происходить постепенно.
Пример. Система тестов для задачи нахождения корней квадратного уравнения ax2 + bx + c = 0 :
| Номер теста | Проверяемый случай | Коэффициенты | Результаты | ||||||||
| a | b | c | |||||||||
| 1 | d > 0 | 1 | 1 | -2 | x1 = 1, x2 = -2 | ||||||
| 2 | d = 0 | 1 | 2 | 1 | Корни равны: x1 = -1, x2 = -1 | ||||||
| 3 | d < 0 | 2 | 1 | 2 | Действительных корней нет | ||||||
| 4 | a = 0, b = 0, c = 0 | 0 | 0 | 0 | Все коэффициенты равны нулю. x — любое число | ||||||
| 5 | a = 0, b = 0, c № 0 | 0 | 0 | 2 | Неправильное уравнение | ||||||
| 6 | a = 0, b № 0 | 0 | 2 | 1 | Линейное уравнение; один корень: x = -0.5 | ||||||
| 7 | a № 0, b № 0, c = 0 | 2 | 1 | 0 | x1 = 0, x2 = -0.5 |
Какими свойствами обладает информация?
Свойства информации:
|
достоверность; полнота; ценность; своевременность; |
понятность; доступность; краткость; и др. |
Информация достоверна, если она отражает истинное положение дел. Недостоверная информация может привести к неправильному пониманию или принятию неправильных решений.
Достоверная информация со временем может стать недостоверной, так как она обладает свойством устаревать, то есть перестаёт отражать истинное положение дел.
Информация полна, если её достаточно для понимания и принятия решений. Как неполная, так и избыточная информация сдерживает принятие решений или может повлечь ошибки.
Точность информации определяется степенью ее близости к реальному состоянию объекта, процесса, явления и т.п.
Ценность информации зависит от того, насколько она важна для решения задачи, а также от того, насколько в дальнейшем она найдёт применение в каких-либо видах деятельности человека.
Только своевременно полученная информация может принести ожидаемую пользу. Одинаково нежелательны как преждевременная подача информации (когда она ещё не может быть усвоена), так и её задержка.
Если ценная и своевременная информация выражена непонятным образом, она может стать бесполезной.
Информация становится понятной, если она выражена языком, на котором говорят те, кому предназначена эта информация.
Информация должна преподноситься в доступной (по уровню восприятия) форме. Поэтому одни и те же вопросы по разному излагаются в школьных учебниках и научных изданиях.
Информацию по одному и тому же вопросу можно изложить кратко (сжато, без несущественных деталей) или пространно (подробно, многословно). Краткость информации необходима в справочниках, энциклопедиях, учебниках, всевозможных инструкциях.
Какими свойствами обладают алгоpитмы?
Основные свойства алгоритмов следующие:
Понятность для исполнителя — т.е. исполнитель алгоритма должен знать, как его выполнять.
Дискpетность (прерывность, раздельность) — т.е. алгоpитм должен пpедставлять пpоцесс pешения задачи как последовательное выполнение пpостых (или pанее опpеделенных) шагов (этапов).
Опpеделенность — т.е. каждое пpавило алгоpитма должно быть четким, однозначным и не оставлять места для пpоизвола. Благодаpя этому свойству выполнение алгоpитма носит механический хаpактеp и не тpебует никаких дополнительных указаний или сведений о pешаемой задаче.
Pезультативность (или конечность). Это свойство состоит в том, что алгоpитм должен пpиводить к pешению задачи за конечное число шагов.
Массовость. Это означает, что алгоpитм pешения задачи pазpабатывается в общем виде, т.е. он должен быть пpименим для некотоpого класса задач, pазличающихся лишь исходными данными. Пpи этом исходные данные могут выбиpаться из некотоpой области, котоpая называется областью пpименимости алгоpитма.
Какова роль и назначение системных программ?
Системные программы выполняются вместе с прикладными и служат для управления ресурсами компьютера — центральным процессором, памятью, вводом-выводом.
Это программы общего пользования, которые предназначены для всех пользователей компьютера. Системное программное обеспечение разрабатывается так, чтобы компьютер мог эффективно выполнять прикладные программы.
Рис. 6.2. Структура программного обеспечения компьютера
Cреди десятков тысяч системных программ особое место занимают операционные системы, которые обеспечивают управление ресурсами компьютера с целью их эффективного использования.
Важными классами системных программ являются также программы вспомогательного назначения — утилиты (лат. utilitas
— польза). Они либо расширяют и дополняют соответствующие возможности операционной системы, либо решают самостоятельные важные задачи. Кратко опишем некоторые разновидности утилит:
программы контроля, тестирования и диагностики, которые используются для проверки правильности функционирования устройств компьютера и для обнаружения неисправностей в процессе эксплуатации; указывают причину и место неисправности;
программы-драйверы, которые расширяют возможности операционной системы по управлению устройствами ввода-вывода, оперативной памятью и т.д.; с помощью драйверов возможно подключение к компьютеру новых устройств или нестандартное использование имеющихся;
программы-упаковщики (архиваторы), которые позволяют записывать информацию на дисках более плотно, а также объединять копии нескольких файлов в один архивный файл;
антивирусные программы, предназначенные для предотвращения заражения компьютерными вирусами и ликвидации последствий заражения вирусами;
|
Компьютерный вирус — это специально написанная небольшая по размерам программа, которая может "приписывать" себя к другим программам для выполнения каких-либо вредных действий — портит файлы, "засоряет" оперативную память и т.д. |
программы оптимизации и контроля качества дискового пространства ;
программы восстановления информации, форматирования, защиты данных ;
коммуникационные программы, организующие обмен информацией между компьютерами;
программы для управления памятью, обеспечивающие более гибкое использование оперативной памяти;
программы для записи CD-ROM, CD-R и многие другие.
Часть утилит входит в состав операционной системы, а другая часть функционирует независимо от нее, т.е. автономно.
Какова структура операционной системы MS DOS?
Операционная система MS DOS (Microsoft Disk Operating System) — самая распространенная ОС на 16-разрядных персональных компьютерах. Она состоит из следующих основных модулей (рис. 6.4):
базовая система ввода/вывода (BIOS);
блок начальной загрузки (Boot Record);
модуль расширения базовой системы ввода/вывода (IO.SYS);
модуль обработки прерываний (MSDOS.SYS);
командный процессор (COMMAND.COM);
утилиты MS DOS.
Каждый из указанных модулей выполняет определенную часть функций, возложенных на ОС. Места постоянного размещения этих модулей различны. Так, базовая система ввода/вывода находится в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), а не на дисках, как все остальные модули.
Рис. 6.4. Состав операционной системы MS-DOS
|
Базовая система ввода/вывода (BIOS) выполняет наиболее простые и универсальные услуги операционной системы, связанные с осуществлением ввода-вывода. В функции BIOS входит также автоматическое тестирование основных аппаратных компонентов (оперативной памяти и др.) при включении машины и вызов блока начальной загрузки DOS. Блок начальной загрузки (или просто загрузчик) — это очень короткая программа, единственная функция которой заключается в считывании с диска в оперативную память двух других частей DOS — модуля расширения базовой системы ввода/вывода и модуля обработки прерываний. Модуль расширения базовой системы ввода/вывода дает возможность использования дополнительных драйверов, обслуживающих новые внешние устройства, а также драйверов для нестандартного обслуживания внешних устройств. Модуль обработки прерываний реализует основные высокоуровневые услуги DOS, поэтому его и называют основным. Командный процессор DOS обрабатывает команды, вводимые пользователем. Утилиты DOS — это программы, поставляемые вместе с операционной системой в виде отдельных файлов. Они выполняют действия обслуживающего характера, например, разметку дискет, проверку дисков и т.д. |
Каковы характерные ошибки программирования?
Ошибки могут быть допущены на всех этапах решения задачи — от ее постановки до оформления. Разновидности ошибок и соответствующие примеры приведены в таблице:
|
Вид ошибки |
Пример | ||
|
Неправильная постановка задачи |
Правильное решение неверно сформулированной задачи | ||
|
Неверный алгоритм |
Выбор алгоритма, приводящего к неточному или эффективному решению задачи | ||
|
Ошибка анализа |
Неполный учет ситуаций, которые могут возникнуть; логические ошибки | ||
|
Семантические ошибки |
Непонимание порядка выполнения оператора | ||
|
Синтаксические ошибки |
Нарушение правил, определяемых языком программирования | ||
|
Ошибки при выполнении операций |
Слишком большое число, деление на ноль, извлечение квадратного корня из отрицательного числа и т. п. | ||
|
Ошибки в данных |
Неудачное определение возможного диапазона изменения данных | ||
|
Опечатки |
Перепутаны близкие по написанию символы, например, цифра 1 и буквы I, l | ||
|
Ошибки ввода-вывода |
Неверное считывание входных данных, неверное задание форматов данных |
Каковы возможности систем деловой и научной графики?
Эти системы позволяют наглядно представлять на экране различные данные и зависимости.
Системы деловой графики дают возможность выводить на экран различные виды графиков и диаграмм (рис 6.7):
гистограммы;
круговые и секторные диаграммы и т.д.
Рис. 6.7. Круговые и столбиковые диаграммы
Системы научной и инженерной графики позволяют в цвете и в заданном масштабе отображать на экране следующие объекты:
Рис. 6.8. Чертеж с нанесенными изолиниями
графики двумерных и трехмерных функций, заданных в табличном или аналитическом виде;
системы изолиний, в том числе, и нанесённые на поверхность объекта;
сечения, проекции, карты и т.д.
Для построения легко воспринимаемых реалистических изображений трёхмерных объектов системы инженерной графики позволяют удалять линии, не видимые наблюдателю.
Существуют остроумные способы визуализации наиболее простых многомерных объектов — множеств точек. Один из них носит название "лица Чернова" (Чернов — современный американский математик).
Рис. 6.9. "Лица Чернова"
Этим способом можно отображать 10-20-мерные множества. Суть способа такова: каждому из измерений сопоставляется один из параметров схематически изображённого человеческого лица, например, первое измерение дает отношение высоты лица к ширине, второе – размер носа,третье – расстояние между глазами и т.д.
Таким образом, каждой точке исходного множества будет сопоставлено лицо. Рассматривая эти лица, можно отобрать похожие между собой или же выделить абсолютно непохожие и тем самым произвести некую классификацию исходного множества.
Какую роль играют компьютеры в медицине?
Врачи используют компьютеры для многих важных применений. Назовем некоторые из них.
Компьютерная аппаратура широко используется при постановке диагноза, проведении обследований и профилактических осмотров. Примеры компьютерных устройств и методов лечения и диагностики:
|
§ компьютерная томография и ядерная медицинская диагностика — дают точные послойные изображения структур внутренних органов; | |||
|
§ ультразвуковая диагностика и зондирование — используя эффекты взаимодействия падающих и отраженных ультразвуковых волн, открывает бесчисленные возможности для получения изображений внутренних органов и исследования их состояния; | |||
|
§ микрокомпьютерные технологии рентгеновских исследований — запомненные в цифровой форме рентгеновские снимки могут быть быстро и качественно обработаны, воспроизведены и занесены в архив для сравнения с последующими снимками этого пациента; | |||
|
§ задатчик (водитель) сердечного ритма; | |||
|
§ устройства дыхания и наркоза; | |||
|
§ лучевая терапия с микропроцессорным управлением — обеспечивает возможность применения более надежных и щадящих методов облучения; | |||
|
§ устройства диагностики и локализации почечных и желчных камней, а также контроля процесса их разрушения при помощи наружных ударных волн (литотрипсия); | |||
|
§ лечение зубов и протезирование с помощью компьютера; § системы с микрокомпьютерным управлением для интенсивного медицинского контроля пациента. |
Компьютерные сети используются для пересылки сообщений о донорских органах, в которых нуждаются больные, ожидающие операции трансплантации.
Банки медицинских данных позволяют медикам быть в курсе последних научных и практических достижений.
Компьютеры позволяют установить, как влияет загрязненность воздуха на заболеваемость населения данного района. Кроме того, с их помощью можно изучать влияние ударов на различные части тела, в частности, последствия удара при автомобильной катастрофе для черепа и позвоночника человека.
Рис 9.1. Организация работы в компьютеризированном
отделении лечебного учреждения
Компьютерная техника используется для обучения медицинских работников практическим навыкам. На этот раз компьютер выступает в роли больного, которому требуется немедленная помощь. На основании симптомов, выданных компьютером, обучающийся должен определить курс лечения. Если он ошибся, компьютер сразу показывает это.
Компьютеры используются для создания карт, показывающих скорость распространения эпидемий.
Компьютеры хранят в своей памяти истории болезней пациентов, что освобождает врачей от бумажной работы, на которую уходит много времени, и позволяет больше времени уделять самим больным.
На риcунках показано, как организуется работа в полностью компьютеризированном отделении лечебного учреждения. Применение компьютеров переводит медицину на иной, более высокий качественный уровень и способствует дальнейшему повышению уровня и качества жизни.
Какую роль играют компьютеры в обучении?
Процесс подготовки квалифицированных специалистов длителен и сложен. Обучение в средней школе и затем в вузе занимает почти треть продолжительности жизни человека. К тому же в современном информационном обществе знания очень быстро стареют. Чтобы быть способным выполнять ту или иную профессиональную деятельность, специалисту необходимо непрерывно пополнять своё образование.
|
В информационном обществе знать "КАК" важнее чем знать "ЧТО". |
Поэтому в наше время основная задача среднего и высшего этапов образования состоит не в том, чтобы сообщить как можно больший объем знаний, а в том, чтобы научить эти знания добывать самостоятельно и творчески применять для получения нового знания. Реально это возможно лишь с введением в образовательный процесс средств новых информационных технологий (СНИТ), ориентированных на реализацию целей обучения и воспитания.
|
Средства новых информационных технологий — это программно-аппаратные средства и устройства, функционирующие на базе ком-пьютерной техники, а также современные средства и системы информационного обмена, обеспечивающие операции по сбору, созданию, накоплению, хранению, обработке и передачи информации. |
Рассмотрим основные перспективные направления использования СНИТ в образовании [52, 53].
Автоматизированные обучающие системы (АОС) — комплексы программно-технических и учебно-методических средств, обеспечивающих активную учебную деятельность. АОС обеспечивают не только обучение конкретным знаниям, но и проверку ответов учащихся, возможность подсказки, занимательность изучаемого материала и др.
АОС представляют собой сложные человеко-машинные системы, в которых объединяется в одно целое ряд дисциплин: дидактика (научно обосновываются цели, содержание, закономерности и принципы обучения); психология (учитываются особенности характера и душевный склад обучаемого); моделирование, машинная графика
и др.
Основное средство взаимодействия обучаемого с АОС — диалог. Диалогом с обучающей системой может управлять как сам обучаемый, так и система.
В первом случае обучаемый сам определяет режим своей работы с АОС, выбирая способ изучения материала, который соответствует его индивидуальным способностям. Во втором случае методику и способ изучения материала выбирает система, предъявляя обучаемому в соответствии со сценарием кадры учебного материала и вопросы к ним. Свои ответы обучаемый вводит в систему, которая истолковывает для себя их смысл и выдает сообщение о характере ответа. В зависимости от степени правильности ответа, либо от вопросов обучаемого система организует запуск тех или иных путей сценария обучения, выбирая стратегию обучения и приспосабливаясь к уровню знаний обучаемого.
Экспертные обучающие системы (ЭОС). Реализуют обучающие функции и содержат знания из определенной достаточно узкой предметной области. ЭОС располагают возможностями пояснения стратегии и тактики решения задачи изучаемой предметной области и обеспечивают контроль уровня знаний, умений и навыков с диагностикой ошибок по результатам обучения.
Учебные базы данных (УБД) и учебные базы знаний (УБЗ), ориентированные на некоторую предметную область. УБД позволяют формировать наборы данных для заданной учебной задачи и осуществлять выбор, сортировку, анализ и обработку содержащейся в этих наборах информации. В УБЗ, как правило, содержатся описание основных понятий предметной области, стратегия и тактика решения задач; комплекс предлагаемых упражнений, примеров и задач предметной области, а также перечень возможных ошибок обучаемого и информация для их исправления; база данных, содержащая перечень методических приемов и организационных форм обучения.
Системы Мультимедиа. Позволяют реализовать интенсивные методы и формы обучения, повысить мотивацию обучения за счет применения современных средств обработки аудиовизуальной информации, повысить уровень эмоционального восприятия информации, сформировать умения реализовывать разнообразные формы самостоятельной деятельности по обработке информации.
Системы Мультимедиа широко используются с целью изучения процессов различной природы на основе их моделирования.
Здесь можно сделать наглядной невидимую обычным глазом жизнь элементарных частиц микромира при изучении физики, образно и понятно рассказать об абстрактных и n-мерных мирах, доходчиво объяснить, как работает тот или иной алгоритм и т.п. Возможность в цвете и со звуковым сопровождением промоделировать реальный процесс поднимает обучение на качественно новую ступень.
Кадры учебного фильма "Топология и механика" изображают
гиперсферу, аналог обычной сферы в четырехмерном
пространстве. Создано с помощью компьютера.
Системы «Виртуальная реальность». Применяются при решении конструктивно-графических, художественных и других задач, где необходимо развитие умения создавать мысленную пространственную конструкцию некоторого объекта по его графическому представлению; при изучении стереометрии и черчения; в компьютеризированных тренажерах технологических процессов, ядерных установок, авиационного, морского и сухопутного транспорта, где без подобных устройств принципиально невозможно отработать навыки взаимодействия человека с современными сверхсложными и опасными механизмами и явлениями.
Образовательные компьютерные телекоммуникационные сети. Позволяют обеспечить дистанционное обучение (ДО) — обучение на расстоянии, когда преподаватель и обучаемый разделены пространственно и (или) во времени, а учебный процесс осуществляется с помощью телекоммуникаций, главным образом, на основе средств сети Интернет. Многие люди при этом получают возможность повышать образование на дому (например, взрослые люди, обремененные деловыми и семейными заботами, молодежь, проживающая в сельской местности или небольших городах). Человек в любой период своей жизни обретает возможность дистанционно получить новую профессию, повысить свою квалификацию и расширить кругозор, причем практически в любом научном или учебном центре мира.
В образовательной практике находят применение все основные виды компьютерных телекоммуникаций: электронная почта, электронные доски объявлений, телеконференции и другие возможности Интернета. ДО предусматривает и автономное использование курсов, записанных на видеодиски, компакт-диски и т.д.
Компьютерные телекоммуникации обеспечивают:
возможность доступа к различным источникам информации через систему Internet и работы с этой информацией;
возможность оперативной обратной связи в ходе диалога с преподавателем или с другими участниками обучающего курса;
возможность организации совместных телекоммуникационных проектов, в том числе международных, телеконференций, возможность обмена мнениями с любым участником данного курса, преподавателем, консультантами, возможность запроса информации по любому интересующему вопросу через телеконференции.
возможность реализации методов дистанционного творчества, таких как участие в дистанционных конференциях, дистанционный «мозговой штурм» сетевых творческих работ, сопоставительный анализ информации в WWW, дистантные исследовательские работы, коллективные образовательные проекты, деловые игры, практикумы, виртуальные экскурсии др.
Совместная работа стимулирует учащихся на ознакомление с разными точками зрения на изучаемую проблему, на поиск дополнительной информации, на оценку получаемых собственных результатов.
Какую роль играют компьютеры в управлении технологическими процессами?
Основных применений два:
в гибких автоматизированных производствах (ГАП);
в контрольно-измерительных комплексах.
В гибких автоматизированных производствах компьютеры (или микропроцессоры) решают следующие задачи:
управление механизмами;
управление технологическими режимами;
управление промышленными роботами.
Применение компьютеров в управлении технологическими процессами оправдано тогда, когда существует потребность в частых изменениях реализуемых функций. Пример гибких автоматизированных производств — заводы-роботы в Японии.
Одной из новых областей является создание на основе персональных компьютеров контрольно-измерительной аппаратуры, с помощью которой можно проверять изделия прямо на производственной линии.
В развитых странах налажен выпуск программного обеспечения и специальных сменных плат, позволяющих превращать компьютер в высококачественную измерительную и испытательную систему.
Компьютеры, оснащенные подобным образом, могут использоваться в качестве запоминающих цифровых осциллографов, устройств сбора данных, многоцелевых измерительных приборов.
Применение компьютеров в качестве контрольно-измерительных приборов более эффективно, чем выпуск в ограниченных количествах специализированных приборов с вычислительными блоками.
|
Автоматизированное рабочее место (АРМ, рабочая станция) — место оператора, которое оборудовано всеми средствами, необходимыми для выполнения определенных функций. |
В системах обработки данных и учреждениях обычно АРМ — это дисплей с клавиатурой, но может использоваться также и принтер, внешние запоминающее устройство и др.
Команды школьного АЯ
Оператор присваивания. Служит для вычисления выражений и присваивания их значений переменным. Общий вид: А := В, где знак ":=" означает команду заменить прежнее значение переменной, стоящей в левой части, на вычисленное значение выражения, стоящего в правой части.
Например, a:=(b+c)*sin(Pi/4); i:=i+1.
Для ввода и вывода данных используют команды
ввод имена переменных
вывод имена переменных, выражения, тексты.
Для ветвления применяют команды если и выбор, для организации циклов — команды для и пока, описанные в разделе 7.9.
Краткая историческая справка
История счётных устройств насчитывает много веков. Ниже в хронологическом порядке приводятся некоторые наиболее значимые события этой истории, их даты и имена участников.
Около 500 г. н.э. Изобретение счётов (абака) — устройства, состоящего из набора костяшек, нанизанных на стержни.
1614 г. Шотландец Джон Непер изобрёл логарифмы. Вскоре после этого Р. Биссакар создал логарифмическую линейку.
Блез Паскаль
1642 г. Французский ученый Блез Паскаль приступил к созданию арифметической машины — механического устройства с шестернями, колёсами, зубчатыми рейками и т.п. Она умела "запоминать" числа и выполнять элементарные арифметические операции.
Перфокарта
1804 г. Французский инженер Жаккар изобрёл перфокарты
для управления автоматическим ткацким станком.
1834 г. Английский ученый Чарльз Бэббидж составил проект "аналитической" машины, в которую входили: устройства ввода и вывода информации, запоминающее устройство для хранения чисел, устройство, способное выполнять арифметические операции, и устройство, управляющее последовательностью действий машины. Команды вводились с помощью перфокарт. Проект не был реализован.
1876 г. Английский инженер Александер Белл изобрёл телефон.
1890 г. Американский инженер Герман Холлерит создал статистический табулятор, в котором информация, нанесённая на перфокарты, расшифровывалась электрическим током. Табулятор использовался для обработки результатов переписи населения в США.
1892 г. Американский инженер У. Барроуз выпустил первый коммерческий сумматор.
1897 г. Английский физик Дж. Томсон сконструировал электронно-лучевую трубку.
1901 г. Итальянский физик Гульельмо Маркони
установил радиосвязь между Европой и Америкой.
Алан Тьюринг
1904-1906 гг. Сконструированы электронные диод и триод.
1936 г. Алан Тьюринг и независимо от него Э. Пост выдвинули и разработали концепцию абстрактной вычислительной машины. Они доказали принципиальную возможность решения автоматами любой проблемы при условии возможности её алгоритмизации.
1938 г. Немецкий инженер Конрад Цузе построил первый чисто механический компьютер.
Конрад Цузе
1938 г. Американский математик и инженер Клод Шеннон показал возможность применения аппарата математической логики для синтеза и анализа релейно-контактных переключательных схем.
1939 г. Американец болгарского происхождения Джон Атанасофф создал прототип вычислительной машины на базе двоичных элементов.
Марк-1
1941 г. Конрад Цузе сконструировал первый универсальный компьютер на электромеханических элементах. Он работал с двоичными числами и использовал представление чисел с плавающей запятой.
1944 г. Под руководством американского математика Говарда Айкена создана автоматическая вычислительная машина "Марк-1" с программным управлением. Она была построена на электро-механических реле, а программа обработки данных вводилась с перфоленты.
Джон фон Нейман
1945 г. Джон фон Нейман в отчёте "Предварительный доклад о машине Эдвак" сформулировал основные принципы работы и компоненты современных компьютеров.
Компьютер "Эниак", 1946 г.
1946 г. Американцы Дж. Эккерт и Дж. Моучли сконструировали первый электронный цифровой компьютер "Эниак" (Electronic Numerical Integrator and Computer). Машина имела 20 тысяч электронных ламп и 1,5 тысячи реле. Она работала в тысячу раз быстрее, чем "Марк-1", выполняя за одну секунду 300 умножений или 5000 сложений.
Транзистор
1948 г. В американской фирме Bell Laboratories физики Уильям Шокли, Уолтер Браттейн и Джон Бардин создали транзистор. За это достижение им была присуждена Нобелевская премия.
1949 г. В Англии под руководством Мориса Уилкса построен первый в мире компьютер с хранимой в памяти программой EDSAC.
1957 г. Американской фирмой NCR создан первый компьютер на транзисторах.
1951 г. В Киеве построен первый в континентальной Европе компьютер МЭСМ (малая электронная счетная машина), имеющий 600 электронных ламп. Создатель С.А. Лебедев.
1951-1955 гг. Благодаря деятельности российских ученых С.А.
Лебедева, М.В. Келдыша, М.А. Лаврентьева, И.С. Брука, М.А. Карцева, Б.И. Рамеева, В.С. Антонова, А.Н. Невского, Б.И. Буркова и руководимых ими коллективов Советский Союз вырвался в число лидеров вычислительной техники, что позволило в короткие сроки решить важные научно-технические задачи овладения ядерной энергией и исследования Космоса.
1952 г. Под руководством С.А. Лебедева в Москве построен компьютер БЭСМ-1 (большая электронная счетная машина) — на то время самая производительная машина в Европе и одна из лучших в мире.
1955-1959 гг. Российские ученые А.А. Ляпунов, С.С. Камынин, Э.З. Любимский, А.П. Ершов, Л.Н. Королев, В.М. Курочкин, М.Р. Шура-Бура и др. создали "программирующие программы" — прообразы трансляторов. В.В. Мартынюк создал систему символьного кодирования
— средство ускорения разработки и отладки программ.
1955-1959 гг. Заложен фундамент теории программирования (А.А. Ляпунов, Ю.И. Янов, А.А. Марков, Л.А. Калужин) и численных методов (В.М. Глушков, А.А. Самарский, А.Н. Тихонов). Моделируются схемы механизма мышления и процессов генетики, алгоритмы диагностики медицинских заболеваний (А.А. Ляпунов, Б.В. Гнеденко, Н.М. Амосов, А.Г. Ивахненко, В.А. Ковалевский и др.).
Джон Бэкус
Интегральная схема
1958 г. Джек Килби из фирмы Texas Instruments создал первую интегральную схему.
1957 г. Первое сообщение о языке Фортран
(Джон Бэкус).
1959 г. Под руководством С.А. Лебедева создана машина БЭСМ-2 производительностью 10 тыс. опер./с. С ее применением связаны расчеты запусков космических ракет и первых в мире искусственных спутников Земли.
С.А. Лебедев
1959 г. Создана машина М-20, главный конструктор С.А. Лебедев. Для своего времени одна из самых быстродействующих в мире (20 тыс. опер./с.). На этой машине было решено большинство теоретических и прикладных задач, связанных с развитием самых передовых областей науки и техники того времени. На основе М-20 была создана уникальная многопроцессорная М-40
— самая быстродействующая ЭВМ того времени в мире (40 тыс.
опер./с.). На смену М-20 пришли полупроводниковые БЭСМ-4 и М-220 (200 тыс. опер./с.).
1959 г. Первое сообщение о языке Алгол, который надолго стал стандартом в области языков программирования.
1961 г. Фирма IBM Deutschland реализовала подключение компьютера к телефонной линии с помощью модема.
1964 г. Начат выпуск семейства машин третьего поколения — IBM/360.
БЭСМ-6
1965 г. Дж. Кемени и Т. Курц в Дортмундском колледже (США) разработали язык программирования Бейсик.
1967 г. Под руководством С.А. Лебедева организован крупно-серийный выпуск шедевра отечественной вычислительной техники — миллионника БЭСМ-6, самой быстродействующей машины в мире. За ним последовал "Эльбрус" — ЭВМ нового типа, производительностью 10 млн. опер./с.
Никлаус Вирт
1968 г. Основана фирма Intel, впоследствии ставшая признанным лидером в области производства микропроцессоров и других компьютерных интегральных схем.
1970 г. Швейцарец Никлаус Вирт разработал язык Паскаль.
1971 г. Фирма Intel разработала микропроцессор 4004, состоящий из 2250 транзисторов, размещённых в кристалле размером не больше шляпки гвоздя.
1971 г. Французский учёный Алан Колмари разработал язык логического программирования Пролог (PROgramming in LOGic).
Деннис Ритчи
1972 г. Деннис Ритчи из Bell Laboratories разработал язык Си.
1973 г. Кен Томпсон и Деннис Ритчи создали операционную систему UNIX.
1973 г. Фирма IBM (International Business Machines Corporation) сконструировала первый жёсткий диск типа "винчестер".
1974 г. Фирма Intel разработала первый универсальный восьмиразрядный микропроцессор 8080 с 4500 транзисторами.
Альтаир
1974 г. Эдвард Робертс, молодой офицер ВВС США, инженер-электронщик, построил на базе процессора 8080 микрокомпьютер Альтаир, имевший огромный коммерческий успех, продававшийся по почте и широко использовавшийся для домашнего применения.
Билл Гейтс и Пол Аллен
1975 г. Молодой программист Пол Аллен и студент Гарвардского университета Билл Гейтс реализовали для Альтаира язык Бейсик.
Впоследствии они основали фирму Майкрософт (Microsoft), являющуюся сегодня крупнейшим производителем программного обеспечения.
1975 г. Фирма IBM начала продажу лазерных принтеров.
Apple-1
1976 г. Студенты Стив Возняк и Стив Джобс, устроив мастерскую в гараже, реализовали компьютер Apple-1, положив начало корпорации Apple.
Стивен Джобс и Стефан Возняк
1978 г. Фирма Intel выпустила микропроцессор 8086.
1979 г. Фирма Intel выпустила микропроцессор 8088.
1979 г. Фирма SoftWare Arts разработала первый пакет деловых программ VisiCalc (Visible Calculator) для персональных компьютеров.
1980 г. Японские компании Sharp, Sanyo, Panasonic, Casio и американская фирма Tandy вынесли на рынок первый карманный компьютер, обладающий всеми основными свойствами больших компьютеров.
1981 г. Фирма IBM выпустила первый персональный компьютер IBM PC на базе микропроцессора 8088.
1982 г. Фирма Intel выпустила микропроцессор 80286.
Lisa
1983 г. Корпорация Apple Computers построила персональный компьютер "Lisa" — первый офисный компьютер, управляемый манипулятором "мышь".
1983 г. Гибкие диски получили распространение в качестве стандартных носителей информации.
Андерс Хейльсберг
1983 г. Фирмой Borland выпущен в продажу компилятор Turbo Pascal, разработанный Андерсом Хейльсбергом (Anders Hejlsberg).
1984 г. Создан первый компьютер типа Laptop (наколенный), в котором системный блок объединен с дисплеем и клавиатурой в единый блок.
1984 г. Фирмы Sony и Phillips разработали стандарт записи компакт-дисков CD-ROM.
Macintosh
1984 г. Корпорация Apple Computer выпустила компьютер Macintosh — первую модель знаменитого впоследствии семейства Macintosh c удобной для пользователя операционной системой, развитыми графическими возможностями, намного превосходящими в то время те, которыми обладали стандартные IBM-совместимые ПК с MS-DOS. Эти компьютеры быстро приобрели миллионы поклонников и стали вычислительной платформой для целых отраслей, таких например, как издательское дело и образование.
1985 г. Фирма Intel выпустила микропроцессор 80386.
1989 г. Американская фирма Poquet Computers Corporation представила новый компьютер класса Subnotebook — Pocket PC.
1993 г. Фирма Intel выпустила микропроцессор Pentium.
1994 г. Начало выпуска фирмой Power Mac серии фирмы Apple Computers — Power PC.
1995 г. Выпущена в свет операционная система Windows 95.
На чем основана классификация по поколениям?
|
Деление компьютерной техники на поколения — весьма условная, нестрогая классификация вычислительных систем по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов общения с компьютером. |
Идея делить машины на поколения вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала большую эволюцию как в смысле элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы и др.), так и в смысле изменения её структуры, появления новых возможностей, расширения областей применения и характера использования.
На какие типы делятся компьютеры по производительности и характеру использования?
По производительности и характеру использования компьютеры можно условно подразделить на:
микрокомпьютеры, в том числе — персональные компьютеры;
миникомпьютеры;
мэйнфреймы (универсальные компьютеры);
суперкомпьютеры.
Микрокомпьютеры — это компьютеры, в которых центральный процессор выполнен в виде микропроцессора.
Продвинутые модели микрокомпьютеров имеют несколько микропроцессоров. Производительность компьютера определяется не только характеристиками применяемого микропроцессора, но и ёмкостью оперативной памяти, типами периферийных устройств, качеством конструктивных решений и др.
Микрокомпьютеры представляют собой инструменты для решения разнообразных сложных задач. Их микропроцессоры с каждым годом увеличивают мощность, а периферийные устройства — эффективность. Быстродействие — порядка 1 - 10 миллионов опеpаций в сек.
Разновидность микрокомпьютера — микроконтроллер. Это основанное на микропроцессоре специализированное устройство, встраиваемое в систему управления или технологическую линию.
|
Персональные компьютеры (ПК) — это микрокомпьютеры универсального назначения, рассчитанные на одного пользователя и управляемые одним человеком. |
В класс персональных компьютеров входят различные машины — от дешёвых домашних и игровых с небольшой оперативной памятью, с памятью программы на кассетной ленте и обычным телевизором в качестве дисплея, до сверхсложных машин с мощным процессором, винчестерским накопителем ёмкостью в десятки Гигабайт, с цветными графическими устройствами высокого разрешения, средствами мультимедиа и другими дополнительными устройствами.
Пеpсональный компьютеp должен удовлетворять следующим требованиям:
стоимость от нескольких сотен до 5-10 тысяч доллаpов;
наличие внешних ЗУ на магнитных дисках;
объём оперативной памяти не менее 4 Мбайт;
наличие операционной системы;
способность работать с программами на языках высокого уровня;
ориентация на пользователя-непрофессионала (в простых моделях).
Миникомпьютерами и суперминикомпьютерами называются машины, конструктивно выполненные в одной стойке, т.е.
занимающие объём порядка половины кубометра. Сейчас компьютеры этого класса вымирают, уступая место микрокомпьютерам.
Мэйнфреймы предназначены для решения широкого класса научно-технических задач и являются сложными и дорогими машинами. Их целесообразно применять в больших системах при наличии не менее 200 - 300 рабочих мест.
Централизованная обработка данных на мэйнфрейме обходится примерно в 5 - 6 раз дешевле, чем распределённая обработка при клиент-серверном подходе.
Известный мэйнфрейм S/390
фирмы IBM обычно оснащается не менее чем тремя процессорами. Максимальный объём оперативного хранения достигает 342 Терабайт.
Производительность его процессоров, пропускная способность каналов, объём оперативного хранения позволяют наращивать число рабочих мест в диапазоне от 20 до 200000 с помощью простого добавления процессорных плат, модулей оперативной памяти и дисковых накопителей.
Десятки мэйнфреймов могут работать совместно под управлением одной операционной системы над выполнением единой задачи.
Суперкомпьютер CRAY-1
Суперкомпьютеры — это очень мощные компьютеры с производительностью свыше 100 мегафлопов (1 мегафлоп — миллион операций с плавающей точкой в секунду). Они называются сверхбыстродействующими. Эти машины представляют собой многопроцессорные и (или) многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Различают суперкомпьютеры среднего класса, класса выше среднего и переднего края (high end).
Архитектура суперкомпьютеров основана на идеях параллелизма и конвейеризации вычислений.
В этих машинах параллельно, то есть одновременно, выполняется множество похожих операций (это называется мультипроцессорной обработкой). Таким образом, сверхвысокое быстродействие обеспечивается не для всех задач, а только для задач, поддающихся распараллеливанию.
Что такое конвейеpная обработка? Приведем сравнение — на каждом рабочем месте конвейера выполняется один шаг производственного процесса, а на всех рабочих местах в одно и то же время обрабатываются различные изделия на всевозможных стадиях.
По такому принципу устроено арифметико-логическое устройство суперкомпьютера.
Отличительной особенностью суперкомпьютеров являются векторные процессоры, оснащенные аппаратурой для параллельного выполнения операций с многомерными цифровыми объектами — векторами и матрицами. В них встроены векторные регистры и параллельный конвейерный механизм обработки. Если на обычном процессоре программист выполняет операции над каждым компонентом вектора по очереди, то на векторном — выдаёт сразу векторые команды.
Векторная аппаратура очень дорога, в частности, потому, что требуется много сверхбыстродействующей памяти под векторные регистры.
Наиболее распространённые суперкомпьютеры — массово-параллельные компьютерные системы. Они имеют десятки тысяч процессоров, взаимодействующих через сложную, иерархически организованую систему памяти.
В качестве примера рассмотрим характеристики многоцелевого массово-параллельного суперкомпьютера среднего класса Intel Pentium Pro 200. Этот компьютер содержит 9200 процессоров Pentium Pro на 200 Мгц, в сумме (теоретически) обеспечивающих производительность 1,34 Терафлоп (1 Терафлоп равен 1012
операций с плавающей точкой в секунду), имеет 537 Гбайт памяти и диски ёмкостью 2,25 Терабайт. Система весит 44 тонны (кондиционеры для неё — целых 300 тонн) и потребляет мощность 850 кВт.
Супер-компьютеры используются для решения сложных и больших научных задач (метеорология, гидродинамика и т. п.), в управлении, разведке, в качестве централизованных хранилищ информации и т.д.
Элементная база — микросхемы сверхвысокой степени интеграции.
На какие типы делятся компьютеры по условиям эксплуатации?
По условиям эксплуатации компьютеры делятся на два типа:
офисные (универсальные);
специальные.
Офисные предназначены для решения широкого класса задач при нормальных условиях эксплуатации.
Индустриальный компьютер
Cпециальные компьютеры служат для решения более узкого класса задач или даже одной задачи, требующей многократного решения, и функционируют в особых условиях эксплуатации.
Машинные ресурсы специальных компьютеров часто ограничены. Однако их узкая ориентация позволяет реализовать заданный класс задач наиболее эффективно.
Специальные компьютеры управляют технологическими установками, работают в операционных или машинах скорой помощи, на ракетах, самолётах и вертолётах, вблизи высоковольтных линий передач или в зоне действия радаров, радиопередатчиков, в неотапливаемых помещениях, под водой на глубине, в условиях пыли, грязи, вибраций, взрывоопасных газов и т.п. Существует много моделей таких компьютеров. Познакомимся с одной из них.
Компьютер Ergotouch
Компьютер Ergotouch (Эрготач) [48] исполнен в литом алюминиевом полностью герметичном корпусе, который легко открывается для обслуживания.
Cтенки компьютера поглощают практически все электромагнитные излучения как изнутри, так и снаружи. Машина оборудована экраном, чувствительным к прикосновениям.
Компьютер можно, не выключая, мыть из шланга, дезинфицировать, дезактивировать, обезжиривать.
Высочайшая надежность позволяет использовать его как средство управления и контроля технологическими процессами в реальном времени. Компьютер легко входит в локальную сеть предприятия.
Важное направление в создании промышленных компьютеров — разработка "операторского интерфейса" — пультов управления, дисплеев, клавиатур и указательных устройств во всевозможных исполнениях. От этих изделий напрямую зависит комфортность и результативность труда операторов.
На каких принципах построены компьютеры?
В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом.
Рис. 2.2. Джон фон Нейман, 1945 г.
1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды.
А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти.
Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды “стоп”.
Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.
2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.
Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм).
Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции — перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.
3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.
Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен.
Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских.
Но существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Для них, например, может не выполняться принцип программного управления, т.е. они могут работать без “счетчика команд”, указывающего текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам не обязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются не-фон-неймановскими.
Накопители на гибких магнитных дисках
|
Гибкий диск, дискета (англ. floppy disk) — устройство для хранения небольших объёмов информации, представляющее собой гибкий пластиковый диск в защитной оболочке. Используется для переноса данных с одного компьютера на другой и для распространения программного обеспечения. |
Дискета состоит из круглой полимерной подложки, покрытой с обеих сторон магнитным окислом и помещенной в пластиковую упаковку, на внутреннюю поверхность которой нанесено очищающее покрытие. В упаковке сделаны с двух сторон радиальные прорези, через которые головки считывания/записи накопителя получают доступ к диску.
Способ записи двоичной информации на магнитной среде называется магнитным кодированием. Он заключается в том, что магнитные домены в среде выстраиваются вдоль дорожек в направлении приложенного магнитного поля своими северными и южными полюсами. Обычно устанавливается однозначное соответствие между двоичной информацией и ориентацией магнитных доменов.
Информация записывается по концентрическим дорожкам (трекам), которые делятся на секторы. Количество дорожек и секторов зависит от типа и формата дискеты. Сектор хранит минимальную порцию информации, которая может быть записана на диск или считана. Ёмкость сектора постоянна и составляет 512 байтов.
Рис. 2.7. Поверхность
магнитного диска
На дискете можно хранить от 360 Килобайт до 2,88 Мегабайт информации.
В настоящее время наибольшее распространение получили дискеты со следующими характеристиками: диаметр 3,5 дюйма (89 мм), ёмкость 1,44 Мбайт, число дорожек 80, количество секторов на дорожках 18.
Дискета устанавливается в накопитель на гибких магнитных дисках (англ. floppy-disk drive), автоматически в нем фиксируется, после чего механизм накопителя раскручивается до частоты вращения 360 мин–1. В накопителе вращается сама дискета, магнитные головки остаются неподвижными. Дискета вращается только при обращении к ней.
Накопитель связан с процессором через контроллер гибких дисков.
Накопители на компакт-дисках
CD-ROM состоит из прозрачной полимерной основы диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм. Одна сторона покрыта тонким алюминиевым слоем, защищенным от повреждений слоем лака. Двоичная информация представляется последовательным чередованием углублений (pits
— ямки) и основного слоя (land — земля).
На одном дюйме (2,54 см) по радиусу диска размещается 16 тысяч дорожек с информацией. Для сравнения — на дюйме по радиусу дискеты всего лишь 96 дорожек. Ёмкость CD до 780 Мбайт. Информация заносится на диск на заводе и не может быть изменена.
Достоинства CD-ROM:
При малых физических размерах CD-ROM обладают высокой информационной ёмкостью, что позволяет использовать их в справочных системах и в учебных комплексах с богатым иллюстративным материалом; один CD, имея размеры примерно дискеты, по информационному объёму равен почти 500 таким дискетам;
Считывание информации с CD происходит с высокой скоростью, сравнимой со скоростью работы винчестера;
CD просты и удобны в работе, практически не изнашиваются;
CD не могут быть поражены вирусами;
На CD-ROM невозможно случайно стереть информацию;
Стоимость хранения данных (в расчете на 1 Мбайт) низкая.
В отличие от магнитных дисков, компакт-диски имеют не множество кольцевых дорожек, а одну — спиральную, как у грампластинок. В связи с этим, угловая скорость вращения диска не постоянна. Она линейно уменьшается в процессе продвижения читающей магнитной головки к центру диска.
Для работы с CD ROM нужно подключить к компьютеру накопитель CD-ROM (CD-ROM Drive), в котором компакт-диски сменяются как в обычном проигрывателе. Накопители CD-ROM часто называют проигрывателями CD-ROM или приводами CD-ROM.
Что такое накопитель CD-ROM с технической точки зрения?
Рис. 2.9. Накопитель CD-ROM
Участки CD, на которых записаны символы "0" и "1", отличаются коэффициентом отражения лазерного луча, посылаемого накопителем CD-ROM. Эти отличия улавливаются фотоэлементом, и общий сигнал преобразуется в соответствующую последовательность нулей и единиц.
Многие накопители CD-ROM способны воспроизводить обычные аудио-CD. Это позволяет пользователю, работающему за компьютером, слушать музыку в фоновом режиме.
Со временем на смену CD-ROM могут прийти цифровые видеодиски DVD(читается "ди-ви-ди"). Эти диски имеют тот же размер, что и обычные CD, но вмещают 4,7 Гбайт данных, т.е. по объёму заменяют семь стандартных дисков CD-ROM. В скором времени ёмкость дисков DVD возрастет до 17 Гбайт. На таких дисках будут выпускаться полноэкранные видеофильмы отличного качества, программы-тренажёры, мультимедийные игры и многое другое.
Главный недостаток накопителей CD-ROM по сравнению с винчестерскими накопителями — невозможность перезаписи информации.
Накопители на магнитной ленте (стримеры) и накопители на сменных дисках
|
Стример (англ. tape streamer) — устройство для резервного копирования больших объёмов информации. В качестве носителя здесь применяются кассеты с магнитной лентой ёмкостью 1 - 2 Гбайта и больше. |
Рис. 2.11. Накопитель на сменных дисках
Стримеры позволяют записать на небольшую кассету с магнитной лентой огромное количество информации. Встроенные в стример средства аппаратного сжатия позволяют автоматически уплотнять информацию перед её записью и восстанавливать после считывания, что увеличивает объём сохраняемой информации.
Недостатком стримеров является их сравнительно низкая скорость записи, поиска и считывания информации.
В последнее время всё шире используются накопители на сменных дисках, которые позволяют не только увеличивать объём хранимой информации, но и переносить информацию между компьютерами. Объём сменных дисков — от сотен Мбайт до нескольких Гигабайт.
Накопители на жестких магнитных дисках
Если гибкие диски — это средство переноса данных между компьютерами, то жесткий диск — информационный склад компьютера.
|
Накопитель на жёстких магнитных дисках (англ. HDD — Hard Disk Drive) или винчестерский накопитель — это наиболее массовое запоминающее устройство большой ёмкости, в котором носителями информации являются круглые алюминиевые пластины — платтеры, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Используется для постоянного хранения информации — программ и данных. |
Рис. 2.8. Винчестерский накопитель
со снятой крышкой корпуса
Как и у дискеты, рабочие поверхности платтеров разделены на кольцевые концентрические дорожки, а дорожки — на секторы. Головки считывания-записи вместе с их несущей конструкцией и дисками заключены в герметически закрытый корпус, называемый модулем данных. При установке модуля данных на дисковод он автоматически соединяется с системой, подкачивающей очищенный охлажденный воздух.
Поверхность платтера имеет магнитное покрытие
толщиной всего лишь в 1,1 мкм, а также слой смазки для предохранения головки от повреждения при опускании и подъёме на ходу. При вращении платтера над ним образуется воздушный слой, который обеспечивает воздушную подушку для зависания головки на высоте 0,5 мкм над поверхностью диска.
Винчестерские накопители имеют очень большую ёмкость: от сотен Мегабайт до десятков Гбайт. У современных моделей скорость вращения шпинделя достигает 7200 оборотов в минуту, среднее время поиска данных — 10 мс, максимальная скорость передачи данных до 40 Мбайт/с.
В отличие от дискеты, винчестерский диск вращается непрерывно.
Винчестерский накопитель связан с процессором через контроллер жесткого диска.
Все современные накопители снабжаются встроенным кэшем (64 Кбайт и более), который существенно повышает их производительность.
Основные сервисы системы Интернет
World Wide Web (WWW, “Всемирная паутина”) — основной инструмент Интернет, её главный информационный сервис.
|
World Wide Web (WWW, “Всемирная паутина”) — гипертекстовая, а точнее, гипермедийная информационная система поиска ресурсов Интернет и доступа к ним. |
Гипертекст — информационная структура, позволяющая устанавливать смысловые связи между элементами текста на экране компьютера таким образом, чтобы можно было легко осуществлять переходы от одного элемента к другому. На практике в гипертексте некоторые слова выделяют путем подчёркивания или окрашивания в другой цвет. Выделение слова говорит о наличии связи этого слова с некоторым документом, в котором тема, связанная с выделенным словом, рассматривается более подробно.
Гипермедиа — это то, что получится, если в определении гипертекста заменить слово “текст” на “любые виды информации”: звук, графику, видео. Такие гипермедийные ссылки возможны, поскольку наряду с текстовой информацией можно связывать и любую другую двоичную информацию, например, закодированный звук или графику, Так, если программа отображает карту мира и если пользователь выбирает на этой карте с помощью мыши какой-либо континент, программа может тут же дать о нём графическую, звуковую и текстовую информацию.
Система WWW
построена на специальном протоколе передачи данных, который называется протоколом передачи гипертекста HTTP (читается “эйч-ти-ти-пи”, HyperText Transfer Protocol).
Всё содержимое системы WWW
состоит из WWW-страниц, называемых сайтами (англ. site — участок).
WWW-cтраницы (cайты) — гипермедийные документы системы World Wide Web. Создаются с помощью языка разметки гипертекста HTML (Hypertext markup language).
Язык HTML позволяет добавлять к текстовым документам специальные командные фрагменты — тэги (англ. tag
— "этикетка, ярлык") таким образом, что становится возможным связывать с этими документами другие тексты, графику, звук и видео, задавать заголовки различных уровней, разделять текст на абзацы, строить таблицы и т.д.
Например, заголовок документа может иметь такой вид: <TITLE> Клуб любителей персиков </TITLE>
Одну WWW-страницу на самом деле обычно составляет набор гипермедийных документов, расположенных на одном сервере, переплетённых взаимными ссылками и связанных по смыслу
(например, содержащих информацию об одном учебном заведении или об одном музее). Каждый документ страницы, в свою очередь, может содержать несколько экранных страниц текста и иллюстраций. Каждая WWW-страница имеет свой “титульный лист” (англ. “homepage”) — гипермедийный документ, содержащий ссылки на главные составные части страницы. Адреса “титульных листов” распространяются в Интернет в качестве адресов страниц.
Личные страницы — такие WWW-страницы, которые принадлежат не фирмам и не организациям, а отдельным людям. Содержание и оформление такой страницы зависит только от её автора. |
пользователи имеют дело с программами-клиентами системы, называемыми браузерами.
Браузеры (англ. browse — листать, просматривать) — программы, с помощью которых пользователь организует диалог с системой WWW: просматривает WWW страницы, взаимодействует с WWW-cерверами и другими ресурсами в Интернет. |
Браузеры WWW умеют взаимодействовать с любыми типами серверов, используя при этом их собственные протоколы. Информацию, полученную от любого сервера, браузер WWW выводит на экран в стандартной, удобной для восприятия форме. При этом переключения с одного протокола на другой для пользователя часто остаются незамеченными.
Программа удалённого доступа Telnet. Позволяет входить в другую вычислительную систему, работающую в Интернет, с помощью протокола TELNET. Эта программа состоит из двух компонент: программы-клиента, которая выполняется на компьютере-клиенте, и программы-сервера, которая выполняется на компьютере-сервере.
Функции программы-клиента:
установление соединения с сервером;
приём от абонента входных данных, преобразование их к стандартному формату и отсылка серверу;
приём от сервера результатов запроса в стандартном формате и переформатирование их в вид, удобный клиенту.
Функции программы-сервера:
ожидание запроса в стандартной форме;
обслуживание этого запроса;
отсылка результатов программе-клиенту.
Telnet — простое и поэтому универсальное средство связи в Интернет.
Программа пересылки файлов Ftp. Перемещает копии файлов с одного узла Интернет на другой в соответствии с протоколом FTP (File Transfer Protocol — “протокол передачи файлов”). При этом не имеет значения, где эти узлы расположены и как соединены между собой.
Компьютеры, на которых есть файлы для общего пользования, называются FTP-серверами. В Интернет имеется более 10 Терабайт бесплатных файлов и программ.
Электронная почта (Electronic mail, англ. mail — почта, сокр. E-mail, читается “и-мэйл”). Служит для передачи текстовых сообщений в пределах Интернет, а также между другими сетями электронной почты. К тексту письма современные почтовые программы позволяют прикреплять звуковые и графические файлы, а также двоичные файлы — программы.
При использовании электронной почты каждому абоненту присваивается уникальный почтовый адрес, формат которого имеет вид: <имя пользователя> @ < имя почтового сервера>. Например: earth@space.com, где earth — имя пользователя, space.com — имя компьютера, @ — разделительный символ “эт коммерческое”.
Сообщения, поступающие по E-Mail, хранятся в специальном “почтовом” компьютере в выделенной для получателя области дисковой памяти (его “почтовом ящике”), откуда он может их выгрузить и прочитать с помощью специальной программы-клиента.
Для отсылки сообщения нужно знать электронный адрес абонента. При качественной связи электронное письмо доходит в любую точку мира в течение нескольких минут.
Пользователи электронной почты стремятся придерживаться правил сетевого этикета (нэтикета), а для выражения эмоций используют схематические изображения человеческого лица, так называемые смайлики (англ. smiley, “улыбочка”), некоторые из которых приведены ниже.
|
Смайлики (рассматривайте, склонив голову влево) |
||
|
:-) улыбка :-))) хохот :-~) насморк :*) пьяница :-{) усатый :-[ вампир –:-) панк |
:-Q курит :-@ кричит :-( грусть :'-( плачет ;-) хитрец >:-( злится : 0 зевает |
:-)~ пускает слюнки 8:-) маленькая девочка :-* cъел горькое :'-) плачет от счастья :-& поклялся молчать O-) аквалангист =8-) носит очки |
Сегодня Usenet имеет более десяти тысяч дискуссионных групп (NewsGroups) или телеконференций, каждая из которых посвящена определённой теме и является средством обмена мнениями. Телеконференции разбиты на несколько групп:
news — вопросы, касающиеся системы телеконференций;
comp — компьютеры и программное обеспечение;
rec — развлечения, хобби и искусства;
sci — научно-исследовательская деятельность и приложения;
soc — социальные вопросы;
talk — дебаты по различным спорным вопросам;
misc — всё остальное.
Внутри этих категорий существует иерархия. Так, например, rec.music.beatles — это дискуссия о творчестве Битлз, входящая в подгруппу “музыка” группы дискуссий по искусству.
Существует большой выбор программ чтения телеконференций, которые формируют материал дискуссий в упорядоченном виде и предоставляют в распоряжение корреспондентов.
Аналог телеконференций в других сетях — “электронная доска объявлений” (Bulletin Board System, BBS).
Системы информационного поиска сети Интернет
В Интернет представлена информация на любые темы, которые только можно себе представить. Но найти в ней нужную информацию не так-то легко из-за того, что сеть по своей природе не имеет чёткой структуры. Поэтому для ориентировки в Интернет и быстрого получения свежей справочной информации разработаны системы поиска информации.
Все системы поиска информации Интернет располагаются на специально выделенных компьютерах с мощными каналами связи.
Ежеминутно они бесплатно обслуживают огромное количество клиентов.
Поисковые системы можно разбить на два типа:
предметные каталоги, формируемые людьми-редакторами;
автоматические индексы, формируемые специальными компьютерными программами, без участия людей.
Системы, основанные на предметных каталогах. Используют базы данных, формируемые специалистами-редакторами, которые отбирают информацию, устанавливают связи для баз данных, организуют и снабжают данные в разных поисковых категориях перекрёстными ссылками. Кампании, владеющие предметными каталогами, непрерывно исследуют, описывают и каталогизируют содержимое WWW-cерверов и других сетевых ресурсов, разбросанных по всему миру.
В результате этой работы клиенты Интернет имеют постоянно обновляющиеся иерархические (древовидные) каталоги, на верхнем уровне которых собраны самые общие категории, такие как “бизнес”, “наука”, “искусство” и т.п., а элементы самого нижнего уровня представляют собой ссылки на отдельные WWW-страницы и серверы вместе с кратким описанием их содержимого.
Пример. Если нужно выяснить, какая в мире имеется информация о пище динозавров, достаточно спуститься по иерархии:
Науки ==> Млекопитающие ==> Палеонтология ==> Динозавры ==> Пища.
Каталоги, составленные людьми, более осмыслены, чем автоматические индексы. Их очень мало, так как их создание и поддержка требуют огромных затрат. Для примера рассмотрим самый популярный предметный каталог Yahoo!, который обладает одной из крупнейших баз данных. Имеет информационные базы для детей и подростков. Поддерживает два основных метода работы с каталогом — поиск по ключевым словам и поиск по иерархическому дереву разделов. Не принимает запросов на естественном языке.
Автоматические индексы. Переоценить их трудно. Поиск по ключевым словам в одной базе данных, занимающий в худшем случае несколько секунд, принесёт те же результаты, что и обшаривание всех WWW-страниц во всей сети Интернет.
Автоматический индекс состоит из трёх частей:
программы-робота;
базы данных, собираемой этим роботом;
интерфейса для поиска в этой базе, с которым и работает пользователь.
Все эти компоненты функционируют без вмешательства человека.
К автоматическим индексам следует прибегать только тогда, когда ключевые слова точно известны, например, фамилия человека или несколько специфических терминов из соответствующей области. Индексы получают информацию из каждого отдельного узла, регистрируют и индексируют её и добавляют к своим базам данных.
Среди известных индексов выделяется: AltaVista — одна из самых мощных полностью автоматических поисковых систем. Обладает полнотекстовой базой данных. Выдаёт наибольшее количество ссылок. Проиндексировано 30 млн. страниц с 300 тысяч серверов и 4 млн. статей из телеконференций Usenet. За один день AltaVista
обслуживает около 20 млн. запросов.
В Интернет один и тот же узел сети может одновременно работать по нескольким протоколам. Поэтому крупные узлы сети сейчас обладают полным набором серверов, и к ним можно обращаться почти по любому из существующих протоколов.
Основные служебные слова
|
алг (алгоритм) |
сим (символьный) |
дано |
для |
да | |||||
|
арг (аргумент) |
лит (литерный) |
надо |
от |
нет | |||||
|
рез (результат) |
лог (логический) |
если |
до |
при | |||||
|
нач (начало) |
таб(таблица) |
то |
знач |
выбор | |||||
|
кон (конец) |
нц (начало цикла) |
иначе |
и |
ввод | |||||
|
цел (целый) |
кц (конец цикла) |
все |
или |
вывод | |||||
|
вещ (вещественный) |
длин (длина) |
пока |
не |
утв |
|
Общий вид алгоритма: алг название алгоритма (аргументы и результаты) дано условия применимости алгоритма надо цель выполнения алгоритма нач описание промежуточных величин | последовательность команд (тело алгоритма) кон |
Часть алгоритма от слова алг до слова нач называется заголовком, а часть, заключенная между словами нач и кон — телом алгоритма.
В предложении алг после названия алгоритма в круглых скобках указываются характеристики (арг, рез) и тип значения (цел, вещ, сим, лит или лог) всех входных (аргументы) и выходных (результаты) переменных. При описании массивов (таблиц) используется служебное слово таб, дополненное граничными парами по каждому индексу элементов массива.
Примеры предложений алг:
o алг Объем и площадь цилиндра (арг вещ R, H, рез вещ V, S)
o алг Корни КвУр(арг вещ а, b, c, рез вещ x1, x2, рез лит t)
o алг Исключить элемент(арг цел N, арг рез вещ таб А[1:N])
o алг Диагональ(арг цел N, арг цел таб A[1:N,1:N], рез лит Otvet)
Предложения дано и надо не обязательны. В них рекомендуется записывать утверждения, описывающие состояние среды исполнителя алгоритма, например:
1. алг Замена ( арг лит Str1, Str2, арг рез лит Text)2. дано | длины подстрок Str1 и Str2 совпадают3. надо | всюду в строке Text подстрока Str1 заменена на Str2
4.
5. алг Число максимумов (арг цел N, арг вещ таб A[1:N], рез цел K)6. дано | N>07. надо | К - число максимальных элементов в таблице А
8.
9. алг Сопротивление (арг вещ R1, R2, арг цел N, рез вещ R)10. дано | N>5, R1>0, R2>011. надо | R - сопротивление схемы
12.
Здесь в предложениях дано и надо после знака "|" записаны комментарии. Комментарии можно помещать в конце любой строки. Они не обрабатываются транслятором, но существенно облегчают понимание алгоритма.
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ АЛГЕБРЫ ЛОГИКИ
| Закон | Для ИЛИ | Для И | |||
| Переместительный | |||||
| Сочетательный | |||||
| Распределительный | |||||
| Правила де Моргана | |||||
| Идемпотенции | |||||
| Поглощения | |||||
| Склеивания | |||||
| Операция переменной с ее инверсией | |||||
| Операция с константами | |||||
| Двойного отрицания |
По каким критериям классифицируют компьютеры?
Существуют различные классификации компьютерной техники:
по этапам развития (по поколениям);
по архитектуре;
по производительности;
по условиям эксплуатации;
по количеству процессоров;
по потребительским свойствам и т.д.
Четких границ между классами компьютеров не существует. По мере совершенствования структур и технологии производства, появляются новые классы компьютеров, границы существующих классов существенно изменяются.
Почему люди пользуются десятичной системой, а компьютеры — двоичной?
Люди предпочитают десятичную систему, вероятно, потому, что с древних времен считали по пальцам, а пальцев у людей по десять на руках и ногах. Не всегда и не везде люди пользуются десятичной системой счисления. В Китае, например, долгое время пользовались пятеричной системой счисления.
А компьютеры используют двоичную систему потому, что она имеет ряд преимуществ перед другими системами:
для ее реализации нужны технические устройства с двумя устойчивыми состояниями (есть ток — нет тока, намагничен — не намагничен и т.п.), а не, например, с десятью, — как в десятичной;
представление информации посредством только двух состояний надежно и помехоустойчиво;
возможно применение аппарата булевой алгебры для выполнения логических преобразований информации;
двоичная арифметика намного проще десятичной.
Недостаток двоичной системы — быстрый рост числа разрядов, необходимых для записи чисел.
Почему в компьютерах используются также восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления?
Двоичная система, удобная для компьютеров, для человека неудобна из-за ее громоздкости и непривычной записи.
Перевод чисел из десятичной системы в двоичную и наоборот выполняет машина. Однако, чтобы профессионально использовать компьютер, следует научиться понимать слово машины. Для этого и разработаны восьмеричная и шестнадцатеричная системы.
Числа в этих системах читаются почти так же легко, как десятичные, требуют соответственно в три
(восьмеричная) и в четыре (шестнадцатеричная) раза меньше разрядов, чем в двоичной системе (ведь числа 8 и 16 – соответственно, третья и четвертая степени числа 2).
|
Перевод восьмеричных и шестнадцатеричных чисел в двоичную систему очень прост: достаточно каждую цифру заменить эквивалентной ей двоичной триадой (тройкой цифр) или тетрадой (четверкой цифр). |
Например:
|
Чтобы перевести число из двоичной системы в восьмеричную или шестнадцатеричную, его нужно разбить влево и вправо от запятой на триады (для восьмеричной) или тетрады (для шестнадцатеричной) и каждую такую группу заменить соответ-ствующей восьмеричной (шестнадцатеричной) цифрой. |
Например,
Пример вложенных циклов для
Вычислить сумму элементов заданной матрицы А(5,3).
|
Матрица А | нц для i от 1 до 5 нц для j от 1 до 3 S:=S+A[i,j] кц кц |
Пример вложенных циклов пока
Вычислить произведение тех элементов заданной матрицы A(10,10), которые расположены на пересечении четных строк и четных столбцов.
| i:=2; P:=1 нц пока i <= 10 j:=2 нц пока j <= 10 P:=P*A[i,j] j:=j+2 кц i:=i+2 кц |
Пример записи алгоритма на школьном АЯ
алг Сумма квадратов (арг цел n, рез цел S)дано | n > 0надо | S = 1*1 + 2*2 + 3*3 + ... + n*nнач цел i ввод n; S:=0 нц для i от 1 до n S:=S+i*i кц вывод "S = ", Sкон
Примеры записи арифметических выражений
| Математическая запись | Запись на школьном алгоритмическом языке | ||
| x*y/z | |||
| x/(y*z) или x/y/z | |||
| (a**3+b**3)/(b*c) | |||
| (a[i+1]+b[i-1])/(2*x*y) | |||
| (-b+sqrt(b*b-4*a*c))/(2*a) | |||
| (x<0) | sign(x)*abs(x)**(1/5) | ||
| 0.49*exp(a*a-b*b)+ln(cos(a*a))**3 | |||
| x/(1+x*x/(3+(2*x)**3)) |
Типичные ошибки в записи выражений:
| 5x+1 a+sin x ((a+b)/c**3 | Пропущен знак умножения между 5 и х Аргумент x функции sin x не заключен в скобки Не хватает закрывающей скобки |
Примеры записи логических выражений, истинных при выполнении указанных условий
|
Условие |
Запись на школьном алгоритмическом языке | ||
|
Дробная часть вещественого числа a равна нулю |
int(a) = 0 | ||
|
Целое число a — четное |
mod(a,2) = 0 | ||
|
Целое число a — нечетное |
mod(a,2) = 1 | ||
|
Целое число k кратно семи |
mod(a,7) = 0 | ||
|
Каждое из чисел a,b положительно |
(a>0) и (b>0) | ||
|
Только одно из чисел a,b положительно |
((a>0) и (b<=0)) или ((a<=0) и (b>0)) | ||
|
Хотя бы одно из чисел a,b,c является отрицательным |
(a<0) или (b<0) или (c<0) | ||
|
Число x удовлетворяет условию a<x<b |
(x>a) и (x<b) | ||
|
Число x имеет значение в промежутке [1, 3] |
(x>=1) и (x<=3) | ||
|
Целые числа a и b имеют одинаковую четность |
((mod(a,2)=0) и (mod(b,2)=0) или ((mod(a,2)=1) и (mod(b,2)=1)) | ||
|
Точка с координатами (x,y) лежит в круге радиуса r с центром в точке (a,b) |
(x-a)**2+(y-b)**2<r*r | ||
|
Уравнение ax^2+bx+c=0 не имеет действительных корней |
b*b-4*a*c<0 | ||
|
Точка (x,y) принадлежит первому или третьему квадранту |
((x>0) и (y>0)) или ((x<0) и (y>0)) | ||
|
Точка (x,y) принндлежит внешности единичного круга с центром в начале координат или его второй четверти |
(x*x+y*y>1) или ((x*x+y*y<=1) и (x<0) и (y>0)) | ||
|
Целые числа a и b являются взаимнопротивоположными |
a = -b | ||
|
Целые числа a и b являются взаимнообратными |
a*b = 1 | ||
|
Число a больше среднего арифметического чисел b,c,d |
a>(b+c+d)/3 | ||
|
Число a не меньше среднего геометрического чисел b,c,d |
a>=(b+c+d)**(1/3) | ||
|
Хотя бы одна из логических переменных F1 и F2 имеет значение да |
F1 или F2 | ||
|
Обе логические переменые F1 и F2 имеют значение да |
F1 и F2 | ||
|
Обе логические переменые F1 и F2 имеют значение нет |
не F1 и не F2 | ||
|
Логическая переменная F1 имеет значение да, а логическая переменная F2 имеет значение нет |
F1 и не F2 | ||
|
Только одна из логических переменных F1 и F2 имеет значение да |
(F1 и не F2) или (F2 и не F1) |
Сложение
Таблицы сложения легко составить, используя Правило Счета.
| Сложение в двоичной системе | Сложение в восьмеричной системе |
Сложение в шестнадцатиричной системе
При сложении цифры суммируются по разрядам, и если при этом возникает избыток, то он переносится влево.
Пример 1. Сложим числа 15 и 6 в различных системах счисления.
| Шестнадцатеричная: F16+616 | Ответ: 15+6 = 2110 = 101012
= 258 = 1516. Проверка. Преобразуем полученные суммы к десятичному виду: 101012 = 24 + 22 + 20 = 16+4+1=21, 258 = 2*81 + 5*80 = 16 + 5 = 21, 1516 = 1*161 + 5*160 = 16+5 = 21. |
Пример 2. Сложим числа 15, 7 и 3.
| Шестнадцатеричная: F16+716+316 | Ответ: 5+7+3 = 2510 = 110012
= 318 = 1916. Проверка: 110012 = 24 + 23 + 20 = 16+8+1=25, 318 = 3*81 + 1*80 = 24 + 1 = 25, 1916 = 1*161 + 9*160 = 16+9 = 25. |
Пример 3. Сложим числа 141,5 и 59,75.
Ответ: 141,5 + 59,75 = 201,2510
= 11001001,012 = 311,28 = C9,416
Проверка. Преобразуем полученные суммы к десятичному виду:
11001001,012 = 27 + 26 + 23 + 20
+ 2-2 = 201,25
311,28 = 3*82 + 1•81 + 1*80 + 2*8-1
= 201,25
C9,416 = 12*161 + 9*160 + 4*16-1 = 201,25
Сложение и вычитание
|
В большинстве компьютеров операция вычитания не используется. Вместо нее производится сложение уменьшаемого с обратным или дополнительным кодом вычитаемого. Это позволяет существенно упростить конструкцию АЛУ. |
При сложении обратных кодов чисел А и В имеют место четыре основных и два особых случая:
1. А и В положительные. При суммировании складываются все разряды, включая разряд знака. Так как знаковые разряды положительных слагаемых равны нулю, разряд знака суммы тоже равен нулю. Например:
Получен правильный результат.
2. А положительное, B отрицательное и по абсолютной величине больше, чем А. Например:
Получен правильный результат в обратном коде. При переводе в прямой код биты цифровой части результата инвертируются: 1 0000111 = –710.
3. А положительное, B отрицательное и по абсолютной величине меньше, чем А. Например:
Компьютер исправляет полученный первоначально неправильный результат (6 вместо 7) переносом единицы из знакового разряда в младший разряд суммы.
4. А и В отрицательные. Например:
Полученный первоначально неправильный результат (обратный код числа –1110 вместо обратного кода числа –1010) компьютер исправляет переносом единицы из знакового разряда в младший разряд суммы.
При переводе результата в прямой код биты цифровой части числа инвертируются: 1 0001010 = –1010.
При сложении может возникнуть ситуация, когда старшие разряды результата операции не помещаются в отведенной для него области памяти. Такая ситуация называется переполнением разрядной сетки формата числа. Для обнаружения переполнения и оповещения о возникшей ошибке в компьютере используются специальные средства. Ниже приведены два возможных случая переполнения.
5. А и В положительные, сумма А+В больше, либо равна 2n–1, где n – количество разрядов формата чисел (для однобайтового формата n=8, 2n–1 = 27 = 128). Например:
Семи разрядов цифровой части числового формата недостаточно для размещения восьмиразрядной суммы (16210
= 101000102), поэтому старший разряд суммы оказывается в знаковом разряде.
Это вызывает несовпадение знака суммы и знаков слагаемых, что является свидетельством переполнения разрядной сетки.
6. А и В отрицательные, сумма абсолютных величин А и В больше, либо равна 2n–1. Например:
Здесь знак суммы тоже не совпадает со знаками слагаемых, что свидетельствует о переполнении разрядной сетки.
Все эти случаи имеют место и при сложении дополнительных кодов чисел:
1. А и В положительные. Здесь нет отличий от случая 1, рассмотренного для обратного кода.
2. А положительное, B отрицательное и по абсолютной величине больше, чем А. Например:
Получен правильный результат в дополнительном коде. При переводе в прямой код биты цифровой части результата инвертируются и к младшему разряду прибавляется единица: 1 0000110 + 1 = 1 0000111 = –710.
3. А положительное, B отрицательное и по абсолютной величине меньше, чем А. Например:
Получен правильный результат. Единицу переноса из знакового разряда компьютер отбрасывает.
4. А и В отрицательные. Например:
Получен правильный результат в дополнительном коде. Единицу переноса из знакового разряда компьютер отбрасывает.
Случаи переполнения для дополнительных кодов рассматриваются по аналогии со случаями 5 и 6 для обратных кодов.
Сравнение рассмотренных форм кодирования целых чисел со знаком показывает:
на преобразование отрицательного числа в обратный код компьютер затрачивает меньше времени, чем на преобразование в дополнительный код, так как последнее состоит из двух шагов — образования обратного кода и прибавления единицы к его младшему разряду;
время выполнения сложения для дополнительных кодов чисел меньше, чем для их обратных кодов, потому что в таком сложении нет переноса единицы из знакового разряда в младший разряд результата.
Сводная таблица переводов целых чисел из одной системы счисления в другую
Рассмотрим только те системы счисления, которые применяются в компьютерах — десятичную, двоичную, восьмеричную и шестнадцатеричную.
Для определенности возьмем произвольное десятичное число, например 46, и для него выполним все возможные последовательные переводы из одной системы счисления в другую.
Порядок переводов определим в соответствии с рисунком:
На этом рисунке использованы следующие обозначения:
в кружках записаны основания систем счисления;
стрелки указывают направление перевода;
номер рядом со стрелкой означает порядковый номер соответствующего примера в сводной таблице 4.1.
Например: означает перевод из двоичной системы в шестнадцатеричную, имеющий в таблице порядковый номер 6.
Сводная таблица переводов целых чисел
Таблица 4.1.
Таблица стандартных функций школьного алгоритмического языка
| Название и математическое обозначение функции | Указатель функции | |||||
| Абсолютная величина (модуль) | | х | | abs(x) | ||||
| Корень квадратный | sqrt(x) | |||||
| Натуральный логарифм | ln x | ln(x) | ||||
| Десятичный логарифм | lg x | lg(x) | ||||
| Экспонента (степень числа е " 2.72) | ex | exp(x) | ||||
| Знак числа x (-1,если х<0; 0,если x=0; 1,если x>0) | sign x | sign(x) | ||||
| Целая часть х (т.е. максимальное целое число,не превосходящее х) | int(x) | |||||
| Минимум из чисел х и y | min(x,y) | |||||
| Максимум из чисел х и y | max(x,y) | |||||
| Частное от деления целого х на целое y | div(x,y) | |||||
| Остаток от деления целого х на целое y | mod(x,y) | |||||
| Случайное число в диапазоне от 0 до х-1 | rnd(x) | |||||
| Синус (угол в радианах) | sin x | sin(x) | ||||
| Косинус (угол в радианах) | cos x | cos(x) | ||||
| Тангенс (угол в радианах) | tg x | tg(x) | ||||
| Котангенс (угол в радианах) | ctg x | ctg(x) | ||||
| Арксинус (главное значение в радианах) | arcsin x | arcsin(x) | ||||
| Арккосинус (главное значение в радианах) | arccos x | arccos(x) | ||||
| Арктангенс (главное значение в радианах) | arctg x | arctg(x) | ||||
| Арккотангенс (главное значение в радианах) | arcctg x | arcctg(x) | ||||
В качестве аргументов функций можно использовать константы, переменные и выражения. Например:
| sin(3.05) min(a, 5) | sin(x) min(a, b) | sin(2*y+t/2) min(a+b, a*b) | sin((exp(x)+1)**2) min(min(a,b),min(c,d)) |
Каждый язык программирования имеет свой набор стандартных функций.
Умножение
Выполняя умножение многозначных чисел в различных позиционных системах счисления, можно использовать обычный алгоритм перемножения чисел в столбик, но при этом результаты перемножения и сложения однозначных чисел необходимо заимствовать из соответствующих рассматриваемой системе таблиц умножения и сложения.
| Умножение в двоичной системе | Умножение в восьмеричной системе |
Ввиду чрезвычайной простоты таблицы умножения в двоичной системе, умножение сводится лишь к сдвигам множимого и сложениям.
Пример 7. Перемножим числа 5 и 6.
Ответ: 5*6 = 3010 = 111102
= 368.
Проверка. Преобразуем полученные произведения к десятичному виду:
111102 = 24 + 23 + 22 + 21
= 30;
368 = 3•81 + 6•80 = 30.
Пример 8. Перемножим числа 115 и 51.
Ответ: 115*51 = 586510 = 10110111010012
= 133518.
Проверка. Преобразуем полученные произведения к десятичному виду:
10110111010012 = 212 + 210 + 29 + 27
+ 26 + 25 + 23 + 20 = 5865;
133518 = 1*84 + 3*83 + 3*82 + 5*81
+ 1*80 = 5865.
|
При умножении двух нормализованных чисел их порядки складываются, а мантиссы перемножаются. |
Пример 3. Выполнить умножение двоичных нормализованных чисел:
(0.11101*2101)*(0.1001*211) = (0.11101*0.1001)* 2(101+11) = 0.100000101*21000.
Умножение и деление
Во многих компьютерах умножение производится как последовательность сложений и сдвигов. Для этого в АЛУ имеется регистр, называемый накапливающим сумматором, который до начала выполнения операции содержит число ноль. В процессе выполнения операции в нем поочередно размещаются множимое и результаты промежуточных сложений, а по завершении операции — окончательный результат.
Другой регистр АЛУ, участвующий в выполнении этой операции, вначале содержит множитель. Затем по мере выполнения сложений содержащееся в нем число уменьшается, пока не достигнет нулевого значения.
Для иллюстрации умножим 1100112 на 1011012.
Деление для компьютера является трудной операцией. Обычно оно реализуется путем многократного прибавления к делимому дополнительного кода делителя.
Запишите множество вариантов загорания двух
1.1. Запишите множество вариантов загорания двух светофоров, расположенных на соседних перекрёстках.
[ Ответ ]
1.2. Три человека, Иванов, Петров и Сидоров, образуют очередь. Запишите все возможные варианты образования этой очереди.
[ Ответ ]
1.3. Назовите все возможные комбинации из двух различных нот (всего нот семь: до, ре, ми, фа, соль, ля, си).
[ Ответ ]
1.4. Пусть голосуют 3 человека (голосование "да"/"нет"). Запишите все возможные исходы голосования.
[ Ответ ]
1.5. Предположим, что имеются 3 автомобильные дороги, идущие от Парижа до Тулузы, и 4 — от Тулузы до Мадрида. Сколькими способами можно выбрать дорогу от Парижа в Мадрид через Тулузу? Попытайтесь найти систематический метод для последовательного нахождения решения так, чтобы можно было составить список способов, не пропустив ни одного из них.
[ Ответ ]
1.6. Поезд находится на одном из восьми путей. Сколько бит информации содержит сообщение о том, где находится поезд?
[ Ответ ]
1.7. Сколько существует различных двоичных последовательностей из одного, двух, трех, четырёх, восьми символов?
[ Ответ ]
1.8. Каков информационный объём сообщения "Я помню чудное мгновенье" при условии, что один символ кодируется одним байтом и соседние слова разделены одним пробелом?
[ Ответ ]
1.9. Определите приблизительно информационный объём:
а) этой страницы книги;
б) всей книги;
в) поздравительной открытки.
1.10. Сколько бит необходимо, чтобы закодировать оценки: "неудовлетворительно", "удовлетворительно", "хорошо" и "отлично"?
[ Ответ ]
1.11. Сколько различных символов, закодированных байтами, содержится в сообщении: 1101001100011100110100110001110001010111 ?
[ Ответ ]
1.12. Сколько байт памяти необходимо, чтобы закодировать изображение на экране компьютерного монитора, который может отображать 1280 точек по горизонтали и 1024 точек по вертикали при 256 цветах?
[ Ответ ]
1.13. Решите уравнение: 8x
(бит) = 32 (Кбайт).
4.1. Используя Правило Счета, запишите первые 20 целых чисел в десятичной, двоичной, троичной, пятеричной и восьмеричной системах счисления.
[ Ответ ]
4.2. Какие целые числа следуют за числами:
а) 12; |
е) 18; |
п) F16; |
б) 1012; |
ж) 78; |
м) 1F16; |
в) 1112; |
з) 378; |
н) FF16; |
г) 11112; |
и) 1778; |
о) 9AF916; |
д) 1010112; |
к) 77778; |
п) CDEF16 ? |
[ Ответ ]
4.3. Какие целые числа предшествуют числам:
а) 102; |
е) 108; |
л) 1016; |
б) 10102; |
ж) 208; |
м)2016; |
в) 10002; |
з) 1008; |
н) 10016; |
г) 100002; |
и) 1108; |
о) A1016; |
д) 101002; |
к) 10008; |
п) 100016 ? |
[ Ответ ]
4.4. Какой цифрой заканчивается четное двоичное число? Какой цифрой заканчивается нечетное двоичное число? Какими цифрами может заканчиваться четное троичное число?
[ Ответ ]
4.5. Какое наибольшее десятичное число можно записать тремя цифрами:
o а) в двоичной системе;
o б) в восьмеричной системе;
o в) в шестнадцатеричной системе?
[ Ответ ]
4.6. В какой системе счисления 21 + 24 = 100?
Решение. Пусть x — искомое основание системы счисления. Тогда 100x = 1 · x2 + 0 · x1 + 0 · x0, 21x = 2 · x1 + 1 · x0, 24x = 2 · x1 + 4 · x0. Таким образом, x2 = 2x + 2x + 5 или x2 - 4x - 5 = 0. Положительным корнем этого квадратного уравнения является x = 5.
Ответ. Числа записаны в пятеричной системе счисления.
4.7. В какой системе счисления справедливо следующее:
o а) 20 + 25 = 100;
o б) 22 + 44 = 110?
Составьте системы тестов для решения следующих задач:
8.1. Найти наибольший общий делитель двух заданных целых чисел.
8.2. Найти наименьшее общее кратное двух заданных целых чисел.
8.3. Определить, является ли заданное число нечетным двузначным числом.
8.4. Заданы площади квадрата и круга. Определить, поместится ли квадрат в круге.
8.5. Решить биквадратное уравнение.
8.6. Найти среднее арифметическое положительных элементов заданного одномерного массива.
8.7. Элементы заданного одномерного массива разделить на его первый элемент.
8.8. Определить, лежит ли заданная точка на одной из сторон треугольника, заданного координатами своих вершин.
8.9. Определить, имеют ли общие точки две плоские фигуры — треугольник с заданными координатами его вершин и круг заданного радиуса c центром в начале координат.
8.10. Задано целое А > 1. Найти наименьшее целое неотрицательное k, при котором 2k > А.
8.11. Дана последовательность целых чисел. Определить, со скольких чётных чисел она начинается.
8.12. В заданном двумерном массиве найти количество строк, не содержащих нули.
8.13. Определить, сколько строк заданного двумерного массива содержат элементы из заданного диапазона.
8.14. Преобразовать число, заданное в римской системе счисления, в число десятичной системы.
***********************************
7.1. Запишите по правилам алгоритмического языка выражения:
|
a) |
e) |
||
|
б) |
ж) |
||
|
в) |
з) |
||
|
г) |
и) |
||
|
д) |
к) |
[ Ответ ]
7.2. Запишите в обычной математической форме арифметические выражения:
|
а) a/b**2; б) a+b/c+1; в) 1/a*b/c; г) a**b**c/2; д) (a**b)**c/2; е) a/b/c/d*p*q; ж) x**y**z/a/b; з) 4/3*3.14*r**3; и) b/sqrt(a*a+b); к) d*c/2/R+a**3; |
л) 5*arctg(x)-arctg(y)/4; м) lg(u*(1/3)+sqrt(v)+z); н) ln(y*(-sqrt(abs(x)))); о) abs(x**(y/x)-(y/x)**(1/3)); п) sqrt((x1-x2)**2+(y1-y2)**2); р) exp(abs(x-y))*(tg(z)**2+1)**x; c) lg(sqrt(exp(x-y))+x**abs(y)+z); т) sqrt(exp(a*x)*sin(x)**n)/cos(x)**2; у) sqrt(sin(arctg(u))**2+abs(cos(v))); ф) abs(cos(x)+cos(y))**(1+sin(y)**2); |
[ Ответ ]
7.3. Вычислите значения арифметических выражений при x=1:
а) abs(x-3)/ln(exp(3))*2/lg(10000);
Решение: abs(1-3)=2; ln(exp(3))=3; lg(10000)=4; 2/3*2/4=0.33;
б) sign(sqrt(sqrt(x+15)))*2**2**2;
в) int(-2.1)*int(-2.9)/int(2.9)+x;
г) -sqrt(x+3)**2**(sign(x+0.5)*3)+tg(0);
д) lg(x)+cos(x**2-1)*sqrt(x+8)-div(2,5);
е) sign(x-2)*sqrt(int(4.3))/abs(min(2,-1));
ж) div(10,x+2)*mod(10,x+6)/max(10,x)*mod(2,5).
[ Ответ ]
7.4. Запишите арифметические выражения, значениями которых являются:
а) площадь треугольника со сторонами a, b, c (a, b, c>0) и полупериметром p;
Ответ: sqrt(p*(p-a)*(p-b)*(p-c));
б) среднее арифметическое и среднее геометрическое чисел a, b, c, d;
в) расстояние от точки с координатами (x,y) до точки (0,0);
г) синус от x градусов;
д) площадь поверхности куба (длина ребра равна а);
е) радиус описанной сферы куба (длина ребра равна а);
ж) координаты точки пересечения двух прямых, заданных уравнениями
a1x+b1y+c1=0 и a2x+b2y+c2=0
(прямые не параллельны).
[ Ответ ]
7.5. Вычислите значения логических выражений:
а) x*x+y*y<=9 при x=1, y=-2
Ответ: да;
5.1. Установите, какие из следующих предложений являются логическими высказываниями, а какие — нет (объясните почему):
o а) “Солнце есть спутник Земли”;
o б) “2+3ґ4”;
o в) “сегодня отличная погода”;
o г) “в романе Л.Н. Толстого “Война и мир” 3 432 536 слов”;
o д) “Санкт-Петербург расположен на Неве”;
o е) “музыка Баха слишком сложна”;
o ж) “первая космическая скорость равна 7.8 км/сек”;
o з) “железо — металл”;
o и) “если один угол в треугольнике прямой, то треугольник будет тупоугольным”;
o к) “если сумма квадратов двух сторон треугольника равна квадрату третьей, то он прямоугольный”.
[ Ответ ]
5.2. Укажите, какие из высказываний предыдущего упражнения истинны, какие — ложны, а какие относятся к числу тех, истинность которых трудно или невозможно установить.
[ Ответ ]
5.3. Приведите примеры истинных и ложных высказываний:
o а) из арифметики; б) из физики;
В чем особенности компьютеров третьего поколения?
Компьютер IBM-360.
Третье поколение
Машины третьего поколения созданы примерно после 60-x годов. Поскольку процесс создания компьютерной техники шел непрерывно, и в нём участвовало множество людей из разных стран, имеющих дело с решением различных проблем, трудно и бесполезно пытаться установить, когда "поколение" начиналось и заканчивалось. Возможно, наиболее важным критерием различия машин второго и третьего поколений является критерий, основанный на понятии архитектуры.
Интегральная схема
Машины третьего поколения — это семейства машин с единой архитектурой, т.е. программно совместимых. В качестве элементной базы в них используются интегральные схемы, которые также называются микросхемами.
Машины третьего поколения имеют развитые операционные системы. Они обладают возможностями мультипрограммирования, т.е. одновременного выполнения нескольких программ. Многие задачи управления памятью, устройствами и ресурсами стала брать на себя операционная система или же непосредственно сама машина.
Примеры машин третьего поколения — семейства IBM-360, IBM-370, ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ), СМ ЭВМ (Семейство малых ЭВМ) и др.
Быстродействие машин внутри семейства изменяется от нескольких десятков тысяч до миллионов операций в секунду. Ёмкость оперативной памяти достигает нескольких сотен тысяч слов.
|
Краткое описание процесса изготовления микросхем | |
|
1. Разработчики с помощью компьютера создают электрическую схему новой микросхемы. Для этого они вводят в компьютер перечень свойств, которыми должна обладать микросхема, а компьютер с помощью специальной программы разрабатывает детальную структуру соединений и конструкций всех взаимодействующих элементов микросхемы. 2. Компьютер создаёт схемы расположения элементов на поверхности полупроводникового кристалла кремния. По этим схемам изготавливаются фотошаблоны — стеклянные пластинки со штриховым рисунком. Через фотошаблоны специальными лампами или источниками рентгеновского излучения, а иногда, и электронными пучками, освещают (засвечивают) нанесённый на поверхность кристалла кремния слой фото- или, соответственно, рентгеночувствительного лака. 3. Засвеченные (или, наоборот, незасвеченные) участки лака меняют свои свойства и удаляются специальными растворителями. Этот процесс называется травлением. Вместе с лаком с поверхности кристалла кремния удаляется и слой окисла, и эти места становятся доступными для легирования — внедрения в кристаллическую решётку кремния атомов бора или фосфора. Легирование обычно требует нагрева пластинки в парах нужного элемента до 1100 - 1200 °С. 4. Последовательно меняя шаблоны и повторяя процедуры травления и легирования, создают один за другим слои будущей микросхемы. При этом на одной пластинке кристалла кремния создаётся множество одинаковых микросхем. 5. Каждая микросхема проверяется на работоспособность. Негодные выбраковываются. 6. После завершения всех операций пластинки разрезаются на отдельные кристаллики с микросхемами, к ним присоединяют выводы и устанавливают в корпуса. |
В чем преимущества алгоритмических языков перед машинными?
Основные преимущества таковы:
алфавит алгоритмического языка значительно шире алфавита машинного языка, что существенно повы шает наглядность текста программы;
набор операций, допустимых для использования, не зависит от набора машинных операций, а выбирается из соображений удобства формулирования алгоритмов решения задач определенного класса;
формат предложений достаточно гибок и удобен для использования, что позволяет с помощью одного пред ложения задать достаточно содержательный этап обра ботки данных;
требуемые операции задаются с помощью общепринятых математических обозначений;
данным в алгоритмических языках присваиваются индивидуальные имена, выбираемые программистом;
в языке может быть предусмотрен значительно более широкий набор типов данных по сравнению с набором машинных типов данных.
Таким образом, алгоритмические языки в значительной мере являются машинно-независимыми. Они облегчают работу программиста и повышают надежность создаваемых программ.
В чем заключается отладка?
В современных программных системах (Turbo Basic, Turbo Pascal, Turbo C и др.) отладка осуществляется часто с использованием специальных программных средств, называемых отладчиками. Эти средства позволяют исследовать внутреннее поведение программы.
Программа-отладчик обычно обеспечивает следующие возможности:
пошаговое исполнение программы с остановкой после каждой команды (оператора);
просмотр текущего значения любой переменной или нахождение значения любого выражения, в том числе, с использованием стандартных функций; при необходимости можно установить новое значение переменной;
установку в программе "контрольных точек", т.е. точек, в которых программа временно прекращает свое выполнение, так что можно оценить промежуточные результаты, и др.
При отладке программ важно помнить следующее:
в начале процесса отладки надо использовать простые тестовые данные;
возникающие затруднения следует четко разделять и устранять строго поочередно;
не нужно считать причиной ошибок машину, так как современные машины и трансляторы обладают чрезвычайно высокой надежностью.
В чем заключается сопровождение программы?
|
Сопровождение программ — это работы, связанные с обслуживанием программ в процессе их эксплуатации. |
Многократное использование разработанной программы для решения различных задач заданного класса требует проведения дополнительных работ, связанных с доработками программы для решения конкретных задач, проведения дополнительных тестовых просчетов и т.п.
Программа, предназначеная для длительной эксплуатации, должна иметь соответствующую документацию и инструкцию по её использованию.
В какой форме записываются алгоритмы?
На практике наиболее распространены следующие формы представления алгоритмов:
словесная (записи на естественном языке);
графическая (изображения из графических символов);
псевдокоды (полуформализованные описания алгоритмов на условном алгоритмическом языке, включающие в себя как элементы языка программирования, так и фразы естественного языка, общепринятые математические обозначения и др.);
программная (тексты на языках программирования).
В каком виде существует информация?
Информация может существовать в самых разнообразных формах:
в виде текстов, рисунков, чертежей, фотографий;
в виде световых или звуковых сигналов;
в виде радиоволн;
в виде электрических и нервных импульсов;
в виде магнитных записей;
в виде жестов и мимики;
в виде запахов и вкусовых ощущений;
в виде хромосом, посредством которых передаются по наследству признаки и свойства организмов и т.д.
Предметы, процессы, явления материального или нематериального свойства, рассматриваемые с точки зрения их информационных свойств, называются информационными объектами.
В каком виде записываются в памяти компьютера и в регистрах процессора данные и команды?
Данные и команды представляются в виде двоичных последовательностей различной структуры и длины.
Существуют различные физические способы кодирования двоичной информации, но чаще всего единица кодируется более высоким уровнем напряжения, чем ноль (или наоборот), например:
Вопросы для самоконтроля
1.1. Что означает термин "информатика" и каково его происхождение?
1.2. Какие области знаний и административно-хозяйственной деятельности официально закреплены за понятием "информатика" с 1978 года?
1.3. Какие сферы человеческой деятельности и в какой степени затрагивает информатика?
1.4. Назовите основные составные части информатики и основные направления её применения.
1.5. Что подразумевается под понятием "информация" в бытовом, естественно-научном и техническом смыслах?
1.6. Какие формы существования информации Вы можете назвать?
1.7. Приведите примеры знания фактов и знания правил. Назовите новые факты и новые правила, которые Вы узнали за сегодняшний день.
1.8. От кого (или чего) человек принимает информацию? Кому передает информацию?
1.9. В каких формах человек передаёт и принимает информацию?
1.10. Где и как человек хранит информацию?
1.11. Что необходимо добавить в систему "источник информации — приёмник информации", чтобы осуществлять передачу сообщений?
1.12. Какие типы действий выполняет человек с информацией?
1.13. Приведите примеры ситуаций, в которых информация
|
а) создаётся; |
д) копируется; |
и) передаётся; | |||
|
б) обрабатывается; |
е) воспринимается; |
к) разрушается; | |||
|
в) запоминается; |
ж) измеряется; |
л) ищется; | |||
|
г) делится на части; |
з) принимается; |
м) упрощается. |
1.14. Приведите примеры обработки информации человеком. Что является результатами этой обработки?
1.15. Приведите примеры информации:
а) достоверной и недостоверной;
б) полной и неполной;
в) ценной и малоценной;
г) своевременной и несвоевременной;
д) понятной и непонятной;
е) доступной и недоступной для усвоения;
ж) краткой и пространной.
1.16. Назовите системы сбора и обработки информации в теле человека.
1.17. Приведите примеры технических устройств и систем, предназначенных для сбора и обработки информации.
1.18. От чего зависит информативность сообщения, принимаемого человеком?
1.19. Почему количество информации в сообщении удобнее оценивать не по степени увеличения знания об объекте, а по степени уменьшения неопределённости наших знаний о нём?
1.20. Как определяется единица измерения количества информации?
1.21. В каких случаях и по какой формуле можно вычислить количество информации, содержащейся в сообщении?
1.22. Почему в формуле Хартли за основание логарифма взято число 2?
1.23. При каком условии формула Шеннона переходит в формулу Хартли?
1.24. Что определяет термин "бит" в теории информации и в вычислительной технике?
1.25. Приведите примеры сообщений, информативность которых можно однозначно определить.
1.26. Приведите примеры сообщений, содержащих один (два, три) бит информации.
2.1. Какова роль аппаратуры (HardWare) и программного обеспечения (SoftWare) компьютера?
2.2. Какие основные классы компьютеров Вам известны?
2.3. В чём состоит принцип действия компьютеров?
2.4. Из каких простейших элементов состоит программа?
2.5. Что такое система команд компьютера?
2.6. Перечислите главные устройства компьютера.
2.7. Опишите функции памяти и функции процессора.
2.8. Назовите две основные части процессора. Каково их назначение?
2.9. Что такое регистры? Назовите некоторые важные регистры и опишите их функции.
2.10. Сформулируйте общие принципы построения компьютеров.
2.11. В чём заключается принцип программного управления? Как выполняются команды условных и безусловных переходов?
2.12. В чём суть принципа однородности памяти? Какие возможности он открывает?
2.13. В чём заключается принцип адресности?
2.14. Какие архитектуры называются "фон-неймановскими"?
2.15. Что такое команда? Что описывает команда?
2.16. Какого рода информацию может содержать адресная часть команды?
2.17. Приведите примеры команд одноадресных, двухадресных, трёхадресных.
2.18. Каким образом процессор при выполнении программы осуществляет выбор очередной команды?
2.19. Опишите основной цикл процесса обработки команд.
2.20. Что понимается под архитектурой компьютера? Какие характеристики компьютера определяются этим понятием? Верно ли, что общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость в плане реализации функциональных элементов?
2.21. Что понимается под структурой компьютера? Какой уровень детализации описания компьютера может она обеспечить?
2.22. Перечислите распространённые компьютерные архитектуры.
2.23. Каковы отличительные особенности классической архитектуры?
2.24. Что собой представляет шина компьютера? Каковы функции общей шины (магистрали)?
2.25. Какую функцию выполняют контроллеры?
2.26. Как характер решаемых задач связан с архитектурой компьютера?
2.27. Какие отличительные особенности присущи многопроцессорной архитектуре? Многомашинной архитектуре? Архитектуре с параллельным процессором?
8.1. Какие основные этапы включает в себя решение задач на компьютере?
8.2. Какие этапы компьютерного решения задач осуществляются без участия компьютера?
8.3. Что называют математической моделью объекта или явления?
8.4. Почему невозможно точное исследование поведения объектов или явлений?
8.5. Какие способы моделирования осуществляются с помощью компьютера?
8.6. Из каких последовательных действий состоит процесс разработки программы?
8.7. Доказывает ли получение правдоподобного результата правильность программы?
8.8. Какие ошибки могут остаться невыявленными, если не провести проверку (просмотр, прокрутку) программы?
8.9. Чем тестирование программы отличается от её отладки?
8.10. Каким образом программа-отладчик помогает исследовать поведение программы в процессе её выполнения?
8.11. Как следует планировать процесс отладки программы?
8.12. Можно ли с помощью тестирования доказать правильность программы?
8.13. На какой стадии работы над программой вычисляются эталонные результаты тестов?
8.14. Назовите основные этапы процесса тестирования.
8.15. В чём заключается отличие синта ксических ошибок от семантических?
8.16. О чём свидетельствует отсутствие сообщений машины о синтаксических ошибках?
8.17. Какие разновидности ошибок транслятор не в состоянии обнаружить?
8.18. Для чего программам требуется сопровождение?
9.1. Расскажите об основных направлениях использования компьютеров в жилищах людей.
9.2. Как вы представляется себе информационное общество?
9.3. Какие функции обеспечения жизнедеятельности жилища возлагаются сегодня на компьютер?
9.4. Какие виды повседневных информационных потребностей людей обеспечивают компьютеры?
9.5. В чем суть процесса информатизации образования?
9.6. Какие задачи решаются с помощью автоматизированных обучающих систем?
9.7. Что такое дистанционное обучение?
9.8. Назовите основные перспективные направления использования СНИТ в образовании.
9.9. Расскажите об областях применения систем виртуальной реальности.
9.10. Назовите основные компоненты компьютерных офисных технологий.
9.11. Какие преимущества имеет электронная почта по сравнению с обычной почтой?
9.12. Назовите функции координатора системы телеконференций.
9.13. Назовите темы телеконференций, в которых вы хотели бы участвовать.
9.14. Каким вам представляется информационное наполнение баз данных вашего учебного заведения?
9.15. Какие медицинские технологии и способы лечения стали возможны с развитием компьютерной техники?
9.16. Перечислите основные компоненты автоматизированного офиса.
9.17. Что такое POS-система? Какие виды услуг предоставляет система электронных денег?
9.18. Какие функции выполняет система торговли без наличных?
9.19. Как устроена кредитная карточка?
9.20. Какие функции реализуют автоматические клиринговые компьютерные сети?
9.21. Назовите преимущества и недостатки системы компьютеризированных банковских расчетов.
9.22. Какие примеры эффективного применения компьютеров в сельском хозяйстве вы можете назвать?
***********************************
3.1. По каким признакам можно разделять компьютеры на классы и виды?
3.2. Как эволюционировала элементная база компьютеров от поколения к поколению?
3.3. В какой последовательности возникали известные Вам языки программирования?
3.4. Когда микрокомпьютеры стали доступны для широкого домашнего применения?
3.5. Можете ли Вы связать понятия "яблоко", "гараж" и "компьютер"?
3.6. На основе каких технических элементов создавались компьютеры первого поколения?
3.7. Какую основную проблему перед разработчиками и пользователями выдвинул опыт эксплуатации компьютеров первого поколения?
3.8. Какая элементная база характерна для второго поколения компьютеров?
3.9. Какую функцию выполняет операционная система в процессе работы компьютера?
3.10. На какой элементной базе конструируются машины третьего поколения?
3.11. Из каких основных этапов состоит процесс изготовления микросхем?
3.12. Для каких поколений компьютеров характерно широкое использование интегральных схем?
3.13. Какое быстродействие характерно для машин четвёртого поколения?
3.14. Что подразумевают под "интеллектуальностью" компьютеров?
3.15. Какую задачу должен решать "интеллектуальный интерфейс" в машинах пятого поколения?
3.16. Какими особенностями должны обладать промышленные компьютеры?
3.17. Что такое операторский компьютерный интерфейс?
3.18. По каким основным признакам можно отличить мэйнфреймы от других современных компьютеров?
3.19. На какое количество пользователей рассчитаны мэйнфреймы?
3.20. Какие идеи лежат в основе архитектуры суперкомпьютеров?
3.21. На каких типах задач максимально реализуются возможности суперкомпьютеров?
3.22. Какие свойства и конструктивные особенности отличают векторные процессоры?
3.23. Назовите основные характеристики какого-либо суперкомпьютера.
3.24. Что означают в переводе на русский язык названия Laptop, Notebook, Palmtop?
3.25. Как в Palmtop компенсируется отсутствие накопителей на дисках?
***********************************
Вычитание
Пример 4. Вычтем единицу из чисел 102, 108 и 1016
Пример 5. Вычтем единицу из чисел 1002, 1008 и 10016.
Пример 6. Вычтем число 59,75 из числа 201,25.
Ответ: 201,2510 – 59,7510
= 141,510 = 10001101,12 = 215,48 = 8D,816.
Проверка. Преобразуем полученные разности к десятичному виду:
10001101,12 = 27 + 23 + 22 + 20
+ 2–1 = 141,5;
215,48 = 2*82 + 1*81 + 5*80 + 4*8–1
= 141,5;
8D,816 = 8*161 + D*160 + 8*16–1 = 141,5.
Записывающие оптические и магнитооптические накопители
Рис.2.10. Накопитель CD-MO
Накопитель на магнито-оптических компакт-дисках СD-MO (Compact Disk-Magneto Optical). Диски СD-MO можно многократно использовать для записи, но они не читаются на традиционных дисководах CD-ROM. Ёмкость от 128 Мбайт до 2,6 Гбайт.
Записывающий накопитель CD-R (Compact Disk Recordable) способен, наряду с прочтением обычных компакт-дисков, записывать информацию на специальные оптические диски. Ёмкость 650 Мбайт.
Накопитель WARM (Write And Read Many times), позволяет производить многократную запись и считывание.
Накопитель WORM (Write Once, Read Many times), позволяет производить однократную запись и многократное считывание.
