Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Информатика
Курс лекций
(Часть1)
Для студентов направления 080200- Менеджмент
Составитель Н. В. Сапунова
Владикавказ 2011
Министерство образования и науки РФ
Северо-Кавказский горно-металлургический институт
(государственный технологический университет)
Кафедра «Информатика»
Информатика
Курс лекций
(Часть1)
Для студентов направления 080200 - Менеджмент
Составитель Н. В. Сапунова
Допущено редакционно-издательским советом Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический
университет)»
Владикавказ 2011
УДК 002.6
ББК 22.18
К 93
Составитель Н.В.Сапунова
К 93 Информатика: Курс лекций (Часть 1) / Сост. Н. В. Сапунова; Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет). –Владикавказ: Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет). Изд-во "Терек", 2011. –144 с.
Данный курс лекций по дисциплине «Информатика» содержит минимальные теоретические основы информатики и вычислительной техники необходимые любому будущему специалисту. Курс лекций составлен в соответствии с государственным общеобразовательным стандартом и предназначен для студентов направления 080200 – Менеджмент.
УДК 002.6
ББК 22.18
Редактор Иванченко Н. К.
Компьютерная версия Цишук Т. С.
Составление. Северо-Кавказский
горно-металлургический институт
(государственный технологический университет), 2011
Составление. Сапунова Н. В., 2011
Подписано в печать 15.06.2011. Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура «Таймс». Печать на ризографе. Усл. п.л. 8,4. Тираж 8 экз. Заказ № .
Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет). Изд-во «Терек».
Отпечатано в отделе оперативной полиграфии СКГМИ (ГТУ).
362021, г. Владикавказ, ул. Николаева, 44.
|
Тема 1. Основные понятие информатики. Роль информатики в современном обществе. Лекция 1. Понятие информатики Информатика как единство науки и технологий. Объекты приложения информатики Структура современной информатики. Тема 2. Понятие информации. Общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации Лекция 2. Понятие информации. Виды информации Свойства информации Единицы количества информации: вероятностный и объемный подходы Лекция 3. Кодирование информации Лекция 4 Общая характеристика процессов сбора, обработки, хранения и передачи информации Тема 3. Логические основы функционирования ЭВМ Лекция 5. Логика высказываний. Элементарные логические функции Схемная реализация элементарных логических операций. Основные законы алгебры логики Тема 4. Технические средства реализации информационных процессов. Лекция 6. История развития ЭВМ Классификация компьютеров Программный принцип работы компьютера. Классическая архитектура ЭВМ принципы Фон Неймана Персональные компьютеры Лекция 7. Основные части компьютерa. Тема 5. Программное обеспечение ЭВМ. Лекция 8. Классификация программного обеспечения Назначение и основные функции операционных систем. Операционная система Разновидности операционных систем Лекция 9. Понятие файловой системы WindowsXP Windows Vista Windows 7 Работа в ОС Windows XP Стандартные программы Windows Лекция 10. Программное обеспечение ПК. Понятие о системе программирования Классификация прикладных программных средств. Гипермедиа Сетевое программное обеспечение Дополнительные сведения о программном обеспечении Тема 6. Microsoft Office 2007. Текстовый редактор Microsoft WORD 2007 Лекия11. Основные элементы интерфейса Режимы просмотра документов Технологии форматирования документа Лекция 12 Технология работы с таблицами Технология работы с графическими объектами Технология слияния документов Тема 7. Электронные таблицы. Табличный процессор EXCEL2007. Лекция 13. Понятие электронной таблицы. Область применения электронных таблиц Табличный процессор EXCEL. Окно табличного процессора EXCEL. Понятие рабочей книги. Объекты рабочего листа Типы данных Лекция14. Работа с формулами в EXCEL Списки и способы их обработки Фильтрация Лекция 15. Графические формы представления информации Формирование сводной информации. Тема 9. Информационные системы. Базы и банки данных. Лекция 16. Понятие информационной системы. Понятие базы данных, ее особенности. Система управления базами данных (СУБД) Модели данных Тема 10. СУБД Microsoft Access 2007. Лекция 17. Интерфейс Microsoft Access 2007 Понятие таблицы. Структура таблицы. Типы данных. Свойства полей таблицы. Понятие ключевого поля. Фильтрация в таблицах. Связи в таблицах. Обеспечение целостности данных. Понятие запросов. Виды запросов. Технология их создания. Формы. Виды форм. Технология создания форм. Отчеты их назначение и использование. Виды отчетов. Структура отчетов. Лекция 18. Моделирование Понятие модели. Классификация моделей Виды подобия моделей Формализация. Основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере Список литературы |
6 6 6 6 7 8 12 12 12 14 15 15 18 18 23 25 28 28 28 31 35 36 36 36 38 38 40 42 42 51 51 51 54 54 55 58 58 62 63 63 64 72 76 76 76 77 83 88 91 93 93 93 93 95 96 98 98 99 100 102 102 102 103 105 105 106 111 113 114 114 117 121 121 121 122 122 126 126 126 129 131 133 134 136 136 136 136 138 139 140 144 |
Термин «информатика» возник в начале 60-х гг. XX в. во Франции для выделения области знаний, связанной с автоматизированной обработкой информации с помощью электронно-вычислительных машин.
Информатика это научная и прикладная область знаний, изучающая законы, методы и способы накопления, обработки и передачи информации с помощью компьютерных и других технических средств.
Информатика изучает свойства, структуру и функции информационных систем, а также происходящие в них информационные процессы. Под информационной системой понимают систему, организующую, хранящую и преобразующую информацию. Подавляющее большинство современных информационных систем являются автоматизированными.
Важная особенность информатики – широчайшие приложения, охватывающие почти все виды человеческой деятельности: производство, управление, науку, образование, проектные разработки, торговлю, финансовую сферу, медицину, криминалистику, охрану окружающей среды и др. А также – совершенствование социального управления на основе новых информационных технологий.
Информатику можно рассматривать как науку, как технологию и как индустрию.
Информатика как наука объединяет группу дисциплин, занимающихся изучением различных аспектов свойств информации в информационных процессах, а также применением алгоритмических, математических и программных средств для ее обработки с помощью компьютеров.
Информатика как технология включает в себя систему процедур компьютерного преобразования информации с целью ее формирования, хранения, обработки, распространения и использования.
Основными чертами современной (новой) информационной технологии являются:
Информатика как индустрия – это инфраструктурная отрасль народного хозяйства, обеспечивающая все другие отрасли необходимыми информационными ресурсами. Индустрия информатики включает в себя предприятия, производящие вычислительную технику и ее элементы; вычислительные центры различного типа и назначения (индивидуальные, кустовые, коллективного пользования и др.); предприятия, осуществляющие производство программных средств и проектирование информационных систем; организации, накапливающие, распространяющие и обслуживающие фонды алгоритмов и программ; станции технического обслуживания вычислительной техники.
Объектом приложений информатики являются самые различные науки и области практической деятельности, для которых она стала непрерывным источником самых современных технологий, называемых «новые информационные технологии» (НИТ). Многообразные информационные технологии, функционирующие в разных видах человеческой деятельности (управлении производственным процессом, проектировании, финансовых операциях, образовании и т.п.), имея общие черты, в то же время существенно различаются между собой.
Перечислим основные системы реализации информационных технологий:
АСУ – автоматизированные системы управления – комплекс технических и программных средств, которые во взаимодействии с человеком организуют управление объектами в производстве или общественной сфере. Например, в образовании используются системы АСУ-ВУЗ;
АСУТП – автоматизированные системы управления технологическими процессами. Например, такая система управляет работой станка с числовым программным управлением (ЧПУ), процессом запуска космического аппарата и т.д.;
АСНИ – автоматизированная система научных исследований – программно-аппаратный комплекс, в котором научные приборы сопряжены с компьютером, вводят в него данные измерений автоматически, а компьютер производит обработку этих данных и представление их в наиболее удобной для исследователя форме;
АОС – автоматизированная обучающая система. Есть системы, помогающие учащимся осваивать новый материал, производящие контроль знаний, помогающие преподавателям готовить учебные материалы и т.д;
САПР – система автоматизированного проектирования – программно-аппаратный комплекс, который во взаимодействии с человеком (конструктором, инженером-проектировщиком, архитектором и т.д.) позволяет максимально эффективно проектировать механизмы, здания, узлы сложных агрегатов и др.
А также диагностические системы в медицине, системы организации продажи билетов, системы ведения бухгалтерско-финансовой деятельности, системы обеспечения редакционно-издательской деятельности – спектр применения информационных технологий чрезвычайно широк.
Опишем составные части «ядра» современной информатики.
Теоретическая информатика – часть информатики, включающая ряд математических разделов. Она опирается на математическую логику и включает такие разделы как теория алгоритмов и автоматов, теория информации и теория кодирования, теория формальных языков и грамматик, исследование операций и другие.
Вычислительная техника – раздел, в котором разрабатываются общие принципы построения вычислительных систем. Рассматривается архитектура вычислительных (компьютерных) систем, определяющая состав, назначение, функциональные возможности и принципы взаимодействия устройств.
Программирование – деятельность, связанная с разработкой систем программного обеспечения. Основные разделы современного программирования: создание системного программного обеспечения и создание прикладного программного обеспечения. Среди системного – разработка новых языков программирования и компиляторов к ним, разработка интерфейсных систем (пример – общеизвестная операционная оболочка и система Windows). Среди прикладного программного обеспечения общего назначения самые популярные – система обработки текстов, электронные таблицы (табличные процессоры), системы управления базами данных. В каждой области предметных приложений информатики существует множество специализированных прикладных программ более узкого назначения.
Информационные системы – раздел информатики, связанный с решением вопросов по анализу потоков информации в различных сложных системах, их оптимизации, структурировании, принципах хранения и поиска информации. Например, информационно-справочные системы, информационно-поисковые системы, гигантские современные глобальные системы хранения и поиска информации (включая широко известный Internet).
Искусственный интеллект – область информатики, в которой решаются сложнейшие проблемы, находящиеся на пересечении с психологией, физиологией, лингвистикой и другими науками. Основные направления разработок, относящихся к этой области – моделирование рассуждений, компьютерная лингвистика, машинный перевод, создание экспертных систем, распознавание образов и другие. От успехов работ в области искусственного интеллекта зависит, в частности, решение такой важнейшей прикладной проблемы как создание интеллектуальных интерфейсных систем взаимодействия человека с компьютером, благодаря которым это взаимодействие будет походить на межчеловеческое и станет более эффективным.
Роль информатики в современных условиях постоянно возрастает. Деятельность, как отдельных людей, так и целых организаций все в большей степени зависит от их информированности и способности эффективно использовать имеющуюся информацию. Внедрение компьютеров, современных средств переработки и передачи информации в различные индустрии послужило началом процесса, называемого информатизацией общества. Современное материальное производство и другие сферы деятельности все больше нуждаются в информационном обслуживании, переработке огромного количества информации. Информатизация на основе внедрения компьютерных и телекоммуникационных технологий является реакцией общества на потребность в существенном увеличении производительности труда в информационном секторе общественного производства, где сосредоточено более половины трудоспособного населения.
Информатизация общества – организованный социально-экономический и научно-технический процесс создания оптимальных условий для удовлетворения информационных потребностей и реализации прав граждан, органов государственной власти, органов местного самоуправления организаций, общественных объединений на основе формирования и использования информационных ресурсов.
Цель информатизации – улучшение качества жизни людей за счет увеличения производительности и облегчения условий их труда. Информатизация – это сложный социальный процесс, связанный со значительными изменениями в образе жизни населения. Он требует серьёзных усилий на многих направлениях, включая ликвидацию компьютерной неграмотности, формирование культуры использования новых информационных технологий и др.
Результатом процесса информатизации является создание информационного общества, где манипулируют не материальными объектами, а идеями, образами, интеллектом, знаниями. Для каждой страны ее движение от индустриального этапа развития к информационному определяется степенью информатизации общества.
Роль информатики в развитии общества чрезвычайно велика. С ней связано начало революции в области накопления, передачи и обработки информации. Эта революция, следующая за революциями в овладении веществом и энергией, затрагивает и коренным образом преобразует не только сферу материального производства, но и интеллектуальную, духовную сферы жизни. Прогрессивное увеличение возможностей компьютерной техники, развитие информационных сетей, создание новых информационных технологий приводят к значительным изменениям во всех сферах общества: в производстве, науке, образовании, медицине и т.д.
Понятие информация является одним из фундаментальных в современной науке вообще и базовым для изучаемой нами информатики.
Информация это сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состояниях, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний.
Информатика рассматривает информацию как связанные между собой сведения, изменяющие наши представления о явлении или объекте окружающего мира. С этой точки зрения информацию можно рассматривать как совокупность знаний о фактических данных и зависимостях между ними.
Информация передаётся в форме сообщений от некоторого источника информации к её приёмнику посредством канала связи между ними. Источник посылает передаваемое сообщение, которое кодируется в передаваемый сигнал. Этот сигнал посылается по каналу связи. В результате в приёмнике появляется принимаемый сигнал, который декодируется и становится принимаемым сообщением.
Среда передачи данных – любая физическая среда, способная передавать информацию с помощью электромагнитных или других сигналов. Сообщение, передаваемое с помощью носителя, называется сигналом.
Сигнал – носитель данных (информации), представляющий собой, например, физические сигналы.
Примеры:
В процессе обработки информация может менять структуру и форму. Признаком структуры являются элементы информации и их взаимосвязь. Формы представления информации могут быть различны. Основными из них являются: символьная (основана на использовании различных символов), текстовая (текст – это символы, расположенные в определенном порядке), графическая (различные виды изображений), звуковая.
Сигналы, зарегистрированные на материальном носителе называются данными. Информация продукт взаимодействия данных и адекватным им методам. При наличии методов данные становятся информацией. Динамическое единство данных и методов происходит в информационном процессе:
Знания это информация не о конкретном факте, а о том, как устроены все факты определенного типа.
Информационная среда это комплекс условий и факторов, обеспечивающих наилучшие условия функционирования ИР с учетом автоматизированных способов их переработки и использования в целях социального процесса.
В повседневной практике такие понятия как информация и данные, часто рассматриваются как синонимы. На самом деле между ними имеются различия. Данными называется информация, представленная в удобном для обработки виде. Данные могут быть представлены в виде текста, графика, аудиовизуального ряда. Представление данных называется языком информатики, представляющим собой совокупность символов, соглашений и правил, используемых для общения, отображения, передачи информации в электронном виде.
Одной из важнейших характеристик информации является ее адекватность. Адекватность информации – это уровень соответствия образа, создаваемого с помощью информации, реальному объекту, процессу, явлению. От степени адекватности информации зависит правильность принятия решения. Адекватность информации может выражаться в трех формах: синтаксической, семантической и прагматической.
Синтаксическая адекватность отображает формально-структурные характеристики информации, не затрагивая ее смыслового содержания
Семантическая адекватность определяет степень соответствия образа объекта самому объекту. Здесь учитывается смысловое содержание информации.
Прагматическая адекватность отражает соответствие информации цели управления, реализуемой на ее основе.
|
|
Информация достоверна, если она отражает истинное положение дел.
Достоверная информация 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.
Определить понятие «количество информации» довольно сложно. В решении этой проблемы существуют два основных подхода. Исторически они возникли почти одновременно. В конце 40-х годов XX века один из основоположников кибернетики, американский математик Клод Шеннон развил вероятностный подход к измерению количества информации, а работы по созданию ЭВМ привели к «объемному» подходу.
Вероятностный подход
Синтаксическая мера информации
Эта мера количества информации, не выражающей смыслового отношения к объекту. Объем данных в сообщении измеряется количеством символов (разрядов) в этом сообщении.
Получение информации о какой-либо системе всегда связано с изменением степени неосведомленности получателя о состоянии этой системы. Численная величина, измеряющая неопределенность – энтропия (Н).
Сообщения обычно содержат информацию о каких-либо событиях.
Американский инженер Р. Хартли в 1928 г. процесс получения информации рассматривал как выбор одного сообщения из конечного наперёд заданного множества из N равновероятных сообщений, а количество информации I, содержащееся в выбранном сообщении, определял как двоичный логарифм N.
Формула Хартли:
I = log2N
Допустим, нужно угадать одно число из набора чисел от единицы до ста. По формуле Хартли можно вычислить, какое количество информации для этого требуется: I = log2100 = 6,644. Таким образом, сообщение о верно угаданном числе содержит количество информации, приблизительно равное 6,644 единицы информации.
Приведем другие примеры равновероятных сообщений:
Определим теперь, являются ли равновероятными сообщения "первой выйдет из дверей здания женщина" и "первым выйдет из дверей здания мужчина". Однозначно ответить на этот вопрос нельзя. Все зависит от того, о каком именно здании идет речь. Если это, например, станция метро, то вероятность выйти из дверей первым одинакова для мужчины и женщины, а если это военная казарма, то для мужчины эта вероятность значительно выше, чем для женщины
Для задач такого рода американский учёный Клод Шеннон предложил в 1948 г. другую формулу определения количества информации, учитывающую возможную неодинаковую вероятность сообщений в наборе.
Формула Шеннона:
I = ( p1log2 p1 + p2 log2 p2 + . . . + pN log2 pN),
где pi вероятность того, что именно i-е сообщение выделено в наборе из N сообщений.
Легко заметить, что если вероятности p1, ..., pN равны, то каждая из них равна 1 / N, и формула Шеннона превращается в формулу Хартли.
Семантическая мера информации используется для измерения смыслового содержания информации. Наибольшее распространение здесь получила тезаурусная мера, связывающая семантические свойства информации со способностью пользователя принимать поступившее сообщение. Тезаурус – это совокупность сведений, которыми располагает пользователь или система. Максимальное количество семантической информации потребитель получает при согласовании ее смыслового содержания со своим тезаурусом, когда поступающая информация понятна пользователю и несет ему ранее не известные сведения. С семантической мерой количества информации связан коэффициент содержательности, определяемый как отношение количества семантической информации к общему объему данных.
Объемный подход
В компьютерах используется 2 символа 0 и 1 Объем информации, необходимый для запоминания одного из двух символов-0 или 1, называется 1 бит (англ. binary digit- двоичная единица). В компьютере бит является наименьшей возможной единицей информации. Объем информации, записанной двоичными знаками в памяти компьютера или на внешнем носителе информации подсчитывается по количеству требуемых для такой записи двоичных символов
Для удобства использования введены и более крупные, чем бит, единицы количества информации. Так, двоичное слово из восьми знаков содержит один байт информации (1байт=8битам), 1024 байта образуют килобайт (кбайт), 1024 килобайта – мегабайт (Мбайт), а 1024 мегабайта – гигабайт (Гбайт).
В процессе преобразования информации из одной формы представления (знаковой системы) в другую осуществляется кодирование.
Способы кодирования и декодирования информации в компьютере, в первую очередь, зависит от вида информации, а именно, что должно кодироваться: числа, текст, графические изображения или звук.
Представление (кодирование) чисел
Для записи информации о количестве объектов используются числа. Числа записываются с помощью набора специальных символов.
Система счисления – способ записи чисел с помощью набора специальных знаков, называемых цифрами.
Системы счисления подразделяются на позиционные и непозиционные.
В позиционных системах счисления величина, обозначаемая цифрой в записи числа, зависит от её положения в числе (позиции). Количество используемых цифр называется основанием системы счисления.
В непозиционных системах счисления величина, которую обозначает цифра, не зависит от положения в числе. Примером непозиционной системы счисления является римская, в которой в качестве цифр используются латинские буквы: I обозначает 1, V – 5, X – 10, L – 50, C – 100, D – 500, M -1000.
В настоящее время наиболее распространены десятичная, двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления. Двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричная системы часто используются в областях, связанных с цифровыми устройствами, в программировании и вообще в компьютерной документации. Современные компьютерные системы оперируют информацией представленной в цифровой форме. Числовые данные преобразуются в двоичную систему счисления.
|
Система счисления |
Основание |
Алфавит цифр |
|
Десятичная |
10 |
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 |
|
Двоичная |
2 |
0, 1 |
|
Восьмеричная |
8 |
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 |
|
Шестнадцатеричная |
16 |
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F |
Десятичная система счисления – позиционная система счисления по основанию 10.
Двоичная система счисления – позиционная система счисления с основанием 2. Используются цифры 0 и 1. Двоичная система используется в цифровых устройствах, поскольку является наиболее простой.
Перевод из десятичной системы счисления в систему счисления с основанием p осуществляется последовательным делением десятичного числа и его десятичных частных на p, а затем выписыванием последнего частного и остатков в обратном порядке.
Двоичное кодирование текстовой информации
Традиционно для кодирования одного символа используется количество информации = 1 байту (1 байт = 8 битов).
Для кодирования одного символа требуется один байт информации. С помощью 1 байта можно закодировать 256 различных символов. (28 = 256). Кодирование заключается в том, что каждому символу ставится в соответствие уникальный двоичный код от 00000000 до 11111111 (или десятичный код от 0 до 255). Присвоение символу конкретного кода фиксируется кодовой таблицей.
Таблица, в которой всем символам компьютерного алфавита поставлены в соответствие порядковые номера (коды), называется таблицей кодировки. Для разных типов ЭВМ используются различные кодировки. С распространением IBM PC международным стандартом стала таблица кодировки ASCII (American Standard Code for Information Interchange) – Американский стандартный код для информационного обмена.
Стандартной в этой таблице является только первая половина, т.е. символы с номерами от 0 (00000000) до 127 (0111111). Сюда входят буквы латинского алфавита, цифры, знаки препинания, скобки и некоторые другие символы. Остальные 128 кодов используются в разных вариантах. В русских кодировках размещаются символы русского алфавита. В настоящее время существует 5 разных кодовых таблиц для русских букв (КОИ8, СР1251, СР866, Mac, ISO). Широкое распространение получил новый международный стандарт Unicode, который отводит на каждый символ два байта. С его помощью можно закодировать 65536 (216= 65536 ) различных символов.
Цифры кодируются по стандарту ASCII в двух случаях – при вводе-выводе и когда они встречаются в тексте. Если цифры участвуют в вычислениях, то осуществляется их преобразование в другой двоичных код.
Кодирование изображений
Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно двумя способами – как растровое или как векторное изображение. Для каждого типа изображений используется свой способ кодирования.
Кодирование растровых изображений
Растровое изображение представляет собой совокупность точек (пикселей) разных цветов. Пиксель – минимальный участок изображения, цвет которого можно задать независимым образом. В процессе кодирования изображения производится его пространственная дискретизация. Изображение разбивается на отдельные маленькие фрагменты (точки), причем каждому фрагменту присваивается значение его цвета, то есть код цвета (красный, зеленый, синий и так далее).
Для черно-белого изображения информационный объем одной точки равен одному биту (либо черная, либо белая – либо 1, либо 0).
Для четырехцветного – 2 бита,
для 8 цветов необходимо – 3 бита,
для 16 цветов – 4 бита,
для 256 цветов – 8 бит (1 байт).
Качество изображения зависит от количества точек (чем меньше размер точки и, соответственно, больше их количество, тем лучше качество) и количества используемых цветов (чем больше цветов, тем качественнее кодируется изображение).
Для представления цвета в виде числового кода используются две обратных друг другу цветовые модели: RGB или CMYK. Модель RGB используется в телевизорах, мониторах, проекторах, сканерах, цифровых фотоаппаратах… Основные цвета в этой модели: красный (Red), зеленый (Green), синий (Blue). Цветовая модель CMYK используется в полиграфии при формировании изображений, предназначенных для печати на бумаге.
Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета, которая задается количеством битов, используемых для кодирования цвета точки.
Если кодировать цвет одной точки изображения тремя битами (по одному биту на каждый цвет RGB), то мы получим все восемь различных цветов.
Каждая RGB-составляющая может принимать значение в диапазоне от 0 до 255 (всего 28=256 значений), а каждая точка изображения при такой системе кодирования может быть окрашена в один из 16 777 216 цветов. Такой набор цветов принято называть True Color (правдивые цвета). Для того чтобы на экране монитора формировалось изображение, информация о каждой точке (код цвета точки) должна храниться в видеопамяти компьютера. Рассчитаем необходимый объем видеопамяти для одного из графических режимов. В современных компьютерах разрешение экрана обычно составляет 1280х1024 точек. Т.е. всего 1280 * 1024 = 1310720 точек. При глубине цвета 32 бита на точку необходимый объем видеопамяти: 32 * 1310720 = 41943040 бит = = 5242880 байт = 5120 Кб = 5 Мб.
Растровые изображения очень чувствительны к масштабированию. При увеличении изображения увеличивается размер каждой точки и появляется ступенчатый эффект.
Кодирование векторных изображений
Векторное изображение представляет собой совокупность графических примитивов (точка, отрезок, эллипс…). Каждый примитив описывается математическими формулами. Кодирование зависит от прикладной среды.
Важно также, что векторные графические изображения могут быть увеличены или уменьшены без потери качества.
Форматы графических файлов определяют способ хранения информации в файле (растровый или векторный), а также форму хранения информации (используемый алгоритм сжатия).
Наиболее популярные растровые форматы:
Bit MaP image (BMP) универсальный формат растровых графических файлов, используется в операционной системе Windows. Этот формат поддерживается многими графическими редакторами, в том числе редактором Paint. Рекомендуется для хранения и обмена данными с другими приложениями.
Tagged Image File Format (TIFF) формат растровых графических файлов, поддерживается всеми основными графическими редакторами и компьютерными платформами. Включает в себя алгоритм сжатия без потерь информации. Используется для обмена документами между различными программами. Рекомендуется для использования при работе с издательскими системами.
Graphics Interchange Format (GIF) формат растровых графических файлов, поддерживается приложениями для различных операционных систем. Включает алгоритм сжатия без потерь информации, позволяющий уменьшить объем файла в несколько раз. Рекомендуется для хранения изображений, создаваемых программным путем (диаграмм, графиков и так далее) и рисунков (типа аппликации) с ограниченным количеством цветов (до 256). Используется для размещения графических изображений на Web-страницах в Интернете.
Portable Network Graphic (PNG) – формат растровых графических файлов, аналогичный формату GIF. Рекомендуется для размещения графических изображений на Web-страницах в Интернете.
Joint Photographic Expert Group (JPEG) – формат растровых графических файлов, который реализует эффективный алгоритм сжатия (метод JPEG) для отсканированных фотографий и иллюстраций. Алгоритм сжатия позволяет уменьшить объем файла в десятки раз, однако приводит к необратимой потере части информации. Поддерживается приложениями для различных операционных систем. Используется для размещения графических изображений на Web-страницах в Интернете.
Представление видеоинформации
В последнее время компьютер все чаще используется для работы с видеоинформацией. Обработка видеоинформации требует очень высокого быстродействия компьютерной системы.
Существует множество различных форматов представления видеоданных.
В среде Windows, применяется формат Video for Windows, базирующийся на универсальных файлах с расширением AVI (Audio Video Interleave – чередование аудио и видео).
Более универсальным является мультимедийный формат Quick Time, первоначально возникший на компьютерах Apple.
Все большее распространение в последнее время получают системы сжатия видеоизображений, допускающие некоторые незаметные для глаза искажения изображения с целью повышения степени сжатия. Наиболее известным стандартом подобного класса служит MPEG (Motion Picture Expert Group. Большее распространение получила технология под названием DivX (происходит от сокращения слов Digital Video Express). Благодаря DivX удалось достигнуть степени сжатия, позволившей вмесить качественную запись полнометражного фильма на один компакт-диск – сжать 4,7 Гб DVD-фильма до 650 Мб.
Двоичное кодирование звука
Звук – волна с непрерывно изменяющейся амплитудой и частотой. В процессе кодирования звукового сигнала производится его временная дискретизация – непрерывная волна разбивается на отдельные маленькие временные участки и для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Таким образом, непрерывная зависимость амплитуды сигнала от времени заменяется на дискретную последовательность уровней громкости. Каждому уровню громкости присваивается его код. Чем большее количество уровней громкости будет выделено в процессе кодирования, тем большее количество информации будет нести значение каждого уровня и тем более качественным будет звучание. Качество двоичного кодирования звука определяется глубиной кодирования и частотой дискретизации.
Частота дискретизации – количество измерений уровня сигнала в единицу времени.
Основные информационные процессы
Информационные процессы – процессы сбора, обработки, накопления, хранения, поиска и распространения информации.
Информационные технологии (ИТ, от англ. information technology, IT) – широкий класс дисциплин и областей деятельности, относящихся к технологиям управления и обработки данных вычислительной техникой. Обычно под информационными технологиями понимают компьютерные технологии. В частности, ИТ имеют дело с использованием компьютеров и программного обеспечения для хранения, преобразования, защиты, обработки, передачи и получения информации. Специалистов по компьютерной технике и программированию часто называют ИТ-специалистами.
Решение задач на компьютере включает следующие важнейшие процедуры, которые могут быть сгруппированы по функционально-временным стадиям (рис. 2.1):
Событие
Сбор
Возможное преобразование информации
Передача
Обработка на ЭВМ
Хранение
Передача
Воспроизведение информации
Потребитель информации
Рис. 2.1. Основные этапы технологического процесса
в информационных системах.
Сбор и преобразование информации – это процесс получения информации из внешнего мира и приведение ее к виду, стандартному для данной информационной системы. Обмен информацией между воспринимающей информацию системой и окружающей средой осуществляется посредством сигналов.
Сигнал можно определить как средство перенесения информации в пространстве и времени. В качестве носителя сигнала могут выступать звук, свет, электрический ток, магнитное поле и т.п.
Сбор информации, как правило, сопровождается ее регистрацией, т.е. фиксацией информации на материальном носителе (документе или машинном носителе).
Передача информации. Передача информации осуществляется различными способами: с помощью курьера, пересылка по почте, доставка транспортными средствами, дистанционная передача по каналам связи.
Взаимодействие между территориально удаленными объектами осуществляется за счет обмена данными. Доставка данных производится по заданному адресу с использованием сетей передачи данных. В современных условиях большое распространение получила распределенная обработка информации, при этом сети передачи данных превращаются в информационно-вычислительные сети (ИВС). Важнейшим звеном ИВС является канал передачи данных, структурная схема которого представлена на рис. 2.2.
УПД
МОДЕМ
МОДЕМ
УПДс
НКС
ДКС
Рис 2.2. Структурная схема канала передачи данных:
УПД – устройство подготовки данных; НКС – непрерывный канал связи; ДКС –дискретный канал связи; УПДс – устройство повышения достоверности.
Непрерывный канал связи (НКС) совместно с функционирующими на его концах модемами образует дискретный канал связи (ДКС). В свою очередь ДКС и устройства повышения достоверности (УПДс) образуют канал передачи данных.
Обработка и хранение информации. Организация технологии обработки информации на отдельных ее этапах имеет свои особенности, что дает основание для выделения внемашинной и внутримашинной технологии. Внемашинная технология объединяет операции сбора и регистрации данных, запись данных на машинные носители с контролем. Внутримашинная технология связана с организацией вычислительного процесса в ЭВМ, организацией данных в памяти и их структуризацией.
Компьютеры работают в строгом соответствии с четкими логическими законами. Знание и понимание этик законов помогает в общении с компьютером.
При записи тех или иных логических выражений используется специальный язык, который принят в математической логике. Основоположником математической логики является великий немецкий математик Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646 – 1716 гг.). Джордж Буль основал математическую логику, которая оперирует высказываниями. В честь Д.Буля логические переменные в языке программирования Паскаль впоследствии назвали булевскими.
Высказывание – это любое утверждение, относительно которого можно сказать истинно оно или ложно, т.е. соответствует оно действительности или нет. Таким образом, по своей сути высказывания фактически являются двоичными объектами и поэтому часто истинному значению высказыванию ставят в соответствие 1, а ложному – 0. Например, запись А = 1 означает, что высказывание А истинно.
Высказывания могут быть простыми и сложными. Простые соответствуют алгебраическим переменным, а сложные являются аналогом алгебраических функций. Функции могут получаться путем объединения переменных с помощью логических действий.
Самой простой логической операцией является операция НЕ (отрицание, дополнением или инверсией и обозначают NOT X). Результат отрицания всегда противоположен значению аргумента.
Логическая операция НЕ является унарной. т.е. имеет всего один операнд. В отличие от нее, операции И (AND) и ИЛИ (OR) являются бинарными, так как представляют собой результаты действий над двумя логическими величинами.
Логическое И еще часто называют конъюнкцией, или логическим умножением, а ИЛИ – дизъюнкцией, или логическим сложением.
Операция И имеет результат «истина» только в том случае, если оба ее операнда истинны.
Основные логические операции
|
Х |
NOT X |
X |
V |
X AND Y |
X OR Y |
|
|
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
|
1 |
0 |
0 |
1 |
|||
|
1 |
1 |
, 1 |
1 |
Операция ИЛИ к исходным данным дает «истину», если значение «истина» имеет хотя бы один из операндов. В случае, когда справедливы оба аргумента одновременно, результат по-прежнему истинный.
Логическое следование: ИМПЛИКАЦИЯ связывает 2 простых логических выражения, из которых первое является условием Х, а второе следствием этого условия. Результатом импликации является «ложь» тогда когда условие Х истинно, следствие «ложно».
|
Х |
У |
ХУ |
|
1 |
1 |
1 |
|
1 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
1 |
|
0 |
0 |
1 |
Логическая равнозначность: ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ – определяет результат сравнения дух простых логических выражений Х и У. Результатом эквивалентности является логическое выражение, которое будет истинным тогда и только тогда, когда оба исходных выражения одновременно истинны или ложны.
|
Х |
У |
ХУ |
|
1 |
1 |
1 |
|
1 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
0 |
|
0 |
0 |
1 |
Приведенные выше таблицы значений переменных для логических операций называются таблицами истинности. В них указываются все возможные комбинации логических переменных Х и Y, а также соответствующие им результаты операций. Таблица истинности может рассматриваться в качестве одного из способов задания логической функции.
Операции И, ИЛИ, НЕ образуют полную систему логических операций, из которой можно построить сколь угодно сложное логическое выражение.
Порядок выполнения логических операций в сложном логическом выражении:
Для изменения указанного порядка выполнения операций используются скобки.
В вычислительной технике также часто используется операция исключающее ИЛИ (XOR), которая отличается от обыкновенного ИЛИ только при Х=1 и Y=l.
Как видно из табл. операция XOR сравнивает на совпадение два двоичных разряда.
Дополнительные логические операции
|
Х |
Y |
X XOR Y |
NOT(X AND Y) |
|
0 |
0 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
1 |
1 |
|
1 |
0 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
На базе элементов И-НЕ могут быть скомпонованы все базовые логические элементы (И, ИЛИ, НЕ), а значит и любые другие, более сложные.
Математический аппарат алгебры логики очень удобен для описания того, как функционируют аппаратные средства компьютера, поскольку основной системой счисления в компьютере является двоичная, в которой используются цифры 1 и 0, а значений логических переменных тоже два: “1” и “0”.
Из этого следует два вывода:
С х е м а И
Схема И реализует конъюнкцию двух или более логических значений. Условное обозначение на структурных схемах схемы И с двумя входами представлено на рис. 3.1.
Рис.3.1.
Таблица истинности Схемы И
х у х . у
1 1 1
1 0 0
0 1 0
0 0 0
Единица на выходе схемы И будет тогда и только тогда, когда на всех входах будут единицы. Когда хотя бы на одном входе будет нуль, на выходе также будет нуль.
Связь между выходом z этой схемы и входами x и y описывается соотношением: z = x . y (читается как "x и y"). Операция конъюнкции на структурных схемах обозначается знаком "&" (читается как "амперсэнд"), являющимся сокращенной записью английского слова and.
С х е м а ИЛИ
Схема ИЛИ реализует дизъюнкцию двух или более логических значений. Когда хотя бы на одном входе схемы ИЛИ будет единица, на её выходе также будет единица.
Условное обозначение на структурных схемах схемы ИЛИ с двумя входами представлено на рис.2. Знак "1" на схеме – от устаревшего обозначения дизъюнкции как ">=1" (т.е. значение дизъюнкции равно единице, если сумма значений операндов больше или равна 1). Связь между выходом z этой схемы и входами x и y описывается соотношением: z = x v y (читается как "x или y").
Рис.3.2.
Таблица истинности Схемы ИЛИ
х у х у
1 1 1
1 0 1
0 1 1
0 0 0
С х е м а НЕ
Схема НЕ (инвертор) реализует операцию отрицания. Связь между входом x этой схемы и выходом z можно записать соотношением z = , где читается как "не x" или "инверсия х".
Если на входе схемы 0, то на выходе 1. Когда на входе 1, на выходе 0. Условное обозначение на структурных схемах инвертора – на рис.3.
Рис.3.
Таблица истинности Схемы НЕ
х
1 0
0 1
С х е м а И—НЕ
Схема И—НЕ состоит из элемента И и инвертора и осуществляет отрицание результата схемы И. Связь между выходом z и входами x и y схемы записывают следующим образом: , где читается как "инверсия x и y". Услов-
ное обозначение на структурных схемах схемы И—НЕ с двумя входами представлено на рис. 3.4.
Рис. 3.4.
Таблица истинности Схемы И-НЕ
х у
1 1 0
1 0 1
0 1 1
0 0 0
С х е м а ИЛИ—НЕ
Схема ИЛИ—НЕ состоит из элемента ИЛИ и инвертора и осуществляет отрицание результата схемы ИЛИ. Связь между выходом z и входами x и y схемы записывают следующим образом: , где читается как "инверсия x или y ". Условное обозначение на структурных схемах схемы ИЛИ—НЕ с двумя входами представлено на рис. 3.5.
Рис. 3.5.
Таблица истинности Схемы ИЛИ-НЕ
х у
1 1 0
1 0 0
0 1 0
0 0 1
В алгебре логики выполняются следующие основные законы, позволяющие производить тождественные преобразования логических выражений:
|
Закон |
Для И |
Для ИЛИ |
|
Переместительный |
||
|
Сочетательный |
. |
|
|
Распределительный |
||
|
Правила де Моргана |
||
|
Идемпотенции |
||
|
Поглощения |
||
|
Склеивания |
||
|
Операция переменной с ее инверсией |
||
|
Операция с константами |
||
|
Двойного отрицания |
Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно. Многие тысячи лет назад для счета использовались счетные палочки, камешки и т.д. Более 1500 лет тому назад (а может быть и значительно раньше) для облегчения вычислений стали использовать счеты.
В 1642 г. Блез Паскаль изобрел устройство, механически выполняющее сложение чисел, а в 1673 г. Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал арифмометр, позволяющий механически выполнять четыре арифметических действия.
Начиная с XIX в. арифмометры получили широкое применение. На них выполняли даже очень сложные расчеты, например расчеты баллистических таблиц для артиллерийских стрельб. Существовала и специальная профессия – счетчик – человек, работающий с арифмометром, быстро и точно соблюдающий определенную последовательность инструкций (такую последовательность инструкций впоследствии стали называть программой). Но многие расчеты производились очень медленно – десятки счетчиков должны были работать по несколько недель и месяцев. Причина проста – при таких расчетах выбор выполняемых действий и запись результатов производились человеком, а скорость его работы весьма ограниченна.
В первой половине XIX в. английский математик Чарльз Бэббидж попытался построить универсальное вычислительное устройство – аналитическую машину, которая должна была выполнять вычисления без участия человека. Для этого она должна была уметь выполнять программы, вводимые с помощью перфокарт (карт из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий, они уже в то время широко употреблялись в ткацких станках), и иметь "склад" для запоминания данных и промежуточных результатов (в современной терминологии – память).
Бэббидж не смог довести до конца работу по созданию аналитической машины – она оказалась слишком сложной для техники того времени. Однако он разработал все основные идеи, и в 1943 г. американец Говард Эйкен с помощью работ Бэббиджа на основе техники XX в. – электромеханических реле – смог построить на одном из предприятий фирмы IBM такую машину под названием "Марк-1. Еще раньше идеи Бэббиджа были использованы немецким инженером Конрадом Цузе, который в 1941 г. построил аналогичную машину.
К этому времени потребность в автоматизации вычислений (в том числе для военных нужд – баллистики, криптографии и т.д.) стала настолько велика, что над созданием машин, аналогичных построенным Эйкеном и Цузе, одновременно работало несколько групп исследователей. Начиная с 1943 г. группа специалистов под руководством Джона Мочли и Проспера Экерта в США начала конструировать подобную машину уже на основе электронных ламп, а не реле. Их машина, названная ЕМIАС, работала в тысячу раз быстрее, чем "Марк-1", однако для задания ее программы приходилось в течение нескольких часов или даже нескольких дней подсоединять определенным образом провода. Чтобы упростить процесс задания программ, Мочли и Экерт стали конструировать новую машину, которая могла бы хранить программу в своей памяти. В 1945 г. к работе был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад об этой машине. Доклад был разослан многим ученым и получил широкую известность, поскольку в нем фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, т.е. компьютеров.
Первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана, был построен в 1949 г. английским исследователем Морисом Уилксом. С той поры компьютеры стали гораздо более мощными, но подавляющее большинство из них выполнено в соответствии с теми принципами, которые изложил в своем докладе в 1945 г. Джон фон Нейман.
Схема классификации компьютеров, исходящая из их производительности, размеров и функционального назначения, приведена на рисунке. Следует отметить, что вопрос об отнесении конкретного компьютера к одной из категорий этой схемы может иметь неоднозначный ответ, привязанный к конкретной исторической обстановке или доминирующему поколению ЭВМ.
Классификация ЭВМ.
Работа компьютера строго подчинена заложенной в него программой.
Программа – это указание на последовательность действий (команд), которую должен выполнить компьютер, чтобы решить поставленную задачу обработки информации.
Программный принцип работы компьютера состоит в том, что компьютер выполняет действия по заранее заданной программе. Информация, обрабатываемая на компьютере, называется данными. Во время выполнения программы она находится во внутренней памяти.
Под архитектурой ЭВМ понимают наиболее общие принципы построения вычислительных систем, реализующие программное управление работой и взаимодействие основных функциональных узлов.
К архитектуре относят:
• структуру памяти ЭВМ;
• способы доступа к памяти и внешним устройствам;
• возможности изменения конфигурации компьютера;
• систему команд;
• форматы данных;
• организацию интерфейса.
Классические принципы построения архитектуры ЭВМ были предложены в работе Дж. фон Неймана, Г. Голдстейга и А. Беркса в 1946 г. и известны как «принципы фон Неймана».
Принципы фон-Неймана:
Архитектура ЭВМ, построенной на принципах фон Неймана. Сплошные линии со стрелками указывают направление потоков информации, пунктирные управляющих сигналов от процессора к остальными узлам ЭВМ.
Таким образом, компьютер представляет собой совокупность устройств и программ, управляющих работой этих устройств.
Аппаратное обеспечение – система взаимосвязанных технических устройств, выполняющих ввод, хранение, обработку и вывод информации.
Программное обеспечение – совокупность программ, хранящихся на компьютере.
В ходе эволюции ЭВМ, с созданием микропроцессоров, с появлением интеллектуальных контроллеров совершен переход к шинной архитектуре ЭВМ. Процессор перестал быть центром конструкции, стало возможным реализовывать прямые связи между устройствами.
Важную роль стали играть средства сетеобразования. Радикально увеличилась номенклатура и возможности периферийных устройств накопления, ввода и вывода информации.
Подлинную революцию в вычислительной технике произвело создание микропроцессора. В 1971 г. компанией «Intel» (США) было создано устройство, реализующее на одной крошечной микросхеме функции процессора – центрального узла ЭВМ. Началом эры массового появления стал 1976 г., когда появился знаменитый «Apple» («Яблоко»), созданный молодыми американскими инженерами Стивом Возняком и Стивом Джобсом. За несколько лет было продано около 2 млн. экземпляров лишь этих ПК (особенно «Apple-2»), т.е. впервые в мировой практике компьютер стал устройством массового производства. Вскоре лидерство в этой области захватила фирма IBM – компьютерный гигант, представивший в 1981 г. свой персональный компьютер IBM PC (PC – persona computer). Его модели PC XT (1983 г.). PC AT (1984 г.), ПК с микропроцессором Pentium (начало 90-х годов; содержит более 3 миллионов транзисторов!) стали, каждый в свое время, ведущими на мировом рынке ПК. В настоящее время производство ПК ведут десятки фирм (а комплектующие выпускают сотни фирм) по всему миру.
Ближайшим конкурентом компьютеров IBM PC являются персональные компьютеры фирмы «Apple Computer». Пришедшие на смену «Apple-2» машины «Macintosh» широко используются в системах образования многих стран.
Основные характеристики, которые в совокупности позволяют отнести компьютер к этой группе:
• относительно невысокая стоимость;
• наличие «дружественных» операционной и интерфейсной систем, которые максимально упрощают пользователю работу с компьютером;
• наличие достаточно развитого набора внешних устройств в «настольном» исполнении;
• наличие аппаратных и программных ресурсов общего назначения, позволяющих решать реальные задачи по многим видам профессиональной деятельности.
В современных персональных компьютерах, как правило, используется принцип открытой архитектуры. Он заключается в том, что устройства, непосредственно участвующие в обработке информации (процессор, сопроцессор, оперативная память), соединяются с остальными устройствами единой магистралью – шиной. Устройства, связанные с процессором через шину, а не напрямую, называют периферийными. Шина представляет собой канал передачи данных в виде проводников на печатной плате или многожильного кабеля.
Конфигурация состав устройств, подключенных к компьютеру. Порт точка подключения внешнего устройства к компьютеру.
Преимущества открытой архитектуры заключаются в том, что пользователь получает возможность:
1) выбрать конфигурацию компьютера;
2) расширить систему, подключив к ней новые устройства;
3) модернизировать систему, заменив любое из устройств более новым.
За время, прошедшие с момента создания ПК, уже сменилось несколько их поколении: 8-битные, 16-битные, 32-битные. Многократно усовершенствовались внешние устройства, все операциональное окружение, включая сети, системы связи, системы программирования, программное обеспечение и т.д. Персональный компьютер занял нишу «персонального усилителя интеллекта» множества людей, стал в ряде случаев ядром автоматизированного рабочего места (в цехе, в банке, в билетной кассе, в школьном классе – все перечислить невозможно).
Базовая конфигурация ПК – минимальный комплект аппаратных средств, достаточный для начала работы с компьютером. В настоящее время для настольных ПК базовой считается конфигурация, в которую входит четыре устройства:
Системный блок – основной блок компьютерной системы. В нем располагаются устройства, считающиеся внутренними. Устройства, подключающиеся к системному блоку снаружи, считаются внешними.
В системный блок входит процессор, оперативная память, накопители на жестких и гибких магнитных дисках, на оптический дисках и некоторые другие устройства.
Устройства ввода информации
Важнейшим из устройств ввода, несомненно, является клавиатура.
Большинство клавиатур имеют стандартные группы клавиш:
• клавиши пишущей машинки – для ввода букв, цифр и других знаков;
•служебные клавиши, перенацеливающие действия остальных (переключатели регистров, переходы с латинского шрифта на русский и другие);
•функциональные клавиши Ft – F12 (иногда их меньше), назначение которых задает разработчик прикладной программы;
• дополнительные цифровые клавиши для большего удобства в работе.
Важным свойством клавиатуры, благодаря которому пользователь может работать не один час подряд, является эргономичность. Этим термином задается совокупность характеристик, определяющих удобство (в широком смысле слова) устройства.
В состав стандартного оснащения современного персонального компьютера входит мышь – устройство ввода и управления Две или три клавиши на верхней стороне мыши позволяют отдавать многочисленные команды, определяемые текущей программой. То же делает «перевернутая мышь» – шар (trackball), который монтируется в корпус компьютера или клавиатуры.
Существует ряд манипуляторов, служащих для ввода информации: световое перо, джойстик и т.д.
Сканер – устройство для ввода с листа бумаги документов (текстов, чертежей и т.д.). Лучик света с огромной скоростью пробегает по листу, светочувствительными датчиками воспринимается яркость (а иногда и цветность) отраженного света и трансформируется в двоичный код. Сканеры бывают цветными и монохромными, с разной разрешающей способностью, разным размером обрабатываемых изображений, настольными и ручными. Всякую информацию сканер воспринимает как графическую. Если это текст, то чтобы компьютер осознал его в таком качестве и позволил далее обрабатывать как текст (например, программами типа «редактор текстов»), нужна специальная программа распознавания, позволяющая выделить в считанном изображении отдельные символы и сопоставить им соответствующие коды символов.
Существуют также средства речевого ввода, которые позволяют пользователю вместо клавиатуры, мыши и других устройств использовать речевые. Возможности таких устройств достаточно ограничены, хотя они постоянно совершенствуются. Проблема в том чтобы распознать смысл речи и представить ее, например, в текстовой форме, допускающей последующую компьютерную обработку. Многие специалисты связывают с прогрессом устройств речевого ввода будущее компьютерной техники, считая такие устройства ведущими элементами ее интеллектуализации.
Устройства вывода информации
Дисплей – устройство визуального отображения текстовой и графической информации.
По физическим принципам, лежащим в основе конструкций дисплеев, подавляющее большинство их относится к дисплеям на базе электронно-лучевых трубок и к жидкокристаллическим дисплеям (последние особенно часто встречаются у портативных компьютеров). У первых формирование изображения производится на внутренней поверхности экрана, покрытого слоем люминофора – вещества, светящегося под воздействием электронного луча, генерируемого специальной «электронной пушкой» и управляемого системами горизонтальной и вертикальной развертки. Жидкокристаллический экран состоит из крошечных сегментов, заполненных специальным веществом, способным менять отражательную способность под воздействием очень слабого электрического поля, создаваемого электродами, подходящими к каждому сегменту.
Основные характеристики дисплеев с точки зрения пользователя таковы: разрешающая способность, число воспроизводимых цветов (для цветного дисплея) или оттенков яркости (для монохромного). Для алфавитно-цифрового дисплея разрешающая способность – число строк на экране и символов в каждой строке.
Все большее распространение в настоящее время получили плазменные дисплеи. В основе – возможность управлять возникновением электрических разрядов в некоторых газах и сопровождающим их свечением. Такие дисплеи обладают высоким качеством изображения и могут иметь значительно большие, чем у привычных компьютеров, размеры экранов при небольшой толщине (экран с диагональю около 1 м при толщине 810 см).
Огромную роль при выводе информации играют разнообразные печатающие устройства – принтеры.
Существуют ударные точечно-матричные принтеры цветной печати. В них используются 4-цветные ленты, и каждая точка изображения формируется четырьмя последовательными ударами иголки разной силы. Таким образом, можно сформировать на бумаге точки всех основных цветов и множества оттенков.
Струйные принтеры вместо головки с иглами имеют головку со специальной краской и микросоплом, через которое эта краска «выстреливается» струйкой на бумагу (и быстро сохнет). Для формирования изображения либо струйка краски может отклоняться специально созданным электрическим полем (так как она электризуется в момент выхода из сопла), либо (чаще) головка имеет столбец из нескольких сопел – наподобие матрицы игл точечно-матричного принтера.
Струйные принтеры могут быть цветными, они смешивают на бумаге красители, порознь распыляемые разными соплами. Изображение, формируемое струйными принтерами, по качеству превосходит аналогичное, получаемое на точечно-матричных. Дополнительное достоинство – меньший уровень шума при работе.
Наиболее высокую скорость печати (до 5 секунд на страницу) при наилучшем качестве обеспечивают лазерные принтеры. В них изображение переносится на бумагу со специального барабана, к участкам поверхности которого, электролизуемым лучом лазера, притягиваются частицы красящего порошка. Лазерные принтеры являются достаточно дорогими
К принтерам близки по назначению плоттеры – специализированные устройства для вывода на бумагу чертежей и рисунков. Рисунок исполняется специальным пером, управляемым электронным блоком; для цветного плоттера необходимо несколько перьев. Плоттер необходим как часть АРМа проектировщика, инженера-конструктора, архитектора.
Своеобразные устройства вывода – синтезаторы звука. Простейшие из них есть в арсенале почти у всех персональных компьютеров и представляют собой обычный малогабаритный динамик, напряжение сигнала на котором с большой частотой изменяется компьютером. Таким способом удается подать простой звуковой сигнал, указывающий на наступление какого-либо события.
Модем (модулятор-демодулятор) – устройство, преобразующее информацию к виду, в котором ее можно передавать по линиям связи, в частности – по телефонным линиям. Модемы бывают внутренние (вставляемые в корпус компьютера) и внешние (представляющие собой отдельные устройства, подключаемые к компьютеру и телефонной линии). Кроме того различают телефонные модемы, позволяющие передавать только текстовые сообщения, и факс-модемы, позволяющие передавать и графические изображения.
Сетевой адаптер (сетевая плата) устройство, обеспечивающее подключение компьютера к локальной (т.е. небольшой) компьютерной сети. Сетевой адаптер представляет собой вставляемую в корпус компьютера плату с разъемом для подключения линии связи компьютерной сети. Основным параметром сетевой карты является скорость передачи информации и измеряется она в мегабайтах в секунду. Типовая норма от 10 до 100 мегабайт в секунду.
Внешние и внутренние устройства компьютера
Периферийными называют устройства, подключаемые к компьютеру извне. Обычно эти устройства предназначены для ввода и вывода информации (принтер, сканер, модем, Web-камера).
Внутренними считаются устройства, располагающиеся в системном блоке. Разъемы некоторых устройств выведены на заднюю стенку – они служат для подключения периферийного оборудования. К некоторым устройствам системного блока доступ не предусмотрен – для обычной работы он не требуется.
Материнская плата – самая большая плата ПК. На ней располагаются магистрали, связывающие процессор с оперативной памятью, – так называемые шины. К шинам материнской платы подключаются также все прочие внутренние устройства компьютера. Управляет работой материнской платы микропроцессорный набор микросхем – так называемый чипсет.
Процессор. Микропроцессор – основная микросхема ПК. Все вычисления выполняются в ней. Процессор аппаратно реализуется на большой интегральной схеме (БИС). Большая интегральная схема это плоская полупроводниковая пластина размером примерно 20х20 мм, заключенная в плоский корпус с рядами металлических штырьков (контактов). БИС является большой по количеству элементов. Использование современных высоких технологий позволяет разместить на БИС процессора огромное количество функциональных элементов, размеры которых составляют всего около 0,13 микрон (1 микрон = 10-6 м). Например, в процессоре Intel Core 2 Duo с 4 МБ кэш-памяти их около 291 миллиона.
Основная характеристика процессора – тактовая частота (измеряется в мегагерцах (МГц) и гигагерцах (ГГц)). Чем выше тактовая частота, тем выше производительность компьютера. Современные процессоры ПК имеют частоты 2–4 гигагерца (Гг). Важными характеристиками процессора являются – тип ядра, количество ядер(1,2,3,4 ядерные компьютеры, серия процессора – условный номер модели процессора, и технология производства, частота системной шины.
Серия процессора также существенно влияет на мощность компьютера.
При переходе на следующую серию увеличивается скорость обмена данными между процессором и оперативной памятью. В настоящее время послед ней моделью является CORE Quatro. С оперативной памятью – процессор работает совместно. Данные копируются в ячейки процессора (регистры), а затем преобразуются в соответствии с командами (программой).
Оперативная память (ОЗУ), предназначена для хранения информации, изготавливается в виде модулей памяти. Оперативную память можно представить как обширный массив ячеек, в которых хранятся данные и команды в то время, когда компьютер включен. Процессор может обратиться к любой ячейки памяти. Важнейшей характеристикой модулей памяти является быстродействие. Модули памяти могут различаться между собой по размеру и количеству контактов, быстродействию, информационной емкостью и т.д.
Для длительного хранения данных и программ широко применяются жесткие диски (винчестеры). Жесткий диск – это чаще не один диск, а пакет (набор) дисков с магнитным покрытием, вращающихся на общей оси. Основным параметром является емкость, измеряемая в гигабайтах. Основными характеристиками являются емкость(256Гбайт-1,5Тбайт) и производительность. Для переноса информации между компьютерами служит магнитный диск меньшего объема и размера.
Видеоадаптер – внутренне устройство, устанавливается в один из разъемов материнской платы, и служит для обработки информации, поступающей от процессора или из ОЗУ на монитор, а также для выработки управляющих сигналов. Современные видеоадаптеры имеют собственный вычислительный процессор (видеопроцессор), который снизил нагрузку на основной процессор при построении сложных изображений. В некоторых моделях материнских плат функции видеоадаптера выполняют микросхемы чипсета – в этом случае говорят, что видеоадаптер интегрирован с материнской платой. Если же видеоадаптер выполнен в виде отдельного устройства, его называют видеокартой. Разъем видеокарты выведен на заднюю стенку. К нему подключается монитор.
Звуковой адаптер. В настоящее время средства для работы со звуком считаются стандартными. Для этого на материнской плате устанавливается звуковой адаптер. Он может быть интегрирован в чипсете материнской платы или выполнен как отдельная подключаемая плата, которая называется звуковой картой. Разъемы звуковой карты выведены на заднюю стенку компьютера. Для воспроизведения звука к ним подключают звуковые колонки или наушники. Отдельный разъем предназначен для подключения микрофона. При наличии специальной программы это позволяет записывать звук. Имеется также разъем (линейный выход) для подключения к внешней звукозаписывающей или звуковоспроизводящей аппаратуре (магнитофонам, усилителям и т.п.).
Дисковод – это устройство, позволяющее сохранить информацию на дискете. Гибкие диски не являются надежными носителями информации Стандартный гибкий диск (дискета) имеет сравнительно небольшую емкость одной дискеты – 1.44 Мбайт.
Лазерные дисководы и диски. Лазерные дисководы используют оптический принцип чтения информации.
Для чтения компакт-дисков служат дисководы CD-ROM. Основной параметр дисковода CD-ROM – скорость чтения. Современные дисководы CD-ROM обеспечивают скорость чтения 40х – 52х. Диски, предназначенные для записи в домашних условиях: CD-R (Compact Disk Recordable) для однократной записи и CD-RW (Compact Disk ReWritable) для многократной. DVD (англ. Digital Versatile Disc – цифровой многоцелевой диск или Digital Video Disk – цифровой видеодиск) – носитель информации в виде диска, внешне схожий с компакт-диском, однако имеющий возможность хранить больший объём информации за счёт использования лазера с меньшей длиной волны, чем для обычных компакт дисков. Однослойный односторонний DVD имеет емкость 4,7 Гбайт. Единица скорости (1x) чтения/записи DVD составляет 1 385 000 байт/с (т.е. около 1352 Кбайт/с = 1,32 Мбайт/с), что примерно соответствует 9-й скорости (9x) чтения/записи CD.
Blu-ray Disc или сокращённо BD (от англ. blue ray – голубой луч и disc – диск) – это следующее поколение формата оптических дисков – используемый для хранения цифровых данных, включая видео высокой чёткости с повышенной плотностью. Blu-ray (букв. «голубой-луч») получил своё название от коротковолнового 405 нм «синего» (технически сине-фиолетового) лазера, который позволяет записывать и считывать намного больше данных, чем на DVD, который имеет те же физические объёмы, но использует для записи и воспроизведения красный лазер большей длины волны (650 нм). Однослойный диск Blu-ray (BD) может хранить до 27 Гбайт информации.
Коммуникационные порты. Для связи с другими устройствами, например принтером, сканером, клавиатурой, мышью и т. п., компьютер оснащается так называемыми портами. Порт – это не просто разъем для подключения внешнего оборудования, хотя порт и заканчивается разъемом. Порт – более сложное устройство, чем просто разъем, имеющее свои микросхемы и управляемое программно.
Примеры портов:
Через последовательные порты данные передаются последовательно байт за байтом. Предельное значение производительности последовательного порта – 112 Кбит/с. К последовательным портам подключают устройства, не требующие высокой производительности: модемы, мыши, устаревшие модели принтеров.
Через параллельный порт передаются одновременно все восемь битов, составляющих один байт. Предельное значение производительности параллельного порта – 5 Мбайт/с. К этому порту, как правило, подключается принтер. Преимущество параллельного порта от последовательного заключается еще в возможности использования более длинных кабелей для соединения (до 10 м против 1,5 м).
USB порт. Это порты последовательного типа, но с высокой производительностью. Кроме высокой производительности к достоинствам USB портов относится удобство работы с ними: не требуется выключать оборудование перед стыковкой, возможно подключение нескольких устройств к одному порту. Многие модели современного периферийного оборудования могут подключаться к портам этого типа. Кроме универсальных коммуникационных портов, предназначенных для любого оборудования, компьютер имеет два специализированных порта для подключения мыши и клавиатуры – это порты PS/2. Другие устройства к этим портам не подключаются.
Программа особый вид информации в виде двоичных кодов (нулей и единиц), воспринимаемых процессором как команды к выполнению каких-то действий.
Файлы программ вместе с файлами других типов хранятся на накопителях информации, для запуска считываются с них в оперативную память (загружаются). По окончании работы большинство программ удаляются из оперативной памяти. Программы, которые остаются в оперативной памяти после загрузки на все время работы компьютера называются резидентными.
Для обработки данных на компьютере необходимо иметь не только аппаратное обеспечение компьютера, так называемое hardware, но и программное обеспечение, так называемое software.
Совокупность программ, хранящихся на компьютере, образует его программное обеспечение. Совокупность программ, подготовленных к работе, называют установленным программным обеспечением. Совокупность программ, работающих в тот или иной момент времени, называют программной конфигурацией.
Программы самого низкого уровня работают только с устройствами. Программы промежуточных уровней работают с программами нижнего уровня и программами верхних уровней. Человек имеет к ним ограниченный доступ. Программы верхних уровней работают с человеком и программами нижележащих уровней.
Базовая система ввода-вывода. На самом нижнем уровне находятся программы базовой системы ввода-вывода (BIOS). Их код жестко записан в одной из микросхем компьютера. В момент включения компьютера эти программы выполняют проверку оборудования и обеспечивают простейшее взаимодействие с клавиатурой и монитором – клавиатура способна реагировать на нажатие некоторых клавиш, а на мониторе отображается информация о ходе запуска компьютера
Системные программы. Системные программы предназначены для работы со всеми устройствами компьютера. Они принадлежат к промежуточному уровню. Снизу системные программы управляют работой устройств и используют программы нижнего уровня, а сверху отвечают на запросы программ более высоких уровней. Те системные программы, которые непосредственно управляют устройствами, еще называют драйверами устройств
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.
Самой важной системной программой является операционная система, которая обычно хранится в жестком диске. При включении компьютера ее основная часть переписывается с жесткого диска во внутреннюю память и там находится на протяжении всего сеанса работы компьютера.
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:
Часть утилит входит в состав операционной системы, а другая часть функционирует независимо от нее, т.е. автономно.
Служебные программы. Это следующий уровень, программы которого предназначены для обслуживания компьютера, проверки его устройств, а также для настройки устройств и программ. Снизу эти программы общаются с программами нижних уровней, а сверху передают данные программам верхнего уровня по их запросу.
Прикладные программы. Уровень прикладных программ – самый верхний. Здесь находятся программы, обслуживающие человека и удовлетворяющие его потребности. С их помощью выполняется набор и редактирование текстов, создание чертежей и иллюстраций, коммуникация между людьми, воспроизведение музыки и видео, а также многое другое. Сверху программы прикладного уровня общаются с человеком, а снизу – с программами нижележащих уровней.
Наибольшей популярностью пользуются следующие группы прикладного программного обеспечения:
Инструментарий программирования предназначен для создания системного и прикладного программного обеспечения. Методы работы с инструментарием программирования определяются той средой, в которой осуществляется преобразование алгоритма в программу для компьютера.
Базовые инструменты любой среды программирования совершенно одинаковы по своей сути, а отличаются только формой представления.
Для создания прикладного ПО широко используются такие языки, как Basic, Pascal, C++, Delphi и др.
Операционная система – это комплекс программ, обеспечивающих:
К современным операционным системам предъявляются следующие требования:
По числу одновременно выполняемых задач выделяют ОС однозадачные (MS DOS, ранние версии PC DOS) и многозадачные (OS/2, UNIX, Windows).
Однозадачные ОС предоставляют пользователю виртуальную машину и включают средства управления файлами, периферийными устройствами и средства общения с пользователем. Многозадачные ОС дополнительно управляют разделением между задачами совместно используемых ресурсов. По числу одновременно работающих пользователей ОС делятся на однопользовательские (MS DOS, Windows Зх, ранние версии OS/2) и многопользовательские (UNIX, WINDOWS NT). В многопользовательских системах присутствуют средства защиты информации пользователей от несанкционированного доступа.
В сетевой ОС присутствуют средства передачи данных между компьютерами по линиям связи и реализация протоколов передачи данных.
Кроме ОС, ориентированных на определенный тип аппаратной платформы, существуют мобильные ОС, легко переносимые на разные типы компьютеров (UNIX). В таких ОС аппаратно-зависимые места локализованы и при переносе системы переписываются. Аппаратно-независимая часть реализуется на языке программирования высокого уровня, как правило, на языке СИ, и перекомпилируется при переходе на другую платформу.
В настоящий момент в нашей стране около 90 % компьютеров используют ОС Windows. Широкий класс ОС ориентирован для использования на серверах. К этому классу ОС относятся семейство UNIX, разработки фирмы Microsoft (MS DOS и Windows), сетевые продукты Novell и корпорации IBM.
UNIX – многопользовательская, многозадачная ОС, включает достаточно мощные средства защиты программ и файлов различных пользователей. ОС UNIX является машинонезависимой, что обеспечивает высокую мобильность ОС и легкую переносимость прикладных программ на компьютеры различной архитектуры. Важной особенностью ОС семейства UNIX являются ее модульность и обширный набор сервисных программ, которые позволяют создать благоприятную операционную обстановку для пользователей-программистов (т. е. система особенно эффективна для специалистов – прикладных программистов).
Независимо от версии общими для UNIX чертами являются многопользовательский режим со средствами защиты данных от несанкционированного доступа; реализация многозадачной обработки в режиме разделения времени; переносимость системы путем написания основной части на языке СИ.
Недостаток UNIX – большая ресурсоемкость, и для небольших однопользовательских систем на базе персональных компьютеров она чаще всего является избыточной.
В целом ОС семейства UNIX ориентированы прежде всего на большие локальные (корпоративные) и глобальные сети, объединяющие работу тысяч пользователей. Большое распространение UNIX и ее версия LINUX получили в сети Интернет, где важнейшее значение имеет машинонезависимость ОС.
ОС MS DOS широко использовалась для персональных компьютеров, построенных на базе процессоров Intel 8088-80486.
В настоящее время MS DOS для управления персональными компьютерами практически не применяется. Операционные системы Windows – это семейство операционных систем, включающих: Windows 3.1, Windows for Workgroups 3.11, Windows 9X, Windows NT, Windows ME Windows XP,Windows Vista, Windows 7 (первые две обычно называют операционными оболочками, поскольку ОС DOS для них устанавливалась отдельно). Windows 95 характеризуется простотой инсталляции, невысокими уровнями защиты данных и устойчивости к сбоям приложений. Windows 95 обладает интуитивно понятным интерфейсом, поддерживает, технологию plug-and-play, содержит встроенные средства для сетевой работы.
Windows 98 является развитием Windows 95. Эта версия тесно интегрирована с Web-браузером Internet Explorer и содержит большое количество драйверов к старым и новым устройствам. Пользователи отмечают упрощенный процесс инсталляции ОС, пониженные по сравнению с NT требования к мощности процессора, объему памяти и дисковому пространству. Одной из разновидностей Windows является ОС Windows СЕ. Эта линия ОС предназначена для использования на портативных компьютерах. Windows СЕ представляет собой 32-разрядную объектно-ориентированную многозадачную ОС, имеет встроенные функции энергосбережения. Версия Windows СЕ 3.0 (2003) приближается по своим возможностям к системам реального времени. Основная часть этой компактной ОС записана в перепрограммируемое ПЗУ портативных компьютеров. Windows NT 5.0 или Windows 2003 – полностью 32-разрядная ОС с приоритетной многозадачностью, улучшенной реализацией работы с памятью и изначально проектировалась со средствами обеспечения надежности, защиты и управления. Windows 2003 выпускается в четырех вариантах: Windows 2003 Professional, Windows 2003 Server, Windows 2003 Advanced Server и Windows 2003 DataCenter Server. Эти версии отличаются количеством входящих в поставку служб и программ, степенью поддержки аппаратного обеспечения.
Операционная система OS/2 (Operating system/2) является однопользовательской многозадачной ОС, односторонне (MS DOS —> OS/2) программно совместимой с MS DOS и предназначенной для работы с МП 80386 и выше (ПК IBM PC и PS/2). OS/2 может одновременно выполнять до 16 программ (каждая из них в своем сегменте памяти), но среди них только одну, подготовленную для MS DOS.
Важными особенностями OS/2 является наличие многооконного интерфейса пользователя; программных интерфейсов для работы с системой баз данных; эффективных программных интерфейсов для работы в локальных вычислительных сетях. К недостаткам OS/2 относится в первую очередь сравнительно небольшой объем программных приложений, наработанных к настоящему времени.
Современные ОС имеют сложную структуру, каждый элемент которой выполняет определенные функции по управлению компьютером.
Операционная система содержит также сервисные программы, или утилиты. Такие программы позволяют обслуживать диски (проверять, сжимать, дефрагментировать и т. д.), выполнять операции с файлами (архивировать и т. д.), работать в компьютерных сетях и т. д.
В состав современных операционных систем, и в частности в состав Windows, входят программные модули, создающие графический пользовательский интерфейс. В операционных системах с графическим интерфейсом пользователь может вводить команды посредством мыши. Графический интерфейс позволяет осуществлять взаимодействие человека с компьютером в форме диалога с использованием окон, меню и элементов управления (диалоговых панелей, кнопок и так далее).
Интерфейс – это посредник, переводчик, задача которого преобразовать все внутренние «рычаги управления» в понятную людям графическую форму. Для работы с графическим интерфейсом используется мышь или другое координатное устройство ввода.
Удобный для пользователя способ общения с компьютером называется дружественным пользовательским интерфейсом.
Файл – поименованные совокупности данных, хранимые во внешней памяти и имеющие определенную структуру. Под файлом понимают набор данных на диске, терминале или каком-либо другом устройстве. Таким образом, файловая система – это система управления данными. Файл обладает уникальным идентификатором (именем), обеспечивающим доступ к файлу. Идентификатор включает в себя собственно имя – буквенно-цифровое обозначение файла, которое может содержать специальные символы (подчеркивание, дефис, ! и т.д.), и расширение имени файла (обычно отделяемое от имени файла точкой). Если имена создаваемых файлов пользователь может задавать произвольно, то в использовании расширений следует придерживаться традиции, согласно которой расширение указывает на тип файла, характер его содержимого.
|
Тип файла |
Расширение |
|
Исполняемые программы |
exe, com |
|
Текстовые файлы |
txt, rtf, doc, odt и др. |
|
Графические файлы |
bmp, gif, jpg, png, pds и др. |
|
Web-страницы |
htm, html |
|
Звуковые файлы |
wav, mp3, midi, kar, ogg и др. |
|
Видеофайлы |
avi, mpeg и др. |
|
Код (текст) программы на языках программирования |
bas, pas, cpp и др. |
Требования к организации имени файла:
1. Разрешается использовать до 255 символов.
2. Разрешается использовать символы национальных алфавитов, в частности русского.
3. Разрешается использовать пробелы и другие ранее запрещенные символы, за исключением следующих девяти: /\:*?"<>|.
4. В имени файла можно использовать несколько точек. Расширением имени считаются все символы, стоящие за последней точкой.
Операционная система работает с различными потоками данных, разными аппаратными и периферийными устройствами компьютера. Организовать упорядоченное управление всеми этими объектами позволяет файловая система. В настоящее время широко используются файловые системы FAT 32, NTFS
Файловая система обеспечивает логический уровень работы с файлами. Файловая система также обеспечивает стандартные реакции на ошибки, возникающие при обмене данными. При работе с файлами пользователю предоставляются средства для создания новых файлов, операции по считыванию и записи информации и т.д.
Для дисков с небольшим количеством файлов (до нескольких десятков) удобно применять одноуровневую файловую систему, когда каталог (оглавление диска) представляет собой линейную последовательность имен файлов. Для отыскания файла на диске достаточно указать лишь имя файла. Такая одноуровневая схема использовалась в первых версиях MS-DOS. Сегодня её можно встретить, например, в некоторых цифровых фотоаппаратах: все сделанные фотографии складываются в один каталог.
В ряде файловых систем предусматривается использование более сложных логических структур файлов. Записи в файле могут образовывать древовидные структуры, может использоваться индексно-последовательная организация файлов (с упорядочением записей по значению некоторых полей) или, так называемая, библиотечная структура файлов, использующая уровень учетной информации (каталога), облегчающей поиск и доступ к отдельным компонентам файлов, если их длина увеличивается, или для хранения «дыр», если длина уменьшается.
Имена директорией, начиная от корневого, образующие путь к файлу, отделяемые при записи друг от друга косой чертой (\ в DOS, / в UNIX), также как и обозначение диска, относятся к идентификатору файла. Например, в
d:\lang\pascal\work\example.pas
есть файл с именем example и расширением pas, указывающий на то, что это текст программы на Паскале, полный путь к которому:
d:- диск d;
\lang\pascal\work – это структура вложенных директорией, в самой внутренней из которых находится необходимый файл example.pas.
Каждый каталог рассматривается как файл, имеет собственное имя. Продвижение по дереву при поиске некоторого каталога или файла возможно как вниз по дереву от текущего узла, так и вверх в направлении к корню. В каждом каталоге хранится список имен файлов, а также ссылки на дескрипторы файлов. В дескрипторах сосредоточена подробная информация о файле (список номеров блоков, занимаемых файлом, метод доступа к файлу, дата создания файла, идентификатор владельца, тип файла). В процессе работы могут создаваться новые каталоги и вписываться в требуемое место иерархии.
Файловая система ОС обеспечивает основные операции над файлами: их копирование, перемещение, объединение, удаление, закрытие. Вторую группу представляют операции чтения и записи составных элементов файла. Особая группа операций обеспечивает печать содержимого каталогов или файлов, управление правами доступа к файлам, поиска файлов и т.д.
• чтение (г – read) – можно просматривать содержимое файла (каталога);
•запись (w – write) – можно менять содержимое файла (создавать или удалять файлы в каталоге);
• выполнение (х – execute) – можно использовать файл как команду UNIX.
В Windows на вершине иерархии папок находится папка Рабочий стол. Следующий уровень представлен папками Мой компьютер, Корзина и Сетевое окружение (если компьютер подключен к локальной сети) (рис. 5.1).
Рис. 5.1. Иерархическая структура папок.
WindowsXP – это полностью 32 разрядная ОС с приоритетной многозадачностью. В её основе лежат те же принципы, на которых базировались все NT. Это:
1. Совместимость (Compatibility). Система может иметь привычный интерфейс ОС семейства Windows, с некоторыми добавлениями и расширениями, поддержку файловых систем NTFS5, NTFS4, FAT16 и FAT32. Большинство приложений, написанных под MSDOS, W9x, NT4, а также некоторые программы под OS/2 и POSIX запускаются и функционируют без проблем. При проектировании NT учитывалась возможность работы системы в различных сетевых средах, поэтому в поставку входят средства для работы в Unix- и Novell-сетях.
2. Переносимость (Portability). Система работает на различных процессорах семейства x86 производства Intel и AMD. Уже существует 64 битная версия WindowsXP и Windows.NET, предназначенная для работы на Intel Itanium. Реализация поддержки процессоров других архитектур возможна, но потребует некоторых усилий.
4. Система безопасности (Security). Реализована привычная для NT система безопасности на уровне пользователей.
5. Распределённая обработка (Distributed processing). WindowsXP имеет встроенные в систему сетевые возможности, что обеспечивает возможность связи с различными типами компьютеров-хостов благодаря наличию разнообразных транспортных протоколов и технологии "клиент-сервер".
6. Надёжность и отказоустойчивость (Reliability and robustness). Архитектура ОС защищает приложения от повреждения друг другом и самой операционной системой.
7. Локализация (Localization). Система предоставляет возможности для работы во многих странах мира на национальных языках, что достигается применением стандарта ISO Unicode.
8. Расширяемость (Extensibility). Благодаря модульному построению системы становится возможно добавление новых модулей на различные архитектурные уровни ОС.
В Windows XP есть Windows Product Activation. Это новая технология, разработанная Microsoft для борьбы с нелегальными копиями их программного обеспечения.
Существуют два вида версии XP – Windows XP Home и Windows XP Professional. Кроме этого, существует 64 битная версия Windows XP Professional, сделанная для 64 битного Intel Itanium.
Операционная система позволяет прослушивать компакт-диски, редактировать музыкальные произведения, работать с видеофрагментами. Операционная система обладает также улучшенными телекоммуникационными возможностями, которые позволяют использовать ее в локальных и глобальных сетях, работать с электронной почтой. Windows' обеспечивает работу пользователя в сети, с электронной почтой, факсом и со средствами мультимедиа, поддерживает большинство приложений DOS и предыдущих версий Windows.
Оснащена мощным защитником Windows и брандмауэром Windows. Позволяет легко и быстро находить данные с помощью функции мгновенного поиска и обозревателя Windows Explorer 7.Осуществлен элегантный рабочий стол Windows Aero с эффектом полупрозрачного стекла в меню и заголовках, эргономичным пролистыванием и эскизами открытых окон. Операционная система обладает также улучшенными возможностями Windows Media Center. Предусмотрена защита от сбоев оборудования с помощью средства резервного копирования Windows Complete PC, а также запланированное резервное копирование , упрощенны возможности подключения к сети в организациях с помощью сетевого центра и удаленного рабочего стола, улучшена защита потерянных данных от неавторизованного доступа с помощью шифрования диска Windows BitLocker . В Windows Vista упрощены способы создания DVD-дисков с помощью DVD-студии Windows, осуществлена возможность создания видеофильмов с высоким разрешением изображения с помощью программы Windows Movie Maker.
Новейшая ОС семейства Windows. В нее были внесены ряд усовершенствований.
Панель задач (Taskbar)
Делает работу за компьютером проще, позволяя настроить работу удобным для себя образом.
Позволяет:
Работа с окнами
Новые и простые способы работы с окнами Windows 7
Ключевые функции:
Горячие клавиши:
Поиск
Экономит время, позволяя быстрее искать и ориентироваться в данных на жетском диске.
Функции:
F3 – поле поиска в Проводнике
Alt + P – предварительный просмотр.
Федеративный поиск
Возможность поиска в Интернет или корпоративной сети прямо из проводника или меню Пуск.
Библиотеки
Единое место хранения всех файлов одного типа.
Internet Explorer 8
Работа с файлами и папками
Все файлы, документы и программы в Windows хранятся в папках. Их роль аналогична той, какую выполняют папки для хранения бумажных документов в офисах. В них объединяют документы по тематике или по типу – в одной хранятся исходящие письма, в другой – входящие, в третьей – отчеты и т.д. В электронной папке, как правило, хранят файлы, сгруппированные по какому-либо признаку, типу и другие папки.
Как и все операционные системы, Windows предоставляет средства для управления файлами и папками. К таким средствам относятся программа Проводник и окно Мой компьютер.
Мой компьютер
Мой компьютер – программа, используемая для просмотра содержимого компьютера и подключенных к нему устройств, выполнения различных операций с хранящимися на его дисках папками и файлами и ресурсами сети. Используя окно Мой компьютер можно создать на диске файл или папку, переименовать их, скопировать, удалить или выполнить настройку системы и другие операции.
Как правило, значок Мой компьютер расположен в левом верхнем углу рабочего стола. Чтобы открыть окно, надо дважды щелкнуть по нему мышью. При желании значок можно переместить в любое удобное место рабочего стола.
В окне Мой компьютер можно отобразить три панели инструментов: Обычные кнопки, Адресная строка, Ссылки выбрав одноименные команды в меню Вид, Панели инструментов. Панель, на которой расположено меню, можно перемещать, но нельзя убрать из окна. Для экономии места в окне можно несколько панелей инструментов расположить в одну линию.
Окно Мой компьютер.
На рисунке в окне Мой компьютер видны значки локальных устройств хранения информации: Диск 3.5 (А:), Локальный диск (C:), Локальный диск (D:), Локальный диск (E:), Компакт-диск (F:). Ссылки в левой части окна позволяют открыть папки Мои документы, Сетевое окружение и др..
Рассмотрим назначение некоторых кнопок панелей инструментов в окне Мой компьютер.
Кнопки панели инструментов Обычные кнопки позволяют выполнить часто используемые команды без раскрытия меню.
На панели инструментов Обычные кнопки (рис. 5.2) расположены следующие кнопки:
Назад, Вперед – обеспечивают перемещение к просмотренным ранее папкам, документам. Вверх – позволяет перейти в родительскую (охватывающую) папку, содержащую данный объект. Поиск – отображает в левой части окна панель обозревателя Поиск, используя которую можно найти интересующий материал на компьютере, в сети или в Интернете и другие.
Рис. 5.2. Панель инструментов Обычные кнопки.
Чтобы открыть папку или файл на жестком диске локального компьютера или в сети, можно воспользоваться панелью инструментов Адресная строка. Для этого надо ввести в поле адреса имя объекта (рис. 5.3), отображенного в окне, или полный путь к нему, а затем нажать клавишу Enter или кнопку Переход.
Рис. 5.3. Панель инструментов Адресная строка.
Напомним, что путь к файлу – это последовательность имен папок, в которых находится данный файл, включая его имя, отделенных друг от друга символом «\» (обратной косой чертой). Если ввести в поле адреса путь к какому-нибудь файлу, например, точечному рисунку (C:\WINМе\Zapotec.bmp) и нажать клавишу Enter, то на экране отобразится окно графического редактора Paint, в котором появится рисунок, содержащийся в этом файле.
Навигацию по папкам облегчает раскрывающийся список панели инструментов Адресная строка. Чтобы просмотреть список, надо щелкнуть мышью на кнопке со стрелкой с правой стороны поля.
Кнопки панели инструментов Ссылки можно использовать для открытия часто посещаемых веб-узлов, а также тех папок и файлов, с которыми пользователь постоянно работает (Подведя указатель к кнопке, можно увидеть адрес объекта, который будет отображен в окне, если воспользоваться этой ссылкой.
В левой области окна Мой компьютер можно показать одну из панелей обозревателя: Поиск, Избранное, Медиа, Журнал, Папки, выбрав в меню Вид, Панель обозревателя соответствующую команду.
Панели обозревателя имеют следующее назначение:
Проводник
Для просмотра содержимого локальных и сетевых дисков, поиска папок и файлов используется окно Мой компьютер, рассмотренное выше. В состав Windows входит также программа Проводник, которая служит для просмотра и управления файлами, папками и другими объектами и обеспечивает доступ к локальным и сетевым ресурсам. Проводник отображает содержимое папок, позволяет открывать, копировать, перемещать, удалять, переименовывать папки и файлы, запускать программы.
Окно проводника аналогично окну Мой компьютер, только в нем отображена панель обозревателя Папки. В ней выводится на экран дерево папок. Панель обозревателя облегчает навигацию по папкам и файлам, позволяет выполнять с ними различные операции. Она показывает ресурсы компьютера, представленные в виде иерархического дерева. Эта панель отображает все объекты, в том числе папки Мой компьютер, Мои документы, Сетевое окружение и т.д. В правой области окна показано содержимое выделенной слева папки. То, в каком виде объекты появляются в правой панели, зависит от способа просмотра, который выбирается в пункте меню Вид: Крупные значки, Мелкие значки, Таблица, Список. На рис. показаны крупные значки. Команда Таблица генерирует список объектов с подробными сведениями о них: имя, размер, тип и т.д. Команда Список сортирует в окне объекты по их названиям в алфавитном порядке. Сначала выводятся имена папок, затем файлов. Значки объектов располагаются в один или несколько столбцов рядом с их названиями. Каждая область окна может иметь вертикальную и горизонтальную полосы прокрутки для независимого просмотра содержимого панели.
Различные уровни иерархии, представленные в окне проводника.
Размеры левой и правой областей окна проводника можно менять. Для этого устанавливают указатель мыши на вертикальной границе окна или на линии, его разделяющей. Указатель примет вид двунаправленной стрелки . Затем нажимают кнопку мыши и перемещают границу в нужном направлении. После освобождения кнопки будет зафиксирована новая ширина области окна. Можно поместить разделительную линию близко к границе окна, предоставив основную площадь одной из областей. Для перехода из одной области окна в другую можно использовать клавиши Tab или F6.
Запуск программы Проводник можно выполнить следующими способами:
1. Нажать кнопку Пуск, выбрать Программы, Стандартные, а затем Проводник.
2. Создать ярлык к этой программе; в дальнейшем запускать ее двойным щелчком мыши по ярлыку.
3. Дважды щелкнуть мышью значок Мой компьютер при нажатой клавише Shift.
Навигация по файловой структуре Windows имеет сложную иерархическую структуру файлов и папок. На верхнем уровне иерархии в крайнем левом ряду находится папка Рабочий стол – с нее начинается наша работа на компьютере после запуска операционной системы. Многоуровневая структура папок имеет вид дерева. В первой ветви древовидной структуры расположены значки папок: Мои документы, Мой компьютер, Сетевое окружение, Корзина .
В левой области окна на панели обозревателя Папки рядом с папкой, содержащей подпапки более низкого уровня, расположен значок . Такой элемент древовидной структуры, имеющий связи с элементами более низкого уровня, называется узлом. Структура папки определяется связями между входящими в нее папками различных уровней.
Чтобы развернуть структуру папки, надо щелкнуть на значке , расположенном слева от ее имени. Рядом с развернутой папкой знак «+» заменяется на «-».
Для просмотра содержимого папки, расположенной на панели обозревателя Папки, щелкают мышью ее значок. При этом изменяется рисунок значка – закрытая папка превращается в папку открытую, и в правой области окна отображается содержимое этой папки Перейти в папку более высокого уровня (родительскую папку) можно следующими способами:
1. Открыть раскрывающийся список адресной строки и указать требуемую папку.
2. Нажать кнопку Вверх панели инструментов Обычные кнопки (см. рис. 5.2).
3. Нажать клавишу Backspace – это один из самых быстрых способов перехода в папку более высокого уровня.
Файлы и папки
Все документы и программы хранятся на дисках компьютера в виде файлов. Файл является основной структурной единицей. Его содержимое можно просмотреть, изменить, удалить, распечатать. Файлы группируются в папки по тематике или какому-нибудь другому принципу. В папках могут содержаться файлы, программы или другие объекты – принтер, диски, модем.
Каждому файлу или папке для их идентификации присваивают определенное имя. Windows XP поддерживает длинные имена файлов и папок.
Имя файла или папки может содержать до 256 символов, включая пробелы, знаки плюс и равенства, квадратные скобки, знаки препинания – точки, запятые, точки с запятой. Не допускается использование следующих символов: косая черта, двоеточие, звездочка, знак вопроса, кавычки, угловые скобки, вертикальная черта (разделитель).
Чтобы указать путь к файлу, находящемуся в общей сетевой папке, перед ее именем надо ввести две обратные косые черты.
Для временного хранения информации при перемещении и копировании данных используется буфер обмена. Буфер обмена – область памяти, которую выделяет Windows для временного хранения перемещаемой или копируемой информации. С помощью буфера обмена можно копировать и перемещать фрагменты внутри документа, между документами и даже между программами.
Хранящуюся в буфере обмена информацию можно вставлять многократно в один или несколько документов, которые могут быть созданы в различных приложениях. Данные, помещенные в буфер обмена, сохраняются до тех пор, пока они не будут заменены новыми, или до конца сеанса работы с Windows.
Документы, созданные в разных программах, имеют разный формат. Они могут обмениваться данными друг с другом, используя технологию связывания и внедрения объектов (OLE). Эту технологию поддерживают все программы Windows.
По терминологии OLE любые данные (текст, рисунок и др.), которые переносятся из документа, созданного с помощью одной программы, в документ, созданный в другой программе, называются объектом. Объектом может считаться весь документ, отдельный его фрагмент или символ.
Связанным объектом называется объект (данные), созданный в одном файле и вставленный в другой файл с поддержкой связи между файлами. Файл, содержащий вставленный объект, называется составным документом (конечным файлом). В составном документе хранится информация о программе, в которой был создан объект. Чтобы не нарушить связь документ – источник нельзя перемещать, удалять или изменять имя файла.
Связанные объекты используются в случае, если необходимо, чтобы данные в конечном файле обновлялись при изменении данных в исходном файле. Например, если рисунок Paint вставляется в качестве связанного объекта в документ Wordpad, то при изменении рисунка в программе Paint, он автоматически будет изменен в документе Wordpad. При обновлении данных в конечном файле данные в исходном файле не изменяются.
При установлении связи между объектами данные физически продолжают находиться в программе, где они создавались (в документе-сервере). Связанный объект не является частью файла, в который он вставлен. Недостаток операции связывания проявляется при переносе файла документа-клиента на другой компьютер: нарушается его связь с документами-серверами.
Блокнот
Программа Блокнот – простой текстовый редактор, предназначенный для работы только с текстовыми файлами, не требующими форматирования в формате ASCII/ANSI (простой текст).
Ее используют при создании и редактировании файлов типа *.txt, *.bat, *.ini, *.sys, *.wri, *.dat, при работе с модемом. Файлы, созданные с помощью этой программы, имеют расширение .txt.
Если после открытия окна программы ввести в него с первой позиции .LOG и присвоить файлу имя, то после каждого открытия файла в конце текста будет указываться текущее время (команда пишется прописными буквами).
Графический редактор Paint
Программа Paint служит для создания, просмотра и редактирования растровых цветных графических изображений.
Paint работает с файлами типа Bitmap (*.bmp), (*.gif) и JPEG (*.jpeg, *.jpg). В точечных рисунках, созданных с помощью этой программы, электронное изображение строится за счет близко расположенных точек разных цветов. Координаты всех точек хранятся в виде структуры данных – растра.
Таблица символов
Таблица символов позволяет вставить в текст документа специальные и математические символы, различные знаки, не представленные на клавиатуре. Для вставки специальных или математических символов в документ надо установить курсор на место вставки, нажать кнопку Пуск, указать Все программы, Стандартные, Служебные и выбрать команду Таблица символов.
Назначение программ, поставляемых с Windows ХР,
для работы с мультимедиа
Мультимедиа переводится на русский язык как «многие среды» (multi – много, media – среда). Мультимедиа – представление информации в виде комбинации звука, графики, мультипликации и видео. Она объединяет различного рода информацию: текстовую, графическую, звуковую и видео.
Чтобы открыть меню для работы с мультимедиа надо нажать кнопку Пуск и выбрать команды Программы, Стандартные, Развлечения.
Windows ХР предоставляет целый набор программ для работы с мультимедиа. В меню Развлечения входят следующие пункты:
Все эти программы могут функционировать в фоновом режиме, что позволяет пользователю работать одновременно с другими программами. Для работы со звуком на компьютере должны быть установлены звуковая плата и динамики или наушники.
Дефрагментация диска
Цель программы Дефрагментация диска – уменьшить фрагментацию файлов на диске, упорядочить расположение файлов и свободного пространства на диске с тем, чтобы файлы, папки и свободное пространство по возможности располагались непрерывно. Это повышает скорость запуска программ и чтения данных.
Фрагментация диска происходит после удаления нескольких файлов, расположенных в разных местах. При записи нового файла он может разместиться в двух или более несмежных блоках кластеров. Фрагментация удлиняет путь перемещений головок ввода/вывода и может увеличить время считывания и записи файла на диск.
Программа дефрагментации диска располагает подряд фрагменты одного файла или папки, перемещая их к началу диска (после зарезервированной Windows ХР области для системных файлов).
Для запуска программы надо нажать кнопку Пуск, указать Все программы, Стандартные, Служебные и выбрать команду Дефрагментация диска.
Целесообразно проводить дефрагментацию каждый месяц. При таком обслуживании система будет работать быстрее, и жесткий диск прослужит немного дольше. Не подлежат дефрагментации компакт-диски, сетевые диски и уплотненные диски, формат которых Windows не поддерживает.
Назначенные задания
Программа Назначенные задания позволяет запускать выбранные пользователем программы автоматически в указанное время, при регистрации пользователя, регулярно или через определенные временные интервалы. Программа позволяет включать в расписание любое приложение Windows. Программы, требующие больших затрат ресурсов, можно запускать в фоновом режиме или в то время, когда на компьютере не работает пользователь, например в обеденное или ночное время, если не выключать на ночь компьютер. После запуска программы ее индикатор располагается на панели задач рядом с часами.
Для запуска программы нажимают кнопку Пуск, указывают Все программы, Стандартные, Служебные и выбирают команду Назначенные задания Мастер планирования заданий поможет задать расписание запуска выбранной программы: ежедневно, еженедельно, ежемесячно, только по рабочим дням и т.д., а также время запуска программы.
Архивация файлов и папок
Сжатие файлов и папок производят для их более компактного размещения на носителе, сокращения времени их передачи по сети. Сжатые файлы и папки помещаются в архив. Соответственно, программы, выполняющие упаковку и распаковку файлов, получили название архиваторов.
В настоящее время используются несколько десятков программ-архиваторов: ARJ, AIN, ACE, IMP, LHA, PETITE, Zip, Rar. В Windows XP реализована полная поддержка архивов в ZIP-формате. Пользователь может легко создавать архивы, просматривать их содержимое и извлекать из них файлы и папки. Подробные сведения о сжатом объекте (имя, тип, расположение, размер до и после сжатия и т.д.) можно получить, щелкнув его правой кнопкой мыши и выбрав команду Свойства.
Очистка диска
Программа Очистка диска позволяет найти ненужные файлы и удалить их, чтобы освободить место на жестком диске. Ее окно периодически появляется на экране, если не хватает свободного места на жестком диске.
Для запуска программы надо нажать кнопку Пуск, указать Все программы, Стандартные, Служебные и выбрать команду Очистка диска.
Сведения о системе
Программа Сведения о системе позволяет получить подробную информацию об оборудовании, системных компонентах, программном обеспечении и о конфигурации системы. Для запуска программы надо нажать кнопку Пуск, указать Все программы, Стандартные, Служебные и выбрать команду Сведения о системе.
В окне Сведения о системе могут быть отображены основные сведения о системе: об аппаратных ресурсах, о конфигурации Windows, обо всех установленных приложениях и т.д.
Лекция10
Программное обеспечение ПК
Системы программирования – это комплекс инструментальных программных средств, предназначенный для работы с программами на одном из языков программирования. Системы программирования предоставляют сервисные возможности программистам для разработки их собственных компьютерных программ.
Для каждого из языков программирования создается система программирования (СП), в состав которой входят следующие компоненты:
• описание ЯВУ;
• трансляторы различного вида;
• редакторы;
• компоновщики;
• библиотекари и т. п.
Основу системы программирования составляют программы-редакторы и программы-трансляторы.
Программы-редакторы предназначены для создания и редактирования программ на ЯВУ (исходных программных модулей).
Программы-трансляторы (или просто трансляторы) используются для преобразования (трансляции) исходных программных модулей в программы на машинном языке (объектные программные модули). Различают трансляторы компилирующего типа (компиляторы) и интерпретирующего типа (интерпретаторы).
Компиляторы производят трансляцию всего текста программы на ЯВУ на машинный язык за один непрерывный проход (процесс) и создают программу на машинном языке, готовую к загрузке в ОП и исполнению. Для большинства ЯВУ используются компиляторы. Их основное достоинство – большая скорость исполнения готовой программы. Основной недостаток – сложный процесс отладки программы.
Интерпретаторы последовательно анализируют операторы программы на ЯВУ и осуществляют их преобразование на язык машинных команд с одновременным исполнением этих команд. Таким образом, интерпретатор должен постоянно находиться в оперативной памяти для выполнения программ, т. е. требует большей емкости оперативной памяти. Основное достоинство – простота отладки программы. Комплект программ технического обслуживания (КИТО) включает в свой состав комплект контролирующих и диагностирующих тест – программ, которые используются при техническом обслуживании ЭВМ.
Прикладные программы предназначены для того, чтобы обеспечить применение вычислительной техники в различных сферах деятельности человека.
Классификация программных средств (ПС), составляющих прикладное программное обеспечение (ППО), отражена на рисунке.
Классификация прикладного программного обеспечения.
Инструментальные программные средства общего
назначения
Текстовые редакторы и издательские системы. Текстовыми редакторами называют программы для ввода, обработки, хранения и печатания текстовой информации в удобном для пользователя виде. Большую популярность приобрели программы обработки графической информации. Компьютерная графика в настоящее время является одной из самых динамично развивающихся областей программного обеспечения. Она включает в себя ввод, обработку и вывод графической информации – чертежей, рисунков, картин, текстов и т.д. – средствами компьютерной техники. Различные типы графических систем позволяют быстро строить изображения, вводить иллюстрации с помощью сканера или видеокамеры, создавать анимационные ролики.
Компьютерная графика
Существует два способа реализации построения изображений на экране дисплея векторный (функциональный) и растровый. В первом случае электронный луч поочередно рисует на экране различные знаки – элементы изображения. На современных персональных компьютерах чаще используется растровый способ изображения графической информации, в котором изображение представлено прямоугольной матрицей точек (пикселов), имеющих свой цвет из заданного набора цветов (палитры). Графический режим осуществляет видеоадаптер, управляющий работой электронной трубки и видеопамятью, в которой запоминается текущее изображение. Адаптер обеспечивает регулярное отображение видеопамяти на экране монитора.
Растровое изображение – это совокупность разноцветных точек. Координаты точек определяются декартовой (прямоугольной) системой с началом координат, как правило, в левом верхнем углу экрана. Абсцисса х точки увеличивается слева направо, ордината у – сверху вниз. Таким образом, любая графическая операция сводится к работе с отдельными точками экрана монитора – пикселями. Существуют специальные графические библиотеки программ, которые предназначены для изображения более сложных объектов, являющихся объединением группы пикселов: наиболее употребимые линии, геометрические фигуры, шрифты и т.п.
Самый распространенный графический формат Windows – это растровый формат BMP. Его файлы имеют расширение .bmp. Обычно в них хранится первоначальная графическая информация, полученная, например, путем сканирования. Эти файлы не сжаты, поэтому имеют большой размер. В Интернете на веб – страницах распространены два растровых формата:
1. Формат GIF имеет файлы с расширением .gif. Он позволяет хранить прозрачные пиксели и анимацию, сохраняя в одном файле несколько последовательных кадров. Файлы в этом формате сжаты без потерь информации.
2. Формат JPEG имеет файлы с расширением .jpg. Он позволяет при сжатии файлов задавать степень сжатия, т. е. процент потерь информации.
Чем больше потерь, тем меньший размер будет иметь файл. Фотографии с 50 % потерь смотрятся в Интернете вполне удовлетворительно.
При векторном формате хранения графической информации данные хранятся не в виде точек, а в виде формул. Формулы описывают линии, ограничивающие элементарные фигуры, из которых состоят рисунки. Например, простейший отрезок хранится в виде координат его начала, угла наклона, длины, толщины и цвета. Современные компьютерные шрифты, используемые в текстовых редакторах и других программах, созданы и хранятся в векторном формате.
В последние годы возрос интерес со стороны пользователей к специальным инструментальным программам машинной графики: графическим редакторам, издательским системам и т.п. В них предоставляется удобный интерфейс для пользователей, автоматизируется большое количество разнообразных действий с графической информацией – от построения простейших рисунков до создания мультипликационных (анимационных) роликов.
Графический редактор позволяет создавать, редактировать, просматривать и сохранять растровые рисунки.
Графический процессор – это графический редактор, обладающий интеллектуальными средствами, основанными на использовании формул.
Графический процессор может преобразовывать картинки с помощью разнообразных графических эффектов. Графический процессор также позволяет сканировать, если к компьютеру подключен сканер. Любой графический редактор включает в себя текстовый редактор и позволяет набирать тексты.
Перечислим распространенные графические редакторы под Windows:
Деловая графика
Одним из первых приложений компьютерной графики стало отображение данных экономических расчетов.
Графические представления расчетных и статистических данных удобно представлять в виде схем, диаграмм, гистограмм и графиков.
Инженерная графика
Компьютеризацию чертежных и конструкторских работ проводят используют различные системы автоматизации проектных работ (САПР). В настоящее время САПР обозначает аппаратно-программный комплекс, поддерживающий процесс проектирования с использованием специальных средств машинной графики, поддерживаемых пакетами программного обеспечения, для решения задач, связанных с проектной деятельностью. В совокупности развитая САПР представляет собой специализированную информационную систему. Сфера применения САПР охватывает такие разные области приложения, как архитектура, гражданское строительство, картография, медицина, геофизика, разработка моделей одежды, издательское дело, реклама.
Одним из наиболее давних и популярных средств автоматизированного проектирования является система АВТОКАД (AutoCad). АВТОКАД не является проблемно-ориентированной системой, т.е. не содержит специализированных баз данных, экспертных систем и многого из того, что входит в состав специализированной интеллектуальной САПР.
Научная графика
Компьютерная графика представляет значительный интерес для научных исследований. В частности, она выступает как средство формирования научной документации с использованием специальной нотации – математических знаков, индексов, шрифтов и т.п. В последнее время ученые чаще стали обращаться к имитационному моделированию на компьютере.
Для компьютерной обработки баз данных используют системы управления базами данных. СУБД – это набор средств программного обеспечения, необходимых для создания, обработки и вывода записей баз данных.
Электронные таблицы. Электронные таблицы предоставляют комплексные средства для хранения различных типов данных и их обработки. Простота и удобство работы с электронными таблицами снискали им широкое применение в сфере бухгалтерского учета, в качестве универсальных инструментов анализа финансовых, сырьевых и товарных рынков, доступных средств обработки результатов технических испытаний, то есть всюду, где необходимо автоматизировать регулярно повторяющиеся вычисления достаточно больших объемов числовых данных
Желание объединить функции различных прикладных программ в единую систему привело к созданию интегрированных систем. Универсальные интегрированные системы разрабатывались по принципу единой системы, содержащей в качестве элементов текстовые и графические редакторы, электронные таблицы и систему управления базами данных. Примеры: MicroSoft Office.
Редакторы HTML (Web-редакторы). Это особый класс редакторов, объединяющих в себе свойства текстовых и графических редакторов. Они предназначены для создания и редактирования так называемых Web-документов (Web-страниц Интернета). Web-документы – это электронные документы, при подготовке которых следует учитывать ряд особенностей, связанных с приемом/передачей информации в Интернете.
Браузеры (обозреватели, средства просмотра Web). К этой категории относятся программные средства, предназначенные для просмотра электронных документов, выполненных в формате HTML (документы этого формата используются в качестве Web-документов). Современные броузеры воспроизводят не только текст и графику. Они могут воспроизводить музыку, человеческую речь, обеспечивать прослушивание радиопередач в Интернете, просмотр видеоконференций, работу со службами электронной почты, с системой телеконференций (групп новостей) и многое другое.
Инструментальные программные средства специального
назначения
Разработчики создают специальные программные системы целевого назначения для специалистов в некоторой предметной области. Такие программы называют авторскими инструментальными системами. Авторская система представляет интегрированную среду с заданной интерфейсной оболочкой, которую пользователь может наполнить информационным содержанием своей предметной области.
Экспертная система – это программа, которая ведет себя подобно эксперту в некоторой узкой прикладной области. Экспертные системы призваны решать задачи с неопределенностью и неполными исходными данными, требующими для своего решения экспертных знаний.
Кроме того, эти системы должны уметь объяснять свое поведение и свое решение. Экспертные системы являются основой искусственного интеллекта.
Гипермедиа
В последнее время широкую популярность получили программы обработки гипертекстовой информации. Гипертекст – это форма организации текстового материала не в линейной последовательности, а в форме указания возможных переходов (ссылок), связей между отдельными его фрагментами. В обычном тексте используется обычный линейный принцип размещения информации и доступ к нему осуществляется последовательно. В гипертекстовых системах доступ к любому выделенному фрагменту текста осуществляется произвольно по ссылке. Организация информации в гипертекстовой форме используется при создании справочных пособий, словарей, контекстной помощи (Help) в прикладных программах. Если в блоках информации гиперсреды располагаются в основном, тексты, то ее называют гипертекстом. Расширение концепции гипертекста на графическую и звуковую информацию приводит к понятию гипермедиа.
Гиперсреда, именуемая также гипермедиа, является моделью взаимодействия блоков данных по ассоциации – совокупности различных свойств, характеристик, параметров. Этими блоками являются тексты, изображения, видеофильмы, файлы, программы, фрагменты звука.
Важной характеристикой гиперсреды является представляемое ею информационное пространство. Перечень блоков информации, установление связей между ними зависят от лиц, определяющих гиперсреду. В результате образуются специальные Базы Знаний. Некоторые сопровождаются схемой маршрутов, в соответствии с которыми осуществляются переходы от одного блока к другому. В ряде баз пользователям разрешается добавлять новые блоки информации и связи.
Расширяется рынок прикладных программ, созданных для работы в гиперсреде, он предоставляет:
Особое значение гипресреда получает при использовании аудиовидеосистем.
Международная организация стандартов утвердила документ, определяющий язык HyTime. Этот стандарт опирается на стандартный обобщенный язык разметки и имеет модульную структуру. Он определяет в гиперсреде формат данных, является важным инструментом синхронизации выполняемых операций. Гиперсреда широко используется в обучающих системах и дистанционном обучении.
Идеи гипермедиа получили распространение в сетевых технологиях, в частности в Интернет-технологиях. Технология WWW (World Wide Web) позволила структурировать громадные мировые информационные ресурсы посредством гипертекстовых ссылок. Появились программные средства, позволяющие создавать подобные Web-странички. Стали развиваться механизмы поиска нужной информации в лабиринте информационных потоков.
Мультимедиа (multimedia) – это взаимодействие визуальных и аудиоэффектов под управлением интерактивного программного обеспечения. Появление и широкое распространение компакт-дисков (CD-ROM) сделало эффективным использование мультимедиа в рекламной и информационной службе, сетевых телекоммуникационных технологиях, обучении.
Термин “мультимедиа” образован из слов “мульти” – много, и “медиа” – среда, носитель, средства сообщения, и в первом приближении его можно перевести как “многосредность” .
Мультимедиа – это собирательное понятие для различных компьютерных технологий, при которых используется несколько информационных сред, таких как графика, текст, видео, фотография, движущиеся образы (анимация), звуковые эффекты, высококачественное звуковое сопровождение. Мультимедиа-компьютер – это компьютер, снабженный аппаратными и программными средствами, реализующими технологию мультимедиа.
Области применения мультимедиа:
Технологию мультимедиа составляют две основные компоненты – аппаратная и программная.
Аппаратные средства мультимедиа
Основные – компьютер с высокопроизводительным процессором с тактовой частотой 100–200 МГц, оперативной памятью 8–64 Мбайт, винчестерским накопителем ёмкостью 1–2 Гбайта и выше, накопителем на гибких магнитных дисках, манипуляторами, мультимедиа-монитором со встроенными стереодинамиками и видеоадаптером SVGA.
Специальные – приводы CD-ROM; TV-тюнеры и фрейм-грабберы; графические акселераторы (ускорители), в том числе, для поддержки трёхмерной графики; платы видеовоспроизведения; устройства для ввода видеопоследовательностей; звуковые платы с установленными микшерами и музыкальными синтезаторами, воспроизводящими звучание реальных музыкальных инструментов; акустические системы с наушниками или динамиками и др.
Программные средства мультимедиа
Мультимедийные приложения – энциклопедии, интерактивные курсы обучения по всевозможным предметам, игры и развлечения, работа с Интернет, тренажёры, средства торговой рекламы, электронные презентации, информационные киоски, установленные в общественных местах и предоставляющие различную информацию, и др.
Cредства создания мультимедийных приложений – редакторы видеоизображений; профессиональные графические редакторы; средства для записи, создания и редактирования звуковой информации, позволяющие подготавливать звуковые файлы для включения в программы, изменять амплитуду сигнала, наложить или убрать фон, вырезать или вставить блоки данных на каком-то временном отрезке; программы для манипуляции с сегментами изображений, изменения цвета, палитры; программы для реализации гипертекстов и др.
Технологии мультимедиа
Телевизионный приём – вывод телевизионных сигналов на монитор компьютера на фоне работы других программ.
Видеозахват – “захват” и “заморозка” в цифровом виде отдельных видеокадров.
Анимация – воспроизведение последовательности картинок, создающее впечатление движущегося изображения.
Звуковые эффекты – сохранение в цифровом виде звучания музыкальных инструментов, звуков природы или музыкальных фрагментов, созданных на компьютере, либо записанных и оцифрованных.
Трёхмерная (3D) графика – графика, создаваемая с помощью изображений, имеющих не только длину и ширину, но и глубину.
Музыка MIDI (Musical Instrument Digital Interface, цифровой интерфейс музыкальных инструментов) – стандарт, позволяющий подсоединять к компьютеру цифровые музыкальные инструменты, используемые при сочинении и записи музыки.
Виртуальная реальность (Virtual Reality, VR). Слово “виртуальный” означает “действующий и проявляющий себя как настоящий”. Виртуальная реальность – это высокоразвитая форма компьютерного моделирования, которая позволяет пользователю погрузиться в модельный мир и непосредственно действовать в нём. Зрительные, слуховые, осязательные и моторные ощущения пользователя при этом заменяются их имитацией, генерируемой компьютером.
Признаки устройств виртуальной реальности: моделирование в реальном масштабе времени; имитация окружающей обстановки с высокой степенью реализма; возможность воздействовать на окружающую обстановку и иметь при этом обратную связь.
Пример использования виртуальной реальности: архитектурно-строительная компания использует программное обеспечение, позволяющее заказчикам “посетить” виртуальный образ будущего архитектурного сооружения задолго до того, как будет начато строительство.
Мультимедийные игровые и обучающие системы начинают вытеснять традиционные «бумажные библиотеки». Сегодня в библиотеках CD-ROM можно «гулять» по музеям, Московскому Кремлю и т.д. с помощью «электронного путеводителя».
Программные средства профессионального уровня
Каждая прикладная программа этой группы ориентируются на достаточно узкую предметную область, но проникает в нее максимально глубоко. Так функционируют АСНИ – автоматизированные системы научных исследований, каждая из которых «привязана» к определенной области науки, САПР – системы автоматизированного проектирования, каждая из которых также работает в узкой области, АСУ – автоматизированные системы управления
Интегрированные системы делопроизводства. Представляют собой программные средства автоматизации рабочего места руководителя. К основным функциям подобных систем относятся функции создания, редактирования и форматирования простейших документов, централизация функций электронной почты, факсимильной и телефонной связи, диспетчеризация и мониторинг документооборота предприятия, координация деятельности подразделений, оптимизация административно-хозяйственной деятельности и поставка по запросу оперативной и справочной информации.
Бухгалтерские системы. Это специализированные системы, сочетающие в себе функции текстовых и табличных редакторов, электронных таблиц и систем управления базами данных. Предназначены для автоматизации подготовки первичных бухгалтерских документов предприятия и их учета, для ведения счетов плана бухгалтерского учета, а также для автоматической подготовки регулярных отчетов по итогам производственной, хозяйственной и финансовой деятельности в форме, принятой для предоставления в налоговые органы, внебюджетные фонды и органы статистического учета.
Финансовые аналитические системы. Программы этого класса используются в банковских и биржевых структурах. Они позволяют контролировать и прогнозировать ситуацию на финансовых, товарных и сырьевых рынках, производить анализ текущих событий, готовить сводки и отчеты.
Геоинформационные системы (ГИС). Предназначены для автоматизации картографических и геодезических работ на основе информации, полученной топографическими или аэрокосмическими методами.
Системы видеомонтажа. Предназначены для цифровой обработки видеоматериалов, их монтажа, создания видеоэффектов, устранения дефектов, наложения звука, титров и субтитров.
Отдельные категории прикладных программных средств, обладающие своими развитыми внутренними системами классификации, представляют обучающие, развивающие, справочные и развлекательные системы и программы. Характерной особенностью этих классов программного обеспечения являются повышенные требования к мультимедийной составляющей (использование музыкальных композиций, средств графической анимации и видеоматериалов).
Сетевое программное обеспечение
Сетевое программное обеспечение предназначено для организации совместной работы группы пользователей на разных компьютерах. Позволяет организовать общую файловую структуру, общие базы данных, доступные каждому члену группы. Обеспечивает возможность передачи сообщений и работы над общими проектами, возможность разделения ресурсов.
Функции и характеристики сетевых Ос:
Управление файлами и каталогами заключается в обеспечении доступа к данным, физически расположенным в других узлах сети. Управление осуществляется с помощью специальной сетевой файловой системы.
Файловая система позволяет обращаться к файлам путем применения привычных для локальной работы языковых средств. При обмене файлами должен быть обеспечен необходимый уровень конфиденциальности обмена(секретности данных).
Управление ресурсами включает обслуживание запросов на предоставление ресурсов, доступных по сети.
Коммуникационные функции обеспечивают адресацию, буферизацию, выбор направления движения данных в разветвленной сети (маршрутизацию), управление потоком данных.
Защита от несанкционированного доступа
Важная функция, способствующая поддержанию ценности данных и их конфиденциальности. Средства защиты могут разрешать доступ к определенным данным только с некоторых терминалов, в оговоренное время, определенное число раз и т.п. У каждого пользователя в корпоративной сети могут быть свои права доступа с ограничением совокупности доступных директорий или списка возможных действий.
Отказоустойчивость характеризуется сохранением работоспособности системы при воздействии дестабилизирующих факторов. Отказоустойчивость обеспечивается применением для серверов автономных источников питания, отображения или дублированием информации в дисковых накопителях. Под отображением обычно понимают наличие в системе двух копий данных с их расположением на разных дисках, но подключенных к одному контроллеру. Дублирование отличается тем, что для каждого из дисков с копиями используются разные контроллеры. Очевидно, что дублирование более надежно. Дальнейшее повышение отказоустойчивости связано с дублированием серверов, что требует дополнительных затрат на приобретение оборудования.
Управление сетью связано с применением соответствующих протоколов управления. ПО управления сетью обычно состоит из менеджеров и агентов. Менеджером называется программа, вырабатывающая сетевые команды. Агенты представляют собой программы, расположенные в различных узлах сети. Они выполняют команды менеджеров, следят за трафиком, осуществляют защиту от вирусов. Агенты с достаточной степенью интеллектуальности могут учувствовать в восстановлении информации после сбоев, в корректировке параметров управления.
Программное обеспечение сетевых ОС распространено по узлам сети. Имеется ядро ОС, выполняющее большинство из охарактеризованных выше функций, и дополнительные программы, ориентированные на реализацию протоколов верхних уровней, выполнение специфических функций для коммутационных серверов, организацию распределенных вычислений. К сетевому ПО относят драйверы сетевых плат. Для каждого типа ЛВС разработаны разные типы плат и драйверов. Внутри каждого типа ЛВС может быть много разновидностей плат с разными характеристиками интеллектуальности, скорости, объема буферной памяти.
В настоящее время наибольшее распространение получили 3 основные сетевые ОС-UNIX, Windows.NT, Novell Netware. OC UNIX применяют преимущественно в крупных корпоративных сетях. Она характеризуется высокой надежностью, возможностью легкого масштабирования сети. Имеется ряд команд и поддерживающих их программ для работы в сети. Это команды ftp,telnet, реализующие файловый обмен и эмуляцию удаленного узла на базе протоков TCP/IP. Протокол команды и программы UUCP, разработанные с ориентацией на асинхронную модемную связь по телефонным линиям между удаленными Unix узлами в корпоративных и территориальных сетях.
OC Windows NT включает серверную (Windows NT Server) и клиентскую (Windows NT Workststion) части и обеспечивает работу в сетях «клиент/сервер». Windows NT обычно применяется в средних по масштабированию сетях.
ОС Novell Netware состоит из серверной части и оболочек Shell, размещаемых в клиентских узлах. Предоставляет пользователям возможность совместно использовать файлы, принтеры и другое оборудование. Содержит службу каталогов, общую распределенную базу данных пользователей и ресурсов сети. Эту ОС чаще применяют в небольших сетях.
Дополнительные сведения о программном обеспечении
Коммерческие программы. Большинство программ распространяется на коммерческой основе. Такие программы обычно продаются в коробках, содержащих дискеты или компакт-диски, документацию, регистрационную карточку и т. д. Набор дискет или компакт-дисков, на которых распространяется программа, называется дистрибутивом.
Бесплатные программы. Существуют программы, распространяемые бесплатно (freeware). Типичные каналы их распространения – глобальная электронная сеть Internet, электронные доски объявлений (ВВS) и т. д.
Условно-бесплатные программы. Промежуточное положение между бесплатными и коммерческими программами занимают условно-бесплатные программы (shareware). Их можно получить и опробовать бесплатно, но для систематического их использования необходимо уплатить разработчикам или распространителям программы определенную (чаще всего небольшую) сумму. Часто после этого разработчик высылает регистрационный ключ (комбинации символов), позволяющий задействовать дополнительные возможности программы.
Пиратские копии программ. Многие торговцы продают незаконно изготовленные копии программ. Часто такие программы называются пиратскими. Обычно они распространяются на компакт-дисках без всякой документации, причем на одном диске часто имеется множество (иногда десятки или даже сотни) программ. Часто пиратские компакт-диски содержат не последние, а предварительные выпуски программ, которые не работают как следует. Многие пиратские диски быстро выходят из строя, так как они делаются на дешевом списанном оборудовании.
Нумерация версий программ. Программы, которые нашли популярность у пользователей, обычно совершенствуются разработчиками: в них исправляются ошибки, включаются новые возможности и т. д. Чтобы сохранить преемственность, получившимся программам не дается какое-то другое имя, а вместо этого они называются версиями исходных программ.
Чаще всего версии программ обозначаются числами вида 1.00, 3.5 и т. д., т. е. типа десятичных дробей в американской записи. Номер версии обычно указывается после названия программы, например Windows 3.0 (читается «три ноль»). Существенные изменения в программах отражаются увеличением цифры до точки, незначительные изменения или исправления ошибок – увеличением цифр, стоящих после точки. Например, первоначальная версия программы обозначается 1.0, версия с некоторыми усовершенствованиями – 1.5 (или, что то же самое, 1.50), а после внесения существенных дополнений новая версия программы будет иметь номер 2.0. В последнее время некоторые производители программ начали нумеровать версии по году их выпуска.
Защищенные от копирования программы. Некоторые поставщики программного обеспечения делают свои программы защищенными от копирования. Это означает, что при копировании таких программ на другой компьютер полученная копия не будет работать. При самой мягкой схеме защиты программа при установке на жесткий диск настраивается на параметры компьютера, и если кто-то перепишет экземпляр программы с жесткого диска на другой компьютер, то там он работать не будет. Однако законный пользователь с исходного (дистрибутивного) набора дискет или компакт-диска всегда сможет установить программу еще раз, например, если его компьютер сломался. Более жесткая схема защиты заставляет при работе с программой держать в дисководе дистрибутивную дискету (обычно она имеет специально нанесенный дефект или записана нестандартным образом, чтобы ее нельзя было скопировать), или вставлять в тот или иной разъем компьютера (чаще всего в разъем параллельного порта) специальный электронный ключ. Без наличия этой дискеты или электронного ключа программа отказывается работать.
Для выполнения основных задач компьютерной обработки данных в современных офисах целесообразно использовать не отдельные программы, а интегрированные пакеты офисного обслуживания, так как в них реализуется не просто объединение больших автономных программ в пакеты, а их интеграция в прикладные программы-комплексы, означающая их полную унификацию. Программы в них имеют общий пользовательский интерфейс и единообразные подходы к решению типовых задач по управлению файлами, форматированию, печати, работе с электронной почтой и т. д.
В настоящее время на рынке прикладных офисных программных продуктов доминируют пакеты фирмы Microsoft Office 2007. Последние версии этих офисных комплексов содержат средства коллективной работы, более тесной интеграции компонентов, а также средства взаимодействия с Интернет.
Microsoft Word для Windows – это многофункциональный программный комплекс обработки текстов.
Microsoft Office Word 2007 содержит широкий набор инструментов для создания и форматирования профессионально оформленных документов в новом интерфейсе, называемом Microsoft Office Fluent. Улучшенная интеграция данных обеспечивает надежное подключение документов к важным источникам деловых данных. В Office Word 2007 предусмотрены все необходимые инструменты для редактирования и проверки текстов. Новый дизайн упрощает доступ к функциональным возможностям. Самый важный из новых элементов интерфейса получил название ленты. Лента является частью интерфейса пользователя Microsoft Office Fluent. Лента представляет собой полосу в верхней части окна программы, на которой доступны группы команд. Лента Office Fluent обеспечивает единую среду работы с командами и является основной заменой меню и панелей инструментов. На ленте расположены вкладки, которые содержат команды, объединенные в группы в соответствии с логикой работы. В Office Word 2007 основными вкладками ленты являются вкладки Главная, Вставка, Разметка страницы, Ссылки, Рассылки, Рецензирование и Вид. Каждая вкладка содержит группу связанных команд, которые могут открывать другие новые элементы интерфейса, например коллекцию – элемент управления, позволяющий выбирать варианты по внешнему виду. Office Fluent, ориентированный на конечный результат, является контекстно-зависимым: включенные в него инструменты становятся доступны по мере необходимости. Коллекции стилей форматирования дают возможность в процессе работы просматривать результат применения выбранного стиля.
В верхнем углу программы располагается панель быстрого доступа. На ней находятся кнопки видимые в любой момент независимо от того на какие вкладки ленты вы входите. По умолчанию на ней установлены кнопки сохранить, отменить, повторить, однако на нее можно добавить и другие кнопки.
В Office Word 2007 предусмотрены стандартные блоки для добавления в документы заранее отформатированного содержимого. Существует широкий набор шаблонов, можно создать собственные стандартные блоки, которые можно выбирать из коллекции одним щелчком кнопкой мыши. При построении схем, диаграмм и графиков можно использовать трехмерные фигуры, прозрачность, тени и другие эффекты.
В Office Word 2007 предусмотрены также:
Выпуск 2007 системы Microsoft Office содержит улучшенные средства восстановления работы в случае неполадок в программе Office Word 2007.
В текстовом процессоре Word существуют следующие режимы просмотра документа:
Установка режима производится, нажав соответствующую кнопку, находящуюся слева внизу экрана.
Обычный режим просмотра является основным для набора, редактирования и форматирования документов.
В режиме Web-документа можно просматривать и редактировать документ в том виде, в каком он отображается в обозревателе.
Режим схемы документа предназначен для просмотра документов и их схемы на экране дисплея.
В режиме разметки страницы документ соответствует печатному образу: многоколенчатый текст, колонтитулы, сноски и встроенные объекты. Данный режим является единственно возможным при работе с кадрами.
Режим просмотра структуры документа позволяет проанализировать структуру сложного иерархического документа, изменить и организовать ее, позволяет автоматизировано создать оглавление документа и формировать заголовки документа.
Режим предварительного просмотра позволяет просмотреть печатные страницы документа в уменьшенном виде для проверки правильности разбиения текста на страницы.
В режиме просмотра во весь экран можно видеть текст документа без лишних экранных элементов. В данном режиме выбирать команды можно только с помощью «горячих» клавиш или из контекстного меню.
Перемещение по документу при просмотре и редактировании возможно осуществлять:
Для создания нового документа необходимо нажать на кнопку Microsoft Office, выбрать команду создать, в появившемся окне выбрать пункт новый документ.
С понятием форматирования документа в Word связываются три основные операции:
На отдельные символы можно накладывать следующие атрибуты формата:
Для форматирования символов на вкладке Главная в группе Шрифт нажмите кнопку нужную для форматирования кнопку. Нажатием на стрелки в нижнем правом углу группы Шрифт можно вызвать диалоговое окно.
К форматированию абзаца относятся следующие категории: абзац, табуляция, обрамление и заливка, нумерация, кадр. Абзац может содержать текст, графику, таблицы и другие объекты. Для форматирования абзаца на вкладке Главная в группе Абзац нажмите кнопку нужную для форматирования кнопку. Нажатием на стрелки в нижнем правом углу группы Шрифт можно вызвать диалоговое окно. Нажатием на стрелки в нижнем правом углу группы Абзац можно вызвать диалоговое окно
Если в документе отформатирован фрагмент текста и требуется так же отформатировать другие фрагменты, можно ускорить работу копированием атрибутов формата. Это действие можно выполнить применением кнопки Копировать формат на вкладки Главная или с помощью клавишных команд Ctrl+Shift+C (копирование нужного формата) и Ctrl+Shift+V (наложение скопированного формата).
Таблица – это совокупность ячеек, расположенных в строках и столбцах, которые можно заполнять произвольным текстом, формулами и графикой. В текст документа могут вставляться простые таблицы и электронные таблицы Excel. При вставке электронной таблицы Excel и работе в ней происходит замена меню Word на меню Excel, становятся доступны все функции электронной таблицы
Создать таблицу можно нажатием на вкладке Вставка в группе Таблицы кнопки Таблица и выбрать нужный способ создания таблицы: шаблоны, экспресс-таблица, рисование, таблица EXCEL, преобразование текста в таблицу.
Редактирование структуры таблицы: добавление и удаление строк, столбцов и ячеек осуществляется командами контекстного меню, либо командами на ленте. Изменить ширину столбца можно перетаскиванием мышью ее границы
Таблица документа Word может содержать формулы, В ячейку вставляется поле с формулой. Поле – это скрытое выражение формулы – кода поля. В ячейке обычно отображается вычисленное по формуле значение. Для отображения в ячейке самой формулы следует выполнить команду Коды полей контекстного меню.
Программа Word позволяет вставлять: рисунки из файла, клипы (подготовленные производителями коллекции картинок), фигуры, объекты Smart Art, диаграммы. Для этого на вкладке Вставка в группе Иллюстрации щелкните на нужной кнопке. При выделении объекта на ленте появляются кнопки, позволяющие редактировать графические объекты.
Рисованный объект может иметь многослойную структуру, тогда отдельные элементы рисунка нужно размещать определенным образом друг относительно друга. Для этого в группе Средства рисунков щелкните вкладку Формат, а затем в группе Расположение выберите команду Порядок: На передний план, На задний план, Поместить перед текстом, Поместить за текстом. Определенные операции редактирования рисунков (копирование, перемещение, удаление и др.) могут выполняться над группой элементов рисованных объектов. Положение выделенных объектов можно скоординировать относительно друг друга или печатной страницы с помощью кнопок Выровнять/Распределить. Формат выделенного рисунка может быть изменен с помощью одноименной команды контекстного меню.
Диаграммы и графики в Word 2007
В Office Word 2007 предлагается много разных типов диаграмм и графиков, которые можно использовать для создания отчетов и презентаций. Диаграммы полностью интегрированы с Office Word 2007. Для создания диаграммы необходимо нажать кнопку Диаграмма на ленте (вкладка Вставка, группа Иллюстрации) и затем воспользоваться средствами для работы с диаграммами для изменения или форматирования диаграммы. Созданные диаграммы будут внедрены в документ Office Word 2007, а данные диаграммы сохранены в листе Excel, включенном в файл Word. При работе в Word в режиме совместимости диаграмму можно вставить вместо Excel с помощью Microsoft Graph.
Возможны два способа добавления диаграммы или графика к документу:
Диаграмма имеет определенный тип и состоит из серий данных и оформительских элементов (заголовки, оси, метки, легенды, стрелки, произвольный текст). При выделении элемента диаграммы двойным щелчком мышью можно с помощью команд контекстного меню Формат изменить любые его форматные характеристики.
Редактор формул Microsoft Equation используется для создания сложных математических формул. Для создания формулы необходимо нажать кнопку Формула на ленте (вкладка Вставка, группа Символы) и затем воспользоваться средствами для работы с формулами.
Формула в редакторе создается путем выбора шаблонов и символов и ввода чисел и переменных в отведенные для них в шаблоне места. Для создания формулы следует сначала выбрать ее шаблон, а затем ввести в его пустые поля нужные математические выражения. При вставке в документ шаблона формулы курсор перемещается в поле, информацию в которое надо вводить первой. Это поле шаблона называется основным. После заполнения основного поля следует перейти к заполнению прочих полей шаблона. Управлять передвижением курсора между полями при их заполнении можно с помощью мыши или клавиш управления курсором.
С помощью вставки шаблонов в поля других шаблонов можно создавать сложную иерархию формул.
При создании формул соблюдаются особые стили их изображения (гарнитуры и размеры шрифтов, интервалы, выравнивания и др.), соответствующие определенным типам формул.
Выделение, перенос, копирование, удаление, выравнивание и прочие операции правки и форматирования элементов формул выполняются аналогично подобным операциям над основными элементами текста документа.
Слияние применяется, когда нужно создать набор документов, к примеру, наклейки с адресами или письма на бланках, которые рассылаются большому числу заказчиков.
Процесс слияния состоит из нескольких общих действий.
Для слияния с почтой используются команды вкладки Рассылки.
Слияние можно также выполнить с помощью области задач Слияние, которая позволяет шаг за шагом осуществить весь процесс. Чтобы воспользоваться областью задач, в группе Начать слияние на вкладке Рассылки выберите пункт Начать слияние, а затем пункт Пошаговый мастер слияния.
Электронные таблицы или табличные процессоры – это удобное средство для проведения расчетов и анализа результатов. Основная область применения электронных таблиц – это те сферы деятельности, где информация предоставляется в виде прямоугольных таблиц (планово-финансовых и бухгалтерских документов учета материальных ценностей, проектно-сметных работах, научно-технических задачах и др.), требующих при обработке проведения математических расчетов.
Применение электронных таблиц упрощает работу с данными и позволяет получить результаты без проведения расчетов вручную или специального программирования.
Наиболее эффективно электронные таблицы можно использовать для:
В настоящее время известно много вариантов электронных таблиц: АБАК, Варитаб-86. Суперплан, Multiplan, SuperCalk, QuattroPro, Excel, Lotus 1-2-3 и др. Одним из наиболее распространенных средств работы с документами, имеющими табличную структуру, является программа Microsoft Excel.
Excel – табличный процессор, предназначен для обработки табличный данных и выполнения сложных вычислений. При формировании таблицы выполняют ввод, редактирование и форматирование текстовых и числовых данных, а также формул. Наличие средств автоматизации облегчает эти операции. Созданная таблица может быть выведена на печать.
Новый пользовательский интерфейс Microsoft Office Fluent упрощает для пользователей работу с приложениями Microsoft Office и дает им возможность более быстро получить лучшие результаты.
Команды и функции находятся на проблемно-ориентированных вкладках, содержащих логические группы команд и функций. Excel предоставляет инструменты, наилучшим образом подходящие для успешного выполнения задачи.
Окно табличного процессора Excel предназначено для ввода электронной таблицы и содержит следующие элементы:
Лента основной компонент в Office Fluent компонент, представляющий команды, организованные в виде набора вкладок. Эти вкладки на ленте отображают команды, которые прямо соответствует задачам, выполняемым пользователями в своих приложениях.
В пользовательском интерфейсе Office Fluent реализована единая точка доступа ко всем возможностям системы Microsoft Office – кнопка «Microsoft Office». С ее помощью пользователи могут найти эти полезные возможности. Также она позволяет упростить базовые сценарии создания документов, освобождая ленту для команд, нужных для создания и оформления документа.
Определенные наборы команд действительны, только когда редактируются объекты конкретного типа. Например, команды редактирования диаграммы не действуют до тех пор, пока диаграмма не появится в электронной таблице и пользователь не соберется изменить ее. Контекстные вкладки появляются только тогда, когда они необходимы, что делает более легким делом поиск и использование команд, необходимых для часто выполняемых операций.
Коллекции предлагают пользователям для выбора набор ясных результатов при работе с электронными таблицами. Предоставляя простой набор потенциальных результатов, коллекции упрощают процесс создания профессионально оформленного продукта. В то же время для желающих получить большую степень контроля результатов операции доступны и традиционные интерфейсы в виде диалоговых окон.
Динамический просмотр является новой технологией, позволяющей просматривать результаты выполнения редактирования или изменений в форматировании сразу же, как только пользователь переводит курсор на результаты, представленные в коллекции.
В рабочей области окна расположена рабочая книга. Рабочая книга – это файл, предназначенный для хранения электронной таблицы, имеет расширение .xls. Рабочая книга состоит из рабочих листов. По умолчанию во вновь создаваемой книге содержится 3 рабочих листа. Пользователь может управлять этим. Для этого нажмите кнопку Microsoft Office, откройте диалоговое окно Параметры Excel, в категории Основные установите нужное количество.
Каждый рабочий лист имеет имя (ярлык рабочего листа). По умолчанию листы именуются Лист1, Лист2, ЛистЗ, Диаграмма1, они могут быть следующих типов:
Office Excel 2007 поддерживает листы размером до одного миллиона строк и 16-ти тысяч столбцов. Так сетка Office Excel 2007 состоит из 1 048 576 строк и 16 384 столбцов. Office Excel 2007 поддерживает до 16-ти миллионов цветов. В Office Excel 2007 можно быстро форматировать данные таблиц на листе, используя темы и конкретные стили.
На пересечении строки и столбцов рабочего листа расположены ячейки (клетки). Каждая ячейка имеет адрес, который образуется: <имя столбца><имя(номер) строки>, например А10. Ввод и редактирование данных производится в активной ячейке. Активная ячейка выделяется жирной рамкой. Ее имя содержится в поле имени. Диапазон (блок, интервал) ячеек – это прямоугольная область в таблице, содержащая несколько выделенных ячеек. Адрес диапазона образуется как: <адрес 1-й ячейки> : <адрес последней ячейки>, например А1:А10, A10:D20.
В ячейки рабочего листа можно вводить данные следующих типов: числовые, символьные, формулы и функции, а также даты.
Число в Excel может состоять только из следующих символов: цифры от 0 до 9, +, -, (,), /, $, %, (.), Е, е. Запятая в числе интерпретируется как разделитель десятичных разрядов. Символ разделителя может быть изменен в приложении Язык и стандарты панели управления Windows.
Формула – это краткая запись некоторой последовательности действий, приводящих к конкретному результату. Формула может содержать не более 1024 символов. Структуру и порядок элементов в формуле определяет ее синтаксис.
Все формулы в Excel должны начинаться со знака равенства. Без этого знака все введенные символы рассматриваются как текст или число, если они образуют правильное числовое значение.
Формулы содержат вычисляемые элементы (операнды) и операторы. Операндами могут быть константы, ссылки или диапазоны ссылок, заголовки, имена, функции.
В Excel включено 4 вида операторов: арифметические, текстовые, операторы сравнения, адресные операторы.
К арифметическим операторам относятся: +, -, *, /, %, ^.
Операторы сравнения используются для обозначения операций сравнения двух чисел. К операторам сравнения относятся: =, >, <, >=, <=, <>. Логические формулы могут содержать указанные операторы сравнения, а также специальные логические операторы:
#NOT#-логическое отрицание «НЕ»;
#AND#-логическое «И»
#OR#-логическое «ИЛИ».
Логические формулы определяют истинно или ложно выражение.
Адресные операторы объединяют диапазоны ячеек для осуществления вычислений.
Приоритет выполнения операций:
После ввода формулы в ячейку рабочего листа на экране в окне рабочего листа в ячейку выводится результат вычисления.
Ссылки
Ссылка является идентификатором ячейки или группы ячеек в книге. При создании формул, содержащих ссылки на ячейки, формула связывается с ячейками книги. Значение формулы зависит от содержимого ячеек, на которые указывают ссылки, и оно изменяется при изменении содержимого этих ячеек. С помощью ссылок в формулах можно использовать данные, находящиеся в различных местах листа, или использовать значение одной и той же ячейки в нескольких формулах. Кроме того, можно ссылаться на ячейки, находящиеся на других листах книги, или в другой книге, или даже на данные другого приложения. Ссылки на ячейки других книг называются внешними. Ссылки на данные других приложений называются удаленными.
В Excel существуют три типа ссылок: относительные, абсолютные, смешанные.
Относительная ссылка указывает на ячейку, основываясь на ее положении относительно ячейки, в которой находится формула. При перемещении формулы относительная ссылка изменяется, ориентируясь на ту позицию, в которую переносится формула. Например, если в клетке С1 записана формула
=А1+В1, то при копировании ее в клетку С2 формула будет иметь следующие относительные ссылки =А2+В2; при копировании в D1 – =В1+С1.
Абсолютными являются ссылки на ячейки, имеющие фиксированное расположение на листе. Эти ссылки не изменяются при копировании формул. Абсолютная ссылка содержит знак $ перед именем столбца и именем строки.
Смешанные ссылки – это ссылки, являющиеся комбинацией относительных и абсолютных ссылок. Например, фиксированный столбец и относительная строка: $D7.
Ссылки на ячейки других листов книги имеют следующий формат:
<имя раб.листа>!ссылка на ячейку, например,
Лист2!А1:А10.
Excel позволяет ссылаться на диапазон ячеек нескольких рабочих листов. Такая ссылка называется объемной. Например, Лист1:Лист5!$А$1:$D$3.
Ссылки на ячейки других книг имеют следующий формат:
[имя книги]<имя листа>!ссылка на ячейку, например:
[книга2]ЛистЗ!Е5:Е15.
Вычисление – это процесс расчета формул с последующим выводом результатов в виде значений в ячейках, содержащих формулы. При изменении значений в ячейках, на которые ссылаются формулы, значения формул обновляются (т. е. происходит повторное вычисление). Этот процесс называется перерасчетом. Он затрагивает только те ячейки, которые содержат ссылки на изменившиеся ячейки.
Циклическая ссылка – это формула, которая зависит от своего собственного значения. При обнаружении циклической ссылки Excel выдает сообщение об ошибке.
Трехмерные ссылки используются для анализа данных из одной и той же ячейки или диапазона ячеек на нескольких листах одной книги. Трехмерная ссылка включает в себя ссылку на ячейку или диапазон, перед которой ставятся имена листов. В Microsoft Excel используют все листы, помещенные между начальным и конечным именами, указанными в ссылке.
Функция – это специальная, заранее подготовленная формула, которая выполняет операции над заданными значениями и возвращает результат. Значения, над которыми функция выполняет операции, называются аргументами. В качестве аргументов могут выступать числа, текст, логические значения, ссылки. Аргументы могут быть представлены константами или формулами. Формулы в свою очередь могут содержать другие функции, т. е. аргументы могут быть представлены функциями. Функция, которая используется в качестве аргумента, является вложенной функцией. Excel допускает до семи уровней вложения функций в одной формуле.
В общем виде любая функция может быть записана в виде:
=<имя_функции>(аргументы).
Мастер функции
Для ввода функций можно использовать Мастер функций, вызываемый нажатием на кнопки Вставка функции fx (в строке формул), либо нажатием клавиши SHIFT+F3, либо перейти на вкладку формулы, выбрать нужную категорию. Мастер функций позволяет выбрать нужную функцию из списка и выводит для нее панель формул. На панели формул отображаются имя и описание функции, количество и тип аргументов, поле ввода для формирования списка аргументов, возвращаемое значение. Далее выбрать необходимую функцию. В поле Поиск функции можно ввести запрос с описанием операции, которую требуется выполнить, (например, по словам "сложение чисел" будет найдена функция СУММ). Кроме того, можно выбрать категорию в поле Категория. После этого введите аргументы. Для ввода в качестве аргументов ссылок на ячейки нажмите кнопку свертывания диалогового окна (которая временно скрывает диалоговое окно), выделите ячейки на листе и нажмите кнопку развертывания диалогового окна. По завершении ввода формулы нажмите клавишу ВВОД.
Excel содержит широкий набор функций, позволяющих выполнять стандартные вычисления. Виды функций перечислены ниже.
Ошибки при работе с формулами
Если при наборе формулы были допущены ошибки, то в ячейку будет выведено значение ошибки. В Excel определено семь ошибочных значений:
7. #ПУСТО! – в формуле указано пересечение диапазонов, но эти диапазоны не имеют общих ячеек.
Вложенные функции – это функции, в качестве одного из аргументов которых заданы другие функции. В формулу можно вложить до 64 функций.
Одну и ту же формулу можно быстро ввести в диапазон ячеек. Выделите нужный диапазон, введите формулу, а затем нажмите сочетание клавиш CTRL+ВВОД.
Для упрощения создания и изменения формул, а также для снижения необходимости ввода формул вручную и возникновения синтаксических ошибок рекомендуется использовать возможность автозавершения формул. После ввода знака равенства (=) и начальных букв (начальные буквы играют роль триггеров отображения) приложение Excel снизу ячейки выводит динамический список допустимых функций и имен. После ввода в формулу функции или имени с помощью триггера вставки (нажатия клавиши TAB или двойного щелчка элемента в списке) Excel выводит соответствующие аргументы, если по мере ввода формулы вставить запятую.
Списком в Excd является таблица, строки которой содержат однородную информацию. Список состоит из трех структурных элементов:
Существуют правила создания списка, которых необходимо придерживаться при его формировании, чтобы иметь возможность использовать так называемые функции списка.
Значительно упростить работу с записями списка позволяет Форма. Использование формы данных позволяет:
Сортировка списков – это переупорядочивание одного или более столбцов. Для того чтобы выполнить сортировку выберите столбец с данными в диапазоне ячеек или убедитесь, что активная ячейка находится в столбце таблицы, который содержит алфавитно-цифровые данные. На вкладке Главная в группе Редактирование выберите пункт Сортировка и фильтр.
Для сортировки в определенном пользователем порядке можно использовать пользовательские списки. В Excel предоставляются встроенные пользовательские списки дней недели и месяцев года, однако также могут создаваться собственные пользовательские списки. Для этого нажмите кнопку Microsoft Office, нажмите кнопку Параметры Excel, выберите категорию Основные, а затем в группе Основные параметры работы с Excel нажмите кнопку Изменить списки. В диалоговом окне Списки нажмите кнопку Импорт, а затем дважды нажмите кнопку ОК. На вкладке Начальная страница в группе Редактирование выберите команду Сортировка и фильтрация, а затем выберите в списке пункт Специальная сортировка. Отобразится диалоговое окно Сортировка. В группе Столбец в поле Сортировать по или Затем по укажите столбец для сортировки по настраиваемому списку. В поле Порядок выберите пункт Настраиваемый список. Выберите необходимый список в диалоговом окне Списки. Нажмите кнопку ОК.
Фильтрация – это быстрый способ выделения из списка подмножества данных для последующей работы с ними. В результате фильтрации на экран выводятся те строки списка, которые либо содержат определенные значения, либо удовлетворяют некоторому набору условий поиска, так называемому критерию. Остальные записи скрываются и не участвуют в работе до отмены фильтра.
Выделенное подмножество списка можно редактировать, форматировать, печатать, использовать для построения диаграмм.
В Microsoft Office Excel 2007 существует несколько способов фильтрации уникальных значений или удаления повторяющихся значений. Для фильтрации уникальных значений используйте команду Дополнительно в группе Фильтр и сортировка на вкладке Данные.
Для удаления повторяющихся значений используйте команду Удалить дубликаты в группе Работа с данными на вкладке Данные.
Чтобы выделить уникальные или повторяющиеся значения, используйте команду Условное форматирование в группе Стиль на вкладке Главная.
Чтобы выполнить отбор диапазона ячеек с помощью сложных условий, воспользуйтесь командой Дополнительно (вкладка Данные, группа Сортировка и фильтр). Наряду с автофильтром используется расширенный фильтр. Использовать его разумно в следующих случаях:
Между командой Дополнительно и командой Фильтр есть несколько важных отличий. Вместо меню «Автофильтр» отображается диалоговое окно Расширенный фильтр. Расширенные условия отбора вводятся в отдельный диапазон условий листа над диапазоном ячеек или таблицей, которые требуется отфильтровать. В Microsoft Office Excel в качестве источника расширенных условий отбора используется отдельный диапазон условий в диалоговом окне Расширенный фильтр.
Графическое представление данных повышает наглядность получаемых результатов и показывает соотношение различных значений и динамику их изменения.
Удобство представления данных в графической форме во многом обусловлено тем, что автоматически выполняются выбор масштаба, разметка оси и цветовое оформление. При изменении исходных данных в ячейках таблицы графические изображения автоматически корректируются.
Чтобы создать в Excel базовую диаграмму, которую впоследствии можно изменять и форматировать, сначала введите на лист данные для этой диаграммы. Затем просто выделите эти данные и выберите нужный тип диаграммы на ленте интерфейса Office Fluent (вкладка Вставка, группа Диаграммы). Приложение Excel позволяет представлять данные с помощью диаграмм разнообразных типов. Совместив на одной диаграмме диаграммы разных типов, можно создать комбинированную диаграмму. Диаграммы полностью совместимы с другими приложениями выпуска 2007 Office, такими как Office PowerPoint 2007 и Office Word 2007. Оба эти приложения содержат те же инструменты для создания диаграмм, что и Excel.
Основные компоненты диаграммы:
Таблица данных Excel может внедрить диаграмму в рабочий лист или поместить ее на отдельном листе диаграммы.
Диаграмма сохраняется вместе с книгой, в которой она находится. Диаграмма становится доступной, когда открыта книга.
В Excel имеется широкий ассортимент команд, с помощью которых можно изменять внешний вид диаграмм. Создав диаграмму, можно вносить в нее изменения. Например, можно изменить вид, добавить название диаграммы, переместить или скрыть легенду, а также добавить дополнительные элементы диаграммы. Вместо того чтобы добавлять элементы диаграммы и форматировать их вручную, можно быстро применить к своим данным встроенный макет или стиль диаграммы. В приложении Excel существует много удобных встроенных макетов и стилей, из которых можно выбрать нужный. Помимо применения встроенного стиля диаграммы можно легко изменить форматирование ее отдельных элементов, например, маркеров данных, областей диаграммы, области построения, чисел и текста в названиях и подписях, что привлечет внимание и сделает диаграмму оригинальной. Можно также применять стили фигур и стили WordArt, а можно форматировать фигуры и текст в элементах диаграммы вручную.
Если нужно многократно использовать диаграмму, настроенную на определенные требования, ее можно сохранить как шаблон диаграммы (CRTX-файл) в папке шаблонов диаграмм. При создании диаграммы можно применить шаблон так же, как и другой встроенный тип диаграммы. Поскольку шаблоны диаграмм являются типами диаграмм, с их помощью можно изменять тип существующей диаграммы.
При форматировании диаграммы можно выполнять следующие действия:
Excel содержит средства формирования сводной информации для проведения анализа данных. Сводная информация может быть получена:
При помощи команды Промежуточные итоги в группе Структура на вкладке Данные можно автоматически подсчитать промежуточные и общие итоги в списке для столбца. Промежуточные итоги подсчитываются с помощью итоговой функции. Общие итоги вычисляются на основе подробных данных. Если для книги выбран режим автоматического вычисления по формулам, то с помощью команды Промежуточные итоги можно автоматически пересчитывать значения промежуточных и общих итогов при каждом изменении подробных данных, используя команду Промежуточные
После выполнения команды Итоги создается структура, в которой данные (таблица) структурированы, т. е. разбиты на несколько уровней. С помощью уровней структуры можно управлять выводом данных соответствующего уровня из таблицы на экран, указывая, выводить данные или скрывать.
Консолидация – это объединение данных из одной или нескольких областей данных и вывод их в виде таблицы в итоговом листе. В Excel предусмотрено несколько способов консолидации данных:
Первый способ наиболее простой. Он позволяет объединить данные консолидируемых областей формулами.
Консолидация данных по расположению используется, если консолидируемые данные находятся в одном и том же месте разных листов и размещены в одном и том же порядке.
Консолидация данных по категориям используется, если данные исходных областей не упорядочены, но имеют одни и те же заголовки.
Сводная таблица – это таблица, предназначенная для более наглядного представления и анализа данных из существующих списков и таблиц.
Сводная таблица может быть создана:
Для создания сводной таблицы необходимо выделить источник данных и запустить программу Мастер сводных таблиц. Чтобы создать сводную таблицу, на вкладке Вставка в группе Таблицы выберите раздел Сводная таблица, а затем пункт Сводная таблица.
Мастер сводных таблиц выполняет свою работу в диалоговом режиме в четыре шага. На первом шаге выбирается источник данных. На втором шаге в зависимости от выбранного источника данных следует указать диапазон ячеек списка, по которому создается сводная таблица. На третьем шаге определяется структура сводной таблицы. На четвертом шаге определяется место расположения сводной таблицы: новый лист или существующий лист. Если сводная таблица вставляется в существующий лист, то необходимо указать адрес ячейки левого верхнего угла диапазона, начиная с которого будет вставлена сводная таблица.
После создания отчета сводной таблицы или сводной диаграммы добавить к нему поля можно при помощи списка полей сводной таблицы. Для того чтобы изменить отчет сводной таблицы или диаграммы, используйте список полей для изменения порядка полей и их удаления. По умолчанию список полей сводной таблицы имеет две секции: секцию полей в верхней части – для добавления и удаления полей, и секцию макета в нижней части – для изменения порядка полей и их положения.
Важно понимать, как работает список полей сводной таблицы и как можно настроить различные типы полей так, чтобы добиться нужного результата при выводе отчета сводной таблицы или сводной диаграммы.
По умолчанию Excel генерирует общие итоги для всех внешних полей сводной таблицы и промежуточные итоги для всех внутренних полей за исключением самого внутреннего поля. Пользователь может, как удалить создаваемые по умолчанию итоги, так и сгенерировать промежуточные итоги для самых внутренних полей.
К числовым полям, помещенным в область данных сводной таблицы, Excel по умолчанию применяет функцию Сумма, а к любым нечисловым полям – Количество значений. Но можно применять и другие формы вычислений. Кроме того, в сводных таблицах можно использовать вычисляемые поля и элементы. Дополнительные формы вычислений задаются в диалоговом окне Вычисление поля сводной таблицы, Вычисляемое поле – это новое поле, полученное с помощью операций над существующими полями сводной таблицы. Вычисляемый элемент – это новый элемент в существующем поле, полученный с помощью операций над другими элементами этого поля. После создания вычисляемых полей и элементов их можно использовать так, как будто они являются частью исходных данных. При создании вычисляемых полей и элементов можно использовать арифметические операции с любыми данными сводной таблицы (включая данные, генерируемые другими вычисляемыми полями и элементами), но нельзя ссылаться на данные рабочего листа, находящиеся вне таблицы.
Тема 9. Информационные системы. Базы и банки данных
Лекция 16
Базы данных являются одним из основных компонентов современных информационных систем. Информационная система – это взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации.
Цель любой информационной системы – обработка информации конкретной предметной области.
Под предметной областью понимается совокупность связанных между собой функций, задач управления в некоторой области деятельности предприятия, с помощью которых достигается выполнение поставленной цели.
База данных – это информационные структуры, содержащие взаимосвязанные данные о реальных объектах.
Особенностями такой совокупности данных являются:
Система управления базами данных (СУБД) – это Программное обеспечение для создания и редактирования баз данных, просмотра и поиска информации в них. По технологии обработки базы данных делятся на централизованные и распределенные. Централизованная база данных хранится в памяти одной машины.
Распределенная база данных состоит из нескольких частей, хранимых на нескольких машинах вычислительной сети. Работа с такой базой осуществляется с помощью системы управления распределенной базой данных – СУРБД.
Централизованные базы данных по способу доступа делятся на:
Основой базы данных является модель данных. Информационно-логическая (мифологическая) модель предметной области отражает предметную область в виде совокупности информационных объектов и их структурных связей.
Информационный объект – это описание некоторой сущности (явления, реального объекта, процесса) в виде совокупности логически связанных реквизитов. Например, информационный объект Студент описывает некоторую сущность – студент. Реквизитный состав этого информационного объекта, т.е. его структура, следующий: № группы, ФИО, № зачетной книжки, дата рождения. Информационный объект имеет множество реализаций – экземпляров.
Базы данных могут быть иерархическими, сетевыми и реляционными. Иерархическая (древовидная) модель данных представляет собой иерархию элементов, называемых узлами. Узел – это совокупность атрибутов данных, описывающих информационный объект. На самом верхнем уровне имеется только один узел – корень. Каждый узел кроме корня связан только с одним узлом на более высоком уровне, называемом исходным узлом для данного узла. Каждый узел может быть связан с одним или несколькими узлами более низкого уровня, называемыми порожденными (подчиненными). Узлы, не имеющие порожденных, называются листьями. Количество деревьев в базе данных определяется числом корневых записей. К каждой записи базы данных существует только один путь.
Сетевая модель также основывается на понятиях узел, уровень, связь. Сетевая модель данных – это модель, в которой порожденный узел может иметь более одного исходного узла. В сетевой структуре любой элемент любого уровня может быть связан с любым другим элементом.
Реляционная модель базы данных состоит из одного или нескольких файлов, каждый из которых соответствует одной таблице.
Основная цель проектирования базы данных – это сокращение избыточности хранимых данных. При создании баз данных следует придерживаться методологии нормализации отношений.
Процесс проектирования информационных систем является достаточно сложной задачей. Он начинается с построения инфологической модели данных, т. е. идентификации сущностей. Затем необходимо выполнить следующие шаги процедуры проектирования:
Реляционная база данных – это совокупность взаимосвязанных таблиц, каждая из которых содержит информацию об объектах определенного типа. Строка таблицы содержит данные об одном объекте (например, товаре, клиенте), а столбцы таблицы описывают различные характеристики этих объектов – атрибутов (например, наименование, код товара, сведения о клиенте). Записи, т. е. строки таблицы, имеют одинаковую структуру – они состоят из полей, хранящих атрибуты объекта. Каждое поле, т. е. столбец, описывает только одну характеристику объекта и имеет строго определенный тип данных.
В реляционной базе данных каждая таблица должна иметь первичный ключ – поле или комбинацию полей, которые единственным образом идентифицируют каждую строку таблицы. Если ключ состоит из нескольких полей, он называется составным. Ключ должен быть уникальным и однозначно определять запись. По значению ключа можно отыскать единственную запись. Ключи служат также для упорядочивания информации в БД.
Таблицы реляционной БД должны отвечать требованиям нормализации отношений. Нормализация отношений – это формальный аппарат ограничений на формирование таблиц, который позволяет устранить дублирование, обеспечивает непротиворечивость хранимых в базе данных, уменьшает трудозатраты на ведение базы данных.
Реляционные таблицы могут быть связаны друг с другом, следовательно, данные могут извлекаться одновременно из нескольких таблиц. Таблицы связываются между собой для того, чтобы в конечном счете уменьшить объем БД. Связь каждой пары таблиц обеспечивается при наличии в них одинаковых столбцов.
Существуют следующие типы информационных связей:
Связь один-к-одному предполагает, что одному атрибуту первой таблицы соответствует только один атрибут второй таблицы и наоборот.
Связь один-ко-многим предполагает, что одному атрибуту первой таблицы соответствует несколько атрибутов второй таблицы.
Связь многие-ко-многим предполагает, что одному атрибуту первой таблицы соответствует несколько атрибутов второй таблицы и наоборот.
СУБД Microsoft Access предоставляет необходимые средства для работы с базами данных пользователю, позволяя легко создавать базы данных, вводить в них информацию, обрабатывать запросы и формировать отчеты.
База данных Microsoft Access представляет собой совокупность инструментов для ввода, хранения, просмотра, выборки и управления информацией. К ним относятся таблицы, формы, отчеты, запросы, макросы, страницы, модули.
Новый интерфейс пользователя в Office Access 2007 содержит ряд элементов для работы с приложением Новый дизайн упрощает доступ к функциональным возможностям. Новое окно Приступая к работе с Microsoft Office Access помогает сократить время на знакомство с приложением и обеспечивает быстрый доступ к средствам для начала работы, в числе которых – комплект профессионально разработанных шаблонов.
Самый важный из новых элементов интерфейса получил название ленты. Лента является частью интерфейса пользователя Microsoft Office Fluent. Лента представляет собой полосу в верхней части окна программы, на которой доступны группы команд. Лента Office Fluent обеспечивает единую среду работы с командами и является основной заменой меню и панелей инструментов. На ленте расположены вкладки, которые содержат команды, объединенные в группы в соответствии с логикой работы. В Office Access 2007 основными вкладками ленты являются вкладки Главная, Создать, Работа с внешними данными и Работа с базами данных. Каждая вкладка содержит группу связанных команд, которые могут открывать другие новые элементы интерфейса, например коллекцию – элемент управления, позволяющий выбирать варианты по внешнему виду.
К основным элементам нового интерфейса пользователя в Office Access 2007 относятся следующие:
В основе процесса создания базы данных лежат определенные принципы. Первый принцип заключается в необходимости исключать повторяющиеся (или лишние) данные, т.к. они занимают место и повышают вероятность возникновения ошибок и неполадок. Второй принцип касается важной роли правильных и полных данных.
Правильная структура базы данных подразумевает:
Процесс разработки базы данных включает следующие шаги:
Таблица – это объект БД, который служит для ввода и хранения информации. Таблица состоит из записей (строк), которые составляют информацию, хранящуюся в ней, и полей (столбцов), образующих структуру базы данных.
Для создания новой таблицы в новой базе данных щелкните значок Кнопка Microsoft Office , а затем выберите команду Создать. В поле Имя файла введите имя файла. Для создания таблицы можно использовать импорт данных, сохраненных в другом месте, или связь с ними
Для каждого поля задается имя поля, тип данных, перечень свойств, описание.
Тип данных определяет вид и диапазон значений, которые могут содержаться в данном поле. Microsoft Access предлагает следующие типы данных: текстовой, числовой, поле memo, дата/время, денежный, тип счетчик, логический тип, поле объекта ole, гиперссылка.
Office Access 2007 может автоматически определять тип данных для поля, созданного в режиме таблицы. Однако иногда требуется переопределить тип данных, назначенный автоматически. Чтобы явным образом задать тип данных и формат для поля, переопределив тип, назначенный Office Access 2007, используйте команды в группе Форматирование и тип данных на вкладке Данные/ Явное задание типа данных. На вкладке Режим таблицы в группе Форматирование и тип данных щелкните Тип данных.
С помощью значений свойств полей можно управлять отображением данных, предотвращать ввод неверных значений, задавать значения по умолчанию, ускорять поиск и сортировку, а также управлять другими функциональными характеристиками и внешним видом полей.
Желательно, чтобы каждая таблица имела ключевое поле. Ключ однозначно определяет каждую запись в таблице; повторяющиеся значения ключа не допускаются. Связываться могут только таблицы, имеющие ключевые поля. Ключевые поля таблицы индексируются автоматически.
Access позволяет производить редактирование полей и записей таблицы. Переименование, добавление, удаление полей возможны как в режиме Конструктора, так и в режиме Таблицы.
Данные, хранящиеся в таблицах базы данных, должны иметь простые и доступные средства поиска нужной информации. Для этого Access предлагает такие средства, как сортировка, фильтрация и поиск данных.
Для того чтобы удобно было работать со всеми данными, хранящимися в реляционных таблицах, между ними должны быть установлены связи. Существуют следующие правила для установления связей между таблицами:
Связи между таблицами устанавливаются на Схеме данных. Одна из связанных таблиц является главной (базовой), вторая – подчиненной. Access позволяет установить связи следующих типов:
Для создания связи необходимо на вкладке Средства базы данных в группе Скрыть/Отобразить выберите команду Отношения.
Если в базе данных никаких связей не определено, автоматически открывается диалоговое окно Добавление таблицы. В диалоговом окне Добавление таблицы отображаются все таблицы и запросы базы данных. В окне Схема данных для установки связи между таблицами следует перетащить поле, по которому устанавливается связь, из базовой таблицы в поле подчиненной. В появившемся окне Связи можно задать параметры для устанавливаемой связи:
Целостность данных означает систему правил, которые используются для поддержания связей между записями в связанных таблицах, а также обеспечивают защиту связанных данных от случайного удаления или изменения.
Запросы – это объект базы данных, который служит для извлечения данных из таблиц и предоставления их пользователю в удобном виде. Access позволяет создавать запросы двух типов: QBE-запросы, SQL-запросы.
QBE-запросы (Query By Example) – запросы, строящиеся с помощью конструктора запросов, представляющего собой графический инструмент для создания запросов по образцу.
SQL-запросы – запросы, строящиеся при помощи унифицированного набора инструкций SQL (Structured Query Language – структурированный язык запросов).
Все запросы делят на две группы: запросы-выборки, запросы-действия.
Запросы-выборки осуществляют выборку данных из таблиц в соответствии с заданными условиями. К этой группе запросов относят следующие:
Запросы-действия позволяют модифицировать данные в таблицах: удалять, обновлять, добавлять записи. К этой группе запросов относятся следующие:
В Access можно создавать запросы при помощи Мастера запросов и с помощью Конструктора.
Для создания запросов при помощи Мастера имеются следующие мастера:
При создании запроса с помощью Мастера производится пошаговое выполнение действий в диалоговом окне Мастера запросов.
Конструктор запросов позволяет создавать новые и изменять существующие запросы, поэтому он является основным способом при создании запросов QBE.
Запросы могут быть созданы на основе одной или нескольких таблиц. Многотабличные запросы позволяют получить информацию из нескольких предварительно связанных между собой таблиц.
Для создания запроса необходимо на вкладке Создание в группе Другие щелкнуть Мастер запросов(конструктор, макрос).
Форма – это объект БД, предназначенный для ввода и отображения информации. Формы позволяют выполнить проверку корректности данных при вводе, проводить вычисления, обеспечивают доступ к данным в связанных таблицах с помощью подчиненных форм.
Для создания форм в Access используются следующие виды: пустая форма, форма, раздельная форма, несколько элементов, другие формы(мастер форм, сводная форма), конструктор. Что бы создать форму необходимо на вкладке Создание в группе Формы щелкнуть на нужной форме.
Источником данных формы «являются одна или несколько связанных таблиц и/или запросов.
Работа с формами может происходить в трех режимах: в режиме Формы, в режиме Таблицы, в режиме Констриктора. Выбрать режим работы можно при помощи кнопки Вид на Ленте.
В режимах Формы и Таблицы можно осуществлять добавление, удаление и редактирование записей в таблице или в запросе, являющемся источником данных для форм.
В режиме Конструктора можно производить изменение внешнего вида формы, добавление и удаление элементов управления, разработку.
Виды форм. В Access можно создать формы следующих видов:
Структуры формы. Любая форма может включать следующие разделы:
Форма может содержать все-разделы или некоторые из них.
Отчет – это объект базы данных, который предназначен для вывода информации из баз данных, прежде всего на принтер. Отчеты позволяют выбрать из баз данных нужную пользователю информацию, оформить ее в виде документа, перед выводом на печать просмотреть на экране. Источником данных для отчета может служить таблица или запрос. Кроме данных, полученных из таблиц, в отчете могут отображаться вычисляемые поля, например, итоговые суммы.
Ниже приведены виды отчетов.
Для создания отчета необходимо на вкладке Создание в группе Формы щелкнуть на Конструктор отчета (пустой отчет, наклейки, мастер отчета).
Человечество в своей деятельности (научной, образовательной, технологической, художественной) постоянно создает и использует модели окружающего мира. Каждый объект имеет большое количество различных свойств. В процессе построения модели выделяются главные, наиболее существенные из них. Так, модель самолета должна иметь геометрическое подобие оригиналу, модель атома – правильно отражать физические взаимодействия, архитектурный макет города – ландшафт и т. д.
Модель – это некий новый объект, который отражает существенные особенности изучаемого объекта, явления или процесса. Один и тот же объект может иметь множество моделей, а разные объекты могут описываться одной моделью. Так, в механике различные материальные тела (от планеты до песчинки) могут рассматриваться как материальные точки, т.е. объекты разные – модель одна. В процессе построения модели выделяются главные, наиболее существенные для проводимого исследования свойства.
Моделирование – это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей.
Познавательная модель ориентирована на приближение модели к реальности, которую эта модель отображает.
Прагматические модели являются средством управления, средством организации практических действий, способом представления образцово правильных действий или их результата, т.е. являются рабочим представлением целей. Примерами прагматических моделей служат планы, кодексы законов, рабочие чертежи и т.д.
Классификация моделей по временному фактору
Модели конкретного состояния объекта в определенный момент времени называются статическими. Примером являются структурные модели систем.
В тех же случаях, когда возникает необходимость в отображении процесса изменения состояний, требуются динамические модели систем. При строительстве дома рассчитывают прочность и устойчивость к постоянной нагрузке его фундамента, стен, балок – это статическая модель здания. Но еще надо обеспечить противодействие ветрам, движению грунтовых вод, сейсмическим колебаниям и другим изменяющимся во времени факторам. Это можно решить с помощью динамических моделей.
В распоряжении человека имеется два типа материалов для построения моделей – средства самого сознания и средства окружающею материального мира. Соответственно этому модели делятся на абстрактные (идеальные) и материальные. К абстрактным моделям относятся языковые конструкции и математические модели.
Предметные и информационные модели
Все модели можно разбить на два больших класса: модели предметные (материальные) и модели информационные.
Предметные модели воспроизводят геометрические, физические и другие свойства объектов в материальной форме (глобус, анатомические муляжи, модели кристаллических решеток, макеты зданий и сооружений и др.).
Информационные модели представляют объекты и процессы в образной или знаковой форме.
Образные модели (рисунки, фотографии и др.) представляют собой зрительные образы объектов, зафиксированные на каком-либо носителе информации (бумаге, фото- и кинопленке и др.
Знаковые информационные модели строятся с использованием различных языков (знаковых систем). Знаковая информационная модель может быть представлена в форме текста (например, программы на языке программирования), формулы (например, второго закона Ньютона F = ma), таблицы (например, периодической таблицы элементов Д. И. Менделеева) и так далее.
Иногда при построении знаковых информационных моделей используются одновременно несколько различных языков. Примерами таких моделей могут служить географические карты, графики, диаграммы и пр. Во всех этих моделях используются одновременно как язык графических элементов, так и символьный язык.
Табличные модели. Одним из наиболее часто используемых типов информационных моделей является таблица, которая состоит из строк и столбцов. С помощью таблиц создаются информационные модели в различных предметных областях. Широко известно табличное представление математических функций, статистических данных, расписаний поездов и самолетов и т. д. Табличные информационные модели проще всего формировать и исследовать на компьютере посредством электронных таблиц и систем управления базами данных.
Иерархические модели. При классификации объектов часто применяются информационные модели, которые имеют иерархическую (древовидную) структуру. В иерархической информационной модели объекты распределены по уровням, причем элементы нижнего уровня входят в состав одного из элементов более высокого уровня. Для информатики характерна иерархическая файловая система.
Сетевые информационные модели. Сетевые информационные модели применяются для отражения систем со сложной структурой, в которых связь между элементами имеет произвольный характер.
Между оригиналом и моделью должно быть установлено отношение подобия. Существуют разные способы установления такого подобия, что придает моделям особенности, специфичные для каждого способа.
Подобие, устанавливаемое в процессе создания модели, называется подобие прямым. Примером такого подобия являются фотографии, масштабированные модели самолетов, кораблей, макеты зданий, выкройки, куклы и т.д.
Косвенное подобие между оригиналом и моделью объективно существует в природе и обнаруживается в виде достаточной близости или совпадения их абстрактных математических моделей и вследствие этого широко используется в практике реального моделирования. Наиболее характерным примером может служить электромеханическая аналогия между маятником и электрическим контуром.
Третий, особый класс моделей составляют модели, в которых подобие устанавливается в результате соглашения. Такое подобие называется условным. Они являются способом материального воплощения абстрактных моделей. Примерами условного подобия служат деньги (модель стоимости), удостоверение личности (модель владельца), всевозможные сигналы (модели сообщения).
Адекватность моделей
Модель, с помощью которой успешно достигается поставленная цель, будем называется адекватной этой цели. Адекватность означает, что требования полноты, точности и правильности (истинности) модели выполнены не вообще, а лишь в той мере, которая достаточна для достижения поставленной цели.
Приближенность модели не следует путать с адекватностью. Приближенность модели может быть очень высокой, но во всех случаях модель – это другой объект и различия неизбежны (единственной совершенной моделью любого объекта является сам объект). Из двух моделей, одинаково хорошо описывающих систему, та модель, которая проще, ближе к истине.
Процесс построения информационных моделей с помощью формальных языков называется формализацией.
Естественные языки используются для создания описательных информационных моделей. С помощью формальных языков строятся формальные информационные модели (математические, логические и др.). Одним из наиболее широко используемых формальных языков является математика. Модели, построенные с использованием математических понятий и формул, называются математическими моделями. Язык математики является совокупностью формальных языков. Язык алгебры позволяет формализовать функциональные зависимости между величинами. Язык алгебры логики (алгебры высказываний) позволяет строить формальные логические модели. С помощью алгебры высказываний можно формализовать (записать в виде логических выражений) простые и сложные высказывания, выраженные на естественном языке. Построение логических моделей позволяет решать логические задачи, строить логические модели устройств компьютера (сумматора, триггера) и так далее.
В процессе познания окружающего мира человечество постоянно использует моделирование и формализацию. При изучении нового объекта сначала обычно строится его описательная информационная модель на естественном языке, затем она формализуется, то есть выражается с использованием формальных языков (математики, логики и др.).
Визуализация
В процессе исследования формальных моделей часто производится их визуализация. Для визуализации алгоритмов используются блок-схемы: пространственных соотношений между объектами – чертежи, моделей электрических цепей – электрические схемы, логических моделей устройств – логические схемы и так далее.
Так при визуализации формальных физических моделей с помощью анимации может отображаться динамика процесса, производиться построение графиков изменения физических величин и так далее. Визуальные модели обычно являются интерактивными, то есть исследователь может менять начальные условия и параметры протекания процессов и наблюдать изменения в поведении модели.
Использование компьютера для исследования информационных моделей различных объектов и систем позволяет изучить их изменения в зависимости от значения тех или иных параметров. Компьютерное моделирование является одним из эффективных методов изучения сложных систем. Часто компьютерные модели проще и удобнее исследовать, они позволяют проводить вычислительные эксперименты, реальная постановка которых затруднена или может дать непредсказуемый результат.
Процесс разработки моделей и их исследования на компьютере можно разделить на несколько основных этапов:
На первом этапе исследования объекта или процесса обычно строится описательная информационная модель. Такая модель выделяет существенные с точки зрения целей проводимого исследования параметры объекта, а несущественными параметрами пренебрегает.
На втором этапе создается формализованная модель, то есть описательная информационная модель записывается с помощью какого-либо формального языка. В такой модели с помощью формул, уравнений, неравенств и пр. фиксируются формальные соотношения между начальными и конечными значениями свойств объектов, а также накладываются ограничения на допустимые значения этих свойств.
Однако далеко не всегда удается найти формулы явно выражающие искомые величины через исходные данные. В таких случаях используются приближенные математические методы, позволяющие получать результаты с заданной точностью.
На третьем этапе необходимо формализованную информационную модель преобразовать в компьютерную на понятном для компьютера языке. Существуют два принципиально различных пути построения компьютерной модели:
1) создание алгоритма решения задачи и его кодирование на одном из языков программирования;
2) формирование компьютерной модели с использованием одного из приложений (электронных таблиц, СУБД и т. д.).
В процессе создания компьютерной модели полезно разработать удобный графический интерфейс, который позволит визуализировать формальную модель, а также реализовать интерактивный диалог человека с компьютером на этапе исследования модели.
Четвертый этап исследования информационной модели состоит в проведении компьютерного эксперимента. Если компьютерная модель существует в виде программы на одном из языков программирования, ее нужно запустить на выполнение и получить результаты.
Если компьютерная модель исследуется в приложении, например в электронных таблицах, можно провести сортировку или поиск данных, построить диаграмму или график и так далее.
Пятый этап состоит в анализе полученных результатов и корректировке исследуемой модели. В случае различия результатов, полученных при исследовании информационной модели, с измеряемыми параметрами реальных объектов можно сделать вывод, что на предыдущих этапах построения модели были допущены ошибки или неточности. Например, при построении описательной качественной модели могут быть неправильно отобраны существенные свойства объектов, в процессе формализации могут быть допущены ошибки в формулах и так далее. В этих случаях необходимо провести корректировку модели, причем уточнение модели может проводиться многократно, пока анализ результатов не покажет их соответствие изучаемому объекту.
Исследование математических моделей
На языке алгебры формальные модели записываются с помощью уравнений, точное решение которых основывается на поиске равносильных преобразований алгебраических выражений, позволяющих выразить переменную величину с помощью формулы. Для большинства уравнений приходится использовать методы приближенного решения с заданной точностью (графические, числовые и др.).
Графический метод. Построение графиков функций может использоваться для грубо приближенного решения уравнений. Для не имеющего точного алгебраического решения уравнения вида f(x) = 0, где f(x) – некоторая непрерывная функция, корень (или корни) этого уравнения является точкой (или точками) пересечения графика функции с осью ОХ.
Числовой метод половинного деления. Для решения уравнении с заданной точностью можно применять разработанные в вычислительной математике числовые итерационные методы решения уравнений. Если мы знаем отрезок на котором существует корень, и функция на краях этого отрезка принимает значения разных знаков, то можно использовать метод половинного деления.
Геоинформационные модели
Геоинформационное моделирование базируется на создании многослойных электронных карт, в которых опорный слой описывает географию определенной территории, а каждый из остальных – один из аспектов состояния этой территории. На географическую карту могут быть выведены различные слои объектов: города, дороги, аэропорты и др.
Широкое распространение получили интерактивные географические карты (мира, различных частей света, России, Москвы и других городов) в Интернете. Такие карты обычно реализуются с использованием векторной графики и поэтому дают возможность пользователю выбирать нужный ему масштаб. Карты связаны с базами данных, которые хранят всю необходимую информацию об объектах, изображенных на картах.
Геоинформационные модели позволяют с помощью географических карт представлять статистическую информацию о различных регионах. Хранящаяся в базах данных информация о количестве населения, развитии промышленности, загрязнении окружающей среды и др. может быть связана с географическими картами и отображена на них. Отображение информации может производиться различными способами: закрашиванием регионов различными цветами, построением диаграмм и так далее.
Например, на сайте http://maps.yandex.ru/ можно сначала выбрать карту (например, Москвы), а затем включить отображение условных обозначений (гостиницы, театры, музеи…).