Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Учебник для ВУЗов
Под редакцией С. В. Симоновича
ИНФОРМАТИКА
БАЗОВЫЙ КУРС
Рекомендовано Министерством образования Российской Федерации
в качестве учебного пособия для студентов
высших технических учебных заведений
Москва • Санкт-Петербург • Нижний Новгород • Воронеж
Ростов-на-Дону • Екатеринбург • Самара
Киев • Харьков • Минск
2003
ББК32.973.2я7
УДК 681.3(075)
С37
Рецензенты:
Кафедра САПР Московского государственного технического университета
им. Н. Э. Баумана
С. В. Калин, генеральный директор ЗАО «Открытые технологии '98»
С37 Информатика: Базовый курс / С. В. Симонович и др. СПб.: Питер, 2003.
640 с.: ил.
ISBN 5-8046-0134-2
Рассмотрены основные категории аппаратных и программных средств вычислительной техники. Указаны базовые принципы построения архитектур вычислительных систем. Обеспечено методическое обоснование процессов взаимодействия информации, данных и методов. Приведены эффективные приемы работы с распространенными программными продуктами. Рассмотрены основные средства, приемы и методы программирования.
Книга предназначена для студентов технических вузов, изучающих информационные технологии в рамках дисциплины «Информатика», для преподавательского состава, обеспечивающего занятия по данной дисциплине, а также для преподавателей всех специальностей, использующих средства персональной вычислительной техники в учебной и методической работе по своей предметной области. Книга будет полезна также для слушателей военных учебных заведений, учреждений системы повышения квалификации и для лиц, изучающих средства вычислительной техники самостоятельно.
Рекомендовано Министерством образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших технических учебных заведений.
ББК32.973.2я7
УДК 681.3(075)
ISBN 5-8046-0134-2 © ЗАО Издательский дом «Питер», 2003
Коренное отличие информатики от других технических дисциплин, изучаемых в высшей школе, состоит в том, что ее предмет изучения меняется ускоренными темпами. Сегодня количество компьютеров в мире превышает 300 миллионов единиц и продолжает удваиваться в среднем каждые три года. При этом каждая вычислительная система по-своему уникальна. Найти две системы с одинаковыми аппаратными и программными конфигурациями весьма сложно, и потому для эффективной эксплуатации вычислительной техники от специалистов требуется достаточно широкий уровень знаний и практических навыков.
Вместе с тем, в количественном отношении темп численного роста вычислительных систем заметно превышает темп подготовки специалистов, способных эффективно работать с ними. При этом в среднем один раз в полтора года удваиваются основные технические параметры аппаратных средств, один раз в два-три года меняются поколения программного обеспечения, и один раз в пять-семь лет меняется база стандартов, интерфейсов и протоколов.
Таким образом, кардинальным отличием информатики от других технических дисциплин является тот факт, что ее предметная область изменяется чрезвычайно динамично. Все, кто причастен к преподаванию информатики в высшей школе, хорошо знают, как часто приходится менять содержание учебных планов, рабочих программ, учебно-методической документации. Далеко не всегда удается обеспечить соответствие материально-технической базы учебного процесса текущему состоянию предметной области. И даже своевременное реагирование на научно-технические достижения не всегда позволяет обеспечить уровень знаний и навыков выпускника, адекватный потребностям сферы материального производства и коммерческого рынка, настолько динамичны процессы в области информационных технологий.
Ныне информатика сталкивается с парадоксальным фактом. Ее основная задача состоит в преодоления общечеловеческого кризисного явления, называемого «информационным бумом», путем внедрения средств и методов, автоматизирующих операции с данными. Однако даже в собственной предметной области информатика испытывает такой информационный бум, какого не знает ни одна другая область человеческой деятельности. Например мировой ассортимент изданий, имеющих прямое отношение к информатике (не считая периодических и электронных), составляет порядка десяти тысяч томов в год и полностью обновляется не реже, чем раз в два года.
Анализируя вышеуказанные особенности информатики, авторы данного пособия приходят к выводу, что для преподавания информатики в сложившихся условиях необходимо расширенное взаимодействие между учебными программами общетехнических и специальных дисциплин и учебной программой курса информатики. Основные принципы, вытекающие из такого подхода, включают непрерывность и системность образования, а также раннюю профессиональную ориентацию.
Непрерывность образования. Практические приемы работы со средствами вычислительной техники закрепляются не только в рамках дисциплины «Информатика», но и в течение всего периода обучения. Они используются при проведении учебных занятий по самым разным дисциплинам.
Системность образования. В едином методическом подходе, основанном на системе задача средство методы приемы, происходит перекрестное взаимодействие изучаемых дисциплин. Конкретная дисциплина поставляет комплекс задача методы, а информатика обеспечивает комплекс средства приемы.
Ранняя профессиональная ориентация. В системе высшего технического образования действует многоуровневая иерархическая система, основанная на том, что знания студента по общетехническим дисциплинам, как правило, реализуются в практические навыки опосредованно, то есть через дисциплины специального цикла, базирующиеся на общетехнических. Информатика одна из немногих общетехнических дисциплин, развивающая такие практические навыки, которые востре-буются напрямую и немедленно, сразу после включения молодого специалиста в профессиональную деятельность.
Свою работу над книгой авторы подчинили реализации указанных принципов. Этому подчинена структура и содержание пособия. В целом книга состоит из двадцати глав, содержащих достаточно полные сведения о современном состоянии аппаратных и программных средств вычислительной техники.
Главы 1,2,8,15 являются теоретическими и обеспечивают единую методическую базу как для изучения информатики, так и для взаимодействия различных учебных дисциплин на платформе информатики.
Главы 7,9-14,16,18 представляют единую технологическую базу для взаимодействия информатики и других предметных дисциплин. Средства, рассмотренные здесь, могут быть использованы при подготовке домашних заданий, контрольных, курсовых и дипломных работ, при обработке результатов экспериментов, сборе исходной информации для самостоятельных исследований, при выполнении графических работ, математическом моделировании физических и технических процессов и при математическом обосновании разрабатываемых проектов.
Главы 3-7, 10,12,13,16,17,19, 20 служат тем же задачам, но являются дополнительным средством ранней профессиональной ориентации. Сведения и навыки, полученные в ходе их изучения, могут быть востребованы немедленно после включения выпускника в практическую деятельность. Эти разделы позволяют обеспечить общую уверенность студента в востребованности его знаний по окончании учебного заведения, независимо от обстоятельств и особенностей конкретного трудоустройства.
Главы, имеющие теоретическое и методообразующее содержание, завершаются списком контрольных вопросов, которые могут обсуждаться на лекционных и семинарских занятиях. Главы, имеющие практическое содержание, завершаются упражнениями и исследовательскими работами. Предполагается, что практические упражнения носят инструктивно-методический характер и выполняются под руководством преподавателя (лаборанта), а исследовательские работы имеют творческий характер и комплексное содержание. Они предназначены для самостоятельной работы и предполагают подготовку итогового отчета. Различие между этими видами занятий отражено в балансе отводимого на них времени.
Исходя из структуры и содержания книги, авторы рассчитывают на то, что она будет полезна следующим категориям читателей:
студентам технических специальностей вузов, изучающим информатику как самостоятельную дисциплину;
преподавательскому составу, осуществляющему теоретическую и практическую подготовку студентов по дисциплине «Информатика»;
преподавателям иных дисциплин, использующим персональные компьютеры в качестве технического средства обучения и (или) средства подготовки учебно-методических материалов (бумажных и электронных) по своей предмет ной области;
лицам, самостоятельно изучающим или осваивающим аппаратные и программные средства вычислительной техники.
От издательства
Ваши замечания, предложения, вопросы отправляйте по адресу электронной почты comp@piter-press.ru (издательство «Питер», компьютерная редакция).
Мы будем рады узнать ваше мнение!
Подробную информацию о наших книгах вы найдете на Web-сайте издательства http://www.piter-press.ru.
Сигналы и данные
Мы живем в материальном мире. Все, что нас окружает и с чем мы сталкиваемся ежедневно, относится либо к физическим телам, либо к физическим полям. Из курса физики мы знаем, что состояния абсолютного покоя не существует и физические объекты находятся в состоянии непрерывного движении и изменения, которое сопровождается обменом энергией и ее переходом из одной формы в другую.
Все виды энергообмена сопровождаются появлением сигналов, то есть, все сигналы имеют в своей основе материальную энергетическую природу. При взаимодействии сигналов с физическими телами в последних возникают определенные изменения свойств это явление называется регистрацией сигналов. Такие изменения можно наблюдать, измерять или фиксировать иными способами при этом возникают и регистрируются новые сигналы, то есть, образуются данные.
Данные это зарегистрированные сигналы.
Данные и методы
Обратим внимание на то, что данные несут в себе информацию о событиях, произошедших в материальном мире, поскольку они являются регистрацией сигналов, возникших в результате этих событий. Однако данные не тождественны информации. Наблюдая излучения далеких звезд, человек получает определенный поток данных, но станут ли эти данные информацией, зависит еще от очень многих обстоятельств. Рассмотрим ряд примеров.
Наблюдая за состязаниями бегунов, мы с помощью механического секундомера регистрируем начальное и конечное положение стрелки прибора. В итоге мы замеряем величину ее перемещения за время забега это регистрация данных. Однако информацию о времени преодоления дистанции мы пока не получаем. Для того чтобы данные о перемещении стрелки дали информацию о времени забега, необходимо наличие метода пересчета одной физической величины в другую. Надо знать цену деления шкалы секундомера (или знать метод ее определения) и надо также знать, как умножается цена деления прибора на величину перемещения, то есть надо еще обладать математическим методом умножения.
Если вместо механического секундомера используется электронный, суть дела не меняется. Вместо регистрации перемещения стрелки происходит регистрация количества тактов колебаний, произошедших в электронной системе за время измерения. Даже если секундомер непосредственно отображает время в секундах и нам не нужен метод пересчета, то метод преобразования данных все равно присутствует он реализован специальными электронными компонентами и работает автоматически, без нашего участия.
Прослушивая передачу радиостанции на незнакомом языке, мы получаем данные, но не получаем информацию в связи с тем, что не владеем методом преобразования данных в известные нам понятия. Если эти данные записать на лист бумаги или на магнитную ленту, изменится форма их представления, произойдет новая регистрация и, соответственно, образуются новые данные. Такое преобразование можно использовать, чтобы все-таки извлечь информацию из данных путем подбора метода, адекватного их новой форме. Для обработки данных, записанных на листе бумаги, адекватным может быть метод перевода со словарем, а для обработки данных, записанных на магнитной ленте, можно пригласить переводчика, обладающего своими методами перевода, основанными на знаниях, полученных в результате обучения или предшествующего опыта.
Если в нашем примере заменить радиопередачу телевизионной трансляцией, ведущейся на незнакомом языке, то мы увидим, что наряду с данными мы все-таки получаем определенную (хотя и не полную) информацию. Это связано с тем, что люди, не имеющие дефектов зрения, априорно владеют адекватным методом восприятия данных, передаваемых электромагнитным сигналом в полосе частот видимого спектра с интенсивностью, превышающей порог чувствительности глаза. В таких случаях говорят, что метод известен по контексту, то есть данные, составляющие информацию, имеют свойства, однозначно определяющие адекватный метод получения этой информации. (Для сравнения скажем, что слепому «телезрителю» контекстный метод неизвестен, и он оказывается в положении радиослушателя, пример с которым был рассмотрен выше.)
Понятие об информации
Несмотря на то что с понятием информации мы сталкиваемся ежедневно, строгого и общепризнанного ее определения до сих пор не существует, поэтому вместо определения обычно используют понятие об информации. Понятия, в отличие от определений, не даются однозначно, а вводятся на примерах, причем каждая научная дисциплина делает это по-своему, выделяя в качестве основных компонентов те, которые наилучшим образом соответствуют ее предмету и задачам. При этом типична ситуация, когда понятие об информации, введенное в рамках одной научной дисциплины, может опровергаться конкретными примерами и фактами, полученными в рамках другой науки. Например, представление об информации как о совокупности данных, повышающих уровень знаний об объективной реальности окружающего мира, характерное для естественных наук, может быть опровергнуто в рамках социальных наук. Нередки также случаи, когда исходные компоненты, составляющие понятие информации, подменяют свойствами информационных объектов, например, когда понятие информации вводят как совокупность данных, которые «могут быть усвоены и преобразованы в знания».
Для информатики как технической науки понятие информации не может основываться на таких антропоцентрических понятиях, как знание, и не может опираться только на объективность фактов и свидетельств. Средства вычислительной техники обладают способностью обрабатывать информацию автоматически, без участия человека, и ни о каком знании или незнании здесь речь идти не может. Эти средства могут работать с искусственной, абстрактной и даже с ложной информацией, не имеющей объективного отражения ни в природе, ни в обществе.
В этой работе мы даем новое определение информации, основанное на ранее продемонстрированном факте взаимодействия данных и методов в момент ее образования.
Информация это продукт взаимодействия данных и адекватных им методов.
Поскольку в такой форме определение информации дается впервые, читатель приглашается для его всесторонней проверки в рамках других известных ему научных дисциплин, а мы рассмотрим пример, в свое время использованный Норбертом Винером для того, чтобы показать, как информация отдельных членов популяции становится информацией общества.
Допустим, я нахожусь в лесах вдвоем со смышленым дикарем, который не может говорить на моем языке и на языке которого я тоже не могу говорить. Даже без какого -либо условного языка знаков, известного нам обоим, я могу многое узнать от него. Мне нужно лишь быть особо внимательным в те моменты, когда он обнаруживает признаки волнения или интереса. Тогда я должен посмотреть вокруг, особенно в направлении его взгляда, и запомнить все, что я увижу и услышу. Не пройдет много времени, как я открою, какие предметы представляются важными для него, не потому, что он сообщил мне о них словами, но потому, что я сам их заметил. Иначе говоря, сигнал, лишенный внутреннего содержания, может приобрести для моего спутника смысл по тому, что наблюдает он в данный момент, и может приобрести для меня смысл по тому, что наблюдаю я в данный момент. Способность дикаря замечать моменты моего особенно активного внимания сама по себе образует язык, возможности которого столь же разнообразны, как и диапазон впечатлений, доступных нам обоим.
Н. Винер. Кибернетика
Анализируя этот пример, мы видим, что здесь речь идет о данных и методах. Прежде всего, здесь автор прямо говорит о целой группе методов, связанных с наблюдением и анализом, и даже приводит вариант конкретного алгоритма, адекватного рамкам его гипотетического эксперимента (посмотреть, запомнить, открыть...). Автор неоднократно подчеркивает требование адекватности метода (дикарь должен быть смышленным, а наблюдатель должен быть особо внимательным), без которого информация может и не образоваться.
Рис. 1.1. Связь между данными и информацией
Диалектическое единство данных и методов в информационном
процессе
Рассмотрим данное выше определение информации и обратим внимание на следующие обстоятельства.
Такой дуализм известен своими проявлениями во многих науках. Так, например, в основе важнейшего вопроса философии о первичности материалистического и идеалистического подходов к теории познания лежит не что иное, как двойственный характер информационного процесса. В обоснованиях обоих подходов нетрудно обнаружить упор либо на объективность данных, либо на субъективность методов. Подход к информации как к объекту особой природы, возникающему в результате диалектического взаимодействия объективных данных с субъективными методами, позволяет во многих случаях снять противоречия, возникающие в философских обоснованиях ряда научных теорий и гипотез.
Свойства информации
Итак, информация является динамическим объектом, образующимся в момент взаимодействия объективных данных и субъективных методов. Как и всякий объект, она обладает свойствами (объекты различимы по своим свойствам). Характерной особенностью информации, отличающей ее от других объектов природы и общества, является отмеченный выше дуализм: на свойства информации влияют как свойства данных, составляющих ее содержательную часть, так и свойства методов, взаимодействующих с данными в ходе информационного процесса. По окончании процесса свойства информации переносятся на свойства новых данных, то есть свойства методов могут переходить на свойства данных.
Можно привести немало разнообразных свойств информации. Каждая научная дисциплина рассматривает те свойства, которые ей наиболее важны. С точки зрения информатики наиболее важными представляются следующие свойства: объективность, полнота, достоверность, адекватность, доступность и актуальность информации.
Объективность и субъективность информации. Понятие объективности информации является относительным. Это понятно, если учесть, что методы являются субъективными. Более объективной принято считать ту информацию, в которую методы вносят меньший субъективный элемент. Так, например, принято считать, что в результате наблюдения фотоснимка природного объекта или явления образуется более объективная информация, чем в результате наблюдения рисунка того же объекта, выполненного человеком. В ходе информационного процесса степень объективности информации всегда понижается. Это свойство учитывают, например, в правовых дисциплинах, где по-разному обрабатываются показания лиц, непосредственно наблюдавших события или получивших информацию косвенным путем (посредством умозаключений или со слов третьих лиц). В не меньшей степени объективность информации учитывают в исторических дисциплинах. Одни и те же события, зафиксированные в исторических документах разных стран и народов, выглядят совершенно по-разному. У историков имеются свои методы для тестирования объективности исторических данных и создания новых, более достоверных данных путем сопоставления, фильтрации и селекции исходных данных. Обратим внимание на то, что здесь речь идет не о повышении объективности данных, а о повышении их достоверности (это совсем другое свойство).
Полнота информации. Полнота информации во многом характеризует качество информации и определяет достаточность данных для принятия решений или для создания новых данных на основе имеющихся. Чем полнее данные, тем шире диапазон методов, которые можно использовать, тем проще подобрать метод, вносящий минимум погрешностей в ход информационного процесса.
Достоверность информации. Данные возникают в момент регистрации сигналов, но не все сигналы являются «полезными» всегда присутствует какой-то уровень посторонних сигналов, в результате чего полезные данные сопровождаются определенным уровнем «информационного шума». Если полезный сигнал зарегистрирован более четко, чем посторонние сигналы, достоверность информации может быть более высокой. При увеличении уровня шумов достоверность информации снижается. В этом случае для передачи того же количества информации требуется использовать либо больше данных, либо более сложные методы.
Адекватность информации это степень соответствия реальному объективному состоянию дела. Неадекватная информация может образовываться при создании новой информации на основе неполных или недостоверных данных. Однако и полные, и достоверные данные могут приводить к созданию неадекватной информации в случае применения к ним неадекватных методов.
Доступность информации мера возможности получить ту или иную информацию. На степень доступности информации влияют одновременно как доступность данных, так и доступность адекватных методов для их интерпретации. Отсутствие доступа к данным или отсутствие адекватных методов обработки данных приводят к одинаковому результату: информация оказывается недоступной. Отсутствие адекватных методов для работы с данными во многих случаях приводит к применению неадекватных методов, в результате чего образуется неполная, неадекватная или недостоверная информация.
Актуальность информации это степень соответствия информации текущему моменту времени. Нередко с актуальностью, как и с полнотой, связывают коммерческую ценность информации. Поскольку информационные процессы растянуты во времени, то достоверная и адекватная, но устаревшая информация может приводить к ошибочным решениям. Необходимость поиска (или разработки) адекватного метода для работы с данными может приводить к такой задержке в получении информации, что она становится неактуальной и ненужной. На этом, в частности, основаны многие современные системы шифрования данных с открытым ключом. Лица, не владеющие ключом (методом) для чтения данных, могут заняться поиском ключа, поскольку алгоритм его работы доступен, но продолжительность этого поиска столь велика, что за время работы информация теряет актуальность и, соответственно, связанную с ней практическую ценность.
Носители данных
Данные диалектическая составная часть информации. Они представляют собой зарегистрированные сигналы. При этом физический метод регистрации может быть любым: механическое перемещение физических тел, изменение их формы или параметров качества поверхности, изменение электрических, магнитных, оптических характеристик, химического состава и (или) характера химических связей, изменение состояния электронной системы и многое другое. В соответствии с методом регистрации данные могут храниться и транспортироваться на носителях различных видов.
Самым распространенным носителем данных, хотя и не самым экономичным, по-видимому, является бумага. На бумаге данные регистрируются путем изменения оптических характеристик ее поверхности. Изменение оптических свойств (изменение коэффициента отражения поверхности в определенном диапазоне длин волн) используется также в устройствах, осуществляющих запись лазерным лучом на пластмассовых носителях с отражающим покрытием (CD-ROM). В качестве носителей, использующих изменение магнитных свойств, можно назвать магнитные ленты и диски. Регистрация данных путем изменения химического состава поверхностных веществ носителя широко используется в фотографии. На биохимическом уровне происходит накопление и передача данных в живой природе.
Носители данных интересуют нас не сами по себе, а постольку, поскольку свойства информации весьма тесно связаны со свойствами ее носителей. Любой носитель можно характеризовать параметром разрешающей способности (количеством данных, записанных в принятой для носителя единице измерения) и динамическим диапазоном (логарифмическим отношением интенсивности амплитуд максимального и минимального регистрируемого сигналов). От этих свойств носителя нередко зависят такие свойства информации, как полнота, доступность и достоверность. Так, например, мы можем рассчитывать на то, что в базе данных, размещаемой на компакт-диске, проще обеспечить полноту информации, чем в аналогичной по назначению базе данных, размещенной на гибком магнитном диске, поскольку в первом случае плотность записи данных на единице длины дорожки намного выше. Для обычного потребителя доступность информации в книге заметно выше, чем той же информации на компакт-диске, поскольку не все потребители обладают необходимым оборудованием. И, наконец, известно, что визуальный эффект от просмотра слайда в проекторе намного больше, чем от просмотра аналогичной иллюстрации, напечатанной на бумаге, поскольку диапазон яркостных сигналов в проходящем свете на два-три порядка больше, чем в отраженном.
Задача преобразования данных с целью смены носителя относится к одной из важнейших задач информатики. В структуре стоимости вычислительных систем устройства для ввода и вывода данных, работающие с носителями информации, составляют до половины стоимости аппаратных средств.
Операции с данными
В ходе информационного процесса данные преобразуются из одного вида в другой с помощью методов. Обработка данных включает в себя множество различных операций. По мере развития научно-технического прогресса и общего усложнения связей в человеческом обществе трудозатраты на обработку данных неуклонно возрастают. Прежде всего, это связано с постоянным усложнением условий управления производством и обществом. Второй фактор, также вызывающий общее увеличение объемов обрабатываемых данных, тоже связан с научно-техническим прогрессом, а именно с быстрыми темпами появления и внедрения новых носителей данных, средств их хранения и доставки.
В структуре возможных операций с данными можно выделить следующие основные:
сбор данныхнакопление информации с целью обеспечения достаточной полноты для принятия решений;
формализация данных приведение данных, поступающих из разных источников, к одинаковой форме, чтобы сделать их сопоставимыми между собой, то есть повысить их уровень доступности;
фильтрация данных отсеивание «лишних» данных, в которых нет необходимости для принятия решений; при этом должен уменьшаться уровень «шума», а достоверность и адекватность данных должны возрастать;
сортировка данных упорядочение данных по заданному признаку с целью удобства использования; повышает доступность информации;
архивация данных организация хранения данных в удобной и легкодоступной форме; служит для снижения экономических затрат по хранению данных и повышает общую надежность информационного процесса в целом;
защита данных комплекс мер, направленных на предотвращение утраты, воспроизведения и модификации данных;
транспортировка данныхприем и передача (доставка и поставка) данных междуудаленными участниками информационного процесса; при этом источник данных в информатике принято называть сервером, а потребителя клиентом;
преобразование данных перевод данных из одной формы в другую или изодной структуры в другую. Преобразование данных часто связано с изменением типа носителя, например книги можно хранить в обычной бумажной форме,но можно использовать для этого и электронную форму, и микрофотопленку. Необходимость в многократном преобразовании данных возникает также приих транспортировке, особенно если она осуществляется средствами, не предназначенными для транспортировки данного вида данных. В качестве примераможно упомянуть, что для транспортировки цифровых потоков данных по каналамтелефонных сетей (которые изначально были ориентированы только на передачу аналоговых сигналов в узком диапазоне частот) необходимо преобразование цифровых данных в некое подобие звуковых сигналов, чем и занимаются специальные устройства телефонные модемы.
Приведенный здесь список типовых операций с данными далеко не полон. Миллионы людей во всем мире занимаются созданием, обработкой, преобразованием и транспортировкой данных, и на каждом рабочем месте выполняются свои специфические операции, необходимые для управления социальными, экономическими, промышленными, научными и культурными процессами. Полный список возможных операций составить невозможно, да и не нужно. Сейчас нам важен другой вывод: работа с информацией может иметь огромную трудоемкость, и ее надо автоматизировать.
Кодирование данных двоичным кодом
Для автоматизации работы с данными, относящимися к различным типам, очень важно унифицировать их форму представления для этого обычно используется прием кодирования, то есть выражение данных одного типа через данные другого типа. Естественные человеческие языки это не что иное, как системы кодирования понятий для выражения мыслей посредством речи. К языкам близко примыкают азбуки (системы кодирования компонентов языка с помощью графических символов). История знает интересные, хотя и безуспешные попытки создания «универсальных» языков и азбук. По-видимому, безуспешность попыток их внедрения связана с тем, что национальные и социальные образования естественным образом понимают, что изменение системы кодирования общественных данных непременно приводит к изменению общественных методов (то есть норм права и морали), а это может быть связано с социальными потрясениями.
Та же проблема универсального средства кодирования достаточно успешно реализуется в отдельных отраслях техники, науки и культуры. В качестве примеров можно привести систему записи математических выражений, телеграфную азбуку, морскую флажковую азбуку, систему Брайля для слепых и многое другое.
Своя система существует и в вычислительной технике она называется двоичным кодированием и основана на представлении данных последовательностью всего двух знаков: 0 и 1. Эти знаки называются двоичными цифрами, по-английски binary digit или сокращенно bit (бит).
Рис. 1.2. Примеры различных систем кодирования
Одним битом могут быть выражены два понятия: 0 или 1 (да или нет, черное или белое, истина или ложь и т. п.). Если количество битов увеличить до двух, то уже можно выразить четыре различных понятия:
00 01 10 11
Тремя битами можно закодировать восемь различных значений:
000 001 010 011 100 101 ПО 111
Увеличивая на единицу количество разрядов в системе двоичного кодирования, мы увеличиваем в два раза количество значений, которое может быть выражено в данной системе, то есть общая формула имеет вид:
N=2m,
где N количество независимых кодируемых значений;
т разрядность двоичного кодирования, принятая в данной системе.
Кодирование целых и действительных чисел
Целые числа кодируются двоичным кодом достаточно просто достаточно взять целое число и делить его пополам до тех пор, пока частное не будет равно единице. Совокупность остатков от каждого деления, записанная справа налево вместе с последним частным, и образует двоичный аналог десятичного числа.
19:2 = 9+1
9:2 = 4 + 1
4:2=2+0
2:2=1+0
Таким образом, 1910 = 100112.
Для кодирования целых чисел от 0 до 255 достаточно иметь 8 разрядов двоичного кода (8 бит). Шестнадцать бит позволяют закодировать целые числа от 0 до 65 535, а 24 бита уже более 16,5 миллионов разных значений.
Для кодирования действительных чисел используют 80-разрядное кодирование. При этом число предварительно преобразуется в нормализованную форму:
3,1415926 = 0,31415926101
300 000 = 0,3106
123 456 789 = 0,1234567891010
Первая часть числа называется мантиссой, а вторая характеристикой. Большую часть из 80 бит отводят для хранения мантиссы (вместе со знаком) и некоторое фиксированное количество разрядов отводят для хранения характеристики (тоже со знаком).
Кодирование текстовых данных
Если каждому символу алфавита сопоставить определенное целое число (например, порядковый номер), то с помощью двоичного кода можно кодировать и текстовую информацию. Восьми двоичных разрядов достаточно для кодирования 256 различных символов. Этого хватит, чтобы выразить различными комбинациями восьми битов все символы английского и русского языков, как строчные, так и прописные, а также знаки препинания, символы основных арифметических действий и некоторые общепринятые специальные символы, например символ «§».
Технически это выглядит очень просто, однако всегда существовали достаточно веские организационные сложности. В первые годы развития вычислительной техники они были связаны с отсутствием необходимых стандартов, а в настоящее время вызваны, наоборот, изобилием одновременно действующих и противоречивых стандартов. Для того чтобы весь мир одинаково кодировал текстовые данные, нужны единые таблицы кодирования, а это пока невозможно из-за противоречий между символами национальных алфавитов, а также противоречий корпоративного характера.
Для английского языка, захватившего де-факто нишу международного средства общения, противоречия уже сняты. Институт стандартизации США (ANSIAmerican National Standard Institute) ввел в действие систему кодирования ASCII (American Standard Code for Information Interchange стандартный код информационного обмена США). В системе ASCII закреплены две таблицы кодирования базовая и расширенная. Базовая таблица закрепляет значения кодов от 0 до 127, а расширенная относится к символам с номерами от 128 до 255.
Первые 32 кода базовой таблицы, начиная с нулевого, отданы производителям аппаратных средств (в первую очередь производителям компьютеров и печатающих устройств). В этой области размещаются так называемые управляющие коды, которым не соответствуют никакие символы языков, и, соответственно, эти коды не выводятся ни на экран, ни на устройства печати, но ими можно управлять тем, как производится вывод прочих данных.
Начиная с кода 32 по код 127 размещены коды символов английского алфавита, знаков препинания, цифр, арифметических действий и некоторых вспомогательных символов. Базовая таблица кодировки ASCII приведена в таблице 1.1.
Аналогичные системы кодирования текстовых данных были разработаны и в других странах. Так, например, в СССР в этой области действовала система кодирования КОИ-7 (код обмена информацией, семизначный). Однако поддержка производителей оборудования и программ вывела американский код ASCII на уровень международного стандарта, и национальным системам кодирования пришлось «отступить» во вторую, расширенную часть системы кодирования, определяющую значения кодов со 128 по 255. Отсутствие единого стандарта в этой области привело к множественности одновременно действующих кодировок. Только в России можно указать три действующих стандарта кодировки и еще два устаревших.
Так, например, кодировка символов русского языка, известная как кодировка Windows-1251, была введена «извне» компанией Microsoft, но, учитывая широкое распространение операционных систем и других продуктов этой компании в России, она глубоко закрепилась и нашла широкое распространение (таблица 1.2). Эта кодировка используется на большинстве локальных компьютеров, работающих на платформе Windows.
Другая распространенная кодировка носит название КОИ-8 (код обмена информацией, восьмизначный) ее происхождение относится ко временам действия Совета Экономической Взаимопомощи государств Восточной Европы (таблица 1.3). Сегодня кодировка КОИ-8 имеет широкое распространение в компьютерных сетях на территории России и в российском секторе Интернета.
Международный стандарт, в котором предусмотрена кодировка символов русского алфавита, носит название кодировки /50 (International Standard Organization Международный институт стандартизации). На практике данная кодировка используется редко (таблица 1.4).
На компьютерах, работающих в операционных системах MS-DOS, могут действовать еще две кодировки (кодировка ГОСТ и кодировка ГОСТ-альтернативная). Первая из них считалась устаревшей даже в первые годы появления персональной вычислительной техники, но вторая используется и по сей день (см. таблицу 1.5).
В связи с изобилием систем кодирования текстовых данных, действующих в России, возникает задача межсистемного преобразования данных это одна из распространенных задач информатики.
Универсальная система кодирования текстовых данных
Если проанализировать организационные трудности, связанные с созданием единой системы кодирования текстовых данных, то можно прийти к выводу, что они вызваны ограниченным набором кодов (256). В то же время очевидно, что если, например, кодировать символы не восьмиразрядными двоичными числами, а числами с большим количеством разрядов, то и диапазон возможных значений кодов станет намного больше. Такая система, основанная на 16-разрядном кодировании символов, получила название универсальной UNICODE. Шестнадцать разрядов позволяют обеспечить уникальные коды для 65 536 различных символов этого поля достаточно для размещения в одной таблице символов большинства языков планеты.
Несмотря на тривиальную очевидность такого подхода, простой механический переход на данную систему долгое время сдерживался из-за недостаточных ресурсов средств вычислительной техники (в системе кодирования UNICODE все текстовые документы автоматически становятся вдвое длиннее). Во второй половине 90-х годов технические средства достигли необходимого уровня обеспеченности ресурсами, и сегодня мы наблюдаем постепенный перевод документов и программных средств на универсальную систему кодирования. Для индивидуальных пользователей это еще больше добавило забот по согласованию документов, выполненных в разных системах кодирования, с программными средствами, но это надо понимать как трудности переходного периода.
Кодирование графических данных
Рис. 1.3. Растр это метод кодирования графической информации,
издавна принятый в полиграфии
Если рассмотреть с помощью увеличительного стекла черно-белое графическое изображение, напечатанное в газете или книге, то можно увидеть, что оно состоит из мельчайших точек, образующих характерный узор, называемый растром (рис. 1.3).
Поскольку линейные координаты и индивидуальные свойства каждой точки (яркость) можно выразить с помощью целых чисел, то можно сказать, что растровое кодирование позволяет использовать двоичный код для представления графических данных. Общепринятым на сегодняшний день считается представление черно-белых иллюстраций в виде комбинации точек с 256 градациями серого цвета, и, таким образом, для кодирования яркости любой точки обычно достаточно восьмиразрядного двоичного числа.
Для кодирования цветных графических изображений применяется принцип декомпозиции произвольного цвета на основные составляющие. В качестве таких составляющих используют три основные цвета: красный (Red, К), зеленый (Green, G) и синий (Blue, В). На практике считается (хотя теоретически это не совсем так), что любой цвет, видимый человеческим глазом, можно получить путем механического смешения этих трех основных цветов. Такая система кодирования называется системой RGB по первым буквам названий основных цветов.
Если для кодирования яркости каждой из основных составляющих использовать по 256 значений (восемь двоичных разрядов), как это принято для полутоновых черно-белых изображений, то на кодирование цвета одной точки надо затратить 24 разряда. При этом система кодирования обеспечивает однозначное определение 16,5 млн различных цветов, что на самом деле близко к чувствительности человеческого глаза. Режим представления цветной графики с использованием 24 двоичных разрядов называется полноцветным (True Color).
Каждому из основных цветов можно поставить в соответствие дополнительный цвет, то есть цвет, дополняющий основной цвет до белого. Нетрудно заметить, что для любого из основных цветов дополнительным будет цвет, образованный суммой пары остальных основных цветов. Соответственно, дополнительными цветами являются: голубой (Cyan, С), пурпурный (Magenta, M) и желтый (Yellow, У). Принцип декомпозиции произвольного цвета на составляющие компоненты можно применять не только для основных цветов, но и для дополнительных, то есть любой цвет можно представить в виде суммы голубой, пурпурной и желтой составляющей. Такой метод кодирования цвета принят в полиграфии, но в полиграфии используется еще и четвертая краска черная (Black, К). Поэтому данная система кодирования обозначается четырьмя буквами CMYK (черный цвет обозначается буквой К, потому, что буква В уже занята синим цветом), и для представления цветной графики в этой системе надо иметь 32 двоичных разряда. Такой режим тоже называется полноцветным (True Color).
Если уменьшить количество двоичных разрядов, используемых для кодирования цвета каждой точки, то можно сократить объем данных, но при этом диапазон кодируемых цветов заметно сокращается. Кодирование цветной графики 16-разрядными двоичными числами называется режимом High Color.
При кодировании информации о цвете с помощью восьми бит данных можно передать только 256 цветовых оттенков. Такой метод кодирования цвета называется индексным. Смысл названия в том, что, поскольку 256 значений совершенно недостаточно, чтобы передать весь диапазон цветов, доступный человеческому глазу, код каждой точки растра выражает не цвет сам по себе, а только его номер (индекс) в некоей справочной таблице, называемой палитрой. Разумеется, эта палитра должна прикладываться к графическим данным без нее нельзя воспользоваться методами воспроизведения информации на экране или бумаге (то есть, воспользоваться, конечно, можно, но из-за неполноты данных полученная информация не будет адекватной: листва на деревьях может оказаться красной, а небо зеленым).
Кодирование звуковой информации
Приемы и методы работы со звуковой информацией пришли в вычислительную технику наиболее поздно. К тому же, в отличие от числовых, текстовых и графических данных, у звукозаписей не было столь же длительной и проверенной истории кодирования. В итоге методы кодирования звуковой информации двоичным кодом далеки от стандартизации. Множество отдельных компаний разработали свои корпоративные стандарты, но если говорить обобщенно, то можно выделить два основных направления.
Метод FM (Frequency Modulation) основан на том, что теоретически любой сложный звук можно разложить на последовательность простейших гармонических сигналов разных частот, каждый из которых представляет собой правильную синусоиду, а следовательно, может быть описан числовыми параметрами, то есть кодом. В природе звуковые сигналы имеют непрерывный спектр, то есть являются аналоговыми. Их разложение в гармонические ряды и представление в виде дискретных цифровых сигналов выполняют специальные устройства аналогово-цифровые преобразователи (АЦП). Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодированного числовым кодом, выполняют цифро-аналоговые преобразователи (ДАЛ). При таких преобразованиях неизбежны потери информации, связанные с методом кодирования, поэтому качество звукозаписи обычно получается не вполне удовлетворительным и соответствует качеству звучания простейших электромузыкальных инструментов с окрасом, характерным для электронной музыки. В то же время данный метод кодирования обеспечивает весьма компактный код, и потому он нашел применение еще в те годы, когда ресурсы средств вычислительной техники были явно недостаточны.
Метод таблично-волнового ( Wave-Table) синтеза лучше соответствует современному уровню развития техники. Если говорить упрощенно, то можно сказать, что где-то в заранее подготовленных таблицах хранятся образцы звуков для множества различных музыкальных инструментов (хотя не только для них). В технике такие образцы называют сэмплами. Числовые коды выражают тип инструмента, номер его модели, высоту тона, продолжительность и интенсивность звука, динамику его изменения, некоторые параметры среды, в которой происходит звучание, а также прочие параметры, характеризующие особенности звука. Поскольку в качестве образцов используются «реальные» звуки, то качество звука, полученного в результате синтеза, получается очень высоким и приближается к качеству звучания реальных музыкальных инструментов.
Основные структуры данных
Работа с большими наборами данных автоматизируется проще, когда данные упорядочены, то есть образуют заданную структуру. Существует три основных типа структур данных: линейная, иерархическая и табличная. Их можно рассмотреть на примере обычной книги.
Если разобрать книгу на отдельные листы и перемешать их, книга потеряет свое назначение. Она по-прежнему будет представлять набор данных, но подобрать адекватный метод для получения из нее информации весьма непросто. (Еще хуже дело будет обстоять, если из книги вырезать каждую букву отдельно в этом случае вряд ли вообще найдется адекватный метод для ее прочтения.)
Если же собрать все листы книги в правильной последовательности, мы получим простейшую структуру данных линейную. Такую книгу уже можно читать, хотя для поиска нужных данных ее придется прочитать подряд, начиная с самого начала, что не всегда удобно.
Для быстрого поиска данных существует иерархическая структура. Так, например, книги разбивают на части, разделы, главы, параграфы и т. п. Элементы структуры более низкого уровня входят в элементы структуры более высокого уровня: разделы состоят из глав, главы из параграфов и т. д.
Для больших массивов поиск данных в иерархической структуре намного проще, чем в линейной, однако и здесь необходима навигация, связанная с необходимостью просмотра. На практике задачу упрощают тем, что в большинстве книг есть вспомогательная перекрестная таблица, связывающая элементы иерархической структуры с элементами линейной структуры, то есть связывающая разделы, главы и параграфы с номерами страниц. В книгах с простой иерархической структурой, рассчитанных на последовательное чтение, эту таблицу принято называть оглавлением, а в книгах со сложной структурой, допускающей выборочное чтение, ее называют содержанием.
Линейные структуры (списки данных, векторы данных)
Линейные структуры это хорошо знакомые нам списки. Список это простейшая структура данных, отличающаяся тем, что каждый элемент данных однозначно определяется своим номером в массиве. Проставляя номера на отдельных страницах рассыпанной книги, мы создаем структуру списка. Обычный журнал посещаемости занятий, например, имеет структуру списка, поскольку все студенты группы зарегистрированы в нем под своими уникальными номерами. Мы называем номера уникальными потому, что в одной группе не могут быть зарегистрированы два студента с одним и тем же номером.
При создании любой структуры данных надо решить два вопроса: как разделять элементы данных между собой и как разыскивать нужные элементы. В журнале посещаемости, например, это решается так: каждый новый элемент списка заносится с новой строки, то есть разделителем является конец строки. Тогда нужный элемент можно разыскать по номеру строки.
N п/п Фамилия, Имя, Отчество
………………………………………………..
27 Сорокин Сергей Семенович
Разделителем может быть и какой-нибудь специальный символ. Нам хорошо известны разделители между словами это пробелы. В русском и во многих европейских языках общепринятым разделителем предложений является точка. В рассмотренном нами классном журнале в качестве разделителя можно использовать любой символ, который не встречается в самих данных, например символ «*». Тогда наш список выглядел бы так:
Аистов Александр Алексеевич * Бобров Борис Борисович * Воробьева Валентина Владиславовна *... * Сорокин Сергей Семенович
В этом случае для розыска элемента с номером п надо просмотреть список начиная с самого начала и пересчитать встретившиеся разделители. Когда будет отсчитано n-i разделителей, начнется нужный элемент. Он закончится, когда будет встречен следующий разделитель.
Еще проще можно действовать, если все элементы списка имеют равную длину. В этом случае разделители в списке вообще не нужны. Для розыска элемента с номером п надо просмотреть список с самого начала и отсчитать а(и-1) символ, где а длина одного элемента. Со следующего символа начнется нужный элемент. Его длина тоже равна а, поэтому его конец определить нетрудно. Такие упрощенные списки, состоящие из элементов равной длины, называют векторами данных. Работать с ними особенно удобно.
Таким образом, линейные структуры данных (списки) это упорядоченные структуры, в которых адрес элемента однозначно определяется его номером.
Табличные структуры (таблицы данных, матрицы данных)
С таблицами данных мы тоже хорошо знакомы, достаточно вспомнить всем известную таблицу умножения. Табличные структуры отличаются от списочных тем, что элементы данных определяются адресом ячейки, который состоит не из одного параметра, как в списках, а из нескольких. Для таблицы умножения, например, адрес ячейки определяется номерами строки и столбца. Нужная ячейка находится на их пересечении, а элемент выбирается из ячейки.
При хранении табличных данных количество разделителей должно быть больше, чем для данных, имеющих структуру списка. Например, когда таблицы печатают в книгах, строки и столбцы разделяют графическими элементами линиями вертикальной и горизонтальной разметки (рис. 1.4).
Если нужно сохранить таблицу в виде длинной символьной строки, используют один символ-разделитель между элементами, принадлежащими одной строке, и другой разделитель для отделения строк, например так:
Меркурий*0,39*0,056*0#Ввнера*0,67*0,88*0#Земля*1,0*1(0*1#Марс*1)б1*0,1*2#...
Планета |
Расстояние до Солнца, а.е. |
Относительная масса |
Количество спутников |
Меркурий |
0,39 |
0,056 |
0 |
Венера |
0,67 |
0,88 |
0 |
Земля |
1,0 |
1,0 |
1 |
Марс |
1,51 |
0,1 |
2 |
Юпитер |
5,2 |
318 |
16 |
Рис. 1.4. В двумерных таблицах, которые печатают в книгах, применяется
два типа разделителей вертикальные и горизонтальные
Для розыска элемента, имеющего адрес ячейки (т,п), надо просмотреть набор данных с самого начала и пересчитать внешние разделители. Когда будет отсчитан т-1 разделитель, надо пересчитывать внутренние разделители. После того как будет найден и-1 разделитель, начнется нужный элемент. Он закончится, когда будет встречен любой очередной разделитель.
Еще проще можно действовать, если все элементы таблицы имеют равную длину. Такие таблицы называют матрицами. В данном случае разделители не нужны, поскольку все элементы имеют равную длину и количество их известно. Для розыска элемента с адресом (т, п) в матрице, имеющей М строк и N столбцов, надо просмотреть ее с самого начала и отсчитать a [N(m -1) + (п -1)] символ, где а длина одного элемента. Со следующего символа начнется нужный элемент. Его длина тоже равна а, поэтому его конец определить нетрудно.
Таким образом, табличные структуры данных (матрицы) это упорядоченные структуры, в которых адрес элемента определяется номером строки и номером столбца, на пересечении которых находится ячейка, содержащая искомый элемент.
Многомерные таблицы. Выше мы рассмотрели пример таблицы, имеющей два измерения (строка и столбец), но в жизни нередко приходится иметь дело с таблицами, у которых количество измерений больше. Вот пример таблицы, с помощью которой может быть организован учет учащихся.
Номер факультета: 3
Номер курса (на факультете): 2
Номер специальности (на курсе): 2
Номер группы в потоке одной специальности: 1
Номер учащегося в группе: 19
Размерность такой таблицы равна пяти, и для однозначного отыскания данных об учащемся в подобной структуре надо знать все пять параметров (координат).
Иерархические структуры данных
Нерегулярные данные, которые трудно представить в виде списка или таблицы, часто представляют в виде иерархических структур. С подобными структурами мы очень хорошо знакомы по обыденной жизни. Иерархическую структуру имеет система почтовых адресов. Подобные структуры также широко применяют в научных систематизациях и всевозможных классификациях (рис. 1.5).
Рис. 1.5. Пример иерархической структуры данных
В иерархической структуре адрес каждого элемента определяется путем доступа (маршрутом), ведущим от вершины структуры к данному элементу. Вот, например, как выглядит путь доступа к команде, запускающей программу Калькулятор (стандартная программа компьютеров, работающих в операционной системе Windows 98):
Пуск > Программы > Стандартные > Калькулятор.
Дихотомия данных. Основным недостатком иерархических структур данных является увеличенный размер пути доступа. Очень часто бывает так, что длина маршрута оказывается больше, чем длина самих данных, к которым он ведет. Поэтому в информатике применяют методы для регуляризации иерархических структур с тем, чтобы сделать путь доступа компактным. Один из методов получил название дихотомии. Его суть понятна из примера, представленного на рис. 1.6.
В иерархической структуре, построенной методом дихотомии, путь доступа к любому элементу можно представить как путь через рациональный лабиринт с поворотами налево (0) или направо (1) и, таким образом, выразить путь доступа в виде компактной двоичной записи. В нашем примере путь доступа к текстовому процессору Word 2000 выразится следующим двоичным числом: 1010.
Упорядочение структур данных
Списочные и табличные структуры являются простыми. Ими легко пользоваться, поскольку адрес каждого элемента задается числом (для списка), двумя числами (для двумерной таблицы) или несколькими числами для многомерной таблицы. Они также легко упорядочиваются. Основным методом упорядочения является сортировка. Данные можно сортировать по любому избранному критерию, например: по алфавиту, по возрастанию порядкового номера или по возрастанию какого-либо параметра.
Рис. 1.6. Пример, поясняющий принцип действия метода дихотомии
Несмотря на многочисленные удобства, у простых структур данных есть и недостаток их трудно обновлять. Если, например, перевести студента из одной группы в другую, изменения надо вносить сразу в два журнала посещаемости; при этом в обоих журналах будет нарушена списочная структура. Если переведенного студента вписать в конец списка группы, нарушится упорядочение по алфавиту, а если его вписать в соответствии с алфавитом, то изменятся порядковые номера всех студентов, которые следуют за ним.
Таким образом, при добавлении произвольного элемента в упорядоченную структуру списка может происходить изменение адресных данных у других элементов. В журналах успеваемости это пережить нетрудно, но в системах, выполняющих автоматическую обработку данных, нужны специальные методы для решения этой проблемы.
Иерархические структуры данных по форме сложнее, чем линейные и табличные, но они не создают проблем с обновлением данных. Их легко развивать путем создания новых уровней. Даже если в учебном заведении будет создан новый факультет, это никак не отразится на пути доступа к сведениям об учащихся прочих факультетов.
Недостатком иерархических структур является относительная трудоемкость записи адреса элемента данных и сложность упорядочения. Часто методы упорядочения в таких структурах основывают на предварительной индексации, которая заключается в том, что каждому элементу данных присваивается свой уникальный индекс, который можно использовать при поиске, сортировке и т. п. Ранее рассмотренный принцип дихотомии на самом деле является одним из методов индексации данных в иерархических структурах. После такой индексации данные легко разыскиваются по двоичному коду связанного с ними индекса.
Адресные данные. Если данные хранятся не как попало, а в организованной структуре (причем любой), то каждый элемент данных приобретает новое свойство (параметр), который можно назвать адресом. Конечно, работать с упорядоченными данными удобнее, но за это приходится платить их размножением, поскольку адреса элементов данных это тоже данные, и их тоже надо хранить и обрабатывать.
Единицы представления данных
Существует множество систем представления данных. С одной из них, принятой в информатике и вычислительной технике, двоичным кодом, мы познакомились выше. Наименьшей единицей такого представления является бит (двоичный разряд).
Совокупность двоичных разрядов, выражающих числовые или иные данные, образует некий битовый рисунок. Практика показывает, что с битовым представлением удобнее работать, если этот рисунок имеет регулярную форму. В настоящее время в качестве таких форм используются группы из восьми битов, которые называются байтами.
Десятичное число |
Двоичное число |
Байт |
1 |
1 |
0000 0001 |
2 |
10 |
0000 0010 |
255 |
11111111 |
1111 1111 |
Понятие о байте, как группе взаимосвязанных битов, появилось вместе с первыми образцами электронной вычислительной техники. Долгое время оно было машинно-зависимым^ то есть для разных вычислительных машин длина байта была разной. Только в конце 60-х годов понятие байта стало универсальным и машиннонезависимым.
Выше мы видели, что во многих случаях целесообразно использовать не восьмиразрядное кодирование, а 16-разрядное, 24-разрядное, 32-разрядное и более. Группа из 16 взаимосвязанных бит (двух взаимосвязанных байтов) в информатике называется словом. Соответственно, группы из четырех взаимосвязанных байтов (32 разряда) называются удвоенным словом, а группы из восьми байтов (64 разряда) учетверенным словом. Пока, на сегодняшний день, такой системы обозначения достаточно.
Единицы измерения данных
Существует много различных систем и единиц измерения данных. Каждая научная дисциплина и каждая область человеческой деятельности может использовать свои, наиболее удобные или традиционно устоявшиеся единицы. В информатике для измерения данных используют тот факт, что разные типы данных имеют универсальное двоичное представление, и потому вводят свои единицы данных, основанные на нем.
Наименьшей единицей измерения является байт. Поскольку одним байтом, как правило, кодируется один символ текстовой информации, то для текстовых документов размер в байтах соответствует лексическому объему в символах (пока исключение представляет рассмотренная выше универсальная кодировка UNICODE).
Более крупная единица измерения килобайт (Кбайт). Условно можно считать, что 1 Кбайт примерно равен 1000 байт. Условность связана с тем, что для вычислительной техники, работающей с двоичными числами, более удобно представление чисел в виде степени двойки, и потому на самом деле 1 Кбайт равен 210 байт (1024 байт). Однако всюду, где это не принципиально, с инженерной погрешностью (до 3 %) «забывают» о «лишних» байтах.
В килобайтах измеряют сравнительно небольшие объемы данных. Условно можно считать, что одна страница неформатированного машинописного текста составляет около 2 Кбайт.
Более крупные единицы измерения данных образуются добавлением префиксов мега-, гига-, тера-; в более крупных единицах пока нет практической надобности.
1 Мбайт = 1024 Кбайт = 220 байт 1 Гбайт = 1024 Мбайт = 230 байт 1 Тбайт = 1024 Гбайт = 240 байт
Особо обратим внимание на то, что при переходе к более крупным единицам «инженерная» погрешность, связанная с округлением, накапливается и становится недопустимой, поэтому на старших единицах измерения округление производится реже.
Единицы хранения данных
При хранении данных решаются две проблемы: как сохранить данные в наиболее компактном виде и как обеспечить к ним удобный и быстрый доступ (если доступ не обеспечен, то это не хранение). Для обеспечения доступа необходимо, чтобы данные имели упорядоченную структуру, а при этом, как мы уже знаем, образуется «паразитная нагрузка» в виде адресных данных. Без них нельзя получить доступ к нужным элементам данных, входящих в структуру.
Поскольку адресные данные тоже имеют размер и тоже подлежат хранению, хранить данные в виде мелких единиц, таких, как байты, неудобно. Их неудобно хранить и в более крупных единицах (килобайтах, мегабайтах и т. п.), поскольку неполное заполнение одной единицы хранения приводит к неэффективности хранения.
В качестве единицы хранения данных принят объект переменной длины, называемый файлом. Файл это последовательность произвольного числа байтов, обладающая уникальным собственным именем. Обычно в отдельном файле хранят данные, относящиеся к одному типу. В этом случае тип данных определяет тип файла.
Проще всего представить себе файл в виде безразмерного канцелярского досье, в которое можно по желанию добавлять содержимое или извлекать его оттуда. Поскольку в определении файла нет ограничений на размер, можно представить себе файл, имеющий 0 байтов (пустой файл), и файл, имеющий любое число байтов.
В определении файла особое внимание уделяется имени. Оно фактически несет в себе адресные данные, без которых данные, хранящиеся в файле, не станут информацией из-за отсутствия метода доступа к ним. Кроме функций, связанных с адресацией, имя файла может хранить и сведения о типе данных, заключенных в нем. Для автоматических средств работы с данными это важно, поскольку по имени файла они могут автоматически определить адекватный метод извлечения информации из файла.
Понятие о файловой структуре
Требование уникальности имени файла очевидно без этого невозможно гарантировать однозначность доступа к данным. В средствах вычислительной техники требование уникальности имени обеспечивается автоматически создать файл с именем, тождественным уже имеющемуся, не может ни пользователь, ни автоматика.
Хранение файлов организуется в иерархической структуре, которая в данном случае называется файловой структурой. В качестве вершины структуры служит имя носителя, на котором сохраняются файлы. Далее файлы группируются в каталоги (папки), внутри которых могут быть созданы вложенные каталоги (папки). Путь доступа к файлу начинается с имени устройства и включает все имена каталогов (папок), через которые проходит. В качестве разделителя используется символ «\» (обратная косая черта).
Уникальность имени файла обеспечивается тем, что полным именем файла считается собственное имя файла вместе с путем доступа к нему. Понятно, что в этом случае на одном носителе не может быть двух файлов с тождественными полными именами.
Пример записи полного имени файла:
<имя носителя>\<имя каталога-1>\...\<имя каталога-М>\<собственное имя файла>
Вот пример записи двух файлов, имеющих одинаковое собственное имя и размещенных на одном носителе, но отличающихся путем доступа, то есть полным именем. Для наглядности имена каталогов (папок) напечатаны прописными буквами.
С:\АВТОМАТИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ\ВЕНЕРА\АТМОСФЕРА\Результаты исследований
С:\РАДИОЛОКАЦИЯ\ВЕНЕРА\РЕЛЬЕФ\Результаты исследований
О том, как на практике реализуются файловые структуры, мы узнаем несколько позже, когда познакомимся со средствами вычислительной техники и с понятием файловой системы.
Предмет и задачи информатики
Информатика это техническая наука, систематизирующая приемы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими.
Из этого определения видно, что информатика очень близка к технологии, поэтому ее предмет нередко называют информационной технологией.
Предмет информатики составляют следующие понятия: в аппаратное обеспечение средств вычислительной техники; е программное обеспечение средств вычислительной техники; в средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения; средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.
Как видно из этого списка, в информатике особое внимание уделяется вопросам взаимодействия. Для этого даже есть специальное понятие интерфейс. Методы и средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами называют пользовательским интерфейсом. Соответственно, существуют аппаратные интерфейсы, программные интерфейсы и аппаратно-программные интерфейсы.
Основной задачей информатики является систематизация приемов и методов работы с аппаратными и программными средствами вычислительной техники. Цель систематизации состоит в выделении, внедрении и развитии передовых, наиболее эффективных технологий, в автоматизации этапов работы с данными, а также в методическом обеспечении новых технологических исследований.
Информатика практическая наука. Ее достижения должны проходить подтверждение практикой и приниматься в тех случаях, когда они соответствуют критерию повышения эффективности. В составе основной задачи информатики сегодня можно выделить следующие направления для практических приложений:
архитектура вычислительных систем (приемы и методы построения систем, предназначенных для автоматической обработки данных);
интерфейсы вычислительных систем (приемы и методы управления аппаратным и программным обеспечением);
программирование (приемы, методы и средства разработки компьютерных программ);
преобразование данных (приемы и методы преобразования структур данных);
защита информации (обобщение приемов, разработка методов и средств защиты данных);
автоматизация (функционирование программно-аппаратных средств без участия человека);
стандартизация (обеспечение совместимости между аппаратными и программ ными средствами, а также между форматами представления данных, относящихся к различным типам вычислительных систем).
На всех этапах технического обеспечения информационных процессов для информатики ключевым понятием является эффективность. Для аппаратных средств под эффективностью понимают отношение производительности оборудования к его стоимости (с учетом стоимости эксплуатации и обслуживания). Для программного обеспечения под эффективностью понимают производительность лиц, работающих с ними (пользователей). В программировании под эффективностью понимают объем программного кода, создаваемого программистами в единицу времени.
В информатике все жестко ориентировано на эффективность. Вопрос, как сделать ту или иную операцию, для информатики является важным, но не основным. Основным же является вопрос, как сделать данную операцию эффективно.
Истоки и предпосылки информатики
Слово информатика происходит от французского слова Informatique, образованного в результате объединения терминов Information (информация) и Automatique (автоматика), что выражает ее суть как науки об автоматической обработке информации. Кроме Франции термин информатика используется в ряде стран Восточной Европы. В то же время, в большинстве стран Западной Европы и США используется другой термин Computer Science (наука о средствах вычислительной техники).
В качестве источников информатики обычно называют две наукидокументалистику и кибернетику. Документалистика сформировалась в конце XIX века в связи с бурным развитием производственных отношений. Ее расцвет пришелся на 20-30-е годы XX века, а основным предметом стало изучение рациональных средств и методов повышения эффективности документооборота.
Основы близкой к информатике технической науки кибернетики были заложены трудами по математической логике американского математика Норберта Винера, опубликованными в 1948 году, а само название происходит от греческого слова (kyberneticos искусный в управлении).
Впервые термин кибернетика ввел французский физик Андре Мари Ампер в первой половине XIX веке. Он занимался разработкой единой системы классификации всех наук и обозначил этим термином гипотетическую науку об управлении, которой в то время не существовало, но которая, по его мнению, должна была существовать.
Сегодня предметом кибернетики являются принципы построения и функционирования систем автоматического управления, а основными задачами методы моделирования процесса принятия решений техническими средствами, связь между психологией человека и математической логикой, связь между информационным процессом отдельного индивидуума и информационными процессами в обществе, разработка принципов и методов искусственного интеллекта. На практике кибернетика во многих случаях опирается на те же программные и аппаратные средства вычислительной техники, что и информатика, а информатика, в свою очередь, заимствует у кибернетики математическую и логическую базу для развития этих средств.
Все процессы в природе сопровождаются сигналами. Зарегистрированные сигналы образуют данные. Данные преобразуются, транспортируются и потребляются с помощью методов. При взаимодействии данных и адекватных им методов образуется информация. Информация это динамический объект, образующийся в ходе информационного процесса. Он отражает диалектическую связь между объективными данными и субъективными методами. Свойства информации зависят как от свойств данных, так и от свойств методов.
Данные различаются типами, что связано с различиями в физической природе сигналов, при регистрации которых образовались данные. В качестве средства хранения и транспортировки данных используются носители данных. Для удобства операций с данными их структурируют. Наиболее широко используются следующие структуры: линейная, табличная и иерархическая они различаются методом адресации к данным. При сохранении данных образуются данные нового типа адресные данные.
Вопросами систематизации приемов и методов создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники занимается техническая наука информатика. С целью унификации приемов и методов работы с данными в вычислительной технике применяется универсальная система кодирования данных, называемая двоичным кодом. Элементарной единицей представления данных в двоичном коде является двоичный разряд (бит). Другой, более крупной единицей представления данных является байт.
Основной единицей хранения данных является файл. Файл представляет собой последовательность байтов, имеющую собственное имя. Совокупность файлов образует файловую структуру, которая, как правило, относится к иерархическому типу. Полный адрес файла в файловой структуре является уникальным и включает в себя собственное имя файла и путь доступа к нему.
Вычислительная система, компьютер
Изыскание средств и методов механизации и автоматизации работ одна из основных задач технических дисциплин. Автоматизация работ с данными имеет свои особенности и отличия от автоматизации других типов работ. Для этого класса задач используют особые виды устройств, большинство из которых являются электронными приборами. Совокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки данных, называют вычислительной техникой. Конкретный набор взаимодействующих между собой устройств и программ, предназначенный для обслуживания одного рабочего участка, называют вычислительной системой. Центральным устройством большинства вычислительных систем является компьютер.
Компьютер это электронной прибор, предназначенный для автоматизации создания, хранения, обработки и транспортировки данных.
Принцип действия компьютера
В определении компьютера, как прибора, мы указали определяющий признак электронный. Однако автоматические вычисления не всегда производились электронными устройствами. Известны и механические устройства, способные выполнять расчеты автоматически.
Анализируя раннюю историю вычислительной техники, некоторые зарубежные исследователи нередко в качестве древнего предшественника компьютера называют механическое счетное устройство абак. Подход «от абака» свидетельствует о глубоком методическом заблуждении, поскольку абак не обладает свойством автоматического выполнения вычислений, а для компьютера оно определяющее.
Абак наиболее раннее счетное механическое устройство, первоначально представлявшее собой глиняную пластину с желобами, в которых раскладывались камни, представляющие числа. Появление абака относят к четвертому тысячелетию до н. э. Местом появления считается Азия. В средние века в Европе абак сменился разграфлеными таблицами. Вычисления с их помощью называли счетом на линиях, а в России в XVI-XVII веках, появилось намного более передовое изобретение, применяющееся и поныне русские счеты.
В то же время нам хорошо знаком другой прибор, способный автоматически выполнять вычисления, это часы. Независимо от принципа действия, все виды часов (песочные, водяные, механические, электрические, электронные и др.) обладают способностью генерировать через равные промежутки времени перемещения или сигналы и регистрировать возникающие при этом изменения, то есть выполнять автоматическое суммирование сигналов или перемещений. Этот принцип прослеживается даже в солнечных часах, содержащих только устройство регистрации (роль генератора выполняет система Земля Солнце).
Механические часы прибор, состоящий из устройства, автоматически выполняющего перемещения через равные заданные интервалы времени и устройства регистрации этих перемещений. Место появления первых механических часов неизвестно. Наиболее ранние образцы относятся к XIV веку и принадлежат монастырям (башенные часы).
В основе любого современного компьютера, как и в электронных часах, лежит тактовый генератор, вырабатывающий через равные интервалы времени электрические сигналы, которые используются для приведения в действие всех устройств компьютерной системы. Управление компьютером фактически сводится к управлению распределением сигналов между устройствами. Такое управление может производиться автоматически (в этом случае говорят о программном управлении) или вручную с помощью внешних органов управления кнопок, переключателей, перемычек и т. п. (в ранних моделях). В современных компьютерах внешнее управление в значительной степени автоматизировано с помощью специальных аппаратно-логи-ческих интерфейсов, к которым подключаются устройства управления и ввода данных (клавиатура, мышь, джойстик и другие). В отличие от программного управления такое управление называют интерактивным.
Механические первоисточники
Первое в мире автоматическое устройство для выполнения операции сложения было создано на базе механических часов. В 1623 году его разработал Вильгельм Шикард, профессор кафедры восточных языков в университете Тьюбингена (Германия). В наши дни рабочая модель устройства была воспроизведена по чертежам и подтвердила свою работоспособность. Сам изобретатель в письмах называл машину «суммирующими часами».
В1642 году французский механик БлезПаскаль(1623-1662) разработал более компактное суммирующее устройство (рис. 2.1), которое стало первым в мире механическим калькулятором, выпускавшимся серийно (главным образом для нужд парижских ростовщиков и менял). В 1673 году немецкий математик и философ Г. В. Лейбниц (1646-1717) создал механический калькулятор, который мог выполнять операции умножения и деления путем многократного повторения операций сложения и вычитания.
Рис. 2.1. Суммирующая машина
Паскаля
На протяжении XVIII века, известного как эпоха Просвещения, появились новые, более совершенные модели, но принцип механического управления вычислительными операциями оставался тем же. Идея программирования вычислительных операций пришла из той же часовой промышленности. Старинные монастырские башенные часы были настроены так, чтобы в заданное время включать механизм, связанный с системой колоколов. Такое программирование было жестким одна и та же операция выполнялась в одно и то же время. Идея гибкого программирования механических устройств с помощью перфорированной бумажной ленты впервые была реализована в 1804 году в ткацком станке Жаккарда, после чего оставался только один шаг до программного управления вычислительными операциями.
Рис. 2.2. Чарльз Бэббидж
Этот шаг был сделан выдающимся английским математиком и изобретателем Чарльзом Бэббиджем (1792-1871) в его Аналитической машине, которая, к сожалению, так и не была до конца построена изобретателем при жизни, но была воспроизведена в наши дни по его чертежам, так что сегодня мы вправе говорить об Аналитической машине, как о реально существующем устройстве. Особенностью Аналитической машины стало то, что здесь впервые был реализован принцип разделения информации на команды и данные. Аналитическая машина содержала два крупных узла «склад» и «мельницу». Данные вводились в механическую память «склада» путем установки блоков шестерен, а потом обрабатывались в «мельнице» с использованием команд, которые водились с перфорированных карт (как в ткацком станке Жаккарда).
Исследователи творчества Чарльза Бэббиджа непременно отмечают особую роль в разработке проекта Аналитической машины графини Огасты Ады Лавлейс (1815-1852), дочери известного поэта лорда Байрона. Именно ей принадлежала идея использования перфорированных карт для программирования вычислительных операций (1843). В частности, в одном из писем она писала: «Аналитическая машина точно так же плетет алгебраические узоры, как ткацкий станок воспроизводит цветы и листья». Леди Аду можно с полным основанием назвать самым первым в мире программистом. Сегодня ее именем назван один из известных языков программирования.
Математические первоисточники
Если мы задумаемся над тем, с какими объектами работали первые механические предшественники современного электронного компьютера, то должны признать, что числа представлялись либо в виде линейных перемещений цепных и реечных механизмов, либо в виде угловых перемещений зубчатых и рычажных механизмов. И в том и в другом случае это были перемещения, что не могло не сказываться на габаритах устройств и на скорости их работы. Только переход от регистрации перемещений к регистрации сигналов позволил значительно снизить габариты и повысить быстродействие. Однако на пути к этому достижению потребовалось ввести еще несколько важных принципов и понятий.
Двоичная система Лейбница. В механических устройствах зубчатые колеса могут иметь достаточно много фиксированных и, главное, различимых между собой положений. Количество таких положений, по крайней мере, равно числу зубьев шестерни. В электрических и электронных устройствах речь идет не о регистрации положений элементов конструкции, а о регистрации состояний элементов устройства. Таких устойчивых к различимых состояний всего два: включен выключен; открыт закрыт; заряжен разряжен и т. п. Поэтому традиционная десятичная система, использованная в механических калькуляторах, неудобна для электронных вычислительных устройств.
Рис. 2.3. Готфрид Вильгельм Лейбниц
Возможность представления любых чисел (да и не только чисел) двоичными цифрами впервые была предложена Готфридом Вильгельмом Лейбницем в 1666 году Он пришел к двоичной системе счисления, занимаясь исследованиями философской концепции единства и борьбы противоположностей. Попытка представить мироздание в виде непрерывного взаимодействия двух начал («черного» и «белого», мужского и женского, добра и зла) и применить к его изучению методы «чистой» математики подтолкнули Лейбница к изучению свойств двоичного представления данных с помощью нулей и единиц. Надо сказать, что Лейбницу уже тогда приходила в голову мысль о возможности использования двоичной системы в вычислительном устройстве, но, поскольку для механических устройств в этом не было никакой необходимости, он не стал использовать в своем калькуляторе (1673 году) принципы двоичной системы.
Математическая логика Джорджа Буля. Говоря о творчестве Джорджа Буля, исследователи истории вычислительной техники непременно подчеркивают, что этот выдающийся английский ученый первой половины XIX века был самоучкой. Возможно, именно благодаря отсутствию «классического» (в понимании того времени) образования, Джордж Буль внес в логику, как в науку, революционные изменения.
Занимаясь исследованием законов мышления, он применил в логике систему формальных обозначений и правил, близкую к математической. Впоследствии эту систему назвали логической алгеброй или булевой алгеброй. Правила этой системы применимы к самым разнообразным объектам и их группам (множествам, по терминологии автора). Основное назначение системы, по замыслу Дж. Буля, состояло в том, чтобы кодировать логические высказывания и сводить структуры логических умозаключений к простым выражениям, близким по форме к математическим формулам. Результатом
Рис. 2.4. Джордж Буль
формального расчета логического выражения является одно из двух логических значений: истина или ложь.
Значение логической алгебры долгое время игнорировалось, поскольку ее приемы и методы не содержали практической пользы для науки и техники того времени. Однако, когда появилась принципиальная возможность создания средств вычислительной техники на электронной базе, операции, введенные Булем, оказались весьма полезны. Они изначально ориентированы на работу только с двумя сущностями: истина и ложь. Нетрудно понять, как они пригодились для работы с двоичным кодом, который в современных компьютерах тоже представляется всего двумя сигналами: ноль и единица.
Не вся система Джорджа Буля (как и не все предложенные им логические операции) были использованы при создании электронных вычислительных машин, но четыре основные операции: И (пересечение), ИЛИ (объединение'), НЕ (обращение) и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ лежат в основе работы всех видов процессоров современных компьютеров.
Рис. 2.5. Основные операции логической алгебры
Существует достаточно много систем классификации компьютеров. Мы рассмотрим лишь некоторые из них, сосредоточившись на тех, о которых наиболее часто упоминают в доступной технической литературе и средствах массовой информации.
Классификация по назначению
Классификация по назначению один из наиболее ранних методов классификации. Он связан с тем, как компьютер применяется. По этому принципу различают большие ЭВМ (электронно-вычислительные машины), мини-ЭВМ, микро-ЭВМ и персональные компьютеры, которые, в свою очередь, подразделяют па массовые, деловые, портативные, развлекательные и рабочие станции.
Большие ЭВМ. Это самые мощные компьютеры. Их применяют для обслуживания очень крупных организаций и даже целых отраслей народного хозяйства. За рубежом компьютеры этого класса называют мэйнфреймами (mainframe). В России за ними закрепился термин большие ЭВМ. Штат обслуживания большой ЭВМ составляет до многих десятков человек. На базе таких суперкомпьютеров создают вычислительные центры, включающие в себя несколько отделов или групп.
Рис. 2.6. Структура современного вычислительного центра
на базе большой ЭВМ
Центральный процессор основной блок ЭВМ, в котором непосредственно и происходит обработка данных и вычисление результатов. Обычно центральный процессор представляет собой несколько стоек аппаратуры и размещается в отдельном помещении, в котором соблюдаются повышенные требования по температуре, влажности, защищенности от электромагнитных помех, пыли и дыма.
Группа системного программирования занимается разработкой, отладкой и внедрением программного обеспечения, необходимого для функционирования самой вычислительной системы. Работников этой группы называют системными программистами. Они должны хорошо знать техническое устройство всех компонентов ЭВМ, поскольку их программы предназначены в первую очередь для управления физическими устройствами. Системные программы обеспечивают взаимодействие программ более высокого уровня с оборудованием, то есть группа системного программирования обеспечивает программно-аппаратный интерфейс вычислительной системы.
Группа прикладного программирования занимается созданием программ для выполнения конкретных операций с данными. Работников этой группы называют прикладными программистами. В отличие от системных программистов им не надо знать техническое устройство компонентов ЭВМ, поскольку их программы работают не с устройствами, а с программами, подготовленными системными программистами. С другой стороны, с их программами работают пользователи, то есть конкретные исполнители работ. Поэтому можно говорить о том, что группа прикладного программирования обеспечивает пользовательский интерфейс вычислительной системы.
Труппа подготовки данных занимается подготовкой данных, с которыми будут работать программы, созданные прикладными программистами. Во многих случаях сотрудники этой группы сами вводят данные с помощью клавиатуры, но они могут выполнять и преобразование готовых данных из одного вида в другой. Так, например, они могут получать иллюстрации, нарисованные художниками на бумаге, и преобразовывать их в электронный вид с помощью специальных устройств, называемых сканерами.
Группа технического обеспечения занимается техническим обслуживанием всей вычислительной системы, ремонтом и наладкой устройств, а также подключением новых устройств, необходимых для работы прочих подразделений.
Группа информационного обеспечения обеспечивает технической информацией все прочие подразделения вычислительного центра по их заказу. Эта же группа создает и хранит архивы ранее разработанных программ и накопленных данных. Такие архивы называют библиотеками программ или банками данных.
Отдел выдачи данных получает данные от центрального процессора и преобразует их в форму, удобную для заказчика. Здесь информация распечатывается на печатающих устройствах (принтерах) или отображается на экранах дисплеев.
Большие ЭВМ отличаются высокой стоимостью оборудования и обслуживания, поэтому работа таких суперкомпьютеров организована по непрерывному циклу. Наиболее трудоемкие и продолжительные вычисления планируют на ночные часы, когда количество обслуживающего персонала минимально. В дневное время ЭВМ исполняет менее трудоемкие, но более многочисленные задачи. При этом для повышения эффективности компьютер работает одновременно с несколькими задачами и, соответственно, с несколькими пользователями. Он поочередно переключается с одной задачи на другую и делает это настолько быстро и часто, что у каждого пользователя создается впечатление, будто компьютер работает только с ним. Такое распределение ресурсов вычислительной системы носит название принципа разделения времени.
Мини-ЭВМ
От больших ЭВМ компьютеры этой группы отличаются уменьшенными размерами и, соответственно, меньшей производительностью и стоимостью. Такие компьютеры используются крупными предприятиями, научными учреждениями и некоторыми высшими учебными заведениями, сочетающими учебную деятельность с научной.
Мини-ЭВМ часто применяют для управления производственными процессами. Например, в механическом цехе компьютер может поддерживать ритмичность подачи заготовок, узлов и комплектующих на рабочие места, управлять гибкими автоматизированными линиями и промышленными роботами, собирать информацию с инструментальных постов технического контроля и сигнализировать о необходимости замены изношенных инструментов и приспособлений, готовить данные для станков с числовым программным управлением, а также своевременно информировать цеховые и заводские службы о необходимости выполнения мероприятий по переналадке оборудования.
Тот же компьютер может сочетать управление производством с другими задачами. Например, он может помогать экономистам в осуществлении контроля за себестоимостью продукции, нормировщикам в оптимизации времени технологических операций, конструкторам в автоматизации проектирования станочных приспособлений, бухгалтерии в осуществлении учета первичных документов и подготовки регулярных отчетов для налоговых органов. Для организации работы с мини-ЭВМ тоже требуется специальный вычислительный центр, хотя и не такой многочисленный, как для больших ЭВМ.
Микро-ЭВМ
Компьютеры данного класса доступны многим предприятиям. Организации, использующие микро-ЭВМ, обычно не создают вычислительные центры. Для обслуживания такого компьютера им достаточно небольшой вычислительной лаборатории в составе нескольких человек. В число сотрудников вычислительной лаборатории обязательно входят программисты, хотя напрямую разработкой программ они не занимаются. Необходимые системные программы обычно покупают вместе с микро-ЭВМ, а разработку нужных прикладных программ заказывают более крупным вычислительным центрам или специализированным организациям.
Программисты вычислительной лаборатории занимаются внедрением приобретенного или заказанного программного обеспечения, выполняют его доводку и настройку, согласовывают его работу с другими программами и устройствами компьютера. Хотя программисты этой категории и не разрабатывают системные и прикладные программы, они могут вносить в них изменения, создавать или изменять отдельные фрагменты. Это требует высокой квалификации и универсальных знаний. Программисты, обслуживающие микро-ЭВМ, часто сочетают в себе качества системных и прикладных программистов одновременно.
Несмотря на относительно невысокую производительность по сравнению с большими ЭВМ, микро-ЭВМ находят применение и в крупных вычислительных центрах. Там им поручают вспомогательные операции, для которых нет смысла использовать дорогие суперкомпьютеры. К таким задачам, например, относится предварительная подготовка данных.
Персональные компьютеры (ПК)
Эта категория компьютеров получила особо бурное развитие в течение последних двадцати лет. Из названия видно, что такой компьютер предназначен для обслуживания одного рабочего места. Как правило, с персональным компьютером работает один человек. Несмотря на свои небольшие размеры и относительно невысокую стоимость, современные персональные компьютеры обладают немалой производительностью. Многие современные персональные модели превосходят большие ЭВМ 70-х годов, мини-ЭВМ 80-х годов и микро-ЭВМ первой половины 90-х годов. Персональный компьютер (Personal Computer, PC) вполне способен удовлетворить большинство потребностей малых предприятий и отдельных лиц.
Особенно широкую популярность персональные компьютеры получили после 1995 года в связи с бурным развитием Интернета. Персонального компьютера вполне достаточно для использования всемирной сети в качестве источника научной, справочной, учебной, культурной и развлекательной информации. Персональные компьютеры являются также удобным средством автоматизации учебного процесса по любым дисциплинам, средством организации дистанционного (заочного) обучения и средством организации досуга. Они вносят большой вклад не только в производственные, но и в социальные отношения. Их нередко используют для организации надомной трудовой деятельности, что особенно важно в условиях безработицы.
До последнего времени модели персональных компьютеров условно рассматривали в двух категориях: бытовые ПК и профессиональные ПК. Бытовые модели, как правило, имели меньшую производительность, но в них были приняты особые меры для работы с цветной графикой и звуком, чего не требовалось для профессиональных моделей. В связи с достигнутым в последние годы резким удешевлением средств вычислительной техники, границы между профессиональными и бытовыми моделями в значительной степени стерлись, и сегодня в качестве бытовых нередко используют высокопроизводительные профессиональные модели, а профессиональные модели, в свою очередь, комплектуют устройствами для воспроизведения мультимедийной информации, что ранее было характерно для бытовых устройств.
Под термином мультимедиа подразумевается сочетание нескольких видов данных в одном документе (текстовые, графические, музыкальные и видеоданные) или совокупность устройств для воспроизведения этого комплекса данных.
Начиная с 1999 года в области персональных компьютеров начинает действовать международный сертификационный стандарт спецификация РС99. Он регламентирует принципы классификации персональных компьютеров и оговаривает минимальные и рекомендуемые требования к каждой из категорий. Новый стандарт устанавливает следующие категории персональных компьютеров:
Consumer PC (массовый ПК);
Office PC (деловой ПК);
Mobile PC (портативный ПК);
Workstation PC (рабочая станция);
Entertainmemt PC (развлекательный ПК).
Согласно спецификации РС99 большинство персональных компьютеров, присутствующих в настоящее время на рынке, попадают в категорию массовых ПК. Для деловых ПК минимизированы требования к средствам воспроизведения графики, а к средствам работы со звуковыми данными требования вообще не предъявляются. Для портативных ПК обязательным является наличие средств для создания соединений удаленного доступа, то есть средств компьютерной связи. В категории рабочих станций повышены требования к устройствам хранения данных, а в категории развлекательных ПК к средствам воспроизведения графики и звука.
Другие виды классификации компьютеров
Классификация по уровню специализации. По уровню специализации компьютеры делят на универсальные и специализированные. На базе универсальных компьютеров можно собирать вычислительные системы произвольного состава (состав компьютерной системы называется конфигурацией). Так, например, один и тот же персональный компьютер можно использовать для работы с текстами, музыкой, графикой, фото- и видеоматериалами.
Специализированные компьютеры предназначены для решения конкретного круга задач. К таким компьютерам относятся, например, бортовые компьютеры автомобилей, судов, самолетов, космических аппаратов. Бортовые компьютеры управляют средствами ориентации и навигации, осуществляют контроль за состоянием бортовых систем, выполняют некоторые функции автоматического управления и связи, а также большинство функций оптимизации параметров работы систем объекта (например, оптимизацию расхода топлива объекта в зависимости от конкретных условий движения). Специализированные мини-ЭВМ, ориентированные на работу с графикой, называют графическими станциями. Их используют при подготовке кино- и видеофильмов, а также рекламной продукции. Специализированные компьютеры, объединяющие компьютеры предприятия в одну сеть, называют файловыми серверами. Компьютеры, обеспечивающие передачу информации между различными участниками всемирной компьютерной сети, называют сетевыми серверами.
Во многих случаях с задачами специализированных компьютерных систем могут справляться и обычные универсальные компьютеры, но считается, что использование специализированных систем все-таки эффективнее. Критерием оценки эффективности выступает отношение производительности оборудования к величине его стоимости.
Классификация по типоразмерам. Персональные компьютеры можно классифицировать по типоразмерам. Так, различают настольные (desktop), портативные (notebook) и карманные (palmtop) модели.
Настольные модели распространены наиболее широко. Они являются принадлежностью рабочего места. Эти модели отличаются простотой изменения конфигурации за счет несложного подключения дополнительных внешних приборов или установки дополнительных внутренних компонентов. Достаточные размеры корпуса в настольном исполнении позволяют выполнять большинство подобных работ без привлечения специалистов, а это позволяет настраивать компьютерную систему оптимально для решения именно тех задач, для которых она была приобретена.
Портативные модели удобны для транспортировки. Их используют бизнесмены, коммерсанты, руководители предприятий и организаций, проводящие много времени в командировках и переездах. С портативным компьютером можно работать при отсутствии рабочего места. Особая привлекательность портативных компьютеров связана с тем, что их можно использовать в качестве средства связи. Подключив такой компьютер к телефонной сети, можно из любой географической точки установить обмен данными между ним и центральным компьютером своей организации. Так производят обмен данными, передачу приказов и распоряжений, получение коммерческих данных, докладов и отчетов. Для эксплуатации на рабочем месте портативные компьютеры не очень удобны, но их можно подключать к настольным компьютерам, используемым стационарно.
Карманные модели выполняют функции «интеллектуальных записных книжек». Они позволяют хранить оперативные данные и получать к ним быстрый доступ. Некоторые карманные модели имеют жестко встроенное программное обеспечение, что облегчает непосредственную работу, но снижает гибкость в выборе прикладных программ.
Классификация по совместимости. В мире существует множество различных видов и типов компьютеров. Они выпускаются разными производителями, собираются из разных деталей, работают с разными программами. При этом очень важным вопросом становится совместимость различных компьютеров между собой. От совместимости зависит взаимозаменяемость узлов и приборов, предназначенных для разных компьютеров, возможность переноса программ с одного компьютера на другой и возможность совместной работы разных типов компьютеров с одними и теми же данными,
Аппаратная совместимость. По аппаратной совместимости различают так называемые аппаратные платформы. В области персональных компьютеров сегодня наиболее широко распространены две аппаратные платформы IBM PC и Apple Macintosh. Кроме них существуют и другие платформы, распространенность которых ограничивается отдельными регионами или отдельными отраслями. Принадлежность компьютеров к одной аппаратной платформе повышает совместимость между ними, а принадлежность к разным платформам понижает.
Кроме аппаратной совместимости существуют и другие виды совместимости: совместимость на уровне операционной системы, программная совместимость, совместимость на уровне данных.
Классификация по типу используемого процессора. Процессор основной компонент любого компьютера. В электронно-вычислительных машинах это специальный блок, а в персональных компьютерах специальная микросхема, которая выполняет все вычисления в компьютере. Даже если компьютеры принадлежат одной аппаратной платформе, они могут различаться по типу используемого процессора. Основные типы процессоров для платформы IBM PC мы рассмотрим в соответствующем разделе, а здесь укажем на то, что тип используемого процессора в значительной (хотя и не в полной мере) характеризует технические свойства компьютера.
Состав вычислительной системы называется конфигурацией. Аппаратные и программные средства вычислительной техники принято рассматривать отдельно. Соответственно, отдельно рассматривают аппаратную конфигурацию вычислительных систем и их программную конфигурацию. Такой принцип разделения имеет для информатики особое значение, поскольку очень часто решение одних и тех же задач может обеспечиваться как аппаратными, так и программными средствами. Критериями выбора аппаратного или программного решения являются производительность и эффективность. Обычно принято считать, что аппаратные решения в среднем оказываются дороже, зато реализация программных решений требует более высокой квалификации персонала.
Аппаратное обеспечение
К аппаратному обеспечению вычислительных систем относятся устройства и приборы, образующие аппаратную конфигурацию. Современные компьютеры и вычислительные комплексы имеют блочно-модульную конструкцию аппаратную конфигурацию, необходимую для исполнения конкретных видов работ, можно собирать из готовых узлов и блоков.
По способу расположения устройств относительно центрального процессорного устройства (ЦПУ Central Processing Unit, CPU) различают внутренние и внешние устройства. Внешними, .как правило, являются большинство устройств ввода-вывода данных (их также называют периферийными устройствами) и некоторые устройства, предназначенные для длительного хранения данных.
Согласование между отдельными узлами и блоками выполняют с помощью переходных аппаратно-логических устройств, называемых аппаратными интерфейсами. Стандарты на аппаратные интерфейсы в вычислительной технике называют протоколами. Таким образом, протокол это совокупность технических условий, которые должны быть обеспечены разработчиками устройств для успешного согласования их работы с другими устройствами.
Многочисленные интерфейсы, присутствующие в архитектуре любой вычислительной системы, можно условно разделить на две большие группы: последовательные и параллельные. Через последовательный интерфейс данные передаются последовательно, бит за битом, а через параллельный одновременно группами битов. Количество битов, участвующих в одной посылке, определяется разрядностью интерфейса, например восьмиразрядные параллельные интерфейсы передают один байт (8 бит) за один цикл.
Параллельные интерфейсы обычно имеют более сложное устройство, чем последовательные, но обеспечивают более высокую производительность. Их применяют там, где важна скорость передачи данных: для подключения печатающих устройств, устройств ввода графической информации, устройств записи данных на внешний носитель и т. п. Производительность параллельных интерфейсов измеряют байтами в секунду (байт/с; Кбайт/с; Мбайт/с).
Устройство последовательных интерфейсов проще; как правило, для них не надо синхронизировать работу передающего и принимающего устройства (поэтому их часто называют асинхронными интерфейсами), но пропускная способность их меньше и коэффициент полезного действия ниже, так как из-за отсутствия синхронизации посылок полезные данные предваряют и завершают посылками служебных данных, то есть на один байт полезных данных могут приходиться 1-3 служебных бита (состав и структуру посылки определяет конкретный протокол).
Поскольку обмен данными через последовательные устройства производится не байтами, а битами, их производительность измеряют битами в секунду (бит/с, Кбит/с, Мбит/с). Несмотря на кажущуюся простоту перевода единиц измерения скорости последовательной передачи в единицы измерения скорости параллельной передачи данных путем механического деления на 8, такой пересчет не выполняют, поскольку он не корректен из-за наличия служебных данных. В крайнем случае, с поправкой на служебные данные, иногда скорость последовательных устройств выражают в знаках в секунду или, что тоже самое, в символах в секунду (с/с), но эта величина имеет не технический, а справочный, потребительский характер.
Последовательные интерфейсы применяют для подключения «медленных» устройств (простейших устройств печати низкого качества, устройств ввода и вывода знаковой и сигнальной информации, контрольных датчиков, малопроизводительных устройств связи и т. п.), а также в тех случаях, когда нет существенных ограничений по продолжительности обмена данными (большинство цифровых фотокамер).
Программное обеспечение
Программы это упорядоченные последовательности команд. Конечная цель любой компьютерной программы управление аппаратными средствами. Даже если на первый взгляд программа никак не взаимодействует с оборудованием, не требует никакого ввода данных с устройств ввода и не осуществляет вывод данных на устройства вывода, все равно ее работа основана на управлении аппаратными устройствами компьютера.
Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и в непрерывном взаимодействии. Несмотря на то что мы рассматриваем эти две категории отдельно, нельзя забывать, что между ними существует диалектическая связь, и раздельное их рассмотрение является по меньшей мере условным.
Состав программного обеспечения вычислительной системы называют программной конфигурацией. Между программами, как и между физическими узлами и блоками существует взаимосвязь многие программы работают, опираясь на другие программы более низкого уровня, то есть, мы можем говорить о межпрограммном интерфейсе. Возможность существования такого интерфейса тоже основана на существовании технических условий и протоколов взаимодействия, а на практике он обеспечивается распределением программного обеспечения на несколько взаимодействующих между собой уровней. Уровни программного обеспечения представляют собой пирамидальную конструкцию. Каждый следующий уровень опирается на программное обеспечение предшествующих уровней. Такое членение удобно для всех этапов работы с вычислительной системой, начиная с установки программ до практической эксплуатации и техничского обслуживания. Обратите внимание на то, что каждый вышележащий уровень повышает функциональность всей системы. Так, например, вычислительная система с программным обеспечением базового уровня не способна выполнять большинство функций, но позволяет установить системное программное обеспечение.
Базовый уровень. Самый низкий уровень программного обеспечения представляет базовое программное обеспечение. Оно отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Как правило, базовые программные средства непосредственно входят в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхемаха, называемых постоянными запоминающими устройствами (ПЗУ Read Only Memory, ROM). Программы и данные записываются («прошиваются») в микросхемы ПЗУ на этапе производства и не могут быть изменены в процессе эксплуатации.
В тех случаях, когда изменение базовых программных средств во время эксплуатации является технически целесообразным, вместо микросхем ПЗУ применяют перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства (ППЗУ Erasable and Programmable Read Only Memory, EPROM). В этом случае изменение содержания ПЗУ можно выполнять как непосредственно в составе вычислительной системы (такая технология называется флэш-технологией), так и вне ее, на специальных устройствах, называемых программаторами.
Системный уровень. Системный уровень переходный. Программы, работающие на этом уровне, обеспечивают взаимодействие прочих программ компьютерной системы с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обеспечением, то есть выполняют «посреднические» функции.
От программного обеспечения этого уровня во многом зависят эксплуатационные показатели всей вычислительной системы в целом. Так, например, при подключении к вычислительной системе нового оборудования на системном уровне должна быть установлена программа, обеспечивающая для других программ взаимосвязь с этим оборудованием. Конкретные программы, отвечающие за взаимодействие с конкретными устройствами, называются драйверами устройств они входят в состав программного обеспечения системного уровня.
Другой класс программ системного уровня отвечает за взаимодействие с пользователем. Именно благодаря им он получает возможность вводить данные в вычислительную систему, управлять ее работой и получать результат в удобной для себя форме. Эти программные средства называют средствами обеспечения пользовательского интерфейса. От них напрямую зависит удобство работы с компьютером и производительность труда на рабочем месте.
Совокупность программного обеспечения системного уровня образует ядро операционной системы компьютера. Полное понятие операционной системы мы рассмотрим несколько позже, а здесь только отметим, что если компьютер оснащен программным обеспечением системного уровня, то он уже подготовлен к установке программ более высоких уровней, к взаимодействию программных средств с оборудованием и, самое главное, к взаимодействию с пользователем. То есть наличие ядра операционной системы непременное условие для возможности практической работы человека с вычислительной системой.
Служебный уровень. Программное обеспечение этого уровня взаимодействует как с программами базового уровня, так и с программами системного уровня. Основное назначение служебных программ (их также называют утилитами) состоит в автоматизации работ по проверке, наладке и настройке компьютерной системы. Во многих случаях они используются для расширения или улучшения функций системных программ. Некоторые служебные программы (как правило, это программы обслуживания) изначально включают в состав операционной системы, но большинство служебных программ являются для операционной системы внешними и служат для расширения ее функций.
В разработке и эксплуатации служебных программ существует два альтернативных направления: интеграция с операционной системой и автономное функционирование. В первом случае служебные программы могут изменять потребительские свойства системных программ, делая их более удобными для практической работы. Во втором случае они слабо связаны с системным программным обеспечением, но предоставляют пользователю больше возможностей для персональной настройки их взаимодействия с аппаратным и программным обеспечением.
Прикладной уровень. Программное обеспечение прикладного уровня представляет собой комплекс прикладных программ, с помощью которых на данном рабочем месте выполняются конкретные задания. Спектр этих заданий необычайно широк от производственных до творческих и развлекательно-обучающих. Огромный функциональный диапазон возможных приложений средств вычислительной техники обусловлен наличием прикладных программ для разных видов деятельности.
Поскольку между прикладным программным обеспечением и системным существует непосредственная взаимосвязь (первое опирается на второе), то можно утверждать, что универсальность вычислительной системы, доступность прикладного программного обеспечения и широта функциональных возможностей компьютера напрямую зависят от типа используемой операционной системы, от того, какие системные средства содержит ее ядро, как она обеспечивает взаимодействие триединого комплекса человек программа оборудование.
Классификация прикладных программных средств
Текстовые редакторы. Основные функции этого класса прикладных программ заключаются в вводе и редактировании текстовых данных. Дополнительные функции состоят в автоматизации процессов ввода и редактирования. Для операций ввода, вывода и сохранения данных текстовые редакторы вызывают и используют системное программное обеспечение. Впрочем, это характерно и для всех прочих видов прикладных программ, и в дальнейшем мы не будем специально указывать на этот факт.
С этого класса прикладных программ обычно начинают знакомство с программным обеспечением и на нем отрабатывают первичные навыки взаимодействия с компьютерной системой.
Текстовые процессоры. Основное отличие текстовых процессоров от текстовых редакторов в том, что они позволяют не только вводить и редактировать текст, но и форматировать его, то есть оформлять. Соответственно, к основным средствам текстовых процессоров относятся средства обеспечения взаимодействия текста, графики, таблиц и других объектов, составляющих итоговый документ, а к дополнительным средства автоматизации процесса форматирования.
Современный стиль работы с документами подразумевает два альтернативных подхода работу с бумажными документами и работу с электронными документами (по безбумажной технологии). Поэтому, говоря о форматировании документов средствами текстовых процессоров, надо иметь в виду два принципиально разных направления форматирование документов, предназначенных для печати, и форматирование электронных документов, предназначенных для отображения на экране. Приемы и методы в этих случаях существенно различаются. Соответственно, различаются и текстовые процессоры, хотя многие из них успешно сочетают оба подхода.
Графические редакторы. Это обширный класс программ, предназначенных для создания и (или) обработки графических изображений. В данном классе различают следующие категории: растровые редакторы, векторные редакторы и программные средства для создания и обработки трехмерной графики (3D-редакторы).
Растровые редакторы применяют в тех случаях, когда графический объект представлен в виде комбинации точек, образующих растр и обладающих свойствами яркости и цвета. Такой подход эффективен в тех случаях, когда графическое изображение имеет много полутонов и информация о цвете элементов, составляющих объект, важнее, чем информация об их форме. Это характерно для фотографических и полиграфических изображений. Растровые редакторы широко применяются для обработки изображений, их ретуши, создания фотоэффектов и художественных композиций (коллажей).
Возможности создания новых изображений средствами растровых редакторов ограничены и не всегда удобны. В большинстве случаев художники предпочитают пользоваться традиционными инструментами, после чего вводить рисунок в компьютер с помощью специальных аппаратных средств (сканеров) и завершать работу с помощью растрового редактора путем применения спецэффектов.
Векторные редакторы отличаются от растровых способом представления данных об изображении. Элементарным объектом векторного изображения является не точка, а линия. Такой подход характерен для чертежно-графических работ, в которых форма линий имеет большее значение, чем информация о цвете отдельных точек, составляющих ее. В векторных редакторах каждая линия рассматривается как математическая кривая третьего порядка и, соответственно, представляется не комбинацией точек, а математической формулой (в компьютере хранятся числовые коэффициенты этой формулы). Такое представление намного компактнее, чем растровое, соответственно данные занимают много меньше места, однако построение любого объекта выполняется не простым отображением точек на экране, а сопровождается непрерывным пересчетом параметров кривой в координаты экранного или печатного изображения. Соответственно, работа с векторной графикой требует более производительных вычислительных систем.
Из элементарных объектов (линий) создаются простейшие геометрические объекты (примитивы) из которых, в свою очередь, составляются законченные композиции. Художественная иллюстрация, выполненная средствами векторной графики, может содержать десятки тысяч простейших объектов, взаимодействующих друг с другом.
Векторные редакторы удобны для создания изображений, но практически не используются для обработки готовых рисунков. Они нашли широкое применение в рекламном бизнесе, их применяют для оформления обложек полиграфических изданий и всюду, где стиль художественной работы близок к чертежному.
Редакторы трехмерной графики используют для создания трехмерных композиций. Они имеют две характерные особенности. Во-первых, они позволяют гибко управлять взаимодействием свойств поверхности изображаемых объектов со свойствами источников освещения и, во-вторых, позволяют создавать трехмерную анимацию. Поэтому редакторы трехмерной графики нередко называют также ЗО-аниматорами.
Системы управления базами данных. Базами данных называют огромные массивы данных, организованных в табличные структуры. Основными функциями систем управления базами данных являются:
создание пустой (незаполненной) структуры базы данных;
предоставление средств ее заполнения или импорта данных из таблиц другой базы;
обеспечение возможности доступа к данным, а также предоставление средств поиска и фильтрации.
Многие системы управления базами данных дополнительно предоставляют возможности проведения простейшего анализа данных и их обработки. В результате возможно создание новых таблиц баз данных на основе имеющихся. В связи с широким распространением сетевых технологий к современным системам управления базами данных предъявляется также требование возможности работы с удаленными и распределенными ресурсами, находящимися на серверах всемирной компьютерной сети.
Электронные таблицы. Электронные таблицы предоставляют комплексные средства для хранения различных типов данных и их обработки. В некоторой степени они аналогичны системам управления базами данных, но основной акцент смещен не на хранение массивов данных и обеспечение к ним доступа, а на преобразование данных, причем в соответствии с их внутренним содержанием.
В отличие от баз данных, которые обычно содержат широкий спектр типов данных (от числовых и текстовых до мультимедийных), для электронных таблиц характерна повышенная сосредоточенность на числовых данных. Зато электронные таблицы предоставляют более широкий спектр методов для работы с данными числового типа.
Основное свойство электронных таблиц состоит в том, что при изменении содержания любых ячеек таблицы может происходить автоматическое изменение содержания во всех прочих ячейках, связанных с измененными соотношением, заданным математическими или логическими выражениями (формулами). Простота и удобство работы с электронными таблицами снискали им широкое применение в сфере бухгалтерского учета, в качестве универсальных инструментов анализа финансовых, сырьевых и товарных рынков, доступных средств обработки результатов технических испытаний, то есть всюду, где необходимо автоматизировать регулярно повторяющиеся вычисления достаточно больших объемов числовых данных.
Системы автоматизированного проектирования ( CAD-системы). Предназначены для автоматизации проектно-конструкторских работ. Применяются в машиностроении, приборостроении, архитектуре. Кроме чертежно-графических работ эти системы позволяют проводить простейшие расчеты (например, расчеты прочности деталей) и выбор готовых конструктивных элементов из обширных баз данных.
Отличительная особенность CAD-систем состоит в автоматическом обеспечении на всех этапах проектирования технических условий, норм и правил, что освобождает конструктора (или архитектора) от работ нетворческого характера. Например, в машиностроении CAD-системы способны на базе сборочного чертежа изделия автоматически выполнить рабочие чертежи деталей, подготовить необходимую технологическую документацию с указанием последовательности переходов механической обработки, назначить необходимые инструменты, станочные и контрольные приспособления, а также подготовить управляющие программы для станков с числовым программным управлением (ЧПУ), промышленных роботов и гибких автоматизированных линий. Сегодня системы автоматизированного проектирования являются необходимым компонентом, без которого теряется эффективность реализации гибких производственных систем (ГПС) и автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП).
Настольные издательские системы. Назначение программ этого класса состоит в автоматизации процесса верстки полиграфических изданий. Этот класс программного обеспечения занимает промежуточное положение между текстовыми процессорами и системами автоматизированного проектирования.
Теоретически текстовые процессоры предоставляют средства для внедрения в текстовый документ объектов другой природы, например объектов векторной и растровой графики, а также позволяют управлять взаимодействием между параметрами текста и параметрами внедренных объектов. Однако на практике для изготовления полиграфической продукции эти средства либо функционально недостаточны с точки зрения требований полиграфии, либо недостаточно удобны для производительной работы.
От текстовых процессоров настольные издательские системы отличаются расширенными средствами управления взаимодействием текста с параметрами страницы и с графическими объектами. С другой стороны, они отличаются пониженными функциональными возможностями по автоматизации ввода и редактирования текста. Типичный прием использования настольных издательских систем состоит в том, что их применяют к документам, прошедшим предварительную обработку в текстовых процессорах и графических редакторах.
Экспертные системы. Предназначены для анализа данных, содержащихся в базах знаний, и выдачи рекомендаций по запросу пользователя. Такие системы применяют в тех случаях, когда исходные данные хорошо формализуются, но для принятия решения требуются обширные специальные знания. Характерными областями использования экспертных систем являются юриспруденция, медицина, фармакология, химия. По совокупности признаков заболевания медицинские экспертные системы помогают установить диагноз и назначить лекарства, дозировку и программу лечебного курса. По совокупности признаков события юридические экспертные системы могут дать правовую оценку и предложить порядок действий как для обвиняющей стороны, так и для защищающейся.
Характерной особенностью экспертных систем является их способность к саморазвитию. Исходные данные хранятся в базе знаний в виде фактов, между которыми с помощью специалистов-экспертов устанавливается определенная система отношений. Если на этапе тестирования экспертной системы устанавливается, что она дает некорректные рекомендации и заключения по конкретным вопросам или не может дать их вообще, это означает либо отсутствие важных фактов в ее базе, либо нарушения в логической системе отношений. И том и в другом случае экспертная система сама может сгенерировать достаточный набор запросов к эксперту и автоматически повысить свое качество.
С использованием экспертных систем связана особая область научно-технической деятельности, называемая инженерией знаний. Инженеры знаний это специалисты особой квалификации, выступающие в качестве промежуточного звена между разработчиками экспертной системы (программистами) и ведущими специалистами в конкретных областях науки и техники (экспертами).
Редакторы HTML (Web-редакторы). Это особый класс редакторов, объединяющих в себе свойства текстовых и графических редакторов. Они предназначены для создания и редактирования так называемых Web-документов (Web-страниц Интернета). Web-документы это электронные документы, при подготовке которых следует учитывать ряд особенностей, связанных с приемом/передачей информации в Интернете.
Теоретически для создания Web-документов можно использовать обычные текстовые редакторы и процессоры, а также некоторые из графических редакторов векторной графики, но Web-редакторы обладают рядом полезных функций, повышающих производительность труда Web-дизайнеров. Программы этого класса можно также эффективно использовать для подготовки электронных документов и мультимедийных изданий.
Броузеры (обозреватели, средства просмотра Web). К этой категории относятся программные средства, предназначенные для просмотра электронных документов, выполненных в формате HTML (документы этого формата используются в качестве Web-документов). Современные броузеры воспроизводят не только текст и графику. Они могут воспроизводить музыку, человеческую речь, обеспечивать прослушивание радиопередач в Интернете, просмотр видеоконференций, работу со службами электронной почты, с системой телеконференций (групп новостей) и многое другое.
Интегрированные системы делопроизводства. Представляют собой программные средства автоматизации рабочего места руководителя. К основным функциям подобных систем относятся функции создания, редактирования и форматирования простейших документов, централизация функций электронной почты, факсимильной и телефонной связи, диспетчеризация и мониторинг документооборота предприятия, координация деятельности подразделений, оптимизация административно-хозяйственной деятельности и поставка по запросу оперативной и справочной информации.
Бухгалтерские системы. Это специализированные системы, сочетающие в себе функции текстовых и табличных редакторов, электронных таблиц и систем управления базами данных. Предназначены для автоматизации подготовки первичных бухгалтерских документов предприятия и их учета, для ведения счетов плана бухгалтерского учета, а также для автоматической подготовки регулярных отчетов по итогам производственной, хозяйственной и финансовой деятельности в форме, принятой для предоставления в налоговые органы, внебюджетные фонды и органы статистического учета. Несмотря на то что теоретически все функции, характерные для бухгалтерских систем, можно исполнять и другими вышеперечисленными программными средствами, использование бухгалтерских систем удобно благодаря интеграции разных средств в одной системе.
При решении о внедрении на предприятии автоматизированной системы бухгалтерского учета необходимо учитывать необходимость наличия в ней средств адаптации при изменении нормативно-правовой базы. В связи с тем, что в данной области нормативно-правовая база в России отличается крайней нестабильностью и подвержена частым изменениям, возможность гибкой перенастройки системы является обязательной функцией, хотя это требует от пользователей системы повышенной квалификации.
Финансовые аналитические системы. Программы этого класса используются в банковских и биржевых структурах. Они позволяют контролировать и прогнозировать ситуацию на финансовых, товарных и сырьевых рынках, производить анализ текущих событий, готовить сводки и отчеты.
Геоинформационные системы (ГИС). Предназначены для автоматизации картографических и геодезических работ на основе информации, полученной топографическими или аэрокосмическими методами.
Системы видеомонтажа. Предназначены для цифровой обработки видеоматериалов, их монтажа, создания видеоэффектов, устранения дефектов, наложения звука, титров и субтитров.
Отдельные категории прикладных программных средств, обладающие своими развитыми внутренними системами классификации, представляют обучающие, 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).
Классификация служебных программных средств
Диспетчеры файлов (файловые менеджеры). С помощью программ данного класса выполняется большинство операций, связанных с обслуживанием файловой структуры: копирование, перемещение и переименование файлов, создание каталогов (папок), удаление файлов и каталогов, поиск файлов и навигация в файловой структуре. Базовые программные средства, предназначенные для этой цели, обычно входят в состав программ системного уровня и устанавливаются вместе с операционной системой. Однако для повышения удобства работы с компьютером большинство пользователей устанавливают дополнительные служебные программы.
Средства сжатия данных (архиваторы). Предназначены для создания архивов. Архивирование данных упрощает их хранение за счет того, что большие группы файлов и каталогов сводятся в один архивный файл. При этом повышается и эффективность использования носителя за счет того, что архивные файлы обычно имеют повышенную плотность записи информации. Архиваторы часто используют для создания резервных копий ценных данных.
Средства просмотра и воспроизведения. Обычно для работы с файлами данных необходимо загрузить их в «родительскую» прикладную систему, с помощью которой они были созданы. Это дает возможность просматривать документы и вносить в них изменения. Но в тех случаях, когда требуется только просмотр без редактирования, удобно использовать более простые и более универсальные средства, позволяющие просматривать документы разных типов.
В тех случаях, когда речь идет о звукозаписи или видеозаписи, вместо термина просмотр применяют термин воспроизведение документов.
Средства диагностики. Предназначены для автоматизации процессов диагностики программного и аппаратного обеспечения. Они выполняют необходимые проверки и выдают собранную информацию в удобном и наглядном виде. Их используют не только для устранения неполадок, но и для оптимизации работы компьютерной системы.
Средства контроля (мониторинга). Программные средства контроля иногда называют мониторами. Они позволяют следить за процессами, происходящими в компьютерной системе. При этом возможны два подхода: наблюдение в реальном режиме времени или контроль с записью результатов в специальном протокольном файле. Первый подход обычно используют при изыскании путей для оптимизации работы вычислительной системы и повышения ее эффективности. Второй подход используют в тех случаях, когда мониторинг выполняется автоматически и (или) дистанционно. В последнем случае результаты мониторинга можно передать удаленной службе технической поддержки для установления причин конфликтов в работе программного и аппаратного обеспечения.
Средства мониторинга, работающие в режиме реального времени, особенно полезны для практического изучения приемов работы с компьютером, поскольку позволяют наглядно отображать те процессы, которые обычно скрыты от глаз пользователя.
Мониторы установки. Программы этой категории предназначены для контроля за установкой программного обеспечения. Необходимость в данном программном обеспечении связана с тем, что между различными категориями программного обеспечения могут устанавливаться связи. Вертикальные связи (между уровнями) являются необходимым условием функционирования всех компьютеров. Горизонтальные связи (внутри уровней) характерны для компьютеров, работающих с операционными системами, поддерживающими принцип совместного использования одних и тех же ресурсов разными программными средствами. И в тех и в других случаях при установке или удалении программного обеспечения могут происходить нарушения работоспособности прочих программ.
Мониторы установки следят за состоянием и изменением окружающей программной среды, отслеживают и протоколируют образование новых связей и позволяют восстанавливать связи, утраченные в результате удаления ранее установленных программ.
Простейшие средства управления установкой и удалением программ обычно входят в состав операционной системы и размещаются на системном уровне программного обеспечения, однако они редко бывают достаточны. Поэтому в вычислительных системах, требующих повышенной надежности, используют дополнительные служебные программы.
Средства коммуникации (коммуникационные программы). С появлением электронной связи и компьютерных сетей программы этого класса приобрели очень большое значение. Они позволяют устанавливать соединения с удаленными компьютерами, обслуживают передачу сообщений электронной почты, работу с телеконференциями (группами новостей), обеспечивают пересылку факсимильных сообщений и выполняют множество других операций в компьютерных сетях.
Средства обеспечения компьютерной безопасности. К этой весьма широкой категории относятся средства пассивной и активной защиты данных от повреждения, а также средства защиты от несанкционированного доступа, просмотра и изменения данных.
В качестве средств пассивной защиты используют служебные программы, предназначенные для резервного копирования. Нередко они обладают и базовыми свойствами диспетчеров архивов (архиваторов). В качестве средств активной защиты применяют антивирусное программное обеспечение. Для защиты данных от несанкционированного доступа, их просмотра и изменения служат специальные системы, основанные на криптографии.
Понятие об информационном и математическом обеспечении вычислительных систем
Наряду с аппаратным и программным обеспечением средств вычислительной техники в некоторых случаях целесообразно рассматривать информационное обеспечение, под которым понимают совокупность программ и предварительно подготовленных данных, необходимых для работы данных программ.
Рассмотрим, например, систему автоматической проверки орфографии в редактируемом тексте. Ее работа заключается в том, что лексические единицы исходного текста сравниваются с заранее заготовленным эталонным массивом данных (словарем). В данном случае для успешной работы системы необходимо иметь кроме аппаратного и программного обеспечения специальные наборы словарей, подключаемые извне. Это пример информационного обеспечения вычислительной техники.
В специализированных компьютерных системах (бортовых компьютерах автомобилей, судов, ракет, самолетов, космических летательных аппаратов и т. п.) совокупность программного и информационного обеспечения называют математическим обеспечением. Как правило, оно «жестко» записывается в микросхемы ПЗУ и может быть изменено только путем замены ПЗУ или его перепрограммирования на специальном оборудовании.
Персональный компьютер универсальная техническая система. Его конфигурацию (состав оборудования) можно гибко изменять по мере необходимости. Тем не менее, существует понятие базовой конфигурации, которую считают типовой. В таком комплекте компьютер обычно поставляется. Понятие базовой конфигурации может меняться. В настоящее время в базовой конфигурации рассматривают четыре устройства (рис. 3.1):
системный блок;
монитор;
клавиатуру;
мышь.
Системный блок
Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, называют внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и длительного хранения данных, также называют периферийными.
По внешнему виду системные блоки различаются формой корпуса. Корпуса персональных компьютеров выпускают в горизонтальном (desktop) и вертикальном (tower) исполнении. Корпуса, имеющие вертикальное исполнение, различают по габаритам: полноразмерный (big tower), среднеразмерный (midi tower) и малоразмерный (mini tower). Среди корпусов, имеющих горизонтальное исполнение, выделяют плоские и особо плоские (slim).
Кроме формы, для корпуса важен параметр, называемый форм-фактором. От него зависят требования к размещаемым устройствам. В настоящее время в основном используются корпуса двух форм-факторов: А Ти АТХ. Форм-фактор корпуса должен быть обязательно согласован с форм-фактором главной (системной) платы компьютера, так называемой материнской платы (см. ниже).
Корпуса персональных компьютеров поставляются вместе с блоком питания и, таким образом, мощность блока питания также является одним из параметров корпуса. Для массовых моделей достаточной является мощность блока питания 200-250 Вт.
Рис. 3.1. Базовая конфигурация компьютерной системы
Монитор
Монитор устройство визуального представления данных. Это не единственно возможное, но главное устройство вывода. Его основными потребительскими параметрами являются: размер и шаг маски экрана, максимальная частота регенерации изображения, класс защиты.
Размер монитора измеряется между противоположными углами трубки кинескопа по диагонали. Единица измерения дюймы. Стандартные размеры: 14"; 15"; 17"; 19"; 20"; 21". В настоящее время наиболее универсальными являются мониторы размером 15 и 17 дюймов, а для операций с графикой желательны мониторы размером 19-21 дюйм.
Изображение на экране монитора получается в результате облучения люминофорного покрытия остронаправленным пучком электронов, разогнанных в вакуумной колбе. Для получения цветного изображения люминофорное покрытие имеет точки или полоски трех типов, светящиеся красным, зеленым и синим цветом. Чтобы на экране все три луча сходились строго в одну точку и изображение было четким, перед люминофором ставят маску панель с регулярно расположенными отверстиями или щелями. Часть мониторов оснащена маской из вертикальных проволочек, что усиливает яркость и насыщенность изображения. Чем меньше шаг между отверстиями или щелями (шаг маски), тем четче и точнее полученное изображение. Шаг маски измеряют в долях миллиметра. В настоящее время наиболее распространены мониторы с шагом маски 0,25-0,27 мм. Устаревшие мониторы могут иметь шаг до 0,43 мм, что негативно сказывается на органах зрения при работе с компьютером. Модели повышенной стоимости могут иметь значение менее 0,25 мм.
Частота регенерации (обновления) изображения показывает, сколько раз в течение секунды монитор может полностью сменить изображение (поэтому ее также называют частотой кадров). Этот параметр зависит не только от монитора, но и от свойств и настроек видеоадаптера (см. ниже), хотя предельные возможности определяет все-таки монитор.
Частоту регенерации изображения измеряют в герцах (Гц). Чем она выше, тем четче и устойчивее изображение, тем меньше утомление глаз, тем больше времени можно работать с компьютером непрерывно. При частоте регенерации порядка 60 Гц мелкое мерцание изображения заметно невооруженным глазом. Сегодня такое значение считается недопустимым. Минимальным считают значение 75 Гц, нормативным 85 Гц и комфортным 100 Гц и более.
Класс защиты монитора определяется стандартом, которому соответствует монитор с точки зрения требований техники безопасности. В настоящее время общепризнанными считаются следующие международные стандарты: MPR-II, ТСО-92, ТСО-95, ТСО-99 (приведены в хронологическом порядке). Стандарт МРЛ-Яограничил уровни электромагнитного излучения пределами, безопасными для человека. В стандарте ТСО-92 эти нормы были сохранены, а в стандартах ТСО-95 и ТСО-99 ужесточены. Эргономические и экологические нормы впервые появились в стандарте ТСО-95, а стандарт ТСО-99 установил самые жесткие нормы по параметрам, определяющим качество изображения (яркость, контрастность, мерцание, антибликовые свойства покрытия).
Большинством параметров изображения, полученного на экране монитора, можно управлять программно. Программные средства, предназначенные для этой цели, обычно входят в системный комплект программного обеспечения мы рассмотрим их при изучении операционной системы компьютера.
Клавиатура
Клавиатура клавишное устройство управления персональным компьютером. Служит для ввода алфавитно-цифровых (знаковых) данных, а также команд управления. Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс пользователя. С помощью клавиатуры управляют компьютерной системой, а с помощью монитора получают от нее отклик.
Принцип действия. Клавиатура относится к стандартным средствам персонального компьютера. Ее основные функции не нуждаются в поддержке специальными системными программами (драйверами). Необходимое программное обеспечение для начала работы с компьютером уже имеется в микросхеме ПЗУ в составе базовой системы ввода-вывода (BIOS), и потому компьютер реагирует на нажатия клавиш сразу после включения.
Принцип действия клавиатуры заключается в следующем.
Состав клавиатуры. Стандартная клавиатура имеет более 100 клавиш, функционально распределенных по нескольким группам (см. рис. 3.2)
Группа алфавитно -цифровых клавиш предназначена для ввода знаковой информации и команд, набираемых по буквам. Каждая клавиша может работать в нескольких режимах (регистрах) и, соответственно, может использоваться для ввода нескольких символов. Переключение между нижним регистром (для ввода строчных символов) и верхним регистром (для ввода прописных символов) выполняют удержанием клавиши SHIFT (нефиксированное переключение). При необходимости жестко переключить регистр используют клавишу CAPS LOCK (фиксированное переключение). Если клавиатура используется для ввода данных, абзац закрывают нажатием клавиши ENTER. При этом автоматически начинается ввод текста с новой строки. Если клавиатуру используют для ввода команд, клавишей ENTER завершают ввод команды и начинают ее исполнение.
Рис. 3.2. Группы клавиш стандартной клавиатуры
Для разных языков существуют различные схемы закрепления символов национальных алфавитов за конкретными алфавитно-цифровыми клавишами. Такие схемы называются раскладками клавиатуры. Переключения между различными раскладками выполняются программным образом это одна из функций операционной системы. Соответственно, способ переключения зависит от того, в какой операционной системе работает компьютер. Например, в системе Windows 98 для этой цели могут использоваться следующие комбинации: левая клавиша ALT+SHIFT или CTRL+SHIFT. При работе с другой операционной системой способ переключения можно установить по справочной системе той программы, которая выполняет переключение.
Общепринятые раскладки клавиатуры имеют свои корни в раскладках клавиатур пишущих машинок. Для персональных компьютеров IBM PC типовыми считаются раскладки QWERTY (английская) и ЙЦУКЕНГ (русская). Раскладки принято именовать по символам, закрепленным за первыми клавишами верхней строки алфавитной группы.
Группа функциональных клавиш включает двенадцать клавиш (от F1 до F12), размещенных в верхней части клавиатуры. Функции, закрепленные за данными клавишами, зависят от свойств конкретной работающей в данный момент программы, а в некоторых случаях и от свойств операционной системы. Общепринятым для большинства программ является соглашение о том, что клавиша F1 вызывает справочную систему, в которой можно найти справку о действии прочих клавиш.
Служебные клавиши располагаются рядом с клавишами алфавитно-цифровой группы. В связи с тем, что ими приходится пользоваться особенно часто, они имеют увеличенный размер. К ним относятся рассмотренные выше клавиши SHIFT и ENTER, регистровые клавиши ALT и CTRL (их используют в комбинации с другими клавишами для формирования команд), клавиша TAB (для ввода позиций табуляции при наборе текста), клавиша ESC (от английского слова Escape) для отказа от исполнения последней введенной команды и клавиша BACKSPACE для удаления только что введенных знаков (она находится над клавишей ENTER и часто маркируется стрелкой, направленной влево).
Служебные клавиши PRINT SCREEN, SCROLL LOCK и PAUSE/BREAK размещаются справа от группы функциональных клавиш и выполняют специфические функции, зависящие от действующей операционной системы. Общепринятыми являются следующие действия:
PRINT SCREEN печать текущего состояния экрана на принтере (для MS-DOS) или сохранение его в специальной области оперативной памяти, называемой буфером обмена (для Windows).
SCROLL LOCK переключение режима работы в некоторых (как правило, устаревших) программах.
PAUSE/BREAK приостановка/прерывание текущего процесса.
Две группы клавиш управления курсором расположены справа от алфавитно-цифровой панели. Курсором называется экранный элемент, указывающий место ввода знаковой информации. Курсор используется при работе с программами, выполняющими ввод данных и команд с клавиатуры. Клавиши управления курсором позволяют управлять позицией ввода.
Четыре клавиши со стрелками выполняют смещение курсора в направлении, указанном стрелкой. Действие прочих клавиш описано ниже.
PAGE UP/PAGE DOWN перевод курсора на одну страницу вверх или вниз. Понятие «страница» обычно относится к фрагменту документа, видимому на экране. В графических операционных системах (например Windows) этими клавишами выполняют «прокрутку» содержимого в текущем окне. Действие этих клавиш во многих программах может быть модифицировано с помощью служебных регистровых клавиш, в первую очередь SHIFT и CTRL. Конкретный результат модификации зависит от конкретной программы и/или операционной системы.
Клавиши НОМЕ и END переводят курсор в начало или конец текущей строки, соответственно. Их действие также модифицируется регистровыми клавишами.
Традиционное назначение клавиши INSERT состоит в переключении режима ввода данных (переключение между режимами вставки и замены). Если текстовый курсор находится внутри существующего текста, то в режиме вставки происходит ввод новых знаков без замены существующих символов (текст как бы раздвигается). В режиме замены новые знаки заменяют текст, имевшийся ранее в позиции ввода.
В современных программах действие клавиши INSERT может быть иным. Конкретную информацию следует получить в справочной системе программы. Возможно, что действие этой клавиши является настраиваемым, это также зависит от свойств конкретной программы.
Клавиша DELETE предназначена для удаления знаков, находящихся справа от текущего положения курсора. При этом положение позиции ввода остается неизменным.
Сравните действие клавиши DELETE с действием служебной клавиши BACKSPACE. Последняя служит для удаления знаков, но при ее использовании позиция ввода смещается влево, и, соответственно, удаляются символы, находящиеся не справа, а слева от курсора.
Группа клавиш дополнительной панели дублирует действие цифровых и некоторых знаковых клавиш основной панели. Во многих случаях для использования этой группы клавиш следует предварительно включать клавишу-переключатель NUM LOCK (о состоянии переключателей NUM LOCK, CAPS LOCK и SCROLL LOCK можно судить по светодиодным индикаторам, обычно расположенным в правом верхнем углу клавиатуры).
Появление дополнительной панели клавиатуры относится к началу 80-х годов. В то время клавиатуры были относительно дорогостоящими устройствами. Первоначальное назначение дополнительной панели состояло в снижении износа основной панели при проведении расчетно-кассовых вычислений, а также при управлении компьютерными играми (при выключенном переключателе NUM LOCK клавиши дополнительной панели могут использоваться в качестве клавиш управления курсором).
В наши дни клавиатуры относят к малоценным быстроизнашивающимся устройствам и приспособлениям, и существенной необходимости оберегать их от износа нет. Тем не менее, за дополнительной клавиатурой сохраняется важная функция ввода символов, для которых известен расширенный код ASCII (см. выше), но неизвестно закрепление за клавишей клавиатуры. Так, например, известно, что символ «§» (параграф) имеет код 0167, а символ «°» (угловой градус) имеет код 0176, но соответствующих им клавиш на клавиатуре нет. В таких случаях для их ввода используют дополнительную панель.
Порядок ввода символов по известному ALT-коду.
О том, как узнать ALT-коды произвольных символов, см. описание программы Таблица символов в разделе 7.3.
Настройка клавиатуры. Клавиатуры персональных компьютеров обладают свойством повтора знаков, которое используется для автоматизации процесса ввода. Оно состоит в том, что при длительном удержании клавиши начинается автоматический ввод связанного с ней кода. При этом настраиваемыми параметрами являются:
интервал времени после нажатия, по истечении которого начнется автоматический повтор кода;
темп повтора (количество знаков в секунду).
Средства настройки клавиатуры относятся к системным и обычно входят в состав операционной системы. Кроме параметров режима повтора настройке подлежат также используемые раскладки и органы управления, используемые для переключения раскладок.
Со средствами настройки клавиатуры мы познакомимся при изучении функций операционной системы.
Мышь
Мышь устройство управления манипуляторного типа. Представляет собой плоскую коробочку с двумя-тремя кнопками. Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизировано с перемещением графического объекта (указателя мыши) на экране монитора.
Принцип действия. В отличие от рассмотренной ранее клавиатуры, мышь не является стандартным органом управления, и персональный компьютер не имеет для нее выделенного порта. Для мыши нет и постоянного выделенного прерывания, а базовые средства ввода и вывода (BIOS) компьютера, размещенные в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), не содержат программных средств для обработки прерываний мыши.
В связи с этим в первый момент после включения компьютера мышь не работает. Она нуждается в поддержке специальной системной программы драйвера мыши. Драйвер устанавливается либо при первом подключении мыши, либо при установке операционной системы компьютера. Хотя мышь и не имеет выделенного порта на материнской плате, для работы с ней используют один из стандартных портов, средства для работы с которыми имеются в составе BIOS. Драйвер мыши предназначен для интерпретации сигналов, поступающих через порт. Кроме того, он обеспечивает механизм передачи информации о положении и состоянии мыши операционной системе и работающим программам.
Компьютером управляют перемещением мыши по плоскости и кратковременными нажатиями правой и левой кнопок. (Эти нажатия называются щелчками.) В отличие от клавиатуры мышь не может напрямую использоваться для ввода знаковой информации ее принцип управления является событийным. Перемещения мыши и щелчки ее кнопок являются событиями с точки зрения ее программы-драйвера. Анализируя эти события, драйвер устанавливает, когда произошло событие и в каком месте экрана в этот момент находился указатель. Эти данные передаются в прикладную программу, с которой работает пользователь в данный момент. По ним программа может определить команду, которую имел в виду пользователь, и приступить к ее исполнению.
Комбинация монитора и мыши обеспечивает наиболее современный тип интерфейса пользователя, который называется графическим. Пользователь наблюдает на экране графические объекты и элементы управления. С помощью мыши он изменяет свойства объектов и приводит в действие элементы управления компьютерной системой, а с помощью монитора получает от нее отклик в графическом виде.
Стандартная мышь имеет только две кнопки, хотя существуют нестандартные мыши с тремя кнопками или с двумя кнопками и одним вращающимся регулятором. Функции нестандартных органов управления определяются тем программным обеспечением, которое поставляется вместе с устройством.
К числу регулируемых параметров мыши относятся: чувствительность (выражает величину перемещения указателя на экране при заданном линейном перемещении мыши), функции левой и правой кнопок, а также чувствительность к двойному нажатию (максимальный интервал времени, при котором два щелчка кнопкой мыши расцениваются как один двойной щелчок). Программные средства, предназначенные для этих регулировок, обычно входят в системный комплект программного обеспечения мы рассмотрим их при изучении операционной системы.
Материнская плата
Материнская плата основная плата персонального компьютера. На ней размещаются:
процессор основная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций;
микропроцессорный комплект (чипсет) набор микросхем, управляющих работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функциональные возможности материнской платы;
шины наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами междувнутренними устройствами компьютера;
оперативная память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) набормикросхем, предназначенных для временного хранения данных, когда компьютер включен;
ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) микросхема, предназначенная для длительного хранения данных, в том числе и когда компьютер выключен;
разъемы для подключения дополнительных устройств (слоты).
Устройства, входящие в состав материнской платы, рассматриваются отдельно в разделе 3.3.
Жесткий диск
Жесткий диск основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ. На самом деле это не один диск, а группа соосных дисков, имеющих магнитное покрытие и вращающихся с высокой скоростью. Таким образом, этот «диск» имеет не две поверхности, как должно быть у обычного плоского диска, а 1п поверхностей, где п число отдельных дисков в группе.
Над каждой поверхностью располагается головка, предназначенная для чтения-записи данных. При высоких скоростях вращения дисков (90 об/с) в зазоре между головкой и поверхностью образуется аэродинамическая подушка, и головка парит над магнитной поверхностью на высоте, составляющей несколько тысячных долей миллиметра. При изменении силы тока, протекающего через головку, происходит изменение напряженности динамического магнитного поля в зазоре, что вызывает изменения в стационарном магнитном поле ферромагнитных частиц, образующих покрытие диска. Так осуществляется запись данных на магнитный диск.
Операция считывания происходит в обратном порядке. Намагниченные частицы покрытия, проносящиеся на высокой скорости вблизи головки, наводят в ней ЭДС самоиндукции. Электромагнитные сигналы, возникающие при этом, усиливаются и передаются на обработку.
Управление работой жесткого диска выполняет специальное аппаратно-логичес-кое устройство контроллер жесткого диска. В прошлом оно представляло собой отдельную дочернюю плату, которую подключали к одному из свободных слотов материнской платы. В настоящее время функции контроллеров дисков выполняют микросхемы, входящие в микропроцессорный комплект (чипсет), хотя некоторые виды высокопроизводительных контроллеров жестких дисков по-прежнему поставляются на отдельной плате.
К основным параметрам жестких дисков относятся емкость и производительность. Емкость дисков зависит от технологии их изготовления. В настоящее время большинство производителей жестких дисков используют изобретенную компанией IBM технологию с использованием гигантского магниторезистивного эффекта (GMR Giant Magnetic Resistance). Теоретический предел емкости одной пластины, исполненной по этой технологии, составляет порядка 20 Гбайт. В настоящее время достигнут технологический уровень 6,4 Гбайт на пластину, но развитие продолжается.
С другой стороны, производительность жестких дисков меньше зависит от технологии их изготовления. Сегодня все жесткие диски имеют очень высокий показатель скорости внутренней передачи данных (до 30-60 Мбайт/с), и потому их производительность в первую очередь зависит от характеристик интерфейса, с помощью которого они связаны с материнской платой. В зависимости от типа интерфейса разброс значений может быть очень большим: от нескольких Мбайт/с до 13-16 Мбайт/с для интерфейсов типа EIDE; до 80 Мбайт/с для интерфейсов типа SCSI к от 50 Мбайт/с и более для наиболее современных интерфейсов типа IEEE 1394.
Кроме скорости передачи данных с производительностью диска напрямую связан параметр среднего времени доступа. Он определяет интервал времени, необходимый для поиска нужных данных, и зависит от скорости вращения диска. Для дисков, вращающихся с частотой 5400 об/мин, среднее время доступа составляет 9-10 мкс, для дисков с частотой 7200 об/мин 7-8 мкс. Изделия более высокого уровня обеспечивают среднее время доступа к данным 5-6 мкс.
Дисковод гибких дисков
Информация на жестком диске может храниться годами, однако иногда требуется ее перенос с одного компьютера на другой. Несмотря на свое название, жесткий диск является весьма хрупким прибором, чувствительным к перегрузкам, ударам и толчкам. Теоретически, переносить информацию с одного рабочего места на другое путем переноса жесткого диска возможно, и в некоторых случаях так и поступают, но все-таки этот прием считается нетехнологичным, поскольку требует особой аккуратности и определенной квалификации.
Для оперативного переноса небольших объемов информации используют так называемые гибкие магнитные диски (дискеты), которые вставляют в специальный накопитель дисковод. Приемное отверстие накопителя находится на лицевой панели системного блока. Правильное направление подачи гибкого диска отмечено стрелкой на его пластиковом кожухе.
Основными параметрами гибких дисков являются: технологический размер (измеряется в дюймах), плотность записи (измеряется в кратных единицах) и полная емкость.
Первый компьютер IBM PC (родоначальник платформы) был выпущен в 1981 году К нему можно было подключить внешний накопитель, использующий односторонние гибкие диски диаметром 5,25 дюйма. Емкость диска составляла 160 Кбайт. В следующем году появились аналогичные двусторонние диски емкостью 320 Кбайт. Начиная с 1984 года выпускались гибкие диски 5,25 дюйма высокой плотности (1,2 Мбайт). В наши дни диски размером 5,25 дюйма не используются, и соответствующие дисководы в базовой конфигурации персональных компьютеров после 1994 года не поставляются.
Гибкие диски размером 3,5 дюйма выпускают с 1980 года. Односторонний диск обычной плотности имел емкость 180 Кбайт, двусторонний 360 Кбайт, а двусторонний двойной плотности 720 Кбайт. Ныне стандартными считают диски размером 3,5 дюйма высокой плотности. Они имеют емкость 1440 Кбайт (1,4 Мбайт) и маркируются буквами HD {high density высокая плотность).
С нижней стороны гибкий диск имеет центральную втулку, которая захватывается шпинделем дисковода и приводится во вращение. Магнитная поверхность прикрыта сдвигающейся шторкой для защиты от влаги, грязи и пыли. Если на гибком диске записаны ценные данные, его можно защитить от стирания и перезаписи, сдвинув защитную задвижку так, чтобы образовалось открытое отверстие. Для разрешения записи задвижку перемещают в обратную сторону и перекрывают отверстие. В некоторых случаях для безусловной защиты информации на диске задвижку выламывают физически, но и в этом случае разрешить запись на диск можно, если, например, заклеить образовавшееся отверстие тонкой полоской липкой ленты.
Гибкие диски считаются малонадежными носителями информации. Пыль, грязь, влага, температурные перепады и внешние электромагнитные поля очень часто становятся причиной частичной или полной утраты данных, хранившихся на гибком диске. Поэтому использовать гибкие диски в качестве основного средства хранения информации недопустимо. Их используют только для транспортировки информации или в качестве дополнительного (резервного) средства хранения.
Дисковод компакт-дисков CD-ROM
В период 19941995 годах в базовую конфигурацию персональных компьютеров перестали включать дисководы гибких дисков диаметром 5,25 дюйма, но вместо них стандартной стала считаться установка дисковода CD-ROM, имеющего такие же внешние размеры.
Аббревиатура CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) переводится на русский язык как постоянное запоминающее устройство на основе компакт-диска. Принцип действия этого устройства состоит в считывании числовых данных с помощью лазерного луча, отражающегося от поверхности диска (рис. 3.3). Цифровая запись на компакт-диске отличается от записи на магнитных дисках очень высокой плотностью, и стандартный компакт-диск может хранить примерно 650 Мбайт данных.
Рис. 33. Принцип действия
дисковода CD-ROM
Большие объемы данных характерны для мультимедийной информации (графика, музыка, видео), поэтому дисководы CD-ROM относят к аппаратным средствам мультимедиа. Программные продукты, распространяемые на лазерных дисках, называют мультимедийными изданиями. Сегодня мультимедийные издания завоевывают все более прочное место среди других традиционных видов изданий. Так, например, существуют книги, альбомы, энциклопедии и даже периодические издания (электронные журналы), выпускаемые на CD-ROM.
Основным недостатком стандартных дисководов CD-ROM является невозможность записи данных, но параллельно с ними существуют и устройства однократной записи CD-R (Compact Disk Recorder), и устройства многократной записи CD-RW.
Основным параметром дисководов СО-/?ОМявляется скорость чтения данных. Она измеряется в кратных долях. За единицу измерения принята скорость чтения в первых серийных образцах, составлявшая 150 Кбайт/с. Таким образом, дисковод с удвоенной скоростью чтения обеспечивает производительность 300 Кбайт/с, с учетверенной скоростью 600 Кбайт/с и т. д. В настоящее время наибольшее распространение имеют устройства чтения CD-ROM с производительностью 32х-48х. Современные образцы устройств однократной записи имеют производительность 4х-8х, а устройств многократной записи до 4х.
Видеокарта (видеоадаптер)
Совместно с монитором видеокарта образует видеоподсистему персонального компьютера. Видеокарта не всегда была компонентом ПК. На заре развития персональной вычислительной техники в общей области оперативной памяти существовала небольшая выделенная экранная область памяти, в которую процессор заносил данные об изображении. Специальный контроллер экрана считывал данные об яркости отдельных точек экрана из ячеек памяти этой области и в соответствии с ними управлял разверткой горизонтального луча электронной пушки монитора.
С переходом от черно-белых мониторов к цветным и с увеличением разрешения экрана (количества точек по вертикали и горизонтали) области видеопамяти стало недостаточно для хранения графических данных, а процессор перестал справляться с построением и обновлением изображения. Тогда и произошло выделение всех операций, связанных с управлением экраном, в отдельный блок, получивший название видеоадаптер. Физически видеоадаптер выполнен в виде отдельной дочерней платы, которая вставляется в один из слотов материнской платы и называется видеокартой. Видеоадаптер взял на себя функции видеоконтроллера, видеопроцессора и видеопамяти.
За время существования персональных компьютеров сменилось несколько стандартов видеоадаптеров: MDA (монохромный); CGA (4 цвета); EGA (16 цветов); VGA (256 цветов). В настоящее время применяются видеоадаптеры SVGA, обеспечивающие по выбору воспроизведение до 16,7 миллионов цветов с возможностью произвольного выбора разрешения экрана из стандартного ряда значений (640x480, 800x600,1024x768,1152x864; 1280x1024 точек и далее).
Разрешение экрана является одним из важнейших параметров видеоподсистемы. Чем оно выше, тем больше информации можно отобразить на экране, но тем меньше размер каждой отдельной точки и, тем самым, тем меньше видимый размер элементов изображения. Использование завышенного разрешения на мониторе малого размера приводит к тому, что элементы изображения становятся неразборчивыми и работа с документами и программами вызывает утомление органов зрения. Использование заниженного разрешения приводит к тому, что элементы изображения становятся крупными, но на экране их располагается очень мало. Если программа имеет сложную систему управления и большое число экранных элементов, они не полностью помещаются на экране. Это приводит к снижению производительности труда и неэффективной работе.
Таким образом, для каждого размера монитора существует свое оптимальное разрешение экрана, которое должен обеспечивать видеоадаптер (табл. 3.1).
Таблица 3.1.
Разрешение экрана монитора
Размер монитора |
Оптимальное разрешение экрана |
1 4 дюймов |
640x480 |
15 дюймов |
800x600 |
17 дюймов |
1024x768 |
19 дюймов |
1280x1024 |
Большинство современных прикладных и развлекательных программ рассчитаны на работу с разрешением экрана 800x600 и более. Именно поэтому сегодня наиболее популярный размер мониторов составляет 15 дюймов.
Цветовое разрешение (глубина цвета) определяет количество различных оттенков, которые может принимать отдельная точка экрана. Максимально возможное цветовое разрешение зависит от свойств видеоадаптера и, в первую очередь, от количества установленной на нем видеопамяти. Кроме того, оно зависит и от установленного разрешения экрана. При высоком разрешении экрана на каждую точку изображения приходится отводить меньше места в видеопамяти, так что информация о цветах вынужденно оказывается более ограниченной.
В зависимости от заданного экранного разрешения и глубины цвета необходимый объем видеопамяти можно определить по следующей формуле:
где Р необходимый объем памяти видеоадаптера;
т горизонтальное разрешение экрана (точек);
п вертикальное разрешение экрана (точек);
b разрядность кодирования цвета (бит).
Минимальное требование по глубине цвета на сегодняшний день 256 цветов, хотя большинство программ требуют не менее 65 тыс. цветов (режим High Color). Наиболее комфортная работа достигается при глубине цвета 16,7 млн цветов (режим True Color).
Работа в полноцветном режиме True Color с высоким экранным разрешением требует значительных размеров видеопамяти. Современные видеоадаптеры способны также выполнять функции обработки изображения, снижая нагрузку на центральный процессор ценой дополнительных затрат видеопамяти. Еще недавно типовыми считались видеоадаптеры с объемом памяти 2-4 Мбайт, но уже сегодня обычным считается объем 16 Мбайт.
Видеоускорение одно из свойств видеоадаптера, которое заключается в том, что часть операций по построению изображений может происходить без выполнения математических вычислений в основном процессоре компьютера, а чисто аппаратным путем преобразованием данных в микросхемах видеоускорителя. Видеоускорители могут входить в состав видеоадаптера (в таких случаях говорят о том, что видеокарта обладает функциями аппаратного ускорения), но могут поставляться в виде отдельной платы, устанавливаемой на материнской плате и подключаемой к видеоадаптеру.
Различают два типа видеоускорителей ускорители плоской (2D) и трехмерной (3D) графики. Первые наиболее эффективны для работы с прикладными программами (обычно офисного применения) и оптимизированы для операционной системы Windows, а вторые ориентированы на работу мультимедийных развлекательных программ, в первую очередь компьютерных игр и профессиональных программ обработки трехмерной графики. Обычно в этих случаях используют разные математические принципы автоматизации графических операций, но существуют ускорители, обладающие функциями и двумерного, и трехмерного ускорения.
Звуковая карта
Звуковая карта явилась одним из наиболее поздних усовершенствований персонального компьютера. Она подключается к одному из слотов материнской платы в виде дочерней карты и выполняет вычислительные операции, связанные с обработкой звука, речи, музыки. Звук воспроизводится через внешние звуковые колонки, подключаемые к выходу звуковой карты. Специальный разъем позволяет отправить звуковой сигнал на внешний усилитель. Имеется также разъем для подключения микрофона, что позволяет записывать речь или музыку и сохранять их на жестком диске для последующей обработки и использования.
Основным параметром звуковой карты является разрядность, определяющая количество битов, используемых при преобразовании сигналов из аналоговой в цифровую форму и наоборот. Чем выше разрядность, тем меньше погрешность, связанная с оцифровкой, тем выше качество звучания. Минимальным требованием сегодняшнего дня являются 16 разрядов, а наибольшее распространение имеют 32-разрядные и 64-разрядные устройства.
В области воспроизведения звука наиболее сложно обстоит дело со стандартизацией. Отсутствие единых централизованных стандартов привело к тому, что ряд фирм, занимающихся выпуском звукового оборудования, де-факто ввели в широкое использование свои внутрифирменные стандарты. Так, например, во многих случаях стандартными считают устройства, совместимые с устройством SoundBlaster, торговая марка на которое принадлежит компании Creative Labs.
Оперативная память
Оперативная память (RAMRandom Access Memory) это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные. Существует много различных типов оперативной памяти, но с точки зрения физического принципа действия различают динамическую память (DRAM) и статическую память (SRAM).
Ячейки динамической памяти (DRAM) можно представить в виде микроконденсаторов, способных накапливать заряд на своих обкладках. Это наиболее распространенный и экономически доступный тип памяти. Недостатки этого типа связаны, во-первых, с тем, что как при заряде, так и при разряде конденсаторов неизбежны переходные процессы, то есть запись данных происходит сравнительно медленно. Второй важный недостаток связан с тем, что заряды ячеек имеют свойство рассеиваться в пространстве, причем весьма быстро. Если оперативную память постоянно не «подзаряжать», утрата данных происходит через несколько сотых долей секунды. Для борьбы с этим явлением в компьютере происходит постоянная регенерация (освежение, подзарядка) ячеек оперативной памяти. Регенерация осуществляется несколько десятков раз в секунду и вызывает непроизводительный расход ресурсов вычислительной системы.
Ячейки статической памяти (SRAM) можно представить как электронные микроэлементы триггеры, состоящие из нескольких транзисторов. В триггере хранится не заряд, а состояние (включен/выключен), поэтому этот тип памяти обеспечивает более высокое быстродействие, хотя технологически он сложнее и, соответственно, дороже.
Микросхемы динамической памяти используют в качестве основной оперативной памяти компьютера. Микросхемы статической памяти используют в качестве вспомогательной памяти (так называемой кэш-памяти), предназначенной для оптимизации работы процессора.
Каждая ячейка памяти имеет свой адрес, который выражается числом. В настоящее время в процессорах Intel Pentium и некоторых других принята 32-разрядная адресация, а это означает, что всего независимых адресов может быть 232. Таким образом, в современных компьютерах возможна непосредственная адресация к полю памяти размером 232 = 4 294 967 296 байт (4,3 Гбайт). Однако это отнюдь не означает, что именно столько оперативной памяти непременно должно быть в компьютере. Предельный размер поля оперативной памяти, установленной в компьютере, определяется микропроцессорным комплектом (чипсетом) материнской платы и обычно составляет несколько сот Мбайт.
Одна адресуемая ячейка содержит восемь двоичных ячеек, в которых можно сохранить 8 бит, то есть один байт данных. Таким образом, адрес любой ячейки памяти можно выразить четырьмя байтами.
Представление о том, сколько оперативной памяти должно быть в типовом компьютере, непрерывно меняется. В середине 80-х годов поле памяти размером 1 Мбайт казалось огромным, в начале 90-х годов достаточным считался объем 4 Мбайт, к середине 90-х годов он увеличился до 8 Мбайт, а затем и до 16 Мбайт. Сегодня типичным считается размер оперативной памяти 32-64 Мбайт, но очень скоро эта величина будет превышена в 2-4 раза даже для моделей массового потребления.
Оперативная память в компьютере размещается на стандартных панельках, называемых модулями. Модули оперативной памяти вставляют в соответствующие разъемы на материнской плате. Если к разъемам есть удобный доступ, то операцию можно выполнять своими руками. Если удобного доступа нет, может потребоваться неполная разборка узлов системного блока, и в таких случаях операцию поручают специалистам.
Конструктивно модули памяти имеют два исполнения однорядные (SIMM-модули) и двухрядные (DIMM-модули). На компьютерах с процессорами Pentium однорядные модули можно применять только парами (количество разъемов для их установки на материнской плате всегда четное), а D/MM-модули можно устанавливать по одному. Многие модели материнских плат имеют разъемы как того, так и другого типа, но комбинировать на одной плате модули разных типов нельзя.
Основными характеристиками модулей оперативной памяти являются объем памяти и время доступа. 5/ММ-модули поставляются объемами 4,8,16,32 Мбайт, а ШММ-модули 16,32,64,128 Мбайт и более. Время доступа показывает, сколько времени необходимо для обращения к ячейкам памяти чем оно меньше, тем лучше. Время доступа измеряется в миллиардных долях секунды (наносекундах, не). Типичное время доступа к оперативной памяти для 5/ММ-модулей 50-70 не. Для современных D/MM-модул ей оно составляет 7-10 не.
Процессор
Процессор основная микросхема компьютера, в которой и производятся все вычисления. Конструктивно процессор состоит из ячеек, похожих на ячейки оперативной памяти, но в этих ячейках данные могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние ячейки процессора называют регистрами. Важно также отметить, что данные, попавшие в некоторые регистры, рассматриваются не как данные, а как команды, управляющие обработкой данных в других регистрах. Среди регистров процессора есть и такие, которые в зависимости от своего содержания способны модифицировать исполнение команд. Таким образом, управляя засылкой данных в разные регистры процессора, можно управлять обработкой данных. На этом и основано исполнение программ.
С остальными устройствами компьютера, и в первую очередь с оперативной памятью, процессор связан несколькими группами проводников, называемых шинами. Основных шин три: шина данных, адресная шина и командная шина.
Адресная шина. У процессоров Intel Pentium (а именно они наиболее распространены в персональных компьютерах) адресная шина 32-разрядная, то есть состоит из 32 параллельных линий. В зависимости от того, есть напряжение на какой-то из линий или нет, говорят, что на этой линии выставлена единица или ноль. Комбинация из 32 нулей и единиц образует 32-разрядный адрес, указывающий на одну из ячеек оперативной памяти. К ней и подключается процессор для копирования данных из ячейки в один из своих регистров.
Шина данных. По этой шине происходит копирование данных из оперативной памяти в регистры процессора и обратно. В компьютерах, собранных на базе процессоров Intel Pentium, шина данных 64-разрядная, то есть состоит из 64 линий, по которым за один раз на обработку поступают сразу 8 байтов.
Шина команд. Для того чтобы процессор мог обрабатывать данные, ему нужны команды. Он должен знать, что следует сделать с теми байтами, которые хранятся в его регистрах. Эти команды поступают в процессор тоже из оперативной памяти, но не из тех областей, где хранятся массивы данных, а оттуда, где хранятся программы. Команды тоже представлены в виде байтов. Самые простые команды укладываются в один байт, однако есть и такие, для которых нужно два, три и более байтов. В большинстве современных процессоров шина команд 32-разрядная (например, в процессоре Intel Pentium), хотя существуют 64-разрядные процессоры и даже 128-разрядные.
Система команд процессора. В процессе работы процессор обслуживает данные, находящиеся в его регистрах, в поле оперативной памяти, а также данные, находящиеся во внешних портах процессора. Часть данных он интерпретирует непосредственно как данные, часть данных как адресные данные, а часть как команды. Совокупность всех возможных команд, которые может выполнить процессор над данными, образует так называемую систему команд процессора. Процессоры, относящиеся к одному семейству, имеют одинаковые или близкие системы команд. Процессоры, относящиеся к разным семействам, различаются по системе команд и невзаимозаменяемы.
Процессоры с расширенной и сокращенной системой команд. Чем шире набор системных команд процессора, тем сложнее его архитектура, тем длиннее формальная запись команды (в байтах), тем выше средняя продолжительность исполнения одной команды, измеренная в тактах работы процессора. Так, например, система команд процессоров Intel Pentium в настоящее время насчитывает более тысячи различных команд. Такие процессоры называют процессорами с расширенной системой команд CISC-процессорами (CISC Complex Instruction Set Computing).
В противоположность С/5С-процессорам в середине 80-х годов появились процессоры архитектуры RISC с сокращенной системой команд (RISC Reduced Instruction Set Computing). При такой архитектуре количество команд в системе намного меньше, и каждая из них выполняется намного быстрее. Таким образом, программы, состоящие из простейших команд, выполняются этими процессорами много быстрее. Оборотная сторона сокращенного набора команд состоит в том, что сложные операции приходится эмулировать далеко не эффективной последовательностью простейших команд сокращенного набора.
В результате конкуренции между двумя подходами к архитектуре процессоров сложилось следующее распределение их сфер применения:
СISC-процессоры используют в универсальных вычислительных системах;
RISС-процессоры используют в специализированных вычислительных системах или устройствах, ориентированных на выполнение единообразных операций.
Для персональных компьютеров платформы IBM PC долгое время выпускались только С/5С-процессоры, к которым относятся и все процессоры семейства Intel Pentium. Однако в последнее время компания AMD приступила к выпуску процессоров семейства AMD-K6, в основе которых лежит внутреннее ядро, выполненное по .R/SC-архитектуре, и внешняя структура, выполненная по архитектуре CISC. Таким образом, сегодня появились процессоры, совместимые по системе команд с процессорами х86, но имеющие гибридную архитектуру.
Совместимость процессоров. Если два процессора имеют одинаковую систему команд, то они полностью совместимы на программном уровне. Это означает, что программа, написанная для одного процессора, может исполняться и другим процессором. Процессоры, имеющие разные системы команд, как правило, несовместимы или ограниченно совместимы на программном уровне.
Группы процессоров, имеющих ограниченную совместимость, рассматривают как семейства процессоров. Так, например, все процессоры Intel Pentiuin относятся к так называемому семейству х8б. Родоначальником этого семейства был 16-разрядный процессор Intel 8086, на базе которого собиралась первая модель компьютера IBM PC. Впоследствии выпускались процессоры Intel 80286, Intel 80386, Intel 80486, Intel Pentiuin 60,66,75,90,100,133; несколько моделей процессоров Intel Pentium MMX, модели Intel Pentium Pro, Intel Pentium H, Intel Celeron, Intel Xeon, Intel Pentium III и другие. Все эти модели, и не только они, а также многие модели процессоров компаний AMD и Cyrix относятся к семейству х86 и обладают совместимостью по принципу «сверху вниз».
Принцип совместимости «сверху вниз» это пример неполной совместимости, когда каждый новый процессор «понимает» все команды своих предшественников, но не наоборот. Это естественно, поскольку двадцать лет назад разработчики процессоров не могли предусмотреть систему команд, нужную для современных программ. Благодаря такой совместимости на современном компьютере можно выполнять любые программы, созданные в последние десятилетия для любого из предшествующих компьютеров, принадлежащего той же аппаратной платформе.
Основные параметры процессоров. Основными параметрами процессоров являются: рабочее напряжение, разрядность, рабочая тактовая частота, коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты и размер кэш-памяти.
Рабочее напряжение процессора обеспечивает материнская плата, поэтому разным маркам процессоров соответствуют разные материнские платы (их надо выбирать совместно). По мере развития процессорной техники происходит постепенное понижение рабочего напряжения. Ранние модели процессоров х86 имели рабочее напряжение 5 В. С переходом к процессорам Intel Pentium оно было понижено до 3,3 В, а в настоящее время оно составляет менее 3 В. Причем ядро процессора питается пониженным напряжением 2,2 В. Понижение рабочего напряжения позволяет уменьшить расстояния между структурными элементами в кристалле процессора до десятитысячных долей миллиметра, не опасаясь электрического пробоя. Пропорционально квадрату напряжения уменьшается и тепловыделение в процессоре, а это позволяет увеличивать его производительность без угрозы перегрева.
Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один раз (за один такт). Первые процессоры х86 были 16-разрядными. Начиная с процессора 80386 они имеют 32-разрядную архитектуру. Современные процессоры семейства Intel Pentium остаются 32-разрядными, хотя и работают с 64-разрядной шиной данных (разрядность процессора определяется не разрядностью шины данных, а разрядностью командной шины).
В основе работы процессора лежит тот же тактовый принцип, что и в обычных часах. Исполнение каждой команды занимает определенное количество тактов. В настенных часах такты колебаний задает маятник; в ручных механических часах их задает пружинный маятник; в электронных часах для этого есть колебательный контур, задающий такты строго определенной частоты. В персональном компьютере тактовые импульсы задает одна из микросхем, входящая в микропроцессорный комплект (чипсет), расположенный на материнской плате. Чем выше частота тактов, поступающих на процессор, тем больше команд он может исполнить в единицу времени, тем выше его производительность. Первые процессоры х86 могли работать с частотой не выше 4,77 МГц, а сегодня рабочие частоты некоторых процессоров уже превосходят 500 миллионов тактов в секунду (500 МГц).
Тактовые сигналы процессор получает от материнской платы, которая, в отличие от процессора, представляет собой не кристалл кремния, а большой набор проводников и микросхем. По чисто физическим причинам материнская плата не может работать со столь высокими частотами, как процессор. Сегодня ее предел составляет 100-133 МГц. Для получения более высоких частот в процессоре происходит внутреннее умножение частоты на коэффициент 3; 3,5; 4; 4,5; 5 и более.
Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее, чем обмен с другими устройствами, например с оперативной памятью. Для того чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают буферную область так называемую кэш-память. Это как бы «сверхоперативная память». Когда процессору нужны данные, он сначала обращается в кэш-память, и только если там нужных данных нет, происходит его обращение в оперативную память. Принимая блок данных из оперативной памяти, процессор заносит его одновременно и в кэш-память. «Удачные» обращения в кэш-память называют попаданиями в кэш. Процент попаданий тем выше, чем больше размер кэш-памяти, поэтому высокопроизводительные процессоры комплектуют повышенным объемом кэш-памяти.
Нередко кэш-память распределяют по нескольким уровням. Кэш первого уровня выполняется в том же кристалле, что и сам процессор, и имеет объем порядка десятков Кбайт. Кэш второго уровня находится либо в кристалле процессора, либо в том же узле, что и процессор, хотя и исполняется на отдельном кристалле. Кэшпамять первого и второго уровня работает на частоте, согласованной с частотой ядра процессора.
Кэш-память третьего уровня выполняют на быстродействующих микросхемах типа SRAM и размещают на материнской плате вблизи процессора. Ее объемы могут достигать нескольких Мбайт, но работает она на частоте материнской платы.
Микросхема ПЗУ и система BIOS
В момент включения компьютера в его оперативной памяти нет ничего ни данных, ни программ, поскольку оперативная память не может ничего хранить без подзарядки ячеек более сотых долей секунды, но процессору нужны команды, в том числе и в первый момент после включения.
Поэтому сразу после включения на адресной шине процессора выставляется стартовый адрес. Это происходит аппаратно, без участия программ (всегда одинаково). Процессор обращается по выставленному адресу за своей первой командой и далее начинает работать по программам.
Этот исходный адрес не может указывать на оперативную память, в которой пока ничего нет. Он указывает на другой тип памяти постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Микросхема ПЗУ способна длительное время хранить информацию, даже когда компьютер выключен. Программы, находящиеся в ПЗУ, называют «зашитыми» их записывают туда на этапе изготовления микросхемы.
Комплект программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую систему ввода-вывода (BIOS Basic Input Output System). Основное назначение программ этого пакета состоит в том, чтобы проверить состав и работоспособность компьютерной системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жестким диском и дисководом гибких дисков. Программы, входящие в BIOS, позволяют нам наблюдать на экране диагностические сообщения, сопровождающие запуск компьютера, а также вмешиваться в ход запуска с помощью клавиатуры.
Энергонезависимая память CMOS
Выше мы отметили, что работа таких стандартных устройств, как клавиатура, может обслуживаться программами, входящими в BIOS, но такими средствами нельзя обеспечить работу со всеми возможными устройствами. Так, например, изготовители BIOS абсолютно ничего не знают о параметрах наших жестких и гибких дисков, им не известны ни состав, ни свойства произвольной вычислительной системы. Для того чтобы начать работу с другим оборудованием, программы, входящие в состав BIOS, должны знать, где можно найти нужные параметры. По очевидным причинам их нельзя хранить ни в оперативной памяти, ни в постоянном запоминающем устройстве.
Специально для этого на материнской плате есть микросхема «энергонезависимой памяти», по технологии изготовления называемая CMOS. От оперативной памяти она отличается тем, что ее содержимое не стирается во время выключения компьютера, а от ПЗУ она отличается тем, что данные в нее можно заносить и изменять самостоятельно, в соответствии с тем, какое оборудование входит в состав системы. Эта микросхема постоянно подпитывается от небольшой батарейки, расположенной на материнской плате. Заряда этой батарейки хватает на то, чтобы микросхема не теряла данные, даже если компьютер не будут включать несколько лет.
В микросхеме CMOS хранятся данные о гибких и жестких дисках, о процессоре, о некоторых других устройствах материнской платы. Тот факт, что компьютер четко отслеживает время и календарь (даже и в выключенном состоянии), тоже связан с тем, что показания системных часов постоянно хранятся (и изменяются) в CMOS.
Таким образом, программы, записанные в BIOS, считывают данные о составе оборудования компьютера из микросхемы CMOS, после чего они могут выполнить обращение к жесткому диску, а в случае необходимости и к гибкому, и передать управление тем программам, которые там записаны.
Шинные интерфейсы материнской платы
Связь между всеми собственными и подключаемыми устройствами материнской платы выполняют ее шины и логические устройства, размещенные в микросхемах микропроцессорного комплекта (чипсета). От архитектуры этих элементов во многом зависит производительность компьютера.
ISA. Историческим достижением компьютеров платформы IBM PC стало внедрение почти двадцать лет назад архитектуры, получившей статус промышленного стандарта ISA (Industry Standard Architecture). Она не только позволила связать все устройства системного блока между собой, но и обеспечила простое подключение новых устройств через стандартные разъемы (слоты). Пропускная способность шины, выполненной по такой архитектуре, составляет до 5,5 Мбайт/с, но, несмотря на низкую пропускную способность, эта шина продолжает использоваться в компьютерах для подключения сравнительно «медленных» внешних устройств, например звуковых карт и модемов.
EISA. Расширением стандарта ISA стал стандарт EISA (Extended ISA), отличающийся увеличенным разъемом и увеличенной производительностью (до 32 Мбайт/с). Как и ISA, в настоящее время данный стандарт считается устаревшим. После 2000 года выпуск материнских плат с разъемами IS A/EISA и устройств, подключаемых к ним, прекращается.
VLB. Название интерфейса переводится как локальная шина стандарта VESA (VESA Local Bus). Понятие «локальной шины» впервые появилось в конце 80-х годов. Оно связано тем, что при внедрении процессоров третьего и четвертого поколений (Intel 80386 и Intel 80486) частоты основной шины (в качестве основной использовалась шина ISA/EISA) стало недостаточно для обмена между процессором и оперативной памятью. Локальная шина, имеющая повышенную частоту, связала между собой процессор и память в обход основной шины. Впоследствии в эту шину «врезали» интерфейс для подключения видеоадаптера, который тоже требует повышенной пропускной способности, так появился стандарт VLB, который позволил поднять тактовую частоту локальной шины до 50 МГц и обеспечил пиковую пропускную способность до 130 Мбайт/с.
Основным недостатком интерфейса VLB стало то, что предельная частота локальной шины и, соответственно, ее пропускная способность зависят от числа устройств, подключенных к шине. Так, например, при частоте 50 Мщ к шине может быть подключено только одно устройство (видеокарта). Для сравнения скажем, что при частоте 40 Мгц возможно подключение двух, а при частоте 33 Мгц трех устройств.
PCI. Интерфейс PCI (Peripheral Component Interconnect стандарт подключения внешних компонентов) был введен в персональных компьютерах, выполненных на базе процессоров Intel Pentium. По своей сути это тоже интерфейс локальной шины, связывающей процессор с оперативной памятью, в которую врезаны разъемы для подключения внешних устройств. Для связи с основной шиной компьютера (ISA/ EISA) используются специальные интерфейсные преобразователи мосты PCI (PCIBridge). В современных компьютерах функции моста PCI выполняют микросхемы микропроцессорного комплекта (чипсета).
Данный интерфейс поддерживает частоту шины 33 МГц и обеспечивает пропускную способность 132 Мбайт/с. Последние версии интерфейса поддерживают частоту до 66 МГц и обеспечивают производительность 264 Мбайт/с для 32-разрядных данных и 528 Мбайт/с для 64-разрядных данных.
Важным нововведением, реализованным этим стандартом, стала поддержка так называемого режима plug-and-play, впоследствии оформившегося в промышленный стандарт на самоустанавливающиеся устройства. Его суть состоит в том, что после физического подключения внешнего устройства к разъему шины PCI происходит обмен данными между устройством и материнской платой, в результате которого устройство автоматически получает номер используемого прерывания, адрес порта подключения и номер канала прямого доступа к памяти.
Конфликты между устройствами за обладание одними и теми же ресурсами (номерами прерываний, адресами портов и каналами прямого доступа к памяти) вызывают массу проблем у пользователей при установке устройств, подключаемых к шине ISA. С появлением интерфейса PCI и с оформлением стандарта plug-and-play появилась возможность выполнять установку новых устройств с помощью автоматических программных средств эти функции во многом были возложены на операционную систему.
FSB. Шина PCI, появившаяся в компьютерах на базе процессоров Intel Pentium как локальная шина, предназначенная для связи процессора с оперативной памятью, недолго оставалась в этом качестве. Сегодня она используется только как шина для подключения внешних устройств, а для связи процессора и памяти, начиная с процессора Intel Pentium Pro используется специальная шина, получившая название Front Side Bus (FSB). Эта шина работает на очень высокой частоте 100-125 МГц. В настоящее время внедряются материнские платы с частотой шины FSB 133 МГц и ведутся разработки плат с частотой до 200 МГц. Частота шины FSB является одним из основных потребительских параметров именно он и указывается в спецификации материнской платы. Пропускная способность шины FSB при частоте 100 МГц составляет порядка 800 Мбайт/с.
AGP. Видеоадаптер устройство, требующее особенно высокой скорости передачи данных. Как при внедрении локальной шины VLB, так и при внедрении локальной шины PCI видеоадаптер всегда был первым устройством, «врезаемым» в новую шину. Сегодня параметры шины PCI уже не соответствуют требованиям видеоадаптеров, поэтому для них разработана отдельная шина, получившая название AGP (Advanced Graphic Port усовершенствованный графический порт). Частота этой шины соответствует частоте шины PCI (33 МГц или 66 МГц), но она имеет много более высокую пропускную способность до 1066 Мбайт/с (в режиме четырехкратного умножения).
PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association стандарт международной ассоциации производителей плат памяти для персональных компьютеров). Этот стандарт определяет интерфейс подключения плоских карт памяти небольших размеров и используется в портативных персональных компьютерах.
USB (Universal Serial Bus универсальная последовательная магистраль). Это одно из последних нововведений в архитектурах материнских плат. Этот стандарт определяет способ взаимодействия компьютера с периферийным оборудованием. Он позволяет подключать до 256 различных устройств, имеющих последовательный интерфейс. Устройства могут включаться цепочками (каждое следующее устройство подключается к предыдущему). Производительность шины USB относительно невелика и составляет до 1,5 Мбит/с, но для таких устройств, как клавиатура, мышь, модем, джойстик и т. п., этого достаточно. Удобство шины состоит в том, что она практически исключает конфликты между различным оборудованием, позволяет подключать и отключать устройства в «горячем режиме» (не выключая компьютер) и позволяет объединять несколько компьютеров в простейшую локальную сеть без применения специального оборудования и программного обеспечения.
Функции микропроцессорного комплекта (чипсета)
Параметры микропроцессорного комплекта (чипсета) в наибольшей степени определяют свойства и функции материнской платы. В настоящее время большинство чипсетов материнских плат выпускаются на базе двух микросхем, получивших название «северный мост» и «южный мост».
«Северный мост» управляет взаимосвязью четырех устройств: процессора, оперативной памяти, порта AGPvi шины PCI. Поэтому его также называют четырехпор-товым контроллером.
«Южный мост» называют также функциональным контроллером. Он выполняет функции контроллера жестких и гибких дисков, функции моста ISA PCI, контроллера клавиатуры, мыши, шины USB и т. п.
Периферийные устройства персонального компьютера подключаются к его интерфейсам и предназначены для выполнения вспомогательных операций. Благодаря им компьютерная система приобретает гибкость и универсальность.
По назначению периферийные устройства можно подразделить на:
устройства ввода данных;
устройства вывода данных;
устройства хранения данных;
устройства обмена данными.
Устройства ввода знаковых данных
Специальные клавиатуры. Клавиатура является основным устройством ввода данных. Специальные клавиатуры предназначены для повышения эффективности процесса ввода данных. Это достигается путем изменения формы клавиатуры, раскладки ее клавиш или метода подключения к системному блоку.
Клавиатуры, имеющие специальную форму, рассчитанную с учетом требований эргономики, называют эргономичными клавиатурами. Их целесообразно применять на рабочих местах, предназначенных для ввода большого количества знаковой информации. Эргономичные клавиатуры не только повышают производительность наборщика и снижают общее утомление в течение рабочего дня, но и снижают вероятность и степень развития ряда заболеваний, например туннельного синдрома кистей рук и остеохондроза верхних отделов позвоночника.
Раскладка клавиш стандартных клавиатур далека от оптимальной. Она сохранилась со времен ранних образцов механических пишущих машин. В настоящее время существует техническая возможность изготовления клавиатур с оптимизированной раскладкой, и существуют образцы таких устройств (в частности, к ним относится клавиатура Дворака). Однако практическое внедрение клавиатур с нестандартной раскладкой находится под вопросом в связи с тем, что работе с ними надо учиться специально. На практике подобными клавиатурами оснащают только специализированные рабочие места.
По методу подключения к системному блоку различают проводные и беспроводные клавиатуры. Передача информации в беспроводных системах осуществляется инфракрасным лучом. Обычный радиус действия таких клавиатур составляет несколько метров. Источником сигнала является клавиатура.
Устройства командного управления
Специальные манипуляторы. Кроме обычной мыши существуют и другие типы манипуляторов, например: трекболы, пенмаусы, инфракрасные мыши.
Трекбол в отличие от мыши устанавливается стационарно, и его шарик приводится в движение ладонью руки. Преимущество трекбола состоит в том, что он не нуждается в гладкой рабочей поверхности, поэтому трекболы нашли широкое применение в портативных персональных компьютерах.
Пенмаус представляет собой аналог шариковой авторучки, на конце которой вместо пишущего узла установлен узел, регистрирующий величину перемещения.
Инфракрасная мышь отличается от обычной наличием устройства беспроводной связи с системным блоком.
Для компьютерных игр и в некоторых специализированных имитаторах применяют также манипуляторы рычажно-нажимного типа (джойстики) и аналогичные им джой-пады, геймпады и штурвалъно-педалъные устройства. Устройства этого типа подключаются к специальному порту, имеющемуся на звуковой карте, или к порту USB.
Устройства ввода графических данных
Для ввода графической информации используют сканеры, графические планшеты (дигитайзеры) и цифровые фотокамеры. Интересно отметить, что с помощью сканеров можно вводить и знаковую информацию. В этом случае исходный материал вводится в графическом виде, после чего обрабатывается специальными программными средствами (программами распознавания образов).
Планшетные сканеры. Планшетные сканеры предназначены для ввода графической информации с прозрачного или непрозрачного листового материала. Принцип действия этих устройств состоит в том, что луч света, отраженный от поверхности материала (или прошедший сквозь прозрачный материал), фиксируется специальными элементами, называемыми приборами с зарядовой связью (ПЗС). Обычно элементы ПЗС конструктивно оформляют в виде линейки, располагаемой по ширине исходного материала. Перемещение линейки относительно листа бумаги выполняется механическим протягиванием линейки при неподвижной установке листа или протягиванием листа при неподвижной установке линейки.
Основными потребительскими параметрами планшетных сканеров являются:
разрешающая способность;
производительность;
динамический диапазон;
максимальный размер сканируемого материала.
Разрешающая способность планшетного сканера зависит от плотности размещения приборов ПЗС на линейке, а также от точности механического позиционирования линейки при сканировании. Типичный показатель для офисного применения: 600-1200 dpi (dpi dots per inch количество точек на дюйм). Для профессионального применения характерны показатели 1200-3000 dpi.
Производительность сканера определяется продолжительностью сканирования листа бумаги стандартного формата и зависит как от совершенства механической части устройства, так и от типа интерфейса, использованного для сопряжения с компьютером.
Динамический диапазон определяется логарифмом отношения яркости наиболее светлых участков изображения к яркости наиболее темных участков. Типовой показатель для сканеров офисного применения составляет 1,8-2,0, а для сканеров профессионального применения от 2,5 (для непрозрачных материалов) до 3,5 (для прозрачных материалов).
Ручные сканеры. Принцип действия ручных сканеров в основном соответствует планшетным. Разница заключается в том, что протягивание линейки ПЗС в данном случае выполняется вручную. Равномерность и точность сканирования при этом обеспечиваются неудовлетворительно, и разрешающая способность ручного сканера составляет 150-300 dpi.
Барабанные сканеры. В сканерах этого типа исходный материал закрепляется на цилиндрической поверхности барабана, вращающегося с высокой скоростью. Устройства этого типа обеспечивают наивысшее разрешение (2400-5000 dpi) благодаря применению не ПЗС, а фотоэлектронных умножителей. Их используют для сканирования исходных изображений, имеющих высокое качество, но недостаточные линейные размеры (фотонегативов, слайдов и т. п.)
Сканеры форм. Предназначены для ввода данных со стандартных форм, заполненных механически или «от руки». Необходимость в этом возникает при проведении переписей населения, обработке результатов выборов и анализе анкетных данных.
От сканеров форм не требуется высокой точности сканирования, но быстродействие играет повышенную роль и является основным потребительским параметром.
Штрих-сканеры. Эта разновидность ручных сканеров предназначена для ввода данных, закодированных в виде штрих-кода. Такие устройства имеют применение в розничной торговой сети.
Графические планшеты (дигитайзеры). Эти устройства предназначены для ввода художественной графической информации. Существует несколько различных принципов действия графических планшетов, но в основе всех их лежит фиксация перемещения специального пера относительно планшета. Такие устройства удобны для художников и иллюстраторов, поскольку позволяют им создавать экранные изображения привычными приемами, наработанными для традиционных инструментов (карандаш, перо, кисть).
Цифровые фотокамеры. Как и сканеры, эти устройства воспринимают графические данные с помощью приборов с зарядовой связью, объединенных в прямоугольную матрицу. Основным параметром цифровых фотоаппаратов является разрешающая способность, которая напрямую связана с количеством ячеек ПЗС в матрице. Наилучшие потребительские модели в настоящее время имеют до 1 млн ячеек ПЗС и, соответственно, обеспечивают разрешение изображения до 800х 1200 точек. У профессиональных моделей эти параметры выше.
Устройства вывода данных
В качестве устройств вывода данных, дополнительных к монитору, используют печатающие устройства (принтеры), позволяющие получать копии документов на бумаге или прозрачном носителе. По принципу действия различают матричные, лазерные, светодиодные и струйные принтеры.
Матричные принтеры. Это простейшие печатающие устройства. Данные выводятся на бумагу в виде оттиска, образующегося при ударе цилиндрических стержней («иголок») через красящую ленту. Качество печати матричных принтеров напрямую зависит от количества иголок в печатающей головке. Наибольшее распространение имеют 9-шолъчатые и 24-игольчатые матричные принтеры. Последние позволяют получать оттиски документов, не уступающие по качеству документам, исполненным на пишущей машинке.
Производительность работы матричных принтеров оценивают по количеству печатаемых знаков в секунду (cps characters per second). Обычными режимами работы матричных принтеров являются: draft режим черновой печати, normal режим обычной печати и режим NLQ (Near Letter Quality), который обеспечивает качество печати, близкое к качеству пишущей машинки.
Лазерные принтеры. Лазерные принтеры обеспечивают высокое качество печати, не уступающее, а во многих случаях и превосходящее полиграфическое. Они отличаются также высокой скоростью печати, которая измеряется в страницах в минуту (ррт page per minute). Как и в матричных принтерах, итоговое изображение формируется из отдельных точек.
Принцип действия лазерных принтеров следующий:
в соответствии с поступающими данными лазерная головка испускает световые импульсы, которые отражаются от зеркала и попадают на поверхность светочувствительного барабана;
горизонтальная развертка изображения выполняется вращением зеркала;
участки поверхности светочувствительного барабана, получившие световой импульс, приобретают статический заряд;
в барабан при вращении проходит через контейнер, наполненный красящим составом (тонером), и тонер закрепляется на участках, имеющих статический заряд;
при дальнейшем вращении барабана происходит контакт его поверхности с бумажным листом, в результате чего происходит перенос тонера на бумагу;
лист бумаги с нанесенным на него тонером протягивается через нагревательный элемент, в результате чего частицы тонера спекаются и закрепляются на бумаге.
К основным параметрам лазерных принтеров относятся:
разрешающая способность, dpi (dotsper inch точек на дюйм);
производительность (страниц в минуту);
формат используемой бумаги;
объем собственной оперативной памяти.
При выборе лазерного принтера необходимо также учитывать параметр стоимости оттиска, то есть стоимость расходных материалов для получения одного печатного листа стандартного формата А4. К расходным материалам относится тонер и барабан, который после печати определенного количества оттисков утрачивает свои свойства. В качестве единицы измерения используют цент на страницу (имеются в виду центы США). В настоящее время теоретический предел по этому показателю составляет порядка 1,0-1,5. На практике лазерные принтеры массового применения обеспечивают значения от 2,0 до 6,0.
Основное преимущество лазерных принтеров заключается в возможности получения высококачественных отпечатков. Модели среднего класса обеспечивают разрешение печати до 600 dpi, а профессиональные модели до 1200 dpi.
Светодиодные принтеры. Принцип действия светодиодных принтеров похож на принцип действия лазерных принтеров. Разница заключается в том, что источником света является не лазерная головка, а линейка светодиодов. Поскольку эта линейка расположена по всей ширине печатаемой страницы, отпадает необходимость в механизме формирования горизонтальной развертки и вся конструкция получается проще, надежнее и дешевле. Типичная величина разрешения печати для светодиодных принтеров составляет порядка 600 dpi.
Струйные принтеры. В струйных печатающих устройствах изображение на бумаге формируется из пятен, образующихся при попадании капель красителя на бумагу. Выброс микрокапель красителя происходит под давлением, которое развивается в печатающей головке за счет парообразования. В некоторых моделях капля выбрасывается щелчком в результате пьезоэлектрического эффекта этот метод позволяет обеспечить более стабильную форму капли, близкую к сферической.
Качество печати изображения во многом зависит от формы капли и ее размера, а также от характера впитывания жидкого красителя поверхностью бумаги. В этих условиях особую роль играют вязкостные свойства красителя и свойства бумаги.
К положительным свойствам струйных печатающих устройств следует отнести относительно небольшое количество движущихся механических частей и, соответственно, простоту и надежность механической части устройства и его относительно низкую стоимость. Основным недостатком, по сравнению с лазерными принтерами, является нестабильность получаемого разрешения, что ограничивает возможность их применения в черно-белой полутоновой печати.
В то же время, сегодня струйные принтеры нашли очень широкое применение в цветной печати. Благодаря простоте конструкции они намного превосходят цветные лазерные принтеры по показателю качество/цена. При разрешении выше 600 dpi они позволяют получать цветные оттиски, превосходящие по качеству цветные отпечатки, получаемые фотохимическими методами.
При выборе струйного принтера следует обязательно иметь виду параметр стоимости печати одного оттиска. При том, что цена струйных печатающих устройств заметно ниже, чем лазерных, стоимость печати одного оттиска на них может быть в несколько раз выше.
Устройства хранения данных
Необходимость во внешних устройствах хранения данных возникает в двух случаях:
когда на вычислительной системе обрабатывается больше данных, чем можно разместить на базовом жестком диске;
когда данные имеют повышенную ценность и необходимо выполнять регулярное резервное копирование на внешнее устройство (копирование данных на жестком диске не является резервным и только создает иллюзию безопасности).
В настоящее время для внешнего хранения данных используют несколько типов устройств, использующих магнитные или магнитооптические носители.
Стримеры. Стримеры это накопители на магнитной ленте. Их отличает сравнительно низкая цена. К недостаткам стримеров относят малую производительность (она связана прежде всего с тем, что магнитная лента это устройство последовательного доступа) и недостаточную надежность (кроме электромагнитных наводок, ленты стримеров испытывают повышенные механические нагрузки и могут физически выходить из строя).
Емкость магнитных кассет (картриджей) для стримеров составляет до нескольких сот Мбайт. Дальнейшее повышение емкости за счет повышения плотности записи снижает надежность хранения, а повышение емкости за счет увеличения длины ленты сдерживается низким временем доступа к данным.
ZIP-накопители. Z/P-накопители выпускаются компанией Iomega, специализирующейся на создании внешних устройств для хранения данных. Устройство работает с дисковыми носителями, по размеру незначительно превышающими стандартные гибкие диски и имеющими емкость 100/250 Мбайт. Z/P-накопители выпускаются во внутреннем и внешнем исполнении. В первом случае их подключают к контроллеру жестких дисков материнской платы, а во втором к стандартному параллельному порту, что негативно сказывается на скорости обмена данными.
Накопители HiFD. Основным недостатком Z/P-накопителей является отсутствие их совместимости со стандартными гибкими дисками 3,5 дюйма. Такой совместимостью обладают устройства HiFD компании Sony. Они позволяют использовать как специальные носители емкостью 200 Мбайт, так и обычные гибкие диски. В настоящее время распространение этих устройств сдерживается повышенной ценой.
Накопители JAZ. Этот тип накопителей, как и Z/P-накопители, выпускается компанией Iomega. По своим характеристикам .//^-носитель приближается к жестким дискам, но в отличие от них является сменным. В зависимости от модели накопителя на одном диске можно разместить 1 или 2 Гбайт данных.
Магнитооптические устройства. Эти устройства получили широкое распространение в компьютерных системах высокого уровня благодаря своей универсальности. С их помощью решаются задачи резервного копирования, обмена данными и их накопления. Однако достаточно высокая стоимость приводов и носителей не позволяет отнести их к устройствам массового спроса.
В этом секторе параллельно развиваются 5,25- и 3,5-дюймовые накопители, носители для которых отличаются в основном форм-фактором и емкостью. Последнее поколение носителей формата 5,25" достигает емкости 5,2 Гбайт. Стандартная емкость для носителей 3,5" 640 Мбайт.
В формате 3,5" недавно была разработана новая технология GIGAMO, обеспечивающая емкость носителей в 1,3 Гбайт, полностью совместимая сверху вниз с предыдущими стандартами. В перспективе ожидается появление накопителей и дисков форм-фактора 5,25", поддерживающих технологию NFR {Near Field Recording), которая обеспечит емкость дисков до 20 Гбайт, а позднее и до 40 Гбайт.
Устройства обмена данными
Модем. Устройство, предназначенное для обмена информацией между удаленными компьютерами по каналам связи, принято называть модемом (МОдулятор + ДЕМодулятор). При этом под каналом связи понимают физические линии (проводные, оптоволоконные, кабельные, радиочастотные), способ их использования (коммутируемые и выделенные) и способ передачи данных (цифровые или аналоговые сигналы). В зависимости от типа канала связи устройства приема-передачи подразделяют на радиомодемы, кабельные модемы и прочие. Наиболее широкое применение нашли модемы, ориентированные на подключение к коммутируемым телефонным каналам связи.
Цифровые данные, поступающие в модем из компьютера, преобразуются в нем путем модуляции (по амплитуде, частоте, фазе) в соответствии с избранным стандартом (протоколом) и направляются в телефонную линию. Модем-приемник, понимающий данный протокол, осуществляет обратное преобразование (демодуляцию) и пересылает восстановленные цифровые данные в свой компьютер. Таким образом обеспечивается удаленная связь между компьютерами и обмен данными между ними.
К основным потребительским параметрам модемов относятся:
производительность (бит/с);
поддерживаемые протоколы связи и коррекции ошибок;
шинный интерфейс, если модем внутренний (ISA или PC/).
От производительности модема зависит объем данных, передаваемых в единицу времени. От поддерживаемых протоколов зависит эффективность взаимодействия данного модема с сопредельными модемами (вероятность того, что они вступят во взаимодействие друг с другом при оптимальных настройках). От шинного интерфейса в настоящее время пока зависит только простота установки и настройки модема (в дальнейшем при общем совершенствовании каналов связи шинный интерфейс начнет оказывать влияние и на производительность).
Упражнение 3.1. Подключение оборудования к системному блоку
Работа выполняется под руководством преподавателя (инструктора).
питания системного блока;
питания монитора;
сигнального кабеля монитора;
клавиатуры;
последовательных портов (два разъема);
параллельного порта.
5.Убедитесь в том, что все разъемы, выведенные на заднюю стенку системного блока, невзаимозаменяемы, то есть каждое базовое устройство подключается одним-единственным способом.
6. При наличии звуковой карты рассмотрите ее разъемы. Установите местоположение следующих разъемов:
подключения головных телефонов;
подключения микрофона;
вывода сигнала на внешний усилитель;
подключения внешних электромузыкальных инструментов и средств управления компьютерными играми (джойстик, джойпад, геймпад и т. п.).
Упражнение 3.2. Изучение компонентов системного блока
Работа выполняется под руководством преподавателя (инструктора).
Упражнение 3.3. Изучение компонентов материнской платы
Работа выполняется под руководством преподавателя (инструктора).
Разъем шины |
Цвет |
Размер |
ISA |
черный |
длинный |
PCI |
белый |
средний |
AGP |
коричневый |
короткий |
Изготовитель |
Модель |
|
Процессор |
||
Чипсет |
||
Система BIOS |
Количество разъемов модулей оперативной памяти |
Количество слотов для установки плат расширения |
|||
SIMM |
DIMM |
ISA |
PCI |
AGP |
Упражнение 3.4. Исследование порядка запуска компьютера
Работа выполняется под руководством преподавателя (инструктора).
1. Если монитор вычислительной системы имеет питание, отдельное от системного блока, включите монитор.
сколько жестких дисков имеет компьютерная система и каков их объем?
имеются ли дисководы гибких дисков и каковы параметры используемых гибких дисков?
сколько последовательных и параллельных портов имеется в наличии?
• к какому типу относятся микросхемы, размещенные в банках памяти?
Продолжите запуск клавишей ENTER.
Упражнение 3.5. Настройка компьютерной системы средствами программы SETUP
Работа выполняется под руководством преподавателя (инструктора).
Программа SETUP входит в состав базовой системы ввода-вывода и предназначена для первичной настройки аппаратной конфигурации вычислительной системы. Основная задача настройки обеспечить возможность автоматического определения состава системы средствами BIOS. Дополнительная задача оптимизировать настройки и повысить эффективность всей системы в целом.
В большинстве случаев программа SETUP вызывается нажатием клавиши DELETE сразу после включения питания. В отдельных случаях может использоваться иная клавиша или комбинация клавиш необходимая информация выдается на экран монитора при запуске компьютера.
Неквалифицированное изменение настроек микросхемы CMOS может привести к выходу компьютерной системы из строя. В связи с этим примите следующие меры:
не вносите никаких изменений в настройки без указания инструктора (преподавателя);
записью на отдельном листе бумаги четко фиксируйте все параметры до их изменения и после;
по окончании работы закройте программу SETUP без сохранения внесенных изменений. Перед закрытием программы обратитесь к инструктору (преподавателю) для контроля.
ROM PCI/ISA BIOS <00000006>
CMOS SETUP UTILITY
AWARD SOFTU???????????
?
????????????????????? ????????????????????? ???????????????????????? ????????N??????????????? ????????????????A?????? ????????????????????????????????E???????? |
???????????????????????? ?????????????????? ??????????????E????????? ??????????????????? ????????????????????? ?????????????????????? ?????????????????????? |
??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????????????????????????????????????????????????lor |
|
Рис. З.4. Титульный экран программы SETUP
9. Обратите внимание на пункт Typemating Rate Setting если он включен (Enabled), то путем настройки BIOS можно управлять настройкой функции автоматического повтора символов для клавиатуры (см. раздел 3.1). В этом случае интервал времени до начала повтора определяется установкой параметра Typemating Delay (Задержка перед повтором), измеряемого в миллисекундах, а частота повтора определяется установкой параметра Typemating Rate (Частота повтора), измеряемого в знаках в секунду.
10. Вернитесь в предыдущее меню нажатием клавиши ESC.
11. Завершите работу с программой SETUP без сохранения результатов изменения. Для этого нажмите клавишу ESC и при получении запроса подтвердите выход без сохранения изменений нажатием клавиши Y (Yes Да).
Операционная система представляет комплекс системных и служебных программных средств. С одной стороны, она опирается на базовое программное обеспечение компьютера, входящее в его систему ВIOS (базовая система ввода-вывода), с другой стороны, она сама является опорой для программного обеспечения более высоких уровней прикладных и большинства служебных приложений. Приложениями операционной системы принято называть программы, предназначенные для работы под управлением данной системы.
Основная функция всех операционных систем посредническая. Она заключаются в обеспечении нескольких видов интерфейса:
интерфейса между пользователем и программно-аппаратными средствами компьютера (интерфейс пользователя);
интерфейса между программным и аппаратным обеспечением (аппаратно-программный интерфейс);
интерфейса между разными видами программного обеспечения (программный интерфейс).
Даже для одной аппаратной платформы, например такой, как IBM PC, существует несколько операционных систем. Различия между ними рассматривают в двух категориях: внутренние и внешние. Внутренние различия характеризуются методами реализации основных функций. Внешние различия определяются наличием и доступностью приложений данной системы, необходимых для удовлетворения технических требований, предъявляемых к конкретному рабочему месту.
Режимы работы с компьютером
Все операционные системы способны обеспечивать как пакетный, так и диалоговый режим работы с пользователем. В пакетном режиме операционная система автоматически исполняет заданную последовательность команд. Суть диалогового режима состоит в том, что операционная система находится в ожидании команды пользователя и, получив ее, приступает к исполнению, а исполнив, возвращает отклик и ждет очередной команды. Диалоговый режим работы основан на использовании прерываний процессора и прерываний BIOS (которые, в свою очередь, также основаны на использовании прерываний процессора) Опираясь на эти аппаратные прерывания, операционная система создает свой комплекс системных прерываний. Способность операционной системы прервать текущую работу и отреагировать на события, вызванные пользователем с помощью управляющих устройств, воспринимается нами как диалоговый режим работы.
Виды интерфейсов пользователя
По реализации интерфейса пользователя различают неграфические и графические операционные системы. Неграфические операционные системы реализуют интерфейс командной строки. Основным устройством управления в данном случае является клавиатура. Управляющие команды вводят в поле командной строки, где их можно и редактировать. Исполнение команды начинается после ее утверждения, например нажатием клавиши ENTER. Для компьютеров платформы IBM PC интерфейс командной строки обеспечивается семейством операционных систем под общим названием MS-DOS (версии от MS-DOS 1.0 до MS-DOS 6.2).
Графические операционные системы реализуют более сложный тип интерфейса, в котором в качестве органа управления кроме клавиатуры может использоваться мышь или адекватное устройство позиционирования. Работа с графической операционной системой основана на взаимодействии активных и пассивных экранных элементов управления.
В качестве активного элемента управления выступает указатель мыши графический объект, перемещение которого на экране синхронизировано с перемещением мыши.
В качестве пассивных элементов управления выступают графические элементы управления приложений (экранные кнопки, значки, переключатели, флажки, раскрывающиеся списки, строки меню и многие другие).
Характер взаимодействия между активными и пассивными элементами управления выбирает сам пользователь. В его распоряжении приемы наведения указателя мыши на элемент управления, щелчки кнопками мыши и другие средства.
Все операционные системы обеспечивают свой автоматический запуск. Для дисковых операционных систем в специальной {системной) области диска создается запись программного кода. Обращение к этому коду выполняют программы, находящиеся в базовой системе ввода-вывода (BIOS). Завершая свою работу, они дают команду на загрузку и исполнение содержимого системной области диска.
Недисковые операционные системы характерны для специализированных вычислительных систем, в частности для компьютеризированных устройств автоматического управления. Математическое обеспечение, содержащееся в микросхемах ПЗУ таких компьютеров, можно условно рассматривать как аналог операционной системы. Ее автоматический запуск осуществляется аппаратно. При подаче питания процессор обращается к фиксированному физическому адресу ПЗУ (его можно изменять аппаратно с использованием логических микросхем), с которого начинается запись программы инициализации операционной системы.
Все современные дисковые операционные системы обеспечивают создание файловой системы, предназначенной для хранения данных на дисках и обеспечения доступа к ним. Принцип организации файловой системы табличный. Поверхность жесткого диска рассматривается как трехмерная матрица, измерениями которой являются номера поверхности, цилиндра и сектора. Под цилиндром понимается совокупность всех дорожек, принадлежащих разным поверхностям и находящихся на равном удалении от оси вращения. Данные о том, в каком месте диска записан тот или иной файл, хранятся в системной области диска в специальных таблицах размещения файлов (Д4Г-таблицах). Поскольку нарушение Е4Г-таблицы приводит к невозможности воспользоваться данными, записанными на диске, к ней предъявляются особые требования надежности, и она существует в двух экземплярах, идентичность которых регулярно контролируется средствами операционной системы.
Наименьшей физической единицей хранения данных является сектор. Размер сектора равен 512 байт. Поскольку размер .РЛГ-таблицы ограничен, то для дисков, размер которых превышает 32 Мбайт, обеспечить адресацию к каждому отдельному сектору не представляется возможным. В связи с этим группы секторов условно объединяются в кластеры. Кластер является наименьшей единицей адресации к данным. Размер кластера, в отличие от размера сектора, не фиксирован и зависит от емкости диска.
Операционные системы MS-DOS, OS/2, Windows 95 и Windows NT реализуют 16-разрядные поля в таблицах размещения файлов. Такая файловая система называется FATi6. Она позволяет разместить в FAГ-таблицах не более 65 536 записей (216) о местоположении единиц хранения данных и, соответственно, для дисков объемом от 1 до 2 Гбайт длина кластера составляет 32 Кбайт (64 сектора). Это не вполне рациональный расход рабочего пространства, поскольку любой файл (даже очень маленький) полностью оккупирует весь кластер, которому соответствует только одна адресная запись в таблице размещения файлов. Даже если файл достаточно велик и располагается в нескольких кластерах, все равно в его конце образуется некий остаток, нерационально расходующий целый кластер.
Для современных жестких дисков потери, связанные с неэффективностью файловой системы, весьма значительны и могут составлять от 25% до 40% полной емкости диска, в зависимости от среднего размера хранящихся файлов. С дисками же размером более 2 Гбайт файловая система FAT 16 вообще работать не может.
В настоящее время только операционная система Windows 98 обеспечивает более совершенную организацию файловой системы FAT32 с 32-разрядными полями в таблице размещения файлов. Для дисков размером до 8 Гбайт эта система обеспечивает размер кластера 4 Кбайт (8 секторов).
Несмотря на то что данные о местоположении файлов хранятся в табличной структуре, пользователю они представляются в виде иерархической структуры людям так удобнее, а все необходимые преобразования берет на себя операционная система. К функции обслуживания файловой структуры относятся следующие операции, происходящие под управлением операционной системы:
• создание файлов и присвоение им имен;
создание каталогов (папок) и присвоение им имен;
переименование файлов и каталогов (папок);
копирование и перемещение файлов между дисками компьютера и между каталогами (папками) одного диска;
удаление файлов и каталогов (папок);
• навигация по файловой структуре с целью доступа к заданному файлу, каталогу (папке);
управление атрибутами файлов.
Создание и именование файлов
Файл это именованная последовательность байтов произвольной длины. Поскольку из этого определения вытекает, что файл может иметь нулевую длину, то фактически создание файла состоит в присвоении ему имени и регистрации его в файловой системе это одна из функций операционной системы. Даже когда мы создаем файл, работая в какой-то прикладной программе, в общем случае для этой операции привлекаются средства операционной системы.
По способам именования файлов различают «короткое» и «длинное» имя. До появления операционной системы Windows 95 общепринятым способом именования файлов на компьютерах IBM PC было соглашение 8.3. Согласно этому соглашению, принятому в MS-DOS, имя файла состоит из двух частей: собственно имени и расширения имени. На имя файла отводится 8 символов, а на его расширение 3 символа. Имя от расширения отделяется точкой. Как имя, так и расширение могут включать только алфавитно-цифровые символы латинского алфавита.
Соглашение 8.3 не является стандартом, и потому в ряде случаев отклонения от правильной формы записи допускаются как операционной системой, так и ее приложениями. Так, например, в большинстве случаев система «не возражает» против использования некоторых специальных символов (восклицательный знак, символ подчеркивания, дефис, тильда и т. п.), а некоторые версии MS-DOS даже допускают использование в именах файлов символов русского и других алфавитов. Сегодня имена файлов, записанные в соответствии с соглашением 8.3, считаются «короткими».
Основным недостатком «коротких» имен является их низкая содержательность. Далеко не всегда удается выразить несколькими символами характеристику файла, поэтому с появлением операционной системы Windows 95 было введено понятие «длинного» имени. Такое имя может содержать до 256 символов. Этого вполне достаточно для создания содержательных имен файлов. «Длинное» имя может содержать любые символы, кроме девяти специальных: \/:*?"<>|.В имени разрешается использовать пробелы и несколько точек. Расширением имени считаются все символы, идущие после последней точки.
Наряду с «длинным» именем операционные системы Windows 95 и Windows 98 создают также и короткое имя файла оно необходимо для возможности работы с данным файлом на рабочих местах с устаревшими операционными системами.
Особенности Windows 95 и Windows 98. Использование «длинных» имен файлов в операционных системах Windows 95 и Windows 98 имеет ряд особенностей.
Создание каталогов (папок)
Каталоги (папки) важные элементы иерархической структуры, необходимые для обеспечения удобного доступа к файлам, если файлов на носителе слишком много. Файлы объединяются в каталоги по любому общему признаку, заданному их создателем (по типу, по принадлежности, по назначению, по времени создания и т. п.). Каталоги низких уровней вкладываются в каталоги более высоких уровней и являются для них вложенными. Верхним уровнем вложенности иерархической структуры является корневой каталог диска.
Все современные операционные системы позволяют создавать каталоги. Правила присвоения имени каталогу ничем не отличаются от правил присвоения имени файлу, хотя негласно для каталогов не принято задавать расширения имен.
Мы знаем, что в иерархических структурах данных адрес объекта задается маршрутом (путем доступа), ведущим от вершины структуры к объекту. При записи пути доступа к файлу, проходящего через систему вложенных каталогов, все промежуточные каталоги разделяются между собой определенным символом. Во многих операционных системах в качестве такого символа используется «\» (обратная косая черта), например:
Особенности Windows 95 и Windows 98. До появления операционной системы Windows 95 при описании иерархической файловой структуры использовался введенный выше термин каталог. С появлением этой системы был введен новый термин папка. В том, что касается обслуживания файловой структуры носителя данных, эти термины равнозначны: каждому каталогу файлов на диске соответствует одноименная папка операционной системы. Основное отличие понятий папка и каталог проявляется не в организации хранения файлов, а в организации хранения объектов иной природы. Так, например, в Windows 95 и Windows 98 существуют специальные папки, представляющие собой удобные логические структуры, которым не соответствует ни один каталог диска.
Копирование и перемещение файлов
В неграфических операционных системах операции копирования и перемещения файлов выполняются вводом прямой команды в поле командной строки. При этом указывается имя команды, путь доступа к каталогу-источнику и путь доступа к каталогу-приемнику.
В графических операционных системах существуют приемы работы с устройством позиционирования, позволяющие выполнять эти команды наглядными методами.
Удаление файлов и каталогов (папок)
Средства удаления данных не менее важны для операционной системы, чем средства их создания, поскольку ни один носитель данных не обладает бесконечной емкостью. Существует как минимум три режима удаления данных: удаление, уничтожение и стирание, хотя операционные системы обеспечивают только два первых режима (режим надежного стирания данных можно обеспечить лишь специальными программными средствами).
Удаление файлов является временным. В операционных системах Windows 95 и Windows 98 оно организовано с помощью специальной папки, которая называется Корзина. При удалении файлов и папок они перемещаются в Корзину. Эта операция происходит на уровне файловой структуры операционной системы (изменяется только путь доступа к файлам). На уровне файловой системы жесткого диска ничего не происходит файлы остаются в тех же секторах, где и были записаны.
Уничтожение файлов происходит при их удалении в операционной системе MS-DOS или при очистке Корзины в операционных системах Windows 95/98. В этом случае файл полностью удаляется из файловой структуры операционной системы, но на уровне файловой системы диска с ним происходят лишь незначительные изменения. В таблице размещения файлов он помечается как удаленный, хотя физически остается там же, где и был. Это сделано для минимизации времени операции. При этом открывается возможность записи новых файлов в кластеры, помеченные как «свободные».
Для справки укажем, что операция стирания файлов, выполняемая специальными служебными программами, состоит именно в том, чтобы заполнить якобы свободные кластеры, оставшиеся после уничтоженного файла, случайными данными. Поскольку даже после перезаписи данных их еще можно восстановить специальными аппаратными средствами (путем анализа остаточного магнитного гистерезиса), для надежного стирания файлов требуется провести не менее пяти актов случайной перезаписи в одни и те же сектора. Эта операция весьма продолжительна, и поскольку массовому потребителю она не нужна, то ее не включают в стандартные функции операционных систем.
Навигация по файловой структуре
Навигация по файловой структуре является одной из наиболее используемых функций операционной системы. Удобство этой операции часто воспринимают как удобство работы с операционной системой. В операционных системах, имеющих интерфейс командной строки, навигацию осуществляют путем ввода команд перехода с диска на диск или из каталога в каталог. В связи с крайним неудобством такой навигации, широкое применение нашли специальные служебные программы, называемые файловыми оболочками.
Как и операционные системы, файловые оболочки бывают неграфическими и графическими. Наиболее известная неграфическая файловая оболочка для MS-DOS диспетчер файлов Norton Commander, а роль графической файловой оболочки для MS-DOS в свое время исполняли программы Windows 1.0 и Windows 2.0, которые постепенно развились до понятия операционной среды (в версиях Windows 3.x) и далее до самостоятельной операционной системы (Windows 95/98).
С приемами навигации в современных графических операционных системах мы познакомимся при их изучении.
Управление атрибутами файлов
Кроме имени и расширения имени файла операционная система хранит для каждого файла дату его создания (изменения) и несколько флаговых величин, называемых атрибутами файла. Атрибуты это дополнительные параметры, определяющие свойства файлов. Операционная система позволяет их контролировать и изменять; состояние атрибутов учитывается при проведении автоматических операций с файлами.
Основных атрибутов четыре: « Только для чтения (Read only); в Скрытый (Hidden); в Системный (System); в Архивный (Archive).
Атрибут Только для чтения ограничивает возможности работы с файлом. Его установка означает, что файл не предназначен для внесения изменений.
Атрибут Скрытый сигнализирует операционной системе о том, что данный файл не следует отображать на экране при проведении файловых операций. Это мера защиты против случайного (умышленного или неумышленного) повреждения файла.
Атрибутом Системный помечаются файлы, обладающие важными функциями в работе самой операционной системы. Его отличительная особенность в том, что средствами операционной системы его изменить нельзя. Как правило, большинство файлов, имеющих установленный атрибут Системный, имеют также и установленный атрибут Скрытый.
Атрибут Архивный в прошлом использовался для работы программ резервного копирования. Предполагалось, что любая программа, изменяющая файл, должна автоматически устанавливать этот атрибут, а средство резервного копирования должно его сбрасывать. Таким образом, очередному резервному копированию подлежали только те файлы, у которых этот атрибут был установлен. Современные программы резервного копирования используют другие средства для установления факта изменения файла, и данный атрибут во внимание не принимается, а его изменение вручную средствами операционной системы не имеет практического значения.
Понятие многозадачности
Работа с приложениями составляет наиболее важную часть работы операционной системы. Это очевидно, если вспомнить, что основная функция операционной системы состоит в обеспечении интерфейса приложений с аппаратными и программными средствами вычислительной системы, а также с пользователем. С точки зрения управления исполнением приложений, различают однозадачные и многозадачные операционные системы.
Однозадачные операционные системы (например, MS-DOS) передают все ресурсы вычислительной системы одному исполняемому приложению и не допускают ни параллельного выполнения другого приложения (полная многозадачность), ни его приостановки и запуска другого приложения (вытесняющаямногозадачность). В тоже время параллельно с однозадачными операционными системами возможна работа специальных программ, называемых резидентными. Такие программы не опираются на операционную систему, а непосредственно работают с процессором, используя его систему прерываний.
Большинство современных графических операционных систем многозадачные. Они управляют распределением ресурсов вычислительной системы между задачами и обеспечивают:
возможность одновременной или поочередной работы нескольких приложений; » возможность обмена данными между приложениями;
возможность совместного использования программных, аппаратных, сетевых и прочих ресурсов вычислительной системы несколькими приложениями.
Вопросы надежности
От того, как операционная система управляет работой приложений, во многом зависит надежность всей вычислительной системы. Операционная система должна предоставлять возможность прерывания работы приложений по желанию пользователя и снятия сбойной задачи без ущерба для работы других приложений. При этом требование надежности операционной системы может входить в противоречие с требованием ее универсальности.
Так, например, наиболее универсальные операционные системы Windows 95 и Windows 98 могут испытывать общесистемные сбои из-за работы с приложениями, недостаточно четко соблюдающими спецификацию операционной системы. Операционные системы Windows NT и 05/2 обладают повышенной устойчивостью и не выходят из строя при сбое приложений, но имеют меньшую универсальность, и, соответственно, парк доступных приложений для них ограничен.
Это, в частности, предопределяет сферу использования данных операционных систем. Системы Windows 95/98 находят применение в массовых многоцелевых вычислительных системах, а системы Windows NT и OS/2 на специализированных рабочих местах, для которых требуется повышенная надежность при ограничении круга используемых программ.
Вопрос надежности операционной системы особо остро стоит для программистов. В процессе отладки программ возможны многочисленные сбои из-за несовершенства их кода. При отладке «сырых» программ в Windows 95/98 «сброс» или «зависание» компьютера происходит много чаще, чем в операционной системе Windows NT. Поэтому общепринятой является практика, когда программа разрабатывается и отлаживается в операционной системе Windows NT, а ее окончательная сборка и компиляция выполняются в Windows 95/98.
Установка приложений
Для правильной работы приложений на компьютере они должны пройти операцию, называемую установкой. Необходимость в установке связана с тем, что разработчики программного обеспечения не могут заранее предвидеть особенности аппаратной и программной конфигурации вычислительной системы, на которой предстоит работать их программам. Таким образом, дистрибутивный комплект (установочный пакет) программного обеспечения, как правило, представляет собой не законченный программный продукт, а полуфабрикат, из которого в процессе установки на компьютере формируется полноценное рабочее приложение. При этом осуществляется привязка приложения к существующей аппаратно-программной среде и его настройка на работу именно в этой среде.
Устаревшие операционные системы (например, MS-DOS) не имеют средств для управления установкой приложений. Единственное средство, которое они предоставляют, возможность запуска устанавливающей программы, прилагаемой к дистрибутивному комплекту. Такая установка отличается крайней простотой, но и невысокой надежностью, поскольку правильность привязки приложения к окружающей программно-аппаратной среде зависит от того, насколько разработчик устанавливающей программы сумел заранее предусмотреть возможные варианты конфигурации вычислительной системы конкретного пользователя.
Современные графические операционные системы берут на себя управление установкой приложений. Они управляют распределением ресурсов вычислительной системы между приложениями, обеспечивают доступ устанавливаемых приложений к драйверам устройств вычислительной системы, формируют общие ресурсы, которые могут использоваться разными приложениями, выполняют регистрацию установленных приложений и выделенных им ресурсов.
Удаление приложений
Процесс удаления приложений, как и процесс установки, имеет свои особенности и может происходить под управлением вычислительной системы. В таких операционных системах, где каждое приложение самообеспечено собственными ресурсами (например, в MS-DOS), его удаление не требует специального вмешательства операционной системы. Для этого достаточно удалить каталог, в котором размещается приложение, со всем его содержимым.
В операционных системах, реализующих принцип совместного использования ресурсов (например, в Windows 95/98), процесс удаления приложений имеет особенности. Нельзя допустить, чтобы при удалении одного приложения были удалены ресурсы, на которые опираются другие приложения, даже если эти ресурсы были когда-то установлены вместе с удаляемым приложениям. В связи с этим удаление приложений происходит под строгим контролем операционной системы. Полнота удаления и надежность последующего функционирования операционной системы и оставшихся приложений во многом зависят от корректности установки и регистрации приложений в реестре операционной системы.
Средства аппаратного обеспечения вычислительной техники отличаются гигантским многообразием. Существуют сотни различных моделей видеоадаптеров, звуковых карт, мониторов, принтеров, сканеров и прочего оборудования. Ни один разработчик программного обеспечения не в состоянии предусмотреть все варианты взаимодействия своей программы, например, с печатающим устройством.
Гибкость аппаратных и программных конфигураций вычислительных систем поддерживается за счет того, что каждый разработчик оборудования прикладывает к нему специальные программные средства управления драйверы. Драйверы имеют точки входа для взаимодействия с прикладными программами, а диспетчеризация обращений прикладных программ к драйверам устройств это одна из функций операционной системы. Строго говоря, выпуская устройство, например модем, его разработчик прикладывает к нему несколько драйверов, предназначенных для основных операционных систем, как-то: Windows 95/98, Windows NT, MS-DOS и т. п.
В операционных системах MS-DOS драйверы устройств загружаются какрезидент-ные программы, напрямую работающие с процессором и другими устройствами материнской платы. Здесь участие операционной системы сводится лишь к тому, чтобы предоставить пользователю возможность загрузки драйвера далее он сам перехватывает прерывания, используемые для обращения к устройству, и управляет его взаимодействием с вызывающей программой. Загрузка драйверов устройств может быть ручной (после первоначальной загрузки компьютера пользователь сам выдает команды на загрузку драйверов) или автоматической, когда команды на загрузку и настройку драйверов включаются в состав файлов, автоматически читаемых при загрузке компьютера. В MS-DOS такие файлы называются файлами конфигурации; их всего два это файлы autoexec.bat и config.sys. В них прежде всего включают команды загрузки драйвера мыши, дисковода CD-ROM, звуковой карты, расширенной памяти (оперативная память, лежащая за пределами 1 Мбайт, рассматривается в MS-DOS как дополнительное устройство и требует специального драйвера), а также прочих устройств.
В таких операционных системах, как Windows 95/98 и Windows NT, операционная система берет на себя все функции по установке драйверов устройств и передаче им управления от приложений. Во многих случаях операционная система даже не нуждается в драйверах, полученных от разработчика устройства, а использует драйверы из собственной базы данных.
Наиболее современные операционные системы Windows 95/98 позволяют управлять не только установкой и регистрацией программных драйверов устройств, но и процессом аппаратно-логического подключения. Каждое подключенное устройство может использовать до трех аппаратных ресурсов устройств материнской платы: адресов внешних портов процессора, прерываний процессора и каналов прямого доступа к памяти. Если устройство подключается к материнской плате через шину PC/, то есть техническая возможность организовать между ним и материнской платой обратную связь. Это позволяет операционной системе анализировать требования устройств о выделении им ресурсов и гибко реагировать на них, исключая захват одних и тех же ресурсов разными устройствами. Такой принцип динамического распределения ресурсов операционной системой получил название plug-and-play, а устройства, удовлетворяющие этому принципу, называются самоустанавливающимися.
Если же устройство подключается к устаревшей шине ISA и не является самоустанавливающимся, то в этом случае операционная система не может динамически выделять ему ресурсы, но, тем не менее, при распределении ресурсов для самоустанавливающихся устройств, она учитывает ресурсы, захваченные им.
Предоставление основных средств обслуживания компьютера одна из функций операционной системы. Обычно она решается внешним образом включением в базовый состав операционной системы первоочередных служебных приложений.
Средства проверки дисков
Надежность работы дисков (особенно жесткого диска) определяет не только надежность работы компьютера в целом, но и безопасность хранения данных, ценность которых может намного превышать стоимость самого компьютера. Поэтому наличие средств для проверки дисков является обязательным требованием к любой операционной системе.
Средства проверки принято рассматривать в двух категориях: средства логической проверки, то есть проверки целостности файловой структуры, и средства физической диагностики поверхности. Логические ошибки, как правило, устраняются средствами самой операционной системы, а физические дефекты поверхности только локализуются операционная система принимает во внимание факт повреждения магнитного слоя в определенных секторах и исключает их из активной работы.
Логические ошибки файловой структуры имеют два характерных проявления: это потерянные кластеры или общие кластеры. Потерянные кластеры образуются в результате неправильного (или аварийного) завершения работы с компьютером. Так, например, ни в одной операционной системе нельзя выключать компьютер, если на нем запущены приложения, осуществляющие обмен информацией с дисками. Кроме того, в операционных системах Windows также нельзя выключать компьютер, если не исполнена специальная процедура завершения работы с операционной системой. Механизм образования потерянных кластеров выглядит так:
во время работы с файлом приложение манипулирует с кластерами, занимая или освобождая их и регистрирует сведения об этом в .РЛГ-таблице, но не записывает полные сведения о файле в каталог;
если при завершении работы с приложением происходит сохранение результатов деятельности, оно вносит окончательные изменения в РЛГ-таблицы и регистрирует данные, записанные в кластерах, как файл в каталоге;
• если при завершении работы с приложением файл уничтожается, информация не фиксируется в каталоге, а использованные кластеры освобождаются;
если компьютер выключается до завершения работы с приложением, кластеры остаются помеченными как «занятые», но ссылки на них в каталоге не создается, так что согласно данным FAТ-таблицы этим кластерам не соответствует ни один файл.
Ошибка, связанная с потерянными кластерами, легко парируется средствами операционной системы. При этом можно либо полностью освободить данные кластеры, либо превратить их в полноценные файлы, которые можно просмотреть в поисках ценной информации, утраченной во время сбоя.
Ошибка, проявляющаяся как общие кластеры, характеризуется тем, что, согласно данным ЕАГ-таблиц, два или более файлов претендуют на то, что их данные находятся в одном и том же месте диска. При нормальной работе такой ситуации быть не может, и это свидетельствует об ошибке в РЛГ-таблицах. Причиной появления общих кластеров может стать самопроизвольное изменение данных в Л4Г-таблицах или некорректное восстановление ранее удаленных данных с помощью внесистемных средств. Некорректность может быть обусловлена нарушением порядка операций восстановления данных или неадекватностью средств восстановления данных (например, использованием средств MS-DOS для восстановления файлов, записанных средствами Windows).
Ошибка, связанная с общими кластерами, парируется повторной записью обоих конфликтующих файлов. Один из них обязательно испорчен и подлежит последующему удалению, но велика вероятность того, что испорчены оба файла.
Дополнительно к вышеуказанным логическим ошибкам операционные системы Windows 95 и Windows 98 определяют логические ошибки, связанные с некорректной записью даты создания файла и с представлением «короткого» имени файла для заданного «длинного» имени.
Средства «сжатия» дисков
Некоторые операционные системы предоставляют служебные средства для программного «сжатия» дисков путем записи данных на диск в уплотненном виде посредством специального драйвера (резидентного для MS-DOS или работающего в фоновом режиме для Windows). Механизм работы этих средств будет подробно рассмотрен в главе 14.
Средства управления виртуальной памятью
Ранние операционные системы ограничивали возможность использования приложений по объему необходимой для их работы оперативной памяти. Так, например, без специальных драйверов (менеджеров оперативной памяти) операционные системы MS-DOS ограничивали предельный размер исполняемых программ величиной около 640 Кбайт.
Современные операционные системы не только обеспечивают непосредственный доступ ко всему полю оперативной памяти, установленной в компьютере, но и позволяют ее расширить за счет создания так называемой виртуальной памяти на жестком диске. Виртуальная память реализуется в виде так называемого файла подкачки. В случае недостаточности оперативной памяти для работы приложения часть ее временно опорожняется с сохранением образа на жестком диске. В процессе работы приложений происходит многократный обмен между основной установленной оперативной памятью и файлом подкачки. Поскольку электронные операции в оперативной памяти происходят намного быстрее, чем механические операции взаимодействия с диском, увеличение размера оперативной памяти компьютера всегда благоприятно сказывается на ускорении операций и повышении производительности всей вычислительной системы.
Операционная система не только берет на себя весь необходимый обмен данными между ОЗУ и диском, но и позволяет в определенной степени управлять размером файла подкачки вручную.
Средства кэширования дисков
Поскольку, как уже было отмечено, взаимодействие процессора с дисками компьютера происходит намного медленнее операций обмена с оперативной памятью, операционная система принимает специальные меры по сохранению части прочитанных с диска данных в оперативной памяти. В случае, если по ходу работы процессору вновь потребуется обратиться к ранее считанным данным или программному коду, он может найти их в специальной области ОЗУ, называемой дисковым кэшем. В ранних операционных системах функции кэширования диска возлагались на специальное внешнее программное средство, подключаемое через файлы конфигурации. В современных операционных системах эту функцию включают в ядро системы, и она работает автоматически, без участия пользователя, хотя определенная возможность настройки размера кэша за ним сохраняется.
Средства резервного копирования данных
Если на компьютере выполняется практическая работа, объем ценных (а зачастую и уникальных) данных нарастает с каждым днем. Ценность данных, размещенных на компьютере, принято измерять совокупностью затрат, которые может понести владелец в случае их утраты. Важным средством защиты данных является регулярное резервное копирование на внешний носитель. В связи с особой важностью этой задачи операционные системы обычно содержат базовые средства для выполнения резервного копирования.
Кроме основных (базовых) функций операционные системы могут предоставлять различные дополнительные функции. Конкретный выбор операционной системы определяется совокупностью предоставляемых функций и конкретными требованиями к рабочему месту.
Прочие функции операционных систем могут включать следующие:
возможность поддерживать функционирование локальной компьютерной сети без специального программного обеспечения;
обеспечение доступа к основным службам Интернета средствами, интегрированными в состав операционной системы;
возможность создания системными средствами сервера Интернета, его обслуживание и управление, в том числе дистанционное посредством удаленного соединения;
наличие средств защиты данных от несанкционированного доступа, просмотра и внесения изменений;
возможность оформления рабочей среды операционной системы, в том числе и средствами, относящимися к категории мультимедиа;
возможность обеспечения комфортной поочередной работы различных пользователей на одном персональном компьютере с сохранением персональных настроек рабочей среды каждого из них;
возможность автоматического исполнения операций обслуживания компьютера и операционной системы по заданному расписанию или под управлением удаленного сервера;
возможность работы с компьютером для лиц, имеющих физические недостатки, связанные с органами зрения, слуха и другими.
Кроме всего вышеперечисленного, современные операционные системы могут включать минимальный набор прикладного программного обеспечения, которое можно использовать для исполнения простейших практических задач:
чтение, редактирование и печать текстовых документов;
создание и редактирование простейших рисунков;
выполнение арифметических и математических расчетов;
ведение дневников и служебных блокнотов;
создание, передача и прием сообщений электронной почты;
создание и редактирование факсимильных сообщений;
воспроизведение и редактирование звукозаписи;
воспроизведение видеозаписи;
разработка и воспроизведение комплексных электронных документов, включающих текст, графику, звукозапись и видеозапись.
На этом возможности операционных систем не исчерпываются. По мере развития аппаратных средств вычислительной техники и средств связи функции операционных систем непрерывно расширяются, а средства их исполнения совершенствуются.
В предыдущей главе мы рассмотрели функции ряда операционных систем и требования к ним. Надо сказать, что многие из этих требований являются противоречивыми. Например, соотношение требований безотказности и совместимости с приложениями иных систем это вопрос баланса. Соотношение требований безопасности и простоты обеспечения сетевых функций это тоже вопрос баланса. На каждом конкретном рабочем месте эти вопросы решаются индивидуально.
В этом смысле сегодня особое место занимает операционная система Windows 98. Она обладает наибольшей универсальностью, имеет самое широкое распространение и, соответственно, имеет особую поддержку со стороны производителей аппаратного и программного обеспечения. Для компьютера, работающего в этой системе, наиболее просто подобрать прикладные программы и драйверы устройств.
Почти все, что здесь сказано об операционной системе Windows 98, можно отнести и к операционной системе Windows 95, а многое справедливо и для Windows NT. В том, что касается приемов и методов работы, они в значительной степени совпадают.
Windows 98 является графической операционной системой для компьютеров платформы IBM PC. Ее основные средства управления графический манипулятор (мышь или иной аналогичный) и клавиатура. Система предназначена для управления автономным компьютером, но также содержит все необходимое для создания небольшой локальной компьютерной сети (одноранговой сети) и имеет средства для интеграции компьютера во всемирную сеть (Интернет).
Рабочий стол Windows 98
Стартовый экран Windows 98 представляет собой системный объект, называемый Рабочим столом. Мы не можем сказать, что экран Windows 98 является Рабочим столом только потому, что существуют видеоадаптеры, позволяющие создать Рабочий стол, размер которого больше, чем видимый размер экрана, а также потому, что Windows 98 имеет штатные средства, позволяющие разместить Рабочий стол на нескольких экранах, если к компьютеру подключено несколько мониторов.
Рабочий стол это графическая среда, на которой отображаются объекты Windows и элементы управления Windows. Все, с чем мы имеем дело, работая с компьютером в данной системе, можно отнести либо к объектам, либо к элементам управления. В исходном состоянии на Рабочем столе можно наблюдать несколько экранных значков и Панель задач (рис. 5.1). Значки это графическое представление объектов Windows, a Панель задач один из основных элементов управления.
Рис. 5.1. Рабочий стол Windows 98
Управление Windows 98
В Windows 98 большую часть команд можно выполнять с помощью мыши. С мышью связан активный элемент управленияуказатель мыши. При перемещении мыши по плоской поверхности указатель перемещается по Рабочему столу, и его можно позиционировать на значках объектов или на пассивных элементах управления приложений.
Основными приемами управления с помощью мыши являются:
щелчок (быстрое нажатие и отпускание левой кнопки мыши);
двойной гцелчок два щелчка, выполненные с малым интервалом времени между ними;
щелчок правой кнопкой (то же, что и гцелчок, но с использованием правой кнопки);
перетаскивание (drag-and-drop) выполняется путем перемещения мыши при нажатой левой кнопке (обычно сопровождается перемещением экранного объекта, на котором установлен указатель);
протягивание мыши (drag) выполняется, как и перетаскивание, но при этом происходит не перемещение экранного объекта, а изменение его формы;
специальное перетаскивание выполняется, как и перетаскивание, но при нажатой правой кнопке мыши, а не левой;
зависание наведение указателя мыши на значок объекта или на элемент управления и задержка его на некоторое время (при этом обычно на экране появляется всплывающая подсказка, кратко характеризующая свойства объекта).
Значки и ярлыки объектов
Создание ярлыков объектов это одна из функций приема специального перетаскивания, но нам надо пояснить, что же такое ярлык. Рассмотрим это понятие на примере Корзины.
Корзина специальный объект Windows, выполняющий функции контейнера. Она служит для временного хранения удаляемых объектов. Если какой-то документ или программа стали не нужны, их можно удалить, но при этом они не удаляются безвозвратно, а откладываются в Корзину, из которой их впоследствии можно восстановить.
Откройте окно Мой Компьютер и попробуйте перетащить в него значок Корзины обычным перетаскиванием. Это не получится, поскольку Корзина реквизитный значок Рабочего стола. Невозможность перетаскивания отображается специальным указателем мыши.
Теперь попробуйте перетащить значок Корзины в окно Мой компьютер методом специального перетаскивания. Когда отпустите кнопку, откроется меню, в котором можно выбрать пункт Создать ярлык. В итоге в окне Мой компьютер появится копия значка Корзина со стрелкой в левом нижнем углу это и есть ярлык. Ярлыком можно пользоваться точно так же, как обычно пользуются значками.
Значок является графическим представлением объекта. То, что мы делаем со значком, мы на самом деле делаем с объектом. Например, удаление значка приводит к удалению объекта; копирование значка приводит к копированию объекта и т. д. Ярлык же является только указателем на объект. Удаление ярлыка приводит к удалению указателя, но не объекта; копирование ярлыка приводит к копированию указателя, но не объекта.
Для пользователя приемы работы с ярлыками ничем не отличаются от приемов работы со значками. Точно так же можно запускать программы двойным щелчком на их ярлыках, так же можно и открывать документы. Зато ярлыки позволяют экономить место на жестком диске.
Если объект (например, файл с текстовым документом) имеет большой размер, то его многократное копирование в различные окна папок привело бы фактически к появлению новых объектов (копий файла). При этом многократно увеличился бы расход рабочего пространства на жестком диске, а у пользователя появились бы сложнейшие заботы по синхронизации содержимого этих копий (при редактировании одной копии ее изменения без специальных мер никак не отразятся на содержимом других копий).
С другой стороны, ярлык является лишь указателем, он занимает ничтожно мало места, и его размножение позволяет обеспечить удобный доступ к связанному с ним объекту из разных мест операционной системы. При этом расход рабочего пространства на жестком диске ничтожен, и нет проблем с синхронизацией данных. Из какой бы папки ни открывался документ щелчком на его ярлыке, редактированию всегда подвергается только один связанный с ним объект.
Способ хранения файлов на дисках компьютера называется файловой системой. Иерархическая структура, в виде которой операционная система отображает файлы и папки диска, называется файловой структурой. Как все дисковые операционные системы, Windows 98 предоставляет средства для управления этой структурой.
Просмотр папок Windows
Откройте окно Мой компьютер и найдите в нем значок жесткого диска С:. Щелкните на нем дважды, и на экране откроется новое окно, в котором представлены значки объектов, присутствующих на жестком диске. Обратите внимание на значки, представляющие папки, и значки, представляющие файлы. Двойной щелчок на значке любой папки открывает ее окно и позволяет ознакомиться с содержимым. Так можно погружаться вглубь структуры папок до последнего уровня вложения. В соответствующем окне будут представлены только значки файлов.
Окно папки
Окно папки это контейнер, содержимое которого графически отображает содержимое папки. Любую папку Windows можно открыть в своем окне. Количество одновременно открытых окон может быть достаточно большим это зависит от параметров конкретного компьютера. Окна одни из самых важных объектов Windows. Абсолютно все операции, которые мы делаем, работая с компьютером, происходят либо на Рабочем столе, либо в каком-либо окне.
Окна папок не единственный тип окон в Windows. По наличию однородных элементов управления и оформления можно выделить и другие типы окон: диалоговые окна, окна справочной системы и рабочие окна приложений, а внутри окон многих приложений могут существовать отдельные окна документов (если приложение позволяет работать с несколькими документами одновременно).
Если подходить к терминологии с академической строгостью, то за каждым открытым окном скрывается некое работающее приложение (принято говорить процесс) и все окна можно было бы назвать окнами приложений (окнами процессов), но в учебных целях их лучше все-таки рассматривать порознь.
Структура окна
На рис. 5.2 представлено окно папки C:\Windows. Такая папка имеется на компьютерах, работающих в операционной системе Windows 98. Окно папки содержит следующие обязательные элементы.
Рис. 5.2. Окно папки C:\Windows
Строка заголовка в ней написано название папки. За эту строку выполняется перетаскивание папки на Рабочем столе с помощью мыши.
Системный значок. Находится в левом верхнем углу любого окна папки. При щелчке на этом значке открывается меню, называемое служебным. Команды, представленные в данном меню, позволяют управлять размером и расположением окна на Рабочем столе они могут быть полезны, если мышь не работает.
Кнопки управления размером. Эти кнопки дублируют основные команды служебного меню. В операционной системе Windows 98 исключительно много дублирования. Большинство операций можно выполнить многими различными способами. Каждый пользуется теми приемами, которые ему удобны. Кнопок управления размером три: закрывающая, сворачивающая, разворачивающая.
Щелчок на закрывающей кнопке закрывает окно полностью (и прекращает процесс). Щелчок на сворачивающей кнопке приводит к тому, что окно сворачивается до размера кнопки, которая находится на Панели задач (при этом процесс, связанный с окном, не прекращается). В любой момент окно можно восстановить щелчком на кнопке Панели задач.
Щелчок на разворачивающей кнопке разворачивает окно на полный экран. При этом работать с ним удобно, но доступ к прочим окнам затрудняется. В развернутом окне разворачивающая кнопка сменяется восстанавливающей, с помощью которой можно восстановить исходный размер окна.
Строка меню. Для окон папок строка меню имеет стандартный вид. При щелчке на каждом из пунктов этого меню открывается «ниспадающее» меню, пункты которого позволяют проводить операции с содержимым окна или с окном в целом.
Использование команд, доступных через строку меню, в большинстве случаев не самый эффективный прием работы в Windows (есть и более удобные элементы и средства управления), но зато строка меню гарантированно предоставляет доступ ко всем командам, которые можно выполнить в данном окне. Это удобно, если неизвестно, где находится нужный элемент управления. Поэтому при изучении работы с новым приложением в первое время принято пользоваться командами строки меню и лишь потом переходить к использованию других средств управления, постепенно повышая эффективность работы.
Панель инструментов. Содержит командные кнопки для выполнения наиболее часто встречающихся операций. В работе удобнее, чем строка меню, но ограничена по количеству команд. В окнах современных приложений панель инструментов часто бывает настраиваемой. Пользователь сам может разместить на ней те командные кнопки, которыми он пользуется наиболее часто.
Адресная строка. В ней указан путь доступа к текущей папке, что удобно для ориентации в файловой структуре. Адресная строка позволяет выполнить быстрый переход к другим разделам файловой структуры с помощью раскрывающей кнопки на правом краю строки.
Рабочая область. В ней отображаются значки объектов, хранящихся в папке, причем способом отображения можно управлять (см. ниже). В окнах приложений в рабочей области размещаются окна документов и рабочие панели.
Полосы прокрутки. Если количество объектов слишком велико (или размер окна слишком мал), по правому и нижнему краям рабочей области могут отображаться полосы прокрутки, с помощью которых можно «прокручивать» содержимое папки в рабочей области.
Полоса прокрутки имеет движок и две концевые кнопки. Прокрутку выполняют тремя способами:
щелчком на одной из концевых кнопок;
перетаскиванием движка;
щелчком на полосе прокрутке выше или ниже движка.
Строка состояния. Здесь выводится дополнительная, часто немаловажная информация. Так, например, если среди объектов, представленных в окне, есть скрытые или системные, они могут не отображаться при просмотре, но в строке состояния об их наличии имеется специальная запись.
К основным операциям с файловой структурой относятся:
навигация по файловой структуре;
запуск программ и открытие документов;
создание папок;
копирование файлов и папок;
перемещение файлов и папок;
удаление файлов и папок;
• переименование файлов и папок; создание ярлыков.
Система окон Мой компьютер
Все операции с файлами и папками можно выполнять с помощью системы окон папок, которая берет свое начало с известной нам папки \Мой компьютер. Диски, представленные в окне этой папки, можно открыть, а потом разыскать на них любые нужные папки и файлы. Копирование и перемещение файлов и папок из одной папки в другую можно выполнять путем перетаскивания их значков из окна одной папки в окно другой. Для удаления объектов можно использовать перетаскивание на значок Корзины, а можно пользоваться контекстным меню, которое открывается при щелчке правой кнопкой мыши на объекте. Для создания в папке ярлыка документа или программы можно использовать специальное перетаскивание или команду Создать * Ярлык из контекстного меню.
При таком подходе к операциям с файловой структурой следует иметь в виду несколько замечаний.
Программа Проводник
Работа с файловой системой в окнах папок не вполне удобна, но для этой цели есть и более мощное средство программа Проводник.
Проводник служебная программа, относящаяся к категории диспетчеров файлов. Она предназначена для навигации по файловой структуре компьютера и ее обслуживания. Проводник очень глубоко интегрирован в операционную систему Windows. По сути, мы работаем с ним даже тогда, когда его не видим. Если по щелчку правой кнопкой мыши на каком-либо объекте мы получаем контекстное меню, это результат невидимой работы Проводника. Если при перетаскивании объектов из одного окна в другое происходит их копирование или перемещение, это тоже результат заочной деятельности Проводника. Однако с ним можно работать и «очно». Программа запускается командой Пуск > Программы > Проводник.
Окно программы Проводник представлено на рис. 5.3. Как видно из рисунка, по элементам управления это окно очень похоже на окна папок. Основное отличие в том, что окно Проводника имеет не одну рабочую область, а две: левую панель, называемую панелью папок, и правую панель, называемую панелью содержимого.
Рис. 5.3. Окно программы Проводник
Навигация по файловой структуре. Цель навигации состоит в обеспечении доступа к нужной папке и ее содержимому. Мы специально не говорим о том, что цель навигации это поиск нужных файлов и папок, поскольку для этой операции есть специальные средства.
Навигацию по файловой структуре выполняют на левой панели Проводника, на которой показана структура папок. Папки могут быть развернуты или свернуты, а также раскрыты или закрыты. Если папка имеет вложенные папки, то на левой панели рядом с папкой отображается узел, отмеченный знаком «+». Щелчок на узле разворачивает папку, при этом значок узла меняется на «-«. Таким же образом папки и сворачиваются.
Для того чтобы раскрыть папку, надо щелкнуть на ее значке. Содержимое раскрытой папки отображается на правой панели. Одна из папок на левой панели раскрыта всегда. Закрыть папку щелчком на ее значке невозможно она закроется автоматически при раскрытии любой другой папки.
Запуск программ и открытие документов. Эта операция выполняется двойным щелчком на значке программы или документа на правой панели Проводника. Если нужный объект на правой панели не показан,, надо выполнить навигацию на левой панели и найти папку, в которой он находится.
Создание папок. Чтобы создать новую папку, сначала следует на левой панели Проводника раскрыть папку, внутри которой она будет создана. После этого надо перейти на правую панель, щелкнуть правой кнопки мыши на свободном от значков месте и выбрать в контекстном меню пункт Создать > Папку. На правой панели появится значок папки с названием Новая папка. Название выделено, и в таком состоянии его можно редактировать. После того как папка будет создана, она войдет в состав файловой структуры, отображаемой на левой панели.
Копирование и перемещение файлов и папок. Папку, из которой происходит копирование, называют источником. Папку, в которую происходит копирование, называют приемником. Копирование выполняют методом перетаскивания значка объекта с правой панели Проводника на левую.
Первая задача найти и раскрыть папку-источник, чтобы на правой панели был виден копируемый объект. Вторая задача найти на левой панели папку-приемник, но раскрывать ее не надо. Далее объект перетаскивают с правой панели на левую и помещают на значок папки-приемника. Эта операция требует аккуратности, поскольку попасть одним значком точно на другой не всегда просто. Для контроля точности попадания надо следить за названием папки-приемника. В тот момент, когда наведение выполнено правильно, подпись под значком меняет цвет, и кнопку мыши можно отпускать.
Если и папка-источник, и папка-приемник принадлежат одному диску, то при перетаскивании выполняется перемещение, а если разным, то копирование. В тех случаях, когда нужно обратное действие, выполняют специальное перетаскивание при нажатой правой кнопке мыши.
Удаление файлов и папок. Работа начинается с навигации. На левой панели открывают папку, содержащую удаляемый объект, а на правой панели выделяют нужный объект (или группу объектов).
Удаление можно выполнять несколькими способами. Классический способ с помощью команды Файл » Удалить из строки меню (если ни один объект не выделен, эта команда не активируется). Более удобный способ использовать командную кнопку на панели инструментов. Еще более удобно воспользоваться контекстным меню. Щелкните правой кнопкой мыши на удаляемом объекте и выберите в контекстном меню пункт Удалить. Однако самый удобный способ удаления выделенного объекта состоит в использовании клавиши DELETE клавиатуры.
Создание ярлыков объектов. Ярлыки объектов можно создавать двумя способами: методом специального перетаскивания (вручную) или с помощью специальной программы-мастера (автоматически). С приемом специального перетаскивания мы уже знакомы. Объект выбирается на правой панели Проводника и перетаскивается при нажатой правой кнопке мыши на значок нужной папки на левой панели. В момент отпускания кнопки на экране появляется меню, в котором надо выбрать пункт Создать ярлык.
Второй способ (с использованием мастера) менее нагляден, но во многих случаях более удобен. Мастерами в системе Windows называют специальные программы, работающие в режиме диалога с пользователем. Диалог строится по принципу «запрос ответ». Если на все запросы от программы даны корректные ответы, программа автоматически выполнит черновую работу.
В поле Папка выбирают нужный диск, на котором расположен искомый файл, в нашем случае это диск С:.
В рабочей области выбирают папку, в которой расположен файл, в нашем случае это папка \Windows. Раскрывают эту папку. Если папка раскрыта по ошибке и в ней нет искомого объекта, можно вернуться на шаг назад щелчком на кнопке На один уровень вверх.
Разыскав нужный объект, его выделяют и щелкают на кнопке Открыть. Путь доступа к объекту автоматически заносится в командную строку мастера создания ярлыка.
Программа Калькулятор является системной, и ее значок операционной системе хорошо известен. Поэтому Мастер создания ярлыка не задает ни одного вопроса по выбору значка и использует для ярлыка стандартный значок Калькулятора. Если создается ярлык для объекта, неизвестного системе, то мастер продолжает свою работу и предлагает выбрать какой-либо значок из коллекции значков, имеющихся в составе системы.
Приемы повышения эффективности в работе с файловой структурой
Приемы, которые здесь описаны, являются общесистемными. Они относятся не только к Проводнику, но и ко всем окнам папок и большинству окон приложений.
Использование буфера обмена для работы с объектами. Система Windows создает и обслуживает на компьютере невидимую для пользователя область памяти, называемую буфером обмена. Этой областью можно и нужно уметь пользоваться. В любой момент времени в ней можно хранить только один объект.
Принцип работы с буфером обмена очень прост:
Три указанные операции (Копировать, Вырезать и Вставить) можно выполнять разными способами. Классический прием состоит в использовании пункта Правка в строке меню, но более удобно пользоваться командными кнопками панели инструментов:
Самый же эффективный способ работы с буфером обмена состоит в использовании комбинаций клавиш клавиатуры:
CTRL + С копировать в буфер;
CTRL +X вырезать в буфер;
CTRL + V вставить из буфера.
Эти приемы работают во всех приложениях Windows, и их стоит запомнить. Через буфер обмена можно переносить фрагменты текстов из одного документа в другой, можно переносить иллюстрации, звукозаписи, видеофрагменты, файлы, папки и вообще любые объекты. Буфер обмена мощное средство для работы с приложениями и документами в Windows.
В буфере обмена всегда может находиться только один объект. При попытке поместить туда другой объект, предыдущий объект перестает существовать. Поэтому буфер обмена не используют для длительного хранения чего-либо. Поместив объект в буфер, немедленно выполняют вставку из буфера в нужное место.
В общем случае буфер обмена невидим для пользователя, и обычно необходимость просмотра его содержимого не возникает. Однако, если она все-таки возникнет, можно воспользоваться специальной служебной программой Просмотр буфера обмена, которая входит в состав операционной системы и запускается командой Пуск > Программы > Стандартные > Служебные > Буфер обмена. Если на каком-то конкретном компьютере этой программы нет, это означает, что при установке операционной системы ее компонент не был установлен. Его можно доустановить.
Групповое выделение объектов. Для многих операций (удаление, копирование, перемещение и т. п.) требуется выделить не один объект, а несколько. До сих пор мы использовали для выделения щелчок мыши, но он позволяет выделить только один объект. Для группового выделения при щелчке надо держать нажатой клавишу SHIFT или CTRL
Если при щелчке держать нажатой клавишу CTRL, то выделение нового объекта не снимает выделение с объектов, выделенных ранее. Так можно выделить любую произвольную группу. Выделение при нажатой клавише CTRL действует, как переключатель, то есть повторный щелчок на выделенном объекте снимает выделение.
Если выделяемые объекты расположены подряд, то можно воспользоваться клавишей SHIFT. В этом случае при нажатой клавише щелкают на первом выделяемом объекте группы и на последнем. Все промежуточные объекты выделяются автоматически. Для того чтобы использовать этот прием группового выделения, иногда бывает полезно предварительно упорядочить (отсортировать) объекты, представленные в окне.
Представление объектов. В системе Windows можно управлять тем, как представляются объекты в окнах папок или на правой панели программы Проводник. Существует четыре типа представления объектов:
• Крупные значки
Мелкие значки
Список
Таблица
Выбор метода представления выполняют либо с помощью команд строки меню (пункт Вид), либо с помощью командной кнопки Вид на панели инструментов. Командная кнопка Вид действует как переключатель, автоматически изменяющий способ представления объектов в окне. Если же надо самостоятельно выбрать способ представления, то рядом с этой кнопкой есть раскрывающая кнопка, щелчок на которой раскрывает список возможных режимов.
Режим Крупные значки применяют в тех случаях, когда в папке находится небольшое количество уникальных объектов (например, программных файлов), каждый из которых имеет уникальный значок.
Режим Мелкие значки применяют, когда количество объектов в папке велико и крупные значки не помещаются в окне.
Режим Список применяют в тех случаях, когда в окне присутствуют однотипные объекты, имеющие одинаковые значки. В этом случае содержание объекта характеризует не форма значка, а подпись под ним.
Режим Таблица применяют в тех случаях, когда важны дополнительные свойства объектов, такие как размер, дата создания и т. п. Этот режим интересен также тем, что предоставляет особые возможности по упорядочению объектов в окне.
Упорядочение объектов. Под упорядочением понимают прежде всего сортировку. В системе Windows 98 существует четыре метода сортировки: по имени, по типу, по размеру и по дате создания. Метод упорядочения выбирают с помощью команды строки меню Вид > Упорядочить значки.
При упорядочении по имени объекты в окне располагаются в алфавитном порядке в соответствии с именами связанных с ними файлов. При упорядочении по типу объекты располагаются тоже в алфавитном порядке, но в соответствии с расширениями имен связанных с ними файлов. Упорядочение по размеру применяют перед проведением служебных операций. Например, перед очисткой жесткого диска с целью высвобождения рабочего пространства, удобно знать, какие объекты наиболее ресурсоемки.
Упорядочение по дате создания (или последнего изменения) производят при поиске файлов, изменявшихся в последние дни, или, наоборот, при поиске файлов, не изменявшихся очень долго. Есть вероятность, что документы, не востребованные в течение длительного периода, могут оказаться малонужными, и их стоит отправить в архив.
Все методы сортировки работают в восходящем порядке. Файлы сортируются по именам от А до Z или от А до Я; по размерам от 0 до 9; по датам от ранних до более поздних. Однако, если объекты в окне отображаются в виде таблицы, то возможно проведение сортировки в нисходящем порядке. Особенность режима таблицы состоит в том, что каждый столбец имеет заголовок. Этот заголовок обладает свойствами командной кнопки. При первом щелчке на заголовке столбца происходит сортировка объектов по данному столбцу в восходящем порядке, при повторном щелчке в нисходящем порядке.
Структура Главного меню
Главное меню один из основных системных элементов управления Windows 98. Оно отличается тем, что независимо от того, насколько Рабочий стол перегружен окнами запущенных процессов, доступ к Главному меню удобен всегда оно открывается щелчком на кнопке Пуск. С помощью Главного меню можно запустить все программы, установленные под управлением операционной системы или зарегистрированные в ней, открыть последние документы, с которыми выполнялась работа, получить доступ ко всем средствам настройки операционной системы, а также доступ к поисковой и справочной системам Windows 98.
Главное меню необходимый элемент управления для завершения работы с операционной системой. В нем имеется пункт Завершение работы, использование которого необходимо для корректного завершения работы с системой перед выключением питания.
В структуру Главного меню входят два раздела обязательный и произвольный. Произвольный раздел расположен выше разделительной черты. Пункты этого раздела пользователь может создавать по собственному желанию. Иногда эти пункты образуются автоматически при установке некоторых приложений. Структура обязательного раздела Главного меню представлена в таблице 5.1.
В операционной системе Windows 98 есть несколько способов установки приложений, но основным является метод, основанный на использовании значка Установка и удаление программ в папке Панель управления (Пуск > Настройка > Панель управления). Во всех случаях рекомендуется использовать именно это средство, поскольку прочие методы установки не гарантируют правильной регистрации приложений в реестре операционной системы.
Перед началом установки нового приложения следует закрыть все работающие программы и все открытые документы. В некоторых случаях необходимо закрывать и ряд фоновых процессов (их наличие может отображаться в виде значков панели индикации на правом краю Панели задач).
Особенности спецификации Windows
Приступая к установке приложений, необходимо знать особенности операционной системы, связанные с совместным использованием ресурсов, и помнить, что процедура установки непроверенных программных средств относится к категории потенциально опасных.
Принцип совместного использования ресурсов лежит в основе спецификации Windows, и в области программного обеспечения он приводит к тому, что разные приложения могут использовать общие программные ресурсы. Так, например, в большинстве приложений Windows можно встретить одинаковые элементы оформления и управления (окна, кнопки, раскрывающиеся списки, меню, флажки, переключатели и многое другое). Одинаковы и приемы управления ими, и методы их использования. С точки зрения приложений это означает, что их многие компоненты обрабатываются одним и тем же программным кодом. Поэтому в Windows принято выделять стереотипные программные фрагменты и группировать их в динамические библиотеки, к которым открыт доступ для разных программам (динамические библиотеки имеют расширение имени файла .DLL).
Таблица 5.1.
Структура Главного меню Windows 98
Пункт Главного меню |
Назначение |
Примечание |
Программы |
Открывает доступ к иерархической структуре, содержащей указатели для запуска приложений, установленных на компьютере. Для удобства пользования указатели объединяются в категории. Если категория имеет значок в виде треугольной стрелки, в ней имеются вложенные категории. Раскрытие вложенных категорий выполняется простым зависанием указателя мыши |
Указатели, присутствующие в Главном меню, имеют статус ярлыков, а их категории статус папок. Соответственно, указатели можно копировать и перемещать между категориями, перетаскивать на Рабочий стол и в окна папок. Это один из простейших способов создания ярлыка для недавно установленной программы. В Windows 95 такой возможности нет |
Избранное |
Открывает доступ к некоторым логическим папкам пользователя, в которых он может размещать наиболее часто используемые документы, ярлыки Web-документов и Web-узлов Интернета |
Если с одним компьютером работают несколько пользователей, то каждый может иметь свою персональную группу избранных логических папок |
Документы |
Открывает доступ к ярлыкам последних пятнадцати документов, с которыми данный пользователь работал на компьютере |
Физически эти ярлыки хранятся в скрытой папке C:\Windows\Recent |
Настройка |
Открывает доступ к основным средствам настройки Windows, в частности, к логической папке Панель управления. Служит также для доступа к папке Принтеры, через которую производится установка принтеров и настройка заданий на печать |
При активной работе с компьютером приходится настолько часто использовать обращение к папке Панель управления, что целесообразно создать для нее ярлык на Рабочем столе, однако перетаскиванием из Главного меню это сделать не удается. Для создания ярлыка используйте значок Панель управления в окне Мой компьютер |
Найти |
Открывает доступ к средствам поиска, установленным на компьютере. Основным является средство Файлы и папки, с помощью которого производится поиск объектов в файловой структуре |
При установке приложений, имеющих свои собственные средства поиска, может происходить автоматическое размещение дополнительных ярлыков в этой категории |
Справка |
Пункт входа в справочную систему Windows 98 |
|
Выполнить |
Этот пункт открывает небольшое окно, имеющее командную строку для запуска приложений |
Его удобно использовать для запуска приложений MS-DOS, а также в тех случаях, когда необходимо в строке запуска приложения указать параметры запуска |
Завершение сеанса ... |
Если операционной системой зарегистрировано несколько пользователей одного компьютера, этот пункт позволяет завершить работу одного пользователя и передать компьютер другому |
Окончание табл. 5.1
Завершение работы |
Корректное средство завершения работы с операционной системой. Открывает диалоговое окно Завершение работы в Windows, содержащее следующие пункты: • приостановить работу компьютера; • выключить компьютер; • перезагрузить компьютер; • перезагрузить компьютер в режиме MS-DOS |
Если закрыты все окна процессов, завершить работу с Windows можно комбинацией клавиш ALT+F4. Пункт Приостановить работу компьютера переводит вычислительную систему в «ждущий режим». Если использовать пункт Перезагрузить компьютер при нажатой клавише SHIFT, происходит не полная перезагрузка, а только перезапуск операционной системы. Перезагрузку в режиме MS-DOS практикуют для запуска приложений MS-DOS, которые не удается запустить иными средствами |
При установке новых приложений вместе с ними устанавливаются только те программные ресурсы, которые нужны для работы данного приложения, но отсутствуют на данном компьютере (то есть не зарегистрированы в его операционной системе). Поэтому для установки новых приложений очень важно, чтобы они проходили правильную регистрацию. Несмотря на то что в состав дистрибутивных комплектов большинства современных приложений входят специальные устанавливающие программы (SETUP.EXE), полагаться на то, что они правильно выполнят регистрацию, в общем случае не следует. Установку программ следует выполнять стандартными средствами. Этим обеспечивается надежная работа ранее установленных приложений и обеспечиваются основы для корректной установки последующих приложений.
Стандартное средство установки приложений
Стандартное средство установки (и удаления) приложений Windows запускают командой Пуск > Настройка > Панель управления > Установка и удаление программ. После двойного щелчка на указанном значке открывается диалоговое окно Свойства: Установка и удаление программ. Для установки произвольного программного обеспечения используется вкладка Установка/Удаление. На ее странице представлен список ранее установленных приложений. Они прошли правильную регистрацию, и если не были нарушены условия их эксплуатации, то можно рассчитывать на то, что они могут быть и корректно удалены.
Установка приложения начинается с щелчка на кнопке Добавить/удалить. После этого запускается вспомогательная программа Мастер установки. С помощью кнопки Обзор следует разыскать местоположение программы Setup.exe, которая входит в дистрибутивный комплект устанавливаемого приложения, после чего щелкнуть на кнопке Готово.
Во многих случаях после установки приложения следует перезагрузить компьютер. Это одна из причин, по которой до начала установки закрывают все открытые приложения и документы.
Необходимость перезагрузки связана с особенностью операционной системы, которая заключается в том, что основная часть регистрационных действий выполняется в момент завершения работы. Это сделано специально, чтобы не тормозить производительную работу пользователей служебными операциями. Перезагрузку можно ускорить, если команду выдать при нажатой клавише SHIFT. В этом случае произойдет только перезапуск операционной системы без перезагрузки компьютера.
Удаление приложений Windows
Удаление ранее установленных приложений Windows производится средствами того же диалогового окна Свойства: Установка и удаление программ. Следует выделить удаляемый объект и щелкнуть на кнопке Добавить/удалить. Удаление редко бывает полным. Скорее всего, какие-то компоненты останутся. Чаще всего остаются некоторые папки (как правило пустые). Компоненты, не удаленные автоматически, следует удалить вручную. Рекомендуется удалять их в Корзину и наблюдать за компьютером в течение нескольких дней. Если после этого работоспособность прочих программ не нарушается, эти компоненты можно удалить и из Корзины.
В общем случае оборудование подключается к компьютеру дважды: аппаратно и программно. Под аппаратным подключением понимают физическое соединение с компьютером либо с помощью слотов на материнской плате, либо с помощью внешних разъемов стандартных портов на задней стенке системного блока. Бывает и смешанное подключение, когда интерфейсная плата нового устройства вставляется в слот материнской платы и при этом создается новый (нестандартный) порт, разъем которого выходит на заднюю стенку. Таким способом подключают, как правило, устройства, требующие высокой скорости передачи данных, например сканеры или сетевые устройства.
Под программным подключением понимают установку программы-драйвера, являющейся посредником между операционной системой и устройством. При установке драйвера происходит выделение операционной системой части ресурсов новому устройству, а также регистрация устройства и его драйвера в реестре операционной системы.
Однако, в общем правиле есть и исключения. Такие «стандартные» устройства как жесткие диски, дисководы гибких дисков и клавиатура не требуют драйверов, поскольку сведения о том, как с ними работать, уже имеются в базовой системе ввода-вывода (BIOS). Они должны распознаваться и работать еще до загрузки операционной системы. То же относится и к монитору, и к видеоадаптеру, но без драйверов они распознаются только как простейшие стандартные модели. Для того чтобы использовать все функциональные возможности конкретной модели, драйвер установить необходимо.
Несколько менее «стандартными» устройствами считаются мышь и дисковод CD-ROM. Они не всегда распознаются средствами BIOS, но после загрузки операционной системы Windows 98 уже считаются стандартными устройствами и обслуживаются драйверами, имеющимися в ее составе, однако если речь идет о необычных моделях, драйвер для них может потребоваться.
Абсолютное большинство прочих устройств требуют наличия программного драйвера. При продаже аппаратного обеспечения общепринято прикладывать к устройству программные драйверы на гибком или лазерном диске. В отсутствие такой возможности можно воспользоваться библиотекой драйверов, входящей в состав операционной системы. Если библиотека не поддерживает конкретную модель устройства, необходимый драйвер можно получить в Интернете на сервере фирмы, изготовившей оборудование, или на сервере компании Microsoft, где имеется коллекция драйверов устройств для операционных систем, выпускаемых этой компанией. Даже для старых и надежно работающих устройств рекомендуется периодически (два раза в год) посещать сервер изготовителя и получать обновленную версию драйвера. Своевременное обновление драйверов устройств повышает эффективность работы оборудования, улучшает совместимость с программным обеспечением и повышает общую надежность системы.
Средства программной установки оборудования
Базовое программное средство установки оборудования запускается двойным щелчком на значке Установка оборудования в окне папки Панель управления, С его помощью можно установить большую часть оборудования, хотя в общем правиле есть исключения.
Драйвер монитора можно установить в диалоговом окне свойств видеосистемы: Пуск > Настройка > Панель управления > Экран > Настройка > Дополнительно > Монитор > Изменить.
Там же можно установить или заменить драйвер видеоадаптера: Пуск > Настройка > Панель управления > Экран > Настройка > Дополнительно > Адаптер > Изменить.
Специальные средства существуют для установки принтеров: Пуск > Настройка > Принтеры > Установка принтера, а также для установки модемов Пуск > Настройка > Панель управления > Модемы.
Однако наиболее универсальным средством для большей части оборудования все-таки остается Мастер установки оборудования, который запускается двойным щелчком на значке Установка оборудования в окне папки Панель управления.
Порядок установки оборудования
Новое оборудование подключается при выключенном питании компьютера. Если устройство является самоустанавливающимся (соответствует спецификации Plug-and-Play), то после включения питания его наличие выявляется автоматически, и после сообщения Обнаружено неизвестное устройство операционная система приступает к подбору драйвера для него. В этот момент может потребоваться вставить дистрибутивный диск с операционной системой в дисковод CD-ROM'или использовать гибкий диск с драйвером, полученным вместе с устройством. Иногда необходимы оба диска.
Если устройство не было опознано при запуске, надо воспользоваться Мастером установки оборудования. Мастер запускается командой Пуск > Настройка > Установка оборудования. На первом этапе он разыскивает устройства, соответствующие спецификации Plug and Play, и выдает список обнаруженных устройств. На втором этапе он разыскивает прочие устройства. Если нужное устройство не было обнаружено автоматически, мастер предлагает выбрать тип устройства самостоятельно, после чего открывает диалоговое окно, в котором можно выбрать производителя и конкретную модель. При наличии нужной модели драйвер можно установить из базы данных Windows или с гибкого диска. Если абсолютного совпадения по модели достичь не удается, возможна только установка драйвера с диска, что выполняется после щелчка на кнопке Установить с диска.
По окончании процесса установки оборудования компьютер следует перезагрузить и выполнить проверку на наличие конфликтов. Для проверки наличия конфликтов используют значок Система в окне папки Панель управления или пункт Свойства контекстного меню значка Мой компьютер.
И в том и в другом случае открывается диалоговое окно Свойства: Система. На вкладке Устройства в данном диалоговом окне приведен список установленных устройств. Нераспознанные устройства в списке обозначены знаком «?», а конфликтующие знаком «!». Простейший способ устранения конфликтов удалить конфликтующие устройства с помощью кнопки Удалить и заново провести распознавание оборудования и установку драйверов обоих устройств. Во многих случаях это автоматически снимает проблемы. Более сложная технология устранения конфликтов предполагает назначение аппаратных ресурсов (номера прерывания, адреса порта, адреса канала прямого доступа к памяти) каждому из конфликтующих устройств вручную командой Свойства > Ресурсы.
Упражнение 3.1. Отработка приемов управления с
помощью мыши
1. Зависание. Слева на Панели задач имеется кнопка Пуск. Это элемент управления Windows, называемый командной кнопкой. Наведите на нее указатель мыши и задержите на некоторое время появится всплывающая подсказка: Начните работу с нажатия этой кнопки.
Справа на Панели задач расположена панель индикации. На этой панели, в частности, расположен индикатор системных часов. Наведите на него указатель мыши и задержите на некоторое время появится всплывающая подсказка с показаниями системного календаря.
2. Щелчок. Наведите указатель мыши на кнопку Пуск и щелкните левой кнопкой над ней откроется Главное меню Windows. Меню это один из элементов управления, представляющий собой список возможных команд. Команды, представленные в меню, выполняются щелчком на соответствующем пункте. Все команды, связанные с элементами управления, выполняются одним обычным щелчком.
Однако у щелчка есть и другое назначение. Его применяют также для выделения объектов. Разыщите на Рабочем столе значок Мой компьютер и щелкните на нем. Значок и подпись под ним изменят цвет. Это произошло выделение объекта. Объекты выделяют, чтобы подготовить их к дальнейшим операциям.
Щелкните на другом объекте, например на значке Корзина. Выделение значка Мой компьютер снимется, а вместо него выделится значок Корзина. Если нужно снять выделение со всех объектов, для этого достаточно щелкнуть на свободном от объектов месте Рабочего стола.
3. Двойной щелчок. Двойной щелчок применяют для использования объектов. Например, двойной щелчок на значке, связанном с приложением, приводит к запуску этого приложения, а двойной щелчок на значке документа приводит к открытию данного документа в том приложении, в котором он был создан. При этом происходит одновременно и запуск этого приложения. Относительно документа оно считается родительским.
В системе Windows 98 с одним и тем же объектом можно выполнить много разных действий. Например, файл с музыкальной записью можно воспроизвести (причем в разных приложениях), его можно отредактировать, можно скопировать на другой носитель или удалить. Сколько бы действий ни было возможно с объектом, всегда существует одно основное действие. Оно и выполняется двойным щелчком.
Выполните двойной щелчок на значке Мой компьютер, и на экране откроется одноименное окно Мой компьютер, в котором можно увидеть значки дисков и других устройств, подключенных к компьютеру, например принтеров.
Если нужно закрыть окно, надо щелкнуть один раз на закрывающей кнопке, которая находится в правом верхнем углу окна. Закрывающая кнопка это элемент управления, и для работы с ним достаточно одного щелчка.
4. Щелчок правой кнопкой. Щелкните правой кнопкой на значке Мой компьютер, и рядом с ним откроется элемент управления, который называется контекстным меню. У каждого объекта Windows свое контекстное меню. Состав его пунктов зависит от свойств объекта, на котором произошел щелчок. Для примера сравните содержание контекстного меню объектов Мой компьютер и Корзина, обращая внимание на их различия.
Рис. 5.4. Контекстные меню разных объектов имеют разный состав
Доступ к контекстному меню основное назначение щелчка правой кнопкой. В работе с объектами Windows (особенно с незнакомыми) щелчок правой кнопкой используется очень часто.
Контекстное меню чрезвычайно важно для работы с объектами операционной системы. Выше мы говорили, что двойной щелчок позволяет выполнить только то действие над объектом, которое считается основным. В противоположность этому в контекстном меню приведены все действия, которые можно выполнить над данным объектом. Более того, во всех контекстных меню любых объектов имеется пункт Свойства. Он позволяет просматривать и изменять свойства объектов, то есть выполнять настройки программ, устройств и самой операционной системы.
5. Перетаскивание. Перетаскивание очень мощный прием для работы с объектами операционной системы. Наведите указатель мыши на значок Мой компьютер. Нажмите левую кнопку и, не отпуская ее, переместите указатель значок Мой компьютер переместится по поверхности Рабочего стола вместе с ним.
Откройте окно Мой компьютер. Окно можно перетаскивать с одного места на другое, если «подцепить» его указателем мыши за строку заголовка. Так прием перетаскивания используют для оформления рабочей среды.
6. Протягивание. Откройте окно Мой компьютер. Наведите указатель мыши на одну из рамок окна и дождитесь, когда он изменит форму, превратившись в двунаправленную стрелку. После этого нажмите левую кнопку и переместите мышь. Окно изменит размер. Если навести указатель мыши на правый нижний угол окна и выполнить протягивание, то произойдет изменение размера сразу по двум координатам (по вертикали и горизонтали).
Изменение формы объектов Windows полезное, но не единственное использование протягивания. Нередко этот прием используют для группового выделения объектов. Наведите указатель мыши на поверхность Рабочего стола, нажмите кнопку мыши и протяните мышь вправо-вниз за указателем потянется прямоугольный контур выделения. Все объекты, которые окажутся внутри этого контура, будут выделены одновременно.
Упражнение 3.2. Изучение приемов работы с объектами
Щелчком на раскрывающей кнопке разверните окно на полный экран.
В строке меню дайте команду Файл > Создать > Папку. Убедитесь в том, что в рабочей области окна появился значок папки с присоединенной надписью Новая папка.
Щелкните правой кнопкой мыши на свободной от значков рабочей области окна текущей папки. В открывшемся контекстном меню выберите команду Создать >Папку. Убедитесь в том, что в пределах окна появился значок папки с надписью Новая папка (2).
Щелкните правой кнопкой мыши на значке Новая папка. В открывшемся контекстном меню выберите пункт Переименовать. Дайте папке содержательное имя, например Экспериментальная. Аналогично переименуйте папку Новая папка (2). Убедитесь в том, что операционная система не допускает существо вания в одной папке (\Мои документы) двух объектов с одинаковыми именами.
Дайте второй папке имя Мои эксперименты.
Мы научились создавать новые папки с помощью строки меню и контекстного меню, научились давать папкам осмысленные имена, познакомились стремя приемами копирования и перемещения объектов между окнами папок (перетаскиванием, специальным перетаскиванием и с использованием буфера обмена). Мы освоили приемы группового выделения объектов, удаления объектов в Корзину и окончательного удаления, минуя Корзину.
Упражнение 3.3. Работа с файловой структурой в
программе Проводник
Мы научились выполнять навигацию с помощью левой панели программы Проводник и изучили приемы копирования и перемещения объектов методом перетаскивания между панелями. Те, кто считает, что с левой панелью Проводника работать не очень удобно, могут исполнять все операции, пользуясь только правой панелью. При этом используют следующие свойства Проводника:
возможность копирования и перемещения объектов через буфер обмена;
программу Проводник можно запустить несколько раз соответственно, на Рабочемстоле можно иметь несколько правых панелей, между которыми удобно выполняя ются все операции обмена.
Задание 3.1. Исследование методов запуска программы
Проводник
В операционной системе Windows 98 большинство операций можно выполнить многими разными способами. На примере программы Проводник мы исследуем различные приемы запуска программ.
Метод запуска Проводника |
Используемый элемент управления |
Папка открытия |
Через контекстное меню кнопки Пуск |
Кнопка Пуск |
C:\Windows\DiaBHoe меню |
Операционная система Windows 98 обладает широкими возможностями настройки. Цель настройки состоит в создании условий для эффективной работы путем автоматизации операций и создания комфортной рабочей среды. Основные настраиваемые объекты средства управления и оформления. Средствами настройки являются: специальная папка Панель управления (Пуск > Настройка > Панель управления); контекстные меню объектов Windows и элементы управления диалоговых окон операционной системы и ее приложений.
Рис. 6.1. Панель управления является основным средством
настройки Windows
Настройка клавиатуры
Настройку клавиатуры выполняют в диалоговом окне Свойства: Клавиатура, которое открывают двойным щелчком на значке Клавиатура в окне Панель управления. На вкладке Скорость представлены средства настройки параметров функции авто-повтора символов (величина задержки перед началом повтора символов и темп повтора), а также средства управления частотой мерцания курсора.
На вкладке Язык представлены средства для установки дополнительных раскладок клавиатуры и элементы управления для выбора клавиатурной комбинации, переключающей раскладку. Здесь же можно выбрать раскладку, принятую по умолчанию, а также задать отображение индикатора раскладки на панели индикации. При наличии этого индикатора диалоговое окно настройки свойств клавиатуры удобнее открывать через контекстное меню индикатора.
Настройка мыши
Настройку мыши выполняют в диалоговом окне Свойства: Мышь, которое открывают с помощью значка Мышь в окне Панель управления. На вкладке Кнопки мыши представлены средства назначения левой или правой кнопке функций основной кнопки, а также средства настройки интервала времени между щелчками, при котором два отдельных щелчка интерпретируются как один двойной.
На вкладке Указатели представлены средства для выбора схемы указателей мыши. Схема указателей представляет собой именованную совокупность настроек формы указателей мыши, сохраняемую в отдельном файле.
На вкладке Перемещение представлены средства для управления чувствительностью мыши (чувствительность мыши определяется величиной экранного перемещения указателя при заданном перемещении прибора), а также средства управления величиной шлейфа, тянущегося за указателем (нужда в нем возникает при работе с малоконтрастными дисплеями, например жидкокристаллическими дисплеями портативных компьютеров).
Настройка стиля управления операционной системой
От других операционных систем Windows 98 отличается наличием нескольких стилей управления. До сих пор мы рассматривали только так называемый классический стиль управления, перешедший в новую систему из Windows 95. Он характерен тем, что объекты выделяют одним щелчком, а открывают двумя щелчками.
Кроме классического, в Windows 98 возможны и другие стили управления. Так, например, существует стиль Web, характерный для работы в Интернете. Он подразумевает, что объекты выделяют простым наведением указателя, а открывают одним щелчком. Данный стиль позволяет несколько повысить производительность в ряде операций с объектами, но не очень удобен при проведении групповых операций.
Выбор того или иного стиля управления выполняют включением соответствующего переключателя на вкладке Общие диалогового окна Свойства папки (Пуск > Настройка > Свойства папки).
Кроме двух указанных стилей возможно создание комбинированных стилей на основе личных предпочтений пользователя. Для настройки комбинированного стиля следует в том же диалоговом окне включить переключатель Стиль на основе выбранных настроек, после чего щелчком на кнопке Настроить открыть диалоговое окно Предпочтения и установить расположенные в нем элементы управления в желаемое положение.
Настройка фона Рабочего стола
Операционная система Windows 98 позволяет использовать в качестве фона Рабочего стола фоновый узор, фоновый рисунок или документ в формате HTML (в этом формате представляются Web-страницы Интернета). Выбор метода оформления осуществляют на вкладке Фон диалогового окна Свойства: Экран, которое открывают с помощью значка Экран в окне Панель управления или посредством пункта Свойства контекстного меню Рабочего стола (рис. 6.2).
Рис. 6.2. Средства настройки фонового узора Рабочего стола
При выборе объекта, используемого в качестве фона, предполагается, что он находится в папке C:\Windows. Если это не так, путь доступа к нужной папке можно указать с помощью командной кнопки Обзор. При выборе фонового узора предоставляются средства для его редактирования и сохранения, то есть для создания новых фоновых узоров на основе имеющихся. При выборе фонового рисунка предоставляются средства для выбора способа его расположения (по центру экрана или на полном экране). В последнем случае возможен выбор варианта Растянуть (с перемасштабированием изображения в соответствии с размером Рабочего стола) или варианта Рядом (без перемасштабирования, но с размножением копий рисунка по всему полю Рабочего стола).
Выбор в качестве фона документа HTML применяют в тех случаях, когда на Рабочем столе надо разместить текстовую информацию, а также в тех случаях, когда необходимо обеспечить динамическое изменение фонового изображения под управлением внешней программы или удаленного Web-сервера.
Настройка экранной заставки
Экранные заставки это динамические изображения, воспроизведение которых включается автоматически при отсутствии в течение заданного времени событий, вызванных пользователем. Первоначальное назначение заставок состояло в том, чтобы снизить угрозу «выгорания люминофора» на тех участках экрана, которые подвержены особо длительному стационарному воздействию электронного луча. Результатом этого эффекта было образование бурых пятен в местах длительного воздействия луча. Современным мониторам эффект «выгорания люминофора» не грозит, но экранные заставки продолжают использовать как средство сокрытия экранной информации от посторонних наблюдателей в период отсутствия владельца компьютера на рабочем месте.
Выбор и настройку режима действия экранной заставки осуществляют на вкладке Заставка диалогового окна Свойства: Экран. Представленные здесь средства настройки позволяют задать интервал времени, по прошествии которого при отсутствии событий, вызванных пользователем, происходит автоматический запуск заставки, а также назначить пароль, без знания которого нельзя отключить заставку и вернуться к текущей работе. Здесь же представлены средства для управления энергосберегающими функциями монитора.
Настройка оформления элементов управления Windows
Средства настройки внешнего вида элементов управления Windows сосредоточены на вкладке Оформление диалогового окна Свойства: Экран. Прежде всего, они предназначены для выбора цветовых и шрифтовых настроек. Именованная совокупность данных, описывающих конкретную настройку, называется схемой оформления она может быть сохранена в файле. Средства настройки оформления позволяют загружать готовые схемы оформления, создавать на их основе новые схемы путем редактирования и сохранять их под заданными именами.
При редактировании конкретной схемы возможно изменение каждого из двух десятков элементов оформления по используемому шрифту и цвету. Для некоторых элементов оформления Windows 98 позволяет использовать многоцветное оформление путем создания градиентных растяжек (плавных переходов) между двумя заданными краевыми цветами. Выбор цвета осуществляют в раскрывающейся палитре с фиксированным количеством цветов. Любой цвет палитры можно определить самостоятельно доступ к цветовой матрице открывает командная кнопка Другой в палитре цветов.
Дополнительные средства оформления Рабочего стола
Ряд дополнительных средств оформления Рабочего стола представлен на вкладке Эффекты диалогового окна Свойства: Экран. Действие визуальных эффектов, представленных здесь, хорошо прокомментировано названиями соответствующих элементов управления и легко проверяется практическими экспериментами.
Средства оформления Рабочего стола Active Desktop
Если Рабочий стол находится в режиме Active Desktop, его оформление представляет собой аналог Web-страницы, и на Рабочем столе возможно размещение нескольких активных объектов. Активными считаются объекты, которые могут динамически изменяться под управлением внешней программы или удаленного сервера. Таким образом, Рабочий стол Active Desktop может выполнять функции динамического отображения поставляемого содержимого.
Размещением активных компонентов Рабочего стола можно управлять непосредственно на Рабочем столе путем перетаскивания их с помощью мыши. Однако подключением и отключением активных компонентов, а также назначением связи между активным компонентом и поставщиком его содержимого удобно управлять со вкладки Web диалогового окна Свойства: Экран.
Настройка параметров экрана
К настраиваемым параметрам экрана относятся:
величина экранного разрешения (измеряется в точках по горизонтали и вертикали);
величина цветового разрешения (выражается количеством одновременно отображаемых цветов или разрядностью кодирования цвета точки).
Предельные значения обоих параметров зависят от свойств видеоадаптера и монитора. Их можно задать на вкладке Настройка диалогового окна Свойства: Экран. Цветовое разрешение (глубину цвета) выбирают в раскрывающемся списке Цветовая палитра, а разрешение экрана устанавливают с помощью движка Область экрана. При недостаточном объеме видеопамяти, присутствующей на плате видеоадаптера, установка повышенного разрешения экрана приводит к сокращению списка возможных значений параметра глубины цвета.
Настройка свойств видеоадаптера и монитора
Настройку свойств видеоадаптера и монитора выполняют в диалоговом окне свойств видеоподсистемы, которое открывают щелчком на кнопке Дополнительно на вкладке Настройка диалогового окна Свойства: Экран. В указанном диалоговом окне настройку свойств монитора выполняют на вкладке Монитор, а настройку свойств видеоадаптера на вкладке Адаптер. Если и монитор, и видеоадаптер установлены с использованием оригинальных драйверов, на вкладке Адаптер возможна настройка частоты обновления экрана. Предельные значения этого параметра зависят от текущего экранного разрешения, и потому данную регулировку следует провести отдельно для каждого из возможных рабочих разрешений экрана.
Если монитор и видеоадаптер установлены с использованием заменяющих драйверов, управление частотой регенерации экрана может быть ограничено, а в некоторых случаях даже опасно для монитора. В этом случае рекомендуется выбор пункта Определяется адаптером или Оптимальная в раскрывающемся списке Частота обновления.
Если видеоадаптер поддерживает на аппаратном уровне функции математической обработки видеоизображений, на вкладке Быстродействие можно задать степень использования аппаратного ускорения. Первоначальную настройку проводят установкой соответствующего движка в крайнее правое положение (максимальное использование аппаратных функций видеоадаптера). Если при этом наблюдаются искажения экранных объектов (прежде всего это касается пунктов меню и элементов управления полос прокрутки), то степень использования аппаратных функций последовательно понижают вплоть до полного исключения нежелательных эффектов.
Настройка звуковых схем
Операционная система Windows 98 является объектно-ориентированной. Управление подобными программными системами организуется с использованием так называемого событийного механизма.
Все операции пользователя, которые он выполняет с экранными элементами управления, являются, с точки зрения операционной системы, событиями пользователя. Кроме событий пользователя существуют так называемые системные события, к которым относятся особые ситуации (исключения), возникающие в операционной системе в тех случаях, когда происходит штатное или нештатное программное событие, требующее реакции пользователя.
Оформление Windows 98 является не только визуальным, но и звуковым, то есть системным событиям и событиям пользователя могут быть поставлены в соответствие звуковые клипы, которые воспроизводятся при наступлении событий. Такими событиями, например, могут быть открытие или закрытие окна, удаление объекта в Корзину, поступление электронной почты на сервер, запуск Windows 98 или завершение работы с операционной системой. Именованная совокупность настроек, связанных с назначением определенным событиям определенных звуков, называется звуковой схемой.
Для настройки звуковых схем используют диалоговое окно Свойства: Звук, которое открывают с помощью значка Звук в окне папки Панель управления. Элементы управления данного диалогового окна позволяют загружать имеющиеся звуковые схемы, редактировать их и сохранять. Несколько стандартных звуковых схем поставляются совместно с операционной системой. Их редактирование осуществляется путем изменения назначения звуков системным событиям. Результаты редактирования могут быть сохранены в отдельном файле в виде новой звуковой схемы.
Назначение звуков системным событиям выполняют в списке События. Те события, которым в данном списке уже поставлен в соответствие звуковой клип, отмечены значком громкоговорителя. При щелчке на значке события в поле Файл отображается путь доступа к файлу, в котором хранится соответствующий звуковой объект.
При необходимости удалить звуковое оформление события, выделенного в списке, следует выбрать в раскрывающемся списке Файл пункт Нет. При необходимости прослушать звук, назначенный выделенному событию, следует щелкнуть на элементе управления Проба.
Оформление Windows 98 темами Рабочего стола
Характерной особенностью Windows 98, отличающей данную систему от других операционных систем, является наличие так называемых тем Рабочего стола. Каждая тема Рабочего стола представляет собой комплексный элемент оформления, в который входят: схема оформления, схема указателей, звуковая схема, фоновый рисунок Рабочего стола, заставка экрана и коллекции значков Рабочего стола. Для тем Рабочего стола характерно художественное согласование всех вышеуказанных элементов оформления в рамках одной темы.
Выбор, настройка и запуск тем Рабочего стола производится с помощью значка Темы Рабочего стола в окне папки Панель управления. При настройке темы есть возможность произвольного выбора подключаемых компонентов и предварительного ознакомления с их содержанием (рис. 6.3).
Рис. 6.3. Настройка темы Рабочего стола перед установкой
Настройка Панели задач
Панель задач в Windows 98 настраиваемая ее свойствами можно управлять. В исходном состоянии она расположена вдоль нижней кромки экрана, но методом перетаскивания ее можно расположить вдоль любой другой кромки. Соответственно, вместе с нею изменится и положение кнопки Пуск и панели индикации.
Размер Панели задач можно настроить протягиванием мыши, если навести указатель на внешнюю рамку и дождаться, когда он сменит форму. Предельный размер Панели задач половина экрана.
Для изменения свойств Панели задач надо щелкнуть правой кнопкой мыши где-либо на ее свободном месте и в открывшемся контекстном меню выбрать пункт Свойства. В открывшемся диалоговом окне важны установки двух флажков: Расположить поверх всех окон и Автоматически убирать с экрана. Установка первого флажка позволяет сделать так, чтобы окна, открытые на Рабочем столе, не могли перекрывать Панель задач. Установка второго флажка делает Панель задач скрытой и освобождает дополнительное место на Рабочем столе. Чтобы вызвать скрытую Панель задач, достаточно подвести указатель мыши к тому краю экрана, за которым она находится.
Свойства Панели задач в операционной системе Windows 98 существенно расширены по сравнению с операционной системой Windows 95. Так, например, в рамках Панели задач можно создать несколько дополнительных инструментальных панелей:
Панель адресов Интернета;
Панель ссылок на Web-страницы Интернета;
Панель объектов Рабочего стола;
Панель быстрого запуска.
Для создания (или удаления) этих панелей служит команда Панели инструментов, присутствующая в контекстном меню Панели задач. Особенно широко используется Панель быстрого запуска. Методом перетаскивания на ней можно разместить значки наиболее часто используемых программ. Запуск программ с этой панели производится одним щелчком на значке, в то время как для запуска с Рабочего стола или из окна папки нужен двойной щелчок. Поскольку окна открытых папок и программ могут скрыть значки Рабочего стола, но не могут скрыть Панель задач, использование Панели быстрого запуска очень удобно.
Все дополнительные панели не обязательно держать на Панели задач. Их можно переместить к любой из кромок экрана или разложить на Рабочем столе. Перемещение инструментальных панелей выполняют методом перетаскивания за специальный рубчик, который присутствует на панели слева. Возможность проведения подобных настроек позволяет персонализировать рабочую среду.
Настройка Главного меню
Главное меню основной элемент управления в Windows. С его помощью можно запустить любую программу, установленную на компьютере с ведома операционной системы, открыть документы, с которыми выполнялась работа в последние дни, и выполнить большинство настроек компьютера и операционной системы. Главное меню открывается щелчком на кнопке Пуск.
Главное меню многоуровневое. Так, например, при наведении указателя мыши на пункт Программы открывается система вложенных меню, отображающая распределение программ по разным категориям. По своим свойствам каждая категория Главного меню имеет статус папки, а каждый пункт статус ярлыка. Таким образом, структурой Главного меню можно управлять путем управления структурой папок, представляющих его. Простейший способ открыть структуру Главного меню для редактирования воспользоваться пунктом Проводник в контекстном меню кнопки Пуск.
Настройка свойств Корзины
Корзина представляет собой специальную папку Windows 98, в которой временно хранятся удаленные объекты. Физически Корзина на жестком диске представлена скрытой папкой \Recycled, причем для каждого жесткого диска, имеющегося в вычислительной системе, папка \Recycled своя. Однако логически Корзина представляет собой одну-единственную папку, соответствующую всем папкам \Recycled, имеющимся в компьютерной системе.
Настройку свойств Корзины выполняют в диалоговом окне Свойства: Корзина, открываемом выбором пункта Свойства в контекстном меню. Данное диалоговое окно содержит одну вкладку для настройки глобальных свойств интегрированной Корзины и по одной вкладке на каждый жесткий диск из числа имеющихся в составе вычислительной системы. Если на вкладке Глобальные установлен переключатель Единые параметры для всех дисков, то элементы управления вкладок, соответствующих конкретным дискам, не активируются.
Основным параметром Корзины является ее емкость. Этот параметр выставляется движком и измеряется в процентах от емкости соответствующих дисков (по умолчанию . 10%). Прочие элементы управления диалогового окна свойств Корзины предусматривают возможность удаления объектов без помещения их в Корзину (используется при глобальной расчистке жесткого диска) и возможность отключения сообщения, предупреждающего об удалении объектов.
Настройка свойств окон папок
К основным настройкам свойств окон папок относится настройка режима отображения скрытых и системных объектов, а также настройка способа обзора вложенных папок.
Настройку свойств окон папок осуществляют в диалоговом окне Свойства папки. Его можно открыть из окна любой папки командой Вид > Свойства папки или из Главного меню командой Пуск > Настройка > Свойства папки.
Отображение системных и скрытых объектов целесообразно включать перед удалением папок, а также при обслуживании операционной системы. При обычной работе системные и скрытые объекты лучше не отображать, чтобы не перегружать экран излишней информацией. (Если скрытые объекты не отображаются в окне папки, об их наличии можно судить по записи в строке состояния.) Элементы управления для включения и отключения отображения скрытых и системных объектов находятся на вкладке Вид диалогового окна Свойства папки в категории Файлы и папки > Скрытые файлы.
Существует два способа обзора вложенных папок. В одном случае все вложенные папки открываются в одном и том же окне, а в другом для каждой очередной вложенной папки открывается новое окно. Первый способ не перегружает Рабочий стол открытыми окнами, но при этом теряется наглядность навигации в структуре окон папок. Соответственно, достоинства и недостатки второго метода противоположны. Выбор способа обзора выполняют в диалоговом окне Предпочтения (Пуск > Настройка > Свойства папки > Настроить) путем установки переключателя Открывать папки в одном и том же окне или переключателя Открывать каждую папку в отдельном окне.
Автоматический запуск приложений
Для автоматического запуска приложений после загрузки операционной системы в Windows 98 предусмотрено очень простое средство специальная папка \Авто-загрузка (C:\Windows\DiaBHoe меню\Программы\Автозагрузка). Настройка автоматического запуска приложений выполняется копированием ярлыков запускаемых приложений в эту папку. Соответственно, отключение автоматического запуска приложения выполняют удалением его ярлыка из папки \Автозагрузка.
С помощью папки \Автозагрузка можно не только запускать приложения, но и открывать документы. Соответственно, в этом случае в папку необходимо предварительно поместить ярлык документа. Открытие документа происходит с одновременным запуском родительского приложения, которое предназначено для работы с документами данного типа.
Настройка свойств типов файлов
Многие автоматические операции Windows 98 основаны на том, что операционная система должна предварительно знать, какое приложение следует использовать для работы с документами того или иного типа. В частности, выше мы видели, что автоматическое открытие документа, ярлык которого находится в папке \Автозагрузка, сопровождается запуском приложения, связанного с данным типом документов. О том, какое именно приложение следует считать связанным с каждым конкретным типом файлов, операционная система судит по расширению имени файла, а сама связь выполняется путем регистрации типов файлов в операционной системе.
Для регистрации (перерегистрации) свойств типов файлов служит вкладка Типы файлов диалогового окна Свойства папки (Пуск > Настройка > Свойства папки). Необходимость в регистрации обычно возникает в тех случаях, когда пользователю надо ввести собственное расширение имени файла (так называемое пользовательское расширение имени) и назначить приложение, принятое по умолчанию для обслуживания файлов данного типа. Необходимость в перерегистрации, как правило, связана с некорректной работой некоторых приложений (после установки они могут автоматически «захватывать» себе некоторые типы файлов, не всегда спрашивая согласия пользователя на эту операцию). Разумеется, после удаления такого приложения файлы данных типов остаются без родительского приложения, и для них надо провести регистрацию вручную автоматически открыть их операционная система уже не может.
На вкладке Типы файлов диалогового окна Свойства папки приведен список Зарегистрированные типы файлов (рис. 6.4). Если в этом списке выделить один из типов файлов, в нижней части диалогового окна можно увидеть расширение имени, зарегистрированное для данного типа, и приложение, с ним связанное. Более подробную информацию о пути доступа к приложению можно получить, если открыть диалоговое окно Изменение свойств типа файлов щелчком на командной кнопке Изменить.
Рис. 6.4. Настройка свойств типов файлов
В данном диалоговом окне приведен список действий, которые возможны с файлами данного типа. Одно из действий списка выделено полужирным цветом оно является основным.
Элементы управления диалогового окна Изменение свойств типа файлов (см. рис. 6.4) позволяют:
изменить значок, связанный с данным типом файлов (Изменить значок);
создать новое действие и назначить ему приложение (Создать);
изменить приложение, выполняющее действие (Изменить);
удалить действие (Удалить);
назначить избранное действие основным (По умолчанию).
Действие, назначенное основным, выполняется при двойном щелчке на значке или ярлыке. Прочие действия, представленные в списке Действия, доступны через контекстное меню. Если в данном списке создать новое действие и назначить ему приложение или удалить одно из действий, то изменится контекстное меню, открывающееся при щелчке правой кнопкой мыши на значках или ярлыках файлов данного типа. Таким образом, диалоговое окно Изменение свойств типов файлов служит не только для настройки свойств типов файлов, но и для редактирования контекстного меню документов.
Настройка команды Отправить
Команда Отправить мощное средство повышения производительности труда при работе в Windows 98. Эта команда имеется в контекстном меню большинства объектов, и с ней связан с ней список объектов, которые могут служить адресатами при пересылке текущего объекта. Использование команды Отправить простейший способ копирования документа на гибкий диск, отправки его по заданному адресу электронной почты, создания его ярлыка на Рабочем столе и т. п. Пункты меню команды Отправить настраиваемые и редактируемые. Неиспользуемые пункты можно удалить, а вместо них создать другие, более удобные.
Настройка команды Отправить выполняется путем наполнения специальной папки \SendTo ярлыками папок, устройств и каналов связи. Полный адрес этой папки C:\Windows\SendTo. Каждый ярлык, присутствующий в данной папке, соответствует одному из пунктов меню команды Отправить.
Автоматизация очистки жесткого диска
Необходимость в автоматической очистке жесткого диска связана с особенностью Windows 98, которая заключается в том, что эта операционная система предназначена для круглосуточной работы персонального компьютера. В ночное время система может обеспечивать работу в Интернете и доставку информации от Web-узлов, на услуги которых оформлена предварительная подписка. Если при обычной работе с компьютером возникает исключительная ситуация, связанная с переполнением жесткого диска, пользователь имеет возможность приостановить текущий процесс, выполнить необходимые операции очистки и продолжить работу. Если такая исключительная ситуация происходит ночью, выполнять операции очистки система должна автоматически для этого в нее входит агентское приложение Очистка диска {программы-агенты запускаются автоматически при возникновении связанных с ними исключительных событий).
Агент очистки запускается командой Пуск > Программы > Стандартные > Служебные > Очистка диска. После запуска программы следует указать имя диска, для которого выполняется настройка. Автоматическая работа агента задается установкой флажка Автоматически производить очистку диска при недостатке свободного места на нем на вкладке Настройка.
Состав папок, подлежащих очистке, задается на вкладке Очистка диска (рис. 6.5). Разумеется, далеко не все папки жесткого диска подлежат очистке в автоматическом режиме. Теоретически, таких папок, в которых не должны храниться невосполнимые данные, всего четыре. Выбор нужных осуществляют установкой соответствующих флажков:
• Temporary Intenet Files папка, в которой кэшируются данные, принятые из Интернета при работе со службой World Wide Web (кэширование служит только для ускорения загрузки Web-страниц при их повторном посещении, поэтому особой ценности данные, хранящиеся в этой папке, не представляют);
Downloaded Program Files папка, в которой хранятся активные объекты, содержащие программный код, принятые из Интернета (это объекты динамического оформления Web-страниц; их хранение служит только для ускорения загрузки Web-страниц при повторном посещении);
Корзина достойный кандидат для автоматической очистки, если пользователь не использует ее для хранения ценных данных;
Временные файлы имеется в виду папка C:\Windows\Temp, в которой не принято хранить ценные данные.
Рис. 6.5. Настройка агента
очистки диска
Приложения нередко автоматически создают в ней свои служебные временные файлы, но не всегда могут их удалить (например, в случае аварийного завершения работы), в результате чего эта папка часто перегружается ненужными отходами.
Запуск приложений по расписанию
Одним из методов автоматизации работ, выполняемых на компьютере под управлением операционной системы Windows 98, является запуск приложений по назначенному расписанию. Основным средством такого подхода является программа Назначенные задания (Пуск > Программы > Стандартные > Служебные > Назначенные задания).
Окно программы Назначенные задания можно рассматривать как окно специальной папки. Ярлыки приложений, размещенные в этой «папке», обладают особыми атрибутами, не характерными для обычных объектов: Расписание, Время следующего запуска, Время прошлого запуска, Состояние. В связи с этим невозможно формирование расписания автоматического запуска приложений приемом простого размещения ярлыков в папке, как мы это делали при настройке средств автоматического запуска приложений и команды Отправить. Наполнение папки Назначенные задания выполняется под управлением специальной программы Мастера создания расписания. Мастер запускается двойным щелчком на значке Добавить задание. В процессе его работы пользователь имеет возможность выбрать приложение и назначить расписание его запуска с указанием даты и времени первого запуска, а также периодичности последующих запусков.
Программа Назначенные задания позволяет редактировать расписания заданий. Редактирование выполняют в диалоговом окне, которое открывают командой Свойства в контекстном меню задания (рис. 6.6).
Рис. 6.6. Задание запуска программ по расписанию в папке
Назначенные задания
На вкладке Задание в командной строке можно указать путь доступа к запускаемому приложению. Важно заметить, что командная строка позволяет указать параметры запуска приложения, если оно такой запуск допускает. В частности, параметры командной строки используют для того, чтобы приложение сразу после запуска открывало (воспроизводило) заданный документ. Этот прием позволяет, например, использовать запуск какого-либо музыкального проигрывателя для воспроизведения файла звукозаписи в заданное время (функция будильника). На вкладке Расписание можно уточнить параметры расписания задания, а на вкладке Настройка более детально определить условия исполнения и завершения задания.
Обслуживание компьютера в автоматическом режиме
Основным обслуживаемым объектом персонального компьютера является его жесткий диск. Тот факт, что операционная система Windows 98 имеет, с одной стороны, специальные средства для обслуживания жесткого диска и, с другой стороны, средство автоматического исполнения заданий по расписанию, позволяет объединить их для автоматического обслуживания компьютера.
Настройку автоматического обслуживания жесткого диска можно выполнить своими руками путем настройки папки Назначенные задания, как было указано выше, однако для этой цели имеется и более удобное средство программа Мастер обслуживания. Как и все мастер-программы, Мастер обслуживания работает в диалоговом режиме и позволяет выбрать средства обслуживания и задать расписание их работы. По окончании работы Мастера обслуживания созданные им задания можно найти в папке Назначенные задания и выполнить необходимое редактирование.
Одним из важнейших методов обеспечения надежности и безопасности компьютерной системы является регулярное резервное копирование наиболее ценных данных. Операционная система Windows 98 имеет средство резервного копирования программу Архивация данных (Пуск > Программы > Стандартные > Служебные > Архивация данных). Однако настроить автоматическое резервное копирование с помощью программы Назначенные задания невозможно. Корпорация Seagate Software, выпустившая приложение Архивация данных, принудительно заблокировала такую возможность и через свой Web-сервер предлагает пользователям Windows 98 получить «полноценную» версию за дополнительную плату.
Одновременно предполагается, что если пользователь приобретает специальное устройство резервного копирования данных, отличное от стандартного дисковода гибких дисков, то вместе с ним он должен получать и специальное приложение для резервного копирования, в котором возможность запуска в автоматическом режиме по заданному расписанию не заблокирована.
Автоматизация поисковых операций
В связи с тем, что файловая структура компьютера может иметь значительный размер, выполнять поиск необходимых документов путем простой навигации по файловой структуре не всегда удобно. Обычно считается, что каждый пользователь компьютера должен хорошо знать (и помнить) структуру тех папок, в которых он хранит документы. Тем не менее, бывают случаи, когда происходит сохранение документов вне этой структуры. Так, например, многие приложения выполняют сохранение документов в папки, принятые по умолчанию, если пользователь забыл явно указать, куда следует сохранить документ. Такой папкой, принятой по умолчанию, может быть папка, в которую последний раз выполнялось сохранение, папка, в которой размещено само приложение, какая-то служебная папка, например \Мои документы и т. п. В подобных случаях файлы документов могут «теряться» в массе прочих данных.
Необходимость в поиске файлов особенно часто возникает при проведении наладочных работ. Типичен случай, когда в поисках источника неконтролируемых изменений в операционной системе требуется разыскать все файлы, подвергшиеся изменению в последнее время. Средствами автоматического поиска файлов также широко пользуются специалисты, выполняющие наладку вычислительных систем, им трудно ориентироваться в файловой структуре «чужого» персонального компьютера, и поиск нужных файлов путем навигации для них не всегда продуктивен.
Основное поисковое средство Windows 98 запускают из Главного меню командой Пуск > Найти > Файлы и папки. Не менее удобен и другой вариант запуска из окна Проводника (Сервис > Найти > Файлы и папки).
Рабочее окно поисковой системы имеет три командные кнопки: Найти; Остановить и Новый поиск для реализации поисковых операций и три вкладки: Имя и местоположение; Дата и Дополнительно для настройки поисковых операций.
Элементы управления, представленные на вкладке Имя и местоположение, позволяют локализовать сферу поиска с учетом имеющейся информации об имени и адресе файла. При вводе имени файла разрешается использовать подстановочные символы «*» и «?». Символ «*» заменяет любое число произвольных символов, а символ «?» заменяет один любой символ. Так, например, поиск файла с именем *.txt завершится с отображением всех файлов, имеющих расширение имени .txt, a результатом поиска файлов с именем *.??t станет список всех файлов, имеющих расширения имени .txt, .bat, .dat и так далее.
При поиске файлов, имеющих «длинные» имена, следует иметь в виду, что если «длинное» имя содержит пробелы (а это допустимо), то при создании задания на поиск такое имя следует заключать в кавычки, например: "Текущие работы.doc".
Элементы управления, представленные на вкладке Дата, позволяют ограничить сферу поиска по дате создания, последнего изменения или открытия файла. Дополнительные средства настройки вкладки Дополнительно позволяют сузить сферу поиска указанием типа файла и его ожидаемого размера.
В тех случаях, когда разыскивается текстовый неформатированный документ, возможен поиск не только по атрибутам файла, но и по его содержанию. Необходимый для этого элемент управления Искать текст расположен на вкладке Имя и местоположение.
Поиск документа по текстовому фрагменту не дает результата, если речь идет о документе, имеющем форматирование, поскольку коды форматирования нарушают естественную последовательность кодов текстовых символов. В этих случаях принято пользоваться поисковым средством, прилагающимся к тому приложению, которое выполняет форматирование документов. Так, например, при установке на компьютере пакета Microsoft Office в Главном меню появляется пункт Пуск > Найти > С помощью Microsoft Outlook, который позволяет выполнить поиск по заданному фрагменту для документов, созданных в приложениях Microsoft Word, Microsoft Excel, Microsoft Access и других.
Важным преимуществом графических операционных систем является возможность гибкого управления как экранными, так и печатными шрифтами в документах. Операционная система обеспечивает единство принципов применения шрифтов в самых разнообразных приложениях.
Растровые и векторные шрифты
Операционная система Windows 98 позволяет работать с двумя классами шрифтов растровыми и векторными. Символы растровых шрифтов образуются как комбинации точек в матрице заданного размера. Достоинством растровых шрифтов является высокая скорость отображения символьных данных на экране. В связи с этим операционная система использует растровые шрифты в качестве экранных при отображении системной информации. Основным недостатком растровых шрифтов является негибкость управления размером и начертанием символов.
Размеры символов растровых шрифтов определяются размерами матрицы, на базе которой эти символы построены из комбинации точек. Характерные размеры: 8x12; 10x16; 13x22 и т. п. Изменение размера или начертания шрифта выполняется подменой одного символьного набора другим. При использовании для печати документов устаревшего оборудования (матричных принтеров) возможно использование растровых шрифтов не только для экранного, но и для печатного вывода. Однако при этом качество оттиска получается неудовлетворительным, и документы, полученные таким способом, принято рассматривать как черновые. Для печати документов представительного и полиграфического качества растровые шрифты использовать не принято.
Символы векторных шрифтов представляют собой криволинейные контуры, составные элементы которых описываются математическими формулами. Это позволяет не хранить отдельно символьные наборы разных размеров. Управление размером (и некоторыми видами начертания) шрифта происходит программно. При отображении на экране или при выводе на печать символы любых размеров строятся из одного и того же символьного набора, поэтому векторные шрифты называют также масштабируемыми.
Векторные шрифты могут использоваться как в качестве экранных, так и в качестве печатных. Применение векторных шрифтов при подготовке документов позволяет реализовать принцип соответствия экранного изображения печатному так называемый принцип WYSIWYG (What You See Is What You Get). В соответствии с этим принципом мы наблюдаем оформление документа на экране таким, каким оно будет при выводе с помощью печатающего устройства.
Векторные шрифты True Type и PostScript
При реализации концепции векторных шрифтов возможны различные подходы к методу построения контуров символов из простейших кривых линий, а также различия в формате записи файла данных, описывающих шрифт. Единого стандартного подхода к решению этих вопросов пока нет это связано с корпоративной политикой производителей программных средств, а также с особенностями конкурентной борьбы между ними. В настоящее время наибольшее распространение имеют векторные шрифты двух категорий True Type и PostScript.
Поддержку шрифтов категории True Type осуществляет лидер в разработке операционных систем и продуктов офисного применения корпорация Microsoft. Соответственно, операционная система Windows 98, выпущенная той же корпорацией, обеспечивает возможность использования шрифтов True Type в большинстве приложений без необходимости использования каких-либо специальных средств.
Поддержку шрифтов категории PostScript осуществляет лидер в области программного обеспечения для устройств печати и полиграфических систем компания Adobe.
При работе с приложениями, выпущенными этой компанией, иногда целесообразно использовать векторные шрифты PostScript. В этом случае операционная система Windows 98 не может работать с ними напрямую и нуждается в специальной программе, работающей в фоновом режиме. В частности, такой программой служат различные версии программы Adobe Type Manager.
Системное средство установки и удаления шрифтов
Файлы, содержащие данные о конструкции шрифтовых наборов, находятся в папке C:\Windows\Fonts, но эту папку не следует обслуживать традиционным средством для работы с файлами и папками, программой Проводник. Шрифты нельзя устанавливать и удалять путем простого копирования, перемещения и удаления файлов. Они должны проходить особую процедуру регистрации в реестре операционной системы, а для этого нужны специальные средства обслуживания. Именно процедура регистрации и дает нам возможность напрямую использовать одни и те же шрифты и символьные наборы в различных приложениях.
Для шрифтов категории True Type средство установки входит в состав Windows 98 и находится в папке Панель управления (Пуск > Настройка > Панель управления > Шрифты). Просмотр шрифтов, зарегистрированных операционной системой, можно выполнять в следующих режимах:
Крупные значки;
Список;
Подобие (Группировать схожие шрифты);
Подробности (Таблица).
Соответствующие элементы управления представлены кнопками панели инструментов окна и пунктами меню Вид. Режимы просмотра Подобие (Группировать схожие шрифты) и Подробности (Таблица) особые, характерные только для папки \Fonts. В режиме Подобие (Группировать схожие шрифты) отображаются сведения о «похожести» шрифтов на заданный. Шрифт, с которым производится сравнение, выбирают в раскрывающемся списке Группировать шрифты по схожести со шрифтом. В режиме Подробности (Таблица) для файлов шрифтов приводятся некоторые специальные сведения.
Перед установкой нового шрифта следует закрыть все работающие приложения. Это не значит, что их работа непременно нарушится, она просто не гарантируется. Установка шрифтов выполняется в диалоговом окне Добавление шрифтов, открываемом по команде Файл > Установить шрифт. Порядок установки следующий:
Рис. 6.7. Добавление новых шрифтов
Удаление шрифтов производится командой Файл > Удалить. Соответствующие шрифты при этом должны быть выделены.
Настройка системных часов и системного календаря
При сохранении любого файла вместе с ним сохраняются данные о дате и времени создания или последнего изменения. Это сохранение происходит в полном соответствии с текущими настройками системных часов и системного календаря компьютера.
Средства настройки часов и календаря находятся ниже уровня операционной системы. Они относятся к базовому программному обеспечению компьютера и располагаются в его базовой системе ввода и вывода (BIOS). Опираясь на показания системных часов, операционная система Windows 98 обеспечивает следующие функциональные возможности:
сохранение показаний системных часов вместе с атрибутами файлов при каждой операции сохранения данных;
предоставление для настройки системных часов и календаря более удобного интерфейса, чем тот, который предоставляет система BIOS;
автоматический учет таких факторов, как изменение поясного времени (это важно для портативных компьютеров), переход на «летнее» и «зимнее» время, учет последних цифр года при смене века.
В Windows 98 настройку системных часов и системного календаря выполняют на вкладке Дата и время диалогового окна Свойства: Дата и время, которое открывают с помощью соответствующего значка Панели управления или из контекстного меню индикатора времени, расположенного на панели индикации. Текущий год выставляют с помощью кнопок счетчика. Текущий месяц выбирают в раскрывающемся списке. День месяца выбирают на панели календаря. Точное время устанавливают поразрядно (часы, минуты, секунды) разряд выбирают с помощью указателя мыши, а значение изменяют с помощью кнопок счетчика. Настройку даты и времени завершают щелчком на командной кнопке Применить (без закрытия окна) или на кнопке ОК (с закрытием).
На вкладке Часовой пояс диалогового окна Свойства: Дата и время присутствуют только два элемента управления: раскрывающийся список для выбора соответствующего часового пояса и флажок для учета перехода на «летнее» и «зимнее» время.
Решение «проблемы 2000 года»
Так называемая «проблема 2000 года» связана с тем, что в устаревшем формате записи атрибутов файлов для регистрации года было выделено только два разряда, в которые записывались две последние цифры номера года. В связи с тем, что последние две цифры дат начала XXI века представляют меньшее число, чем две последние цифры дат конца XX века, есть определенная угроза того, что автоматические системы обработки данных будут некорректно интерпретировать даты создания файлов. При этом может нарушиться работа алгоритмов, выполняющих сравнения дат и расчеты интервалов времени между датами, относящимися к разным столетиям.
Рис. 6.8. Средства настройки
«логического столетия»
В качестве меры, парирующей настоящую угрозу, операционная система
Windows 98 предоставляет подход, основанный на введении понятия логического столетия. По умолчанию логическим столетием считается период с 1930 по 2029 год (пользователь может самостоятельно изменить этот интервал). В операциях сравнения дат и вычисления интервалов времени последние две цифры номера года рассматриваются как относящиеся не к календарному, а к логическому столетию. Необходимый пересчет операционная система выполняет автоматически.
Настройка даты логического столетия выполняется в диалоговом окне Свойства: Язык и стандарты, которое открывают щелчком на значке Язык и стандарты в окне Панель управления. Необходимые элементы управления представлены в группе Календарь на вкладке Дата.
Настройка национальных стандартов и форматов
Операционная система Windows 98 в значительной степени учитывает национальные различия, связанные с форматами записи чисел, дат, времени, денежных сумм и т. п. Так, например, в России принято представлять даты в формате дд.мм.гг (день-месяц-год), а в США мм.дд.гг (месяц-день-год). Например, запись 08.03.99 в России означает 8 марта 1999 года. Та же запись в США означает 3 августа того же года. Другой пример: в России десятичная часть дробного числа отделяется от целой части с помощью запятой, а в США точкой. Есть различия в форматах записи времени, отрицательных чисел, денежных сумм, единиц измерения физических и денежных величин. Такие различия относятся не только к России и США, но и к другим странам.
Обычно при установке локализованной версии операционной системы настройка национальных стандартов и форматов производится автоматически, в соответствии с указанием страны пребывания в устанавливающей программе. Однако при работе с некоторыми приложениями, не адаптированными к использованию в конкретной стране, необходимо редактировать настройки, принятые по умолчанию. В таких случаях редактирование настроек выполняют на вкладках диалогового окна Язык и стандарты (Пуск > Настройка > Панель управления > Язык и стандарты).
Современное программное обеспечение отличается высокой сложностью, поэтому и в операционной системе, и в большинстве ее приложений предусмотрено наличие справочных систем. Справочную систему Windows 98 можно рассматривать как автоматизированное информационно-справочное средство.
Справочная система в диалоговых окнах
В Windows 98 реализовано несколько уровней доступа к справочной информации. Особенно часто потребность в быстрой и конкретной справке возникает при работе с элементами управления диалоговых окон. Эту возможность предоставляет специальная кнопка подсказки, расположенная в правом верхнем углу диалоговых окон рядом с закрывающей кнопкой. После щелчка на кнопке подсказки указатель мыши принимает форму вопросительного знака. Если навести его в таком состоянии на один из элементов управления диалогового окна и щелкнуть левой кнопкой, появляется всплывающая подсказка, в которой описано назначение данного элемента управления. Этим приемом пользуются при изучении новых диалоговых окон.
Контекстная подсказка
Прием получения контекстной подсказки действует в большинстве диалоговых окон и в некоторых окнах приложений. Его удобно рассматривать на примере стандартной программы Калькулятор, входящей в комплект поставки Windows 98 (Пуск > Программы > Стандартные * Калькулятор).
Окно Калькулятора не является диалоговым это рабочее окно приложения, но оно тоже содержит немало всевозможных элементов управления. Поскольку это не диалоговое окно, в его правом верхнем углу нет кнопки подсказки, однако подсказку по назначению элементов управления получить все-таки можно.
Щелкните правой кнопкой мыши на любом элементе управления, и рядом с ним появится кнопка контекстной подсказки с надписью Что это такое? Если щелкнуть на этой кнопке, откроется всплывающая подсказка с описанием назначения элемента управления.
Справочная система Windows
Классический прием вызова справочной системы Windows состоит в использовании Главного меню (Пуск > Справка), но то же можно сделать из любого окна папки или Проводника, если использовать пункт Справка в строке меню.
На панели навигации окна справочной системы три вкладки: Содержание, Указатель и Поиск (рис. 6.9). Панель навигации служит для отыскания нужного раздела и статьи справочной системы. На панели содержания отображается текст текущей статьи.
Рис. 6.9. Окно справочной системы Windows 98
Ha вкладке Содержание разделы справочной системы представлены в виде иерархической структуры данных, очень похожей на содержание обычных книг. Разделы самого высокого уровня легко охватить беглым взглядом. Раздел раскрывается одним щелчком левой кнопки мыши. Внутри раздела могут содержаться вложенные разделы или отдельные статьи. При щелчке на статье ее содержимое отображается на правой панели.
Статьи справочной системы, представленные на правой панели, могут активно использовать так называемые перекрестные ссылки. Перекрестные ссылки оформлены в виде выделенных фрагментов текста. При щелчке на таких фрагментах происходит переход к другой статье, содержимое которой дополняет или уточняет первую. Текст, содержащий ссылки между отдельными статьями, называется гипертекстом, Для того чтобы не запутаться при движении по гипертекстовому документу и иметь возможность вернуться к исходному пункту, используют кнопки навигационной панели Назади Вперед.
Данные, представленные на вкладке Указатель, имеют линейную структуру (список). Фактически это алфавитный указатель, аналогичный тем, которые можно встретить в конце научно-технических изданий. Здесь приведены термины, встречающиеся в справочной системе программы. Если нужно найти конкретные данные и не хочется просматривать все содержание справочной системы, используют указатель.
Отыскав нужный термин или понятие, надо щелкнуть на нем дважды. Если этот термин встречается только в одной статье справочной системы, то на правой панели сразу будет отображен текст статьи. Если данный термин встречается несколько раз, появляется диалоговое окно, в котором можно выбрать нужную статью из предлагаемого списка.
Для таких крупных систем, как Windows 98, последовательный просмотр и содержания, и указателя может быть неудобным в этом случае используют вкладку Поиск. Искомое слово вводят в поле ввода и щелкают на кнопке Список разделов. Если это слово встречается в статьях справочной системы, на экране отображается список соответствующих статей. Просмотр включают двойным щелчком на названии статьи или выделив статью и щелкнув на кнопке Вывести.
В справочной системе Windows 98 искомое слово надо вводить полностью, иначе поиск работает некорректно. Справочная система Windows 95 (и ее приложений) имеет другой, более устойчивый механизм, и в ней можно вводить фрагменты искомых слов, например, только первые буквы слов без окончаний.
Упражнение 6.1. Настройка свойств мыши
Щелкните дважды на элементе управления Область проверки. Убедитесь, что при двойном щелчке элемент срабатывает, а при двух отдельных щелчках с продолжительным интервалом нет.
Закройте диалоговое окно Свойства: Мышь.
Операционная система Windows 98 позволяет каждому пользователю индивидуализировать настройку органов управления. Необходимые для этого средства можно найти в окне Панель управления.
Упражнение 6.2. Настройка оформления Рабочего стола,
работа с Проводником, поисковой системой Windows 98
и Корзиной
Из Проводника запустите поисковую систему Windows 98 (Сервис > Поиск >Файлы и папки).
С помощью поисковой системы установите, где хранятся фоновые рисунки Рабочего стола. Для этого в поле Имя введите название объекта: Лес, в поле Где искать установите обозначение жесткого диска (С:) и убедитесь в том, что установлен флажок Включая вложенные папки. Запустите процесс поиска щелчком на командной кнопке Найти.
Когда объект Лес будет найден, на панели результатов поиска будет показано его местоположение папка C:\Windows.
Файлы фоновых рисунков и других объектов, используемых для оформления Рабочего стола, можно найти в папке C:\Windows. Размещая объекты в этой папке, мы можем управлять тем, какие элементы оформления нам доступны в диалоговом окне Свойства: Экран. В тех случаях, когда мы не знаем, где находятся объекты, используемые для оформления операционной системы (например, файлы со звуковыми клипами), можно воспользоваться системными средствами поиска. Операции подключения элементов оформления к средствам оформления по своей сути являются файловыми операциями, и их можно производить с помощью программы Проводник или иного диспетчера файлов, установленного на компьютере.
Упражнение 6.3. Автоматический запуск приложений
1. Включите персональный компьютер и дождитесь окончания загрузки операционной системы.
На левой панели Проводника разыщите папку С:\Windows\Главное меню\Программы\Автозагрузка. Откройте ее, и на правой панели рассмотрите ярлыки приложений, загружаемых автоматически. Запомните местоположение папки \Автозагрузка на левой панели.
На левой панели раскройте папку C:\Windows. На правой панели разыщите значок программы Калькулятор (Calc.exe). В случае необходимости используйте полосы прокрутки. Если есть трудности с розыском объекта Calc.exe, включите режим сортировки объектов по имени (Вид > Упорядочить значки > по имени).
Методом специального перетаскивания (при нажатой правой кнопке мыши) перетащите значок приложения Calc.exe с правой панели Проводника на левую панель. Экспериментальным путем убедитесь в том, что прокрутка содержимого левой панели происходит автоматически, когда перетаскиваемый значок подводится к краю панели. Не отпускайте кнопку мыши.
Разыскав значок папки \Автозагрузка, наведите на него перетаскиваемый значок. О точности наведения свидетельствует факт изменения цвета надписи, присоединенной к значку. Выполнив наведение, отпустите кнопку мыши и в открывшемся меню специального перетаскивания выберите пункт Создать
ярлык.
Откройте папку \Автозагрузка. Убедитесь в том, что в ней появился ярлык программы Калькулятор.
Завершите работу с операционной системой и выключите компьютер.
Включите компьютер, дождитесь окончания загрузки операционной системы и убедитесь в том, что произошел автоматический запуск программы Калькулятор.
10. Любым способом откройте окно папки \Автозагрузка и удалите ярлык Калькулятор.
По окончании загрузки операционной системы происходит автоматический запуск приложений, ярлыки которых размещены в специальной папке \Автозагрузка. Управление автоматической загрузкой приложений выполняется путем наполнения данной папки ярлыками.
Упражнение 6.4. Редактирование свойств типов файлов
Редактируя свойства типов файлов, мы можем назначать различные действия, выполняемые с данным типом (открытие для просмотра, открытие для редактирования, открытие для воспроизведения и т. п.). Соответствующие настройки выполняют с помощью вкладки Типы файлов диалогового окна Свойства папки. Одно из действий может быть задано по умолчанию оно выполняется двойным щелчком на значке объекта. Прочие действия можно исполнить с помощью контекстного меню.
Задание 6.1. Применение справочной системы
при решении проблемных вопросов
Операционная система Windows 98 многозадачная. Она позволяет одновременно управлять работой нескольких приложений и имеет средства для выявления так называемых «зависших» приложений (приложений, которые не отвечают на действия органов управления). Во многих случаях система позволяет прервать исполнение «зависшей» задачи, провести сохранение данных из других приложениях и корректно выполнить перезапуск компьютера и перезагрузку операционной системы. О том, как выполняется снятие «зависшей» задачи, можно узнать с помощью справочной системы Windows 98.
Основное назначение операционных систем обеспечение взаимодействия человека, оборудования и программ. От операционных систем не требуется наличия средств, предназначенных для исполнения конкретных прикладных задач, для этого есть прикладное программное обеспечение. Тем не менее, в операционную систему Windows 98 входит ограниченный набор прикладных программ, с помощью которых можно решать некоторые простейшие повседневные задачи, пока на компьютере не установлены более мощные программные средства. Такие программы, входящие в поставку Windows, называют стандартными приложениями. В силу особой простоты их принято также рассматривать в качестве учебных. Знание приемов работы со стандартными приложениями позволяет ускорить освоение специализированных программных средств.
Программа Блокнот
Блокнот это простейший текстовый редактор, который можно использовать в качестве удобного средства просмотра текстовых файлов (формат .ТХТ и некоторые другие). Для создания текстовых документов его применяют редко (только для небольших записок), но данную программу удобно использовать для отработки навыков работы с клавиатурой. Программа запускается командой Пуск > Программы > Стандартные > Блокнот. Пример ее рабочего окна показан на рис. 7.1.
На примере программы Блокнот мы познакомимся с некоторыми приемами создания, редактирования и сохранения документов, типичными для большинства приложений Windows.
Ввод текста с помощью клавиатуры. Текст вводят с помощью алфавитно-цифровых клавиш. Для ввода прописных букв используют клавишу SHIFT. Если нужно ввести длинный ряд (поток) прописных символов, клавиатуру можно переключить с помощью клавиши CAPS LOCK.
Рис. 7.1. Окно программы Блокнот
Когда текст достигает правой границы окна, он может автоматически перетекать на новую строку, но может продолжаться далее, пока не будет нажата клавиша ENTER. Чтобы включить (или отключить) режим автоматического перетекания текста, используют команду Правка > Перенос по словам.
Понятие курсора. Место документа, в которое происходит ввод текста (точка ввода) отмечается на экране вертикальной чертой, которую называют курсором. Не надо путать курсор с указателем мыши это два разных понятия. Указатель мыши это активный элемент управления, а курсор это только маркер, не выходящий за пределы документа.
В прошлом, до появления графических операционных систем, указатель мыши называли курсором, но сегодня эти понятия различают. В редакторе Блокнот нетрудно убедиться в том, что, когда курсор фиксированно находится в тексте документа, указатель мыши можно свободно перемещать по полю документа и даже вне окна программы.
Переключение между русскими и латинскими символами. При наборе текста иногда приходится переключаться между русскими и латинскими символами. Это делается общесистемным способом, то есть, метод переключения между символьными наборами не зависит от конкретной программы, а выполняется во всех программах одинаково. Это функция операционной системы.
Для того чтобы узнать, какой комбинацией клавиш на данном компьютере выполняется переключение раскладок клавиатуры, надо посмотреть, как настроены ее свойства (Пуск > Настройка > Панель управления > Клавиатура). Выбор переключателя раскладок осуществляется на вкладке Язык в группе Переключение раскладов. Обычно для этой цели используют комбинацию клавиш CTRL+SHIFT. Если на данной странице вкладки установлен флажок Отображать индикатор языка на панели задач, то на панели индикации отображается индикатор текущего языка. В этом случае переключение между языками можно выполнять щелчком мыши на данном индикаторе.
Выбор шрифта. Размер и форма символов языка определяются использованным шрифтом. Редактор Блокнот слишком прост для того, чтобы позволить использование разных шрифтов в документе, но выбрать один шрифт, используемый для отображения документа, он позволяет. Это выполняется командой Правка > Шрифт, после которой открывается системное диалоговое окно Выбор шрифта, представленное на рис. 7.2.
Рис. 7.2. Выбор шрифта в
программе Блокнот
В списке Шрифт можно выбрать один из возможных шрифтов. Здесь представлены все шрифты, установленные на компьютере. Не все шрифтовые наборы могут иметь в своем составе символы русского языка, поэтому при выборе шрифта требуется либо предварительное знание, либо свободное экспериментирование.
В списке Начертание можно задать начертание для избранного шрифта. Обычно используют четыре основных типа начертания: прямое светлое (обычное), наклонное (курсив), полужирное и полужирный курсив. Выбор начертания, как и выбор шрифта, относится к способу отображения документа (в более мощных текстовых редакторах и процессорах в одном документе можно применять разные шрифты и разные начертания).
В списке Размер выбирают размер шрифта. Размеры шрифтов измеряются в пунктах. Пункт это типографская единица измерения, равная 1/72 дюйма (0,353 мм). Для того чтобы документ хорошо читался на экране, обычно используют шрифт размером 12 пунктов.
Сохранение созданного документа. Созданный документ сохраняют на жестком или гибком магнитном диске в виде нового файла. При сохранении следует указать имя файла. Если этого не сделать, он сохранится под именем Безымянный.М. Для сохранения нового документа служит команда Файл > Сохранить как. По этой команде открывается диалоговое окно Сохранение, представленное на рис. 7.3.
Рис. 7.3. Сохранение файла документа
В этом окне выбирают папку, в которую будет сохраняться файл, и дают ему имя. Приемы сохранения файлов одинаковы для всех приложений Windows. Освоив их один раз, далее можно пользоваться ими в любых программах. В качестве папки, в которую редактор Блокнот сохраняет документы по умолчанию, служит папка \Мои документы. Большинство приложений Windows предлагают по умолчанию использовать для сохранения документов именно эту папку. В ней можно создать несколько папок для раздельного хранения документов, относящихся к разным темам (проектам). Папка \Мои документы удобна еще и тем, что если с одним компьютером работают несколько человек и при запуске операционной системы каждый пользователь проходит регистрацию, то система создает каждому свою особую папку \Мои документы, чтобы документы разных людей не перемешивались между собой.
Если предложенная папка \Мои документы соответствует желанию автора, то остается только ввести имя файла в поле Имя файла и щелкнуть на кнопке Сохранить. Если в этой папке нужно создать новую папку, надо использовать кнопку Создать новую папку и дать новой папке содержательное имя.
Если же для сохранения документа надо использовать произвольную папку, отличную от папки \Мои документы, ее надо разыскать. Поиск по файловой структуре начинается с щелчка на раскрывающей кнопке справа у поля Папка.
Приемы редактирования документов. Под редактированием понимают изменение уже существующих документов. Редактирование начинают с загрузки (открытия) документа. Для этого служит команда Файл > Открыть. По этой команде на экране появляется стандартное диалоговое окно Открытие документа. Как и окно Сохранение, оно одинаково во всех приложениях Windows. По умолчанию окно Открытие документа открывается с настройкой на папку \Мои документы. Ег ли нужный документ находится в другой папке, ее надо разыскать и раскрыть.
Для редактирования текстовых документов следует научиться управлять курсором. Его перемещают с помощью специальных клавиш управления курсором. Для перемещения курсора на экранную страницу вверх или вниз используют клавиши PAGE UP и PAGE DOWN. Для перевода курсора в начало текущей строки используют клавишу НОМЕ, а в конец строки клавишу END. В большинстве приложений Windows работают также комбинации клавиш CTRL+HOME и CTRL+END, переводящие курсор в начало или конец документа, соответственно. Для произвольного размещения курсора используют указатель мыши.
Удаление ошибочных символов выполняют клавишами BACKSPACE или DELETE. Разница между ними состоит в том, что первая удаляет символы, стоящие слева от курсора, а вторая справа. Для удаления большого блока текста пользоваться клавишами редактирования неудобно. В таких случаях сначала выделяют текстовый блок, а потом нажимают клавишу DELETE (один раз). При этом удаляется весь выделенный блок.
Выделение больших блоков производят методом протягивания мыши. В этом случае для удаления удобно использовать команду Удалить контекстного меню. Существует и прием выделения текстовых фрагментов с помощью клавиатуры. Он выполняется клавишами управления курсором при нажатой клавише SHIFT.
Выделенные фрагменты текста можно не только удалять, но и копировать или перемещать. Эти приемы очень часто применяются при редактировании. Копирование и перемещение происходит через буфер обмена Windows. Напомним комбинации клавиш, которые следует запомнить:
CTRL + С копировать в буфер;
CTRL + X вырезать в буфер;
CTRL + V вставить из буфера.
Программа Блокнот не позволяет работать более чем с одним документом, но ее можно запустить два и более раз. В этом случае на экране можно иметь несколько окон программы с разными документами. Поставив такой эксперимент, нетрудно убедиться, что перенос текстовых фрагментов через буфер обмена возможен не только внутри одного окна, но и между окнами.
Сохранение отредактированного документа. Сохранение документа, прошедшего редактирование, отличается от сохранения нового документа хотя бы тем, что файл этого документа уже существует и не надо выбирать папку и давать файлу имя. Для его сохранения достаточно дать команду Файл»Сохранить, и новая копия документа заместит старую. Однако бывают случаи, когда старую копию документа не следует замещать. В этом случае документ сохраняют либо в другую папку, либо под другим именем. В этом случае порядок действий тот же, что и при сохранении нового документа командой Сохранить как.
Средства автоматизации. Программа Блокнот слишком проста, чтобы иметь серьезные средства автоматизации. В более мощных текстовых редакторах и процессорах эти средства надо изучать специально, поскольку от них зависит эффективность работы. В этой же программе единственное средство автоматизации состоит в том, что при нажатии на клавишу F5 в документ автоматически впечатывается текущее время и дата. Это удобно для ведения деловых записей и дневников.
Графический редактор Paint
Графическими называют редакторы, предназначенные для создания и редактирования изображений (рисунков). Программа Paint простейший графический редактор. По своим возможностям она не соответствует современным требованиям, но в силу простоты и доступности остается необходимым компонентом операционной системы. Не разобравшись с принципами управления этой программой, трудно осваивать другие, более мощные средства работы с графикой.
Программа запускается командой Пуск > Программы > Стандартные > Paint.
Основные понятия. Программа Paint является редактором растровом графики. Это важное замечание, поскольку кроме редакторов растровой графики существуют еще редакторы векторной графики. Приемы и методы работы с этими двумя различными классами программ совершенно различны. В растровой графике мельчайшим элементом изображения является точка, которой на экране соответствует экранная точка (пиксел). Мельчайшим элементом векторной графики является линия, описываемая математическим выражением.
Рабочее окно программы Paint представлено на рис. 7.4. В состав его элементов управления, кроме строки меню, входят панель инструментов, палитра настройки инструмента и цветовая палитра. Кнопки панели инструментов служат для вызова чертежно-графических инструментов. На палитре настройки можно выбрать параметры инструмента (толщину линии, форму оттиска, метод заполнения фигуры и т. п.). Элементы цветовой палитры служат для выбора основного цвета изображения (щелчком левой кнопки) и фонового цвета (щелчком правой кнопки).
Рис. 7.4. Графический редактор Paint
Задание размера рабочей области. Перед началом работы следует хотя бы приблизительно задать размер будущего рисунка. Размеры задают в полях Ширина и Высота диалогового окна Атрибуты (Рисунок > Атрибуты). До ввода размеров следует выбрать принятую единицу измерения с помощью одного из переключателей:
Дюймы;
См (сантиметры);
Точки (пикселы).
В России не принято задавать размеры документов в дюймах. Размер в сантиметрах задают в тех случаях, когда предполагается вывод работы на печатающее устройство (принтер) или встраивание изображения на страницу с текстовым документом. В тех случаях, когда рисунок предназначен для воспроизведения на экране, в качестве единицы измерения выбирают Точки (пикселы). Так, например, если рисунок готовится для использования в качестве фона Рабочего стола, его размеры следует принять равными величине экранного разрешения монитора (640x480; 800x600; 1024x768 точек и т. д.).
Подготовка к созданию «прозрачных» рисунков. Возможность создания «прозрачных» рисунков одна из особенностей редактора Paint для операционной системы Windows 98. В редакторе Paint для Windows 95 такой возможности нет.
В диалоговом окне Атрибуты можно назначить один цвет (например, белый) для использования в качестве «прозрачного». Прозрачность цвета означает, что если данный рисунок будет отображаться поверх другого рисунка (фонового), то нижний рисунок будет виден сквозь верхний в тех точках, которые имеют цвет, назначенный «прозрачным». Однако свойство прозрачности сохраняется в файле рисунка не всегда, а только в тех случаях, когда при сохранении выбран графический формат .GIF. Графические файлы других форматов не хранят информацию о «прозрачном» цвете. Чтобы создать рисунок в формате .GIF, надо просто сохранить файл (еще даже и не начатый) командой Файл > Сохранить как и в диалоговом окне Сохранить как в списке Тип файла выбрать формат .GIF. Рисунки с прозрачным фоном очень широко используют для создания красочных Web-страниц в Интернете и при создании электронных документов, например, в мультимедийных изданиях.
Основные чертежно-графические инструменты. Все инструменты, кроме Ластика, выполняют рисование основным цветом (выбирается щелчком левой кнопки в палитре красок). Ластик стирает изображение, заменяя его фоновым цветом (выбирается щелчком правой кнопки мыши в палитре красок).
Инструмент Линия предназначен для вычерчивания прямых. Толщину линии выбирают в палитре настройки. Линии вычерчивают методом протягивания мыши. Чтобы линия получилась «строгой» (вертикальной, горизонтальной или наклонной под углом 45°), при ее вычерчивании следует держать нажатой клавишу SHIFT.
Инструмент Карандаш предназначен для рисования произвольных линий. Толщину линии выбирают в палитре настройки.
Инструмент Кривая служит для построения гладких кривых линий. Толщину предварительно выбирают в палитре настройки. Построение производится в три приема. Сначала методом протягивания проводят прямую линию, затем щелчком и протягиванием в стороне от линии задают первый и второй радиусы кривизны. Математически, данная кривая, имеющая два радиуса кривизны и одну точку перегиба, является частным случаем кривой третьего порядка (кривой Безъё).
Инструмент Кисть можно использовать для свободного рисования произвольных кривых, как Карандаш, но чаще его используют для рисования методом набивки. Сначала выбирают форму кисти в палитре настройки, а потом щелчками левой кнопки мыши наносят оттиски на рисунок без протягивания мыши.
Инструмент Распылитель используют как для свободного рисования, так и для рисования методом набивки. Форму пятна выбирают в палитре настройки.
Инструмент Прямоугольник применяют для рисования прямоугольных фигур. Рисование выполняется протягиванием мыши. В палитре настройки можно выбрать метод заполнения прямоугольника. Возможны три варианта: Без заполнения (рисуется только рамка), Заполнение фоновым цветом и Заполнение основным цветом.
Если при создании прямоугольника держать нажатой клавишу SHIFT, образуется правильная фигура. Для прямоугольника правильной фигурой является квадрат.
Аналогичный инструмент Скругленный прямоугольник действует точно так же, но при этом получается прямоугольник со скругленными углами.
Инструмент Многоугольник предназначен для рисования произвольных многоугольников. Рисование выполняют серией последовательных щелчков с протягиванием. Если конечная точка многоугольника совпадает с начальной, то многоугольник считается замкнутым. Замкнутые фигуры могут автоматически заливаться краской в соответствии с вариантом заполнения, выбранным в палитре настройки.
Инструмент Эллипс служит для изображения эллипсов и окружностей. Окружность это частный случай «правильного» эллипса. Она получается при рисовании с нажатой клавишей SHIFT.
Инструмент Заливка служит для заполнения замкнутых контуров основным или фоновым цветом. Заполнение основным цветом производится щелчком левой кнопки мыши, а заполнение фоновым цветом щелчком правой кнопки. Если контур не замкнут, инструмент работает неправильно. В этом случае ошибочное действие надо немедленно отменить командой Правка > Отменить или комбинацией клавиш CTRL+Z.
Комбинацию CTRL+Z следует запомнить. Она отменяет последнее действие в большинстве приложений Windows и является удобным общесистемным приемом.
Инструмент Выбор цветов позволяет точно выбрать основной или дополнительный цвет не из палитры красок, а непосредственно из рисунка. Это важно, когда надо обеспечить тождественность цвета в разных областях изображения. После выбора инструмента наводят указатель на участок рисунка с нужным цветом и щелкают кнопкой мыши. Если произошел щелчок левой кнопкой, текущий цвет становится основным, а если правой фоновым.
Инструменты выделения областей. Два инструмента предназначены для работы с выделенными областями: Выделение и Выделение произвольной области. Действуют они одинаково, разница лишь в том, что инструмент Выделение формирует не произвольную, а прямоугольную выделенную область. С выделенной областью можно поступать так, как это принято во всех приложениях Windows: ее можно удалить клавишей DELETE, скопировать в буфер обмена (CTRL+C), вырезать в буфер обмена (CTRL+X) и вставить из буфера обмена (CTRL+V). Прием копирования и вставки выделенной области применяют для размножения повторяющихся фрагментов.
При размножении выделенных областей возможны два режима вставки: с сохранением фоновой графики или без нее (точки фонового цвета во вставляемой области игнорируются). Переключение режима выполняют в палитре настройки.
Масштабирование изображений. Для точной доводки рисунка иногда необходимо увеличить его масштаб. Максимальное увеличение восьмикратное. Для изменения масштаба служит команда Вид > Масштаб. То же можно сделать с помощью инструмента Масштаб, в этом случае величину масштаба выбирают в палитре настройки.
В режиме восьмикратного увеличения на рисунок можно наложить вспомогательную сетку (Вид > Масштаб > Показать сетку). Каждая ячейка этой сетки представляет собой одну увеличенную точку изображения. В этом режиме удобно редактировать изображение по отдельным точкам.
Трансформация изображений. Трансформациями называют автоматические изменения формы, расположения или размеров графических объектов. В программе Paint не слишком много инструментов трансформации, но все-таки они есть. Их можно найти в меню Рисунок.
Команда Рисунок > Отразить/повернуть вызывает диалоговое окно Отражение и поворот, содержащее элементы управления для симметричного отображения рисунка относительно вертикальной или горизонтальной оси симметрии, а также для поворота на фиксированный угол, кратный 90°.
Команда Рисунок > Растянуть/наклонить вызывает диалоговое окно Растяжение и наклон. Его элементы управления позволяют растянуть рисунок по горизонтали и вертикали или наклонить относительно горизонтальной или вертикальной оси. Параметры растяжения задают в процентах, а параметры наклона в угловых градусах.
Команда Рисунок > Обратить цвета действует как переключатель. При использовании этой команды цвет каждой точки изображения меняется на «противоположный». В данном случае мы назвали «противоположным» тот цвет, который дополняет данный цвет до белого.
Ввод текста. Программа Paint графический редактор и не предназначена для работы с текстом. Поэтому ввод текста в этой программе является исключением, а не правилом. Поскольку редактор относится к растровым, он строит изображение по точкам, следовательно текст после ввода станет «рисунком» и будет состоять из достаточно крупных точек растра. Поэтому избегайте использования мелких символов, которые смотрятся неопрятно. Рассматривайте режим работы с текстом в программе Paint только как средство для создания кратких и крупных заголовков.
Для ввода текста используют инструмент Надпись. Выбрав инструмент, щелкните на рисунке примерно там, где надпись должна начинаться, на рисунке откроется поле ввода. В это поле вводится текст с клавиатуры. О типе шрифта, его размере и начертании заботиться пока не надо главное набрать текст без ошибок, а остальное все можно изменить позже. Размер поля ввода изменяют путем перетаскивания маркеров области ввода небольших прямоугольных узлов, расположенных по сторонам и углам области ввода.
Закончив ввод, вызывают панель атрибутов текста (Вид > Панель атрибутов текста). Элементами управления этой панели можно выбрать форму шрифта, его начертание и размер.
О том, чего нет в редакторе Paint. В работе с вычислительной техникой безусловно важно знать возможности программных средств и приемы их использования. Но не менее важно знать и ограничения программных средств. Это позволяет двигаться вперед, осваивать новые продукты и приемы. Как мы уже говорили, графический редактор Paint простейший, поэтому в нем нет многого из того, что есть в других современных графических редакторах.
Текстовый процессор WordPad
Текстовые процессоры, как и текстовые редакторы, служат для создания, редактирования и просмотра текстовых документов. Однако они выполняют еще одну важную функцию форматирование документов. Под форматированием понимают оформление документов применением нескольких шрифтовых наборов, использованием методов выравнивания текста, встраиванием в текстовый документ объектов иной природы, например рисунков, а также контролем за обтеканием графики текстом.
В стандартную поставку Windows 98 входит текстовый процессор WordPad, который фактически является «облегченной» версией гораздо более мощной программы Word. Процессор WordPad запускается командой Пуск > Программы > Стандартные > WordPad. Рабочее окно программы представлено на рис. 7.5. Как видно из этого рисунка, в отличие от текстового редактора Блокнот окно текстового процессора содержит дополнительную панель элементов управления панель форматирования.
Поскольку с приемами создания и редактирования документа мы знакомы по текстовому редактору Блокнот (см. выше), то на примере текстового процессора Word Pad мы ознакомимся с простейшими приемами форматирования документов.
Настройка параметров печатной страницы. Форматирование документа предполагает получение полноценного бумажного оттиска на печатающем устройстве. Поэтому работа в текстовых процессорах начинается с задания параметров печатной страницы. Параметры страницы задают в диалоговом окне Макет страницы (Файл > Макет страницы).
Настройку параметров печатной страницы следует выполнять в соответствии с тем типом принтера, который предполагается использовать для печати.
Рис. 7.5. Окно текстового процессора WordPad
Для выбора принтера служит кнопка Принтер в диалоговом окне Макет страницы. В раскрывающемся списке Принтер приведены те модели принтеров, на которые настроена конфигурация данного компьютера.
После выбора модели принтера выбирают параметры печатной страницы. Размеры листа бумаги выбирают в раскрывающемся списке Размер. В России в качестве стандартного машинописного листа принято использовать лист формата А4, имеющий размер 210x297 мм.
Печатное поле документа составляет не весь бумажный лист, поскольку со всех сторон документа должны оставаться белые поля. При выборе размеров полей следует учитывать следующие обстоятельства:
если левое поле используют для брошюровки, оно должно иметь увеличенный размер;
если при брошюровке предполагается обрезка блока, правое и нижнее поля должны иметь увеличенный размер;
если при оформлении документа используются колонтитулы (верхние или нижние), для них следует предусмотреть увеличение размера соответствую
щих полей.
Конкретные значения размеров полей следует выяснить у заказчика документа (работодателя, администрации предприятия). Если никаких рекомендаций нет, можно задать для всех полей, кроме левого, по 15 мм, а для левого поля 25 мм.
Настройка параметров абзаца. Абзац является минимальным элементом форматирования. Настройка параметров абзаца выполняется в диалоговом окне Абзац, открываемом командой Формат > Абзац. Здесь можно задать следующие параметры:
величину отступа от левого поля;
величину отступа от правого поля;
величину специального отступа для первой строки абзаца (используется для создания «красной строки»);
метод выравнивания: по левому полю, по центру и по правому полю. К сожале нию, текстовый процессор WordPad не имеет средств для выравнивания текста «по формату» так называется метод выравнивания, при котором текст выравнивается и по левому, и по правому полям одновременно. Для большинства документах, написанных на русском языке, этот метод является стандартным.
Настройка параметров шрифтового набора. Тип используемого шрифта, его размер и начертание можно задать как с помощью строки меню (команда Формат), так и с помощью элементов управления, представленных на панели форматирования. В отличие от редактора Блокнот, текстовый процессор WordPad позволяет применять шрифтовое оформление как ко всему документу в целом, так и к отдельным, предварительно выделенным фрагментам.
Создание маркированных списков. Создание маркированных списков характерная возможность большинства текстовых процессоров. В программе WordPad первая строка маркированного списка создается командой (Формат > Маркер) или щелчком на кнопке Маркеры на панели форматирования.
Последующие строки автоматически получают маркер после нажатия клавиши ENTER. Для прекращения маркировки надо просто повторить команду еще раз.
Управление табуляцией. Режим табуляции определяет характер линейного смещения текстового курсора в строке при последовательных нажатиях клавиши TAB. Табуляцией пользуются в тех случаях, когда есть необходимость оформления текста ровными столбцами, что в большинстве случаев необходимо при создании таблиц.
Позиции табуляции задают в диалоговом окне Табуляция (Формат > Табуляция). Координаты позиции табуляции задаются в сантиметрах и измеряются от левого поля. Например, если задать три позиции (5 см, 10 см и 15 см), то при нажатии клавиши TAB текстовый курсор в зависимости от текущего положения смещается вправо к ближайшей позиции табуляции.
Поиск и замена текстовых фрагментов, Наличие средства поиска и замены текстового фрагмента обязательный элемент текстовых процессоров. В программе WordPad средство поиска запускают командой Правка > Найти. Текстовый фрагмент, подлежащий поиску, вводят в поле Образец, а процесс поиска запускают щелчком на кнопке Найти далее. Установкой флажков Только слово целиком и С учетом регистра настраивают особенности поиска.
Поиск с одновременной заменой запускают командой Правка > Заменить. Разыскиваемый фрагмент вводят в поле Образец, а замещающий фрагмент в поле Заменить на. Поиск выполняют командой Найти далее, замену фрагмента командой Заменить, а глобальную замену по всему тексту командой Заменить все.
Возможность автоматической замены используют для автоматизации ввода текста и редактирования. Так, например, если при вводе текста набирать слова в сокращенном виде: к-р, к-ра, к-ров и т. п., а потом по всему тексту заменить к-р на компьютер, то можно значительно сократить объем ввода с клавиатуры. Таким же образом правят систематические ошибки, обнаруженные в ходе редактирования.
Операционная система Windows позволяет:
создавать комплексные документы, содержащие несколько разных типов данных;
обеспечивать совместную работу нескольких приложений при подготовке одного документа;
переносить и копировать объекты между приложениями.
Так, например, рисунок, созданный в графическом редакторе Paint, можно скопировать в текстовый документ, разрабатываемый в текстовом процессоре WordPad. То же можно делать и с фрагментами звукозаписи и видеозаписи. Разумеется, звуковой объект нельзя отобразить на печатной странице, но если документ электронный, то его ее можно вставить в текст в виде значка. Щелчок на этом значке во время просмотра документа позволит прослушать связанную с ним звукозапись.
Возможность использования в одном документе объектов различной природы является очень мощным инструментом Windows. Она основана на так называемой концепции внедрения и связывания объектов (OLE Object Linking and Embedding).
Внедрение объектов
Под внедрением объектов подразумевается создание комплексного документа, содержащего два или более автономных объектов. Обычным средством внедрения объектов в документ является их импорт из готового файла, в котором данный объект хранится. Так, например, если в графическом редакторе Paint был создан и сохранен на диске файл рисунка ABCD.BMP, то в текстовом процессоре WordPad этот рисунок можно вставить в текстовый документ с помощью команды Вставка > Объект. При этом открывается диалоговое окно Вставка объекта.
Импорт вставляемого объекта обеспечивается переключателем Создать из файла, а его выбор на диске кнопкой Обзор. Кроме графических объектов в текстовый документ можно внедрять и объекты другой природы тексты, фрагменты звукозаписи и видеозаписи.
При сохранении комплексного документа происходит сохранение и текста, и всех внедренных в него объектов. Рисунок, ранее существовавший в виде отдельного графического файла, теперь внедрен в текстовый документ и располагается внутри него. Разумеется, при этом размер исходного текстового документа возрастает на величину внедренных объектов.
Связывание объектов
Однако мы могли поместить рисунок в текстовый документ и другим способом. В том же диалоговом окне Вставка объекта есть флажок, который называется Связь. Если установить этот флажок перед вставкой объекта, то происходит другой тип вставки, который называется связыванием. Связывание отличается от внедрения тем, что сам объект не вставляется в документ, а вместо этого вставляется только указатель на местоположение объекта. Когда при просмотре документа читатель дойдет до этого указателя, текстовый процессор обратится по адресу, имеющемуся в указателе, и отобразит рисунок в тексте документа.
При использовании связывания объектов, а не внедрения, размер результирующего комплексного документа практически не увеличивается, так как указатель занимает очень мало места. Однако, если не принять специальные меры, то при передаче такого документа заказчику не произойдет передача связанных объектов, поскольку они останутся в своих местах хранения. Это явление называется разрывом, или потерей связи. Потерянные связи надо восстанавливать. Потеря связи может происходить даже при простом перемещении связанных объектов из одной папки в другую. Таким образом, при использовании метода связывания объектов необходимо специально контролировать целостность связей между объектами и выполнять операции обслуживания этих связей (обновления и восстановления).
Сравнение методов внедрения и связывания
И тот и другой методы имеют свои области применения. Все зависит от формы и назначения документа. Внедряя объекты, мы избавляемся от необходимости поддерживать и обслуживать связи, но при этом можем получать файлы огромных размеров, с которыми трудно оперировать. Связывая объекты, мы резко уменьшаем размеры файлов и значительно повышаем производительность компьютера, но вынуждены следить за тем, чтобы все связанные объекты хранились строго в тех папках, в которые они были помещены в момент создания связи.
С принципами связывания и внедерения объектов непосредственно соприкасается принцип совместного использования объектов. В корпоративных вычислительных системах нередко используют стандартизированные объекты (бланки документов, логотипы предприятий и т. п.), доступ к которым (без права изменения) имеют большие группы сотрудников.
Такие объекты удобно вставлять в результирующий документ методом связывания. Во-первых, это позволяет значительно сократить объем документации предприятия, так как один и тот же объект может использоваться во всех документах без размножения. Во-вторых, такой подход позволяет администрации предприятия легко изменять (в случае необходимости) стандартный объект и иметь уверенность в том, что при использовании любого документа, имеющего с ним связь, произойдет автоматическая подмена объекта. При таком подходе за пределы предприятия не выйдет ни один документ, напечатанный на устаревшем бланке, имеющем устаревшие реквизиты, и т. п.
Итак, на практике обычно поступают следующим образом. Если документ готовится для печати на принтере или для просмотра на экране в пределах локальной сети предприятия, то объекты в него вставляют методом связывания. Если же документ готовится для передачи в электронном виде во внешние структуры, в него объекты внедряются.
OLE-серверы и OLE-клиенты
Объект это очень специфическое образование, и не каждое приложение может его создать. Те приложения, которые способны создавать объекты для передачи другим приложениям, называются OLE-серверами, а те, которые позволяют внедрять или связывать чужие объекты в свои документы, называются OLE-клиентами. Например, при вставке рисунка в текстовый документ графический редактор выполняет роль OLE-сервера, а текстовый процессор роль 0LE-клиента.
Служебные приложения Windows 98 предназначены для обслуживания персонального компьютера и самой операционной системы. Они позволяют находить и устранять дефекты файловой системы, оптимизировать настройки программного и аппаратного обеспечения, а также автоматизировать некоторые рутинные операции, связанные с обслуживанием компьютера.
В Главном меню служебные приложения Windows 98 сосредоточены в категории Пуск > Программы > Стандартные > Служебные. Они поставляются в составе операционной системы и устанавливаются вместе с ней (полностью или выборочно). Ниже приведена краткая характеристика основных служебных приложений.
Архивация данных (Microsoft BackUp)
Программа Архивация данных предназначена для автоматизации регулярного резервного копирования наиболее ценных данных на внешние носители. Причина необходимости регулярного резервного копирования связана с тем, что в большинстве случаев ценность данных, разрабатываемых на компьютере и хранящихся на его жестком диске, намного превосходит стоимость самого компьютера. В таких случаях случайное или преднамеренное повреждение жесткого диска (как механическое, так и программное) может привести к существенным потерям ресурсов.
При резервном копировании создаются архивные копии, размещенные на внешних носителях (магнитные ленты, магнитные и магнитооптические диски, лазерные диски и т. п.). Приложение ориентировано на работу с внешними накопителями большой емкости, но при их отсутствии позволяет создавать резервные копии данных на гибких дисках, хотя такой подход не приветствуется из-за низкой надежности носителя.
Программа Архивация данных позволяет:
создавать Задания на архивацию; при этом указываются папки, содержимое которых подлежит резервному копированию;
выполнять полную или частичную архивацию (в последнем случае копируются не вся данные, а только та их часть, которая изменилась со времени предыдущей архивации);
• в случае утраты данных выполнять их восстановление из резервной копии. При организации резервного копирования следует иметь в виду следующие принципы:
архивации подлежат только данные, но не программы (в случае выхода программ из строя их следует заново переустановить с дистрибутивного носителя);
резервное копирование выполняется тем чаще, чем чаще обновляются данные и чем выше их ценность (если потеря результатов одного рабочего дня является критичной, следует выполнять резервное копирование раз в сутки);
резервные копии данных хранят отдельно от компьютера, желательно в другом помещении;
при использовании ненадежных носителей (гибких дисков и магнитных лент) следует создавать не менее двух резервных копий;
при создании нескольких резервных копий сохранение информации на них производится поочередно: например, одну неделю сохраняют данные на один комплект носителей, а другую неделю на другой (смена комплекта резервных носителей называется ротацией).
Буфер обмена
Приложение Буфер обмена предназначено для просмотра текущего содержания буфера обмена Windows. С его помощью можно выполнить сохранение содержимого буфера обмена в виде файла специального формата (.CLP) или его загрузку. Соответствующие команды Файл > Сохранить как и Файл > Открыть.
Дефрагментация диска
Дефрагментация диска служебное приложение, предназначенное для повышения эффективности работы жесткого диска путем устранения фрагмен-тированности файловой структуры.
Наименьшей единицей хранения данных на диске является кластер. Если свободного места на диске достаточно, то файлы записываются так, что кластеры, в которые происходит запись, располагаются последовательно. В этом случае обращения к файлу происходят достаточно быстро, поскольку затраты времени на поиск очередных кластеров минимальны.
Если диск заполнен до отказа, запись на него возможна только после освобождения некоторого количества кластеров путем удаления файлов. При этом свободные области, образующиеся на диске, в общем случае не образуют одну большую непрерывную область. При попытке записать длинный файл на диск, имеющий прерывистую структуру свободных областей, файл делится на фрагменты, которые записываются туда, где для них нашлось место. Длительная работа с заполненным жестким диском приводит к постепенному увеличению фрагментированности файлов и значительному замедлению работы.
Программа Дефрагментация диска выполняет перекомпоновку файлов таким образом, что длинные файлы собираются из коротких фрагментов. В результате доступ к файлам заметно упрощается и эффективность работы компьютера возрастает.
Особенностью Windows 98 является возможность сопроводить процесс дефрагментации оптимизацией разметания файлов. При загрузке операционной системы и запуске основных приложений порядок загрузки файлов обладает определенной стабильностью. В ходе оптимизации файловой структуры система принудительно располагает файлы на диске в том порядке, в каком обычно происходит их открытие. При оптимизации также учитывается тот факт, что с некоторыми областями жесткого диска обмен происходит быстрее, чем с другими. В них размещаются файлы, которые используются наиболее часто. Оптимизацию подключают установкой флажка Переместить файлы программ для ускорения их запуска в диалоговом окне Настройка дефрагментации, открываемом с помощью командной кнопки Настройка.
Индикатор системных ресурсов
После запуска этого приложения на панели индикации устанавливается небольшой значок, посредством которого можно получить сведения о состоянии системных ресурсов. Ресурсами в данном случае называются специальные модули памяти, предназначенные для обслуживания многозадачного режима работы. Всякой запущенной программе (или процессу, например открытому окну) выдается небольшая порция этих модулей. По завершении своей работы приложение должно освободить ресурсы, но некорректно работающие (или устаревшие) программы могут «забывать» или «не уметь» это делать. В этом случае возникает явление «утечки» ресурсов, и программы могут «зависать». Характерным проявлением явления «утечки ресурсов» служат сообщения от операционной системы о недостатке оперативной памяти, в то время как на самом деле ее вполне достаточно.
Для контроля за подобными нештатными ситуациями используют Индикатор системных ресурсов.
Явление «утечки ресурсов» наиболее часто проявляется при запуске приложений Windows 3.1 под управлением Windows 95. Операционная система Windows 98 обеспечивает более корректное распределение системных ресурсов, и необходимость в использовании приложения Индикатор системных ресурсов возникает редко.
Преобразование в FAT32
Программа Преобразование в FAT32 это мастер-программа, которая позволяет автоматически преобразовать формат файловой системы из FAT 16 в FAT 32, если жесткий диск имеет размер более 512 Мбайт. Эту операцию можно производить на жестких дисках, уже заполненных информацией. Как правило, при этом высвобождается дополнительно 100-200 Мбайт рабочего пространства на каждый гигабайт емкости жесткого диска.
Программа запускается командой Пуск > Программы > Стандартные > Служебные > Преобразование в FAT32. Обратное преобразование в рамках той же программы невозможно. Следует также иметь в виду, что если тот же жесткий диск используется для работы других операционных систем, то его не следует преобразовывать в новый формат.
Проверка диска
Это исключительно важная программа, которую следует использовать достаточно регулярно. Она позволяет выявлять логические ошибки в файловой структуре (Стандартная проверка), а также физические ошибки, связанные с дефектами поверхности жесткого диска (Полная проверка). Стандартную проверку рекомендуется проводить после каждого сбоя в работе компьютера, особенно после некорректного завершения работы с операционной системой. Полную проверку достаточно проводить два раза в год или в случае сомнений в качестве жесткого диска.
Сведения о системе
Сведения о системе это специальный пакет программных средств, собирающих сведения о настройке операционной системы Windiows 98, ее приложений и оборудования компьютерной системы. Средства этого пакета предназначены для специалистов, выполняющих ремонтно-восстановительные работы. Его дополнительное преимущество состоит в том, что он позволяет провести диагностику компьютера с удаленного сервера.
Сжатие данных
Программа предназначена для повышения плотности записи данных на жесткий диск. В ее основе лежит принцип устранения избыточности информации. Избыточностью обладают почти все файлы данных, ранее не уплотненные иными средствами. Более подробную информацию см. в главе 14.
Агент сжатия
Программа Агент сжатия предназначена для дополнительного уплотнения файла сжатого тома. Она работает весьма медленно, но ее работу можно автоматизировать с помощью программы Назначенные задания. Все настройки этой программы можно задать заранее и выполнять по расписанию. Более подробную информацию см. в главе 14.
Системный Монитор
Системный Монитор программа, предназначенная для визуального или протокольного наблюдения за функционированием компьютера и операционной системы. Она позволяет контролировать загрузку процессора, распределение оперативной памяти, обмен данными между дисками и другие параметры вычислительной системы. Результаты наблюдения можно отображать на экране в виде графиков или записывать в протокольный файл. Исследование компью-терас помощью программы Системный Монитор позволяет находить «узкие места» в производительности компьютерной системы, сравнивать между собой варианты настройки аппаратных и программных средств.
Таблица символов
Кроме шрифтов с алфавитно-цифровыми символами в операционной системе Windows 98 можно использовать и специальные символьные наборы с дополнительными элементами оформления текстовых документов. В любом текстовом процессоре этими символьными наборами можно пользоваться точно так же, как обычными шрифтами. Однако если для обычных шрифтов раскладка клавиш понятна, то для символьных наборов нужны специальные средства, чтобы установить закрепление символов за клавишами клавиатуры.
Программа Таблица символов позволяет увидеть на экране все символы заданного набора и установить, какой символ какой клавише соответствует. Рабочее окно программы Таблица символов показано на рис. 7.6. В качестве примера в нее загружен символьный набор Wingdings, входящий в комплект поставки Windows 98.
Выбор просматриваемого шрифта выполняется в раскрывающемся списке Шрифт. Если навести указатель мыши на один из символов, входящих в набор, и щелкнуть левой кнопкой, этот символ отображается в увеличенном виде. В правом нижнем углу окна программы при этом появляется запись, указывающая на то, какой клавишей (или сочетанием клавиш) данный символ вызывается.
Рис. 7.6. Окно программы Таблица символов
Мультимедиа понятие комплексное. С одной стороны, оно подразумевает особый тип документов, а с другой стороны особый класс программного и аппаратного обеспечения. Мультимедийные документы отличаются от обычных тем, что кроме традиционных текстовых и графических данных могут содержать звуковые и музыкальные объекты, анимированную графику (мультипликацию), видеофрагменты. Мультимедийное программное обеспечение это программные средства, предназначенные для создания и/или воспроизведения мультимедийных документов и объектов. Мультимедийное аппаратное обеспечение это оборудование, необходимое для создания, хранения и воспроизведения мультимедийного программного обеспечения. Исторически к нему относятся звуковая карта, дисковод CD-ROM и звуковые колонки. Эту группу оборудования называют также базовым мультимедийным комплектом.
В последние годы класс аппаратных средств мультимедиа бурно развивается. Так, в него вошли устройства для обработки телевизионных сигналов и воспроизведения телепрограмм (ТВ-тюнеры), аппаратные средства для обработки сжатой видеоинформации (MPEG-декодеры), дисководы для воспроизведения цифровых видеодисков (DVD), оборудование для записи компакт-дисков (CD-R и CD-RW) и многое другое.
При наличии мультимедийного аппаратного обеспечения (хотя бы в объеме базового мультимедийного комплекта) операционная система Windows 98 позволяет создавать, хранить и использовать мультимедийные объекты и документы. Программные средства, предназначенные для этой цели, находятся в категории Программы > Стандартные > Развлечения. К основным стандартным средствам мультимедиа относятся программы: Регулятор громкости, Лазерный проигрыватель, Универсальный проигрыватель и Звукозапись.
Регулятор громкости
Программа Регулятор громкости является базовым регулятором громкости всей компьютерной системы. Это значит, что она выполняет центральную роль, и все регулировки громкости иных программ или аппаратных средств действуют только в пределах, первично заданных Регулятором громкости.
После установки Регулятора громкости на панели индикации создается значок. Щелчок левой кнопки мыши на этом значке открывает мастер-регулятор, оказывающий влияние на все звуковые устройства, установленные в компьютере. Щелчком правой кнопки мыши можно открыть расширенное окно, в котором можно задать громкость, стереобаланс и установки тембра для каждого из устройств отдельно.
Лазерный проигрыватель
Программа Лазерный проигрыватель предназначена для воспроизведения музыкальных аудиодисков с помощью дисковода CD-ROM. Программа позволяет управлять режимом воспроизведения (непрерывное воспроизведение, произвольное воспроизведение- ознакомительное воспроизведение) звуковых дорожек, имеет экранные элементы управления, соответствующие органам управления CD-проигрывателей, и позволяет создавать и редактировать списки воспроизведения.
Универсальный проигрыватель
Программу Универсальный проигрыватель тоже можно использовать для воспроизведения аудиодисков, хотя она и не имеет столь широкого набора функций, как Лазерный проигрыватель (в частности, в ней нет средств для работы со списками воспроизведения). С другой стороны, она отличается высокой универсальностью и позволяет воспроизводить не только звукозаписи, но и видеозаписи, представленные в многочисленных форматах. В тех случаях, когда в электронных текстовых документах встречаются мультимедийные объекты, они воспроизводятся именно этим стандартным средством Windows 98.
Программа Звукозапись
Программа Звукозапись предназначена для самостоятельного создания файлов звукозаписи. В качестве источника звука может использоваться микрофон, дисковод CD-ROM пли внешнее устройство. Программа имеет графические элементы управления, эквивалентные органам управления обычного бытового магнитофона. Создаваемые звуковые файлы могут проходить ограниченное редактирование с наложением некоторых эффектов (изменение скорости звукозаписи, громкости, эффект «Эхо», обращение звукозаписи). Программа позволяет создавать аудиоклипы небольших размеров, которые можно использовать в звуковых схемах оформления системных событий. Ее также используют в качестве OLE-сервера при необходимости вставить звуковой объект в текстовый документ.
Операционная система MS-DOS принадлежит к категории однозадачных неграфических операционных систем. Ее приложения полностью захватывают все ресурсы операционной системы, и потому создавать документы в MS-DOS не столь удобно, как в Windows 98. Чтобы одновременно и удовлетворить специфическим требованиям MS-DOS, и, по возможности, сохранить преимущества многозадачной среды, Windows 98 имеет два разных средства стандартное приложение Сеанс MS-DOS и особый режим работы операционной системы Режим MS-DOS.
Сеанс MS-DOS
Сеанс MS-DOS (Пуск > Программы > Сеанс MS-DOS) это специальное служебное приложение Windows 98, создающее на экране рабочее окно, в котором можно запускать неграфические приложения MS-DOS, Эта программа удобна тем, что позволяет работать с приложениями MS-DOS, сохранив при этом основные достоинства Windows, такие, как многозадачность, возможность использования буфера обмена для копирования данных, возможность управления с помощью мыши и прочие. В некоторых случаях приложения MS-DOS не могут запускаться в окне Сеанса MS-DOS, но могут запускаться в полноэкранном режиме. Это относится к простейшим приложениям, имеющим экранную графику. Для переключения в полноэкранный режим окно Сеанс MS-DOS имеет специальную кнопку на панели инструментов. Можно также воспользоваться комбинацией клавиш ALT+ENTER. Для возврата из полноэкранного режима в оконный можно пользоваться только этой комбинацией других средств нет.
Режим MS-DOS
Это альтернативное средство для работы с приложениями MS-DOS. Если Сеанс MS-DOS это специальное приложение Windows, то Режим MS-DOS это особый режим работы операционной системы, при котором происходит эмуляция операционной системы MS-DOS средствами Windows 98.
Преимущества Режима MS-DOS связаны с тем, что он позволяет запускать приложения MS-DOS, которые принципиально не способны разделять ресурсы операционной системы с другими программами, и потому не могут работать под управлением Сеанса MS-DOS. Основным недостатком Режима MS-DOS является то, что в нем теряются все преимущества Windows, такие как многозадачность, графический интерфейс, концепция OLE и прочие.
Запуск программ в Режиме MS-DOS осуществляется либо после соответствующего перезапуска компьютера (Пуск» Завершение работы > Перезагрузить компьютер в режиме MS-DOS), либо с использованием значка приложений MS-DOS после специальной перенастройки его свойств. В первом случае навигацию по жесткому диску, поиск и запуск приложения приходится выполнять командами MS-DOS, набираемыми в поле командной строки, а во втором случае приложение запускается автоматически.
Настройка свойств значка приложения MS-DOS
Настройку способа запуска приложения MS-DOS выполняют с помощью его значка. Поскольку при установке приложений MS-DOS соответствующий значок (и пункт в Главном меню) создается далеко не всегда, его создают вручную.
Настройку начинают с выбора пункта Свойства в контекстном меню значка; при этом открывается диалоговое окно Свойства: Имя программы. Выбор между запуском в окне Сеанса MS-DOS или в Режиме MS-DOS выполняют в диалоговом окне Дополнительные настройки программы, открываемом щелчком на командной кнопке Дополнительно (вкладка Программа). Если флажок Режим MS-DOS сброшен, программа будет запускаться в Сеансе MS-DOS, в противном случае в Режиме MS-DOS.
Если приложение не залускается в окне Сеанс MS-DOS, следует попробовать запустить его в полноэкранном режиме, включив переключатель Полноэкранный на вкладке Экран. Если в полноэкранном режиме приложение запускается, но вскоре «зависает», следует установить флажок Не давать программе обнаружить Windows в диалоговом окне Дополнительные настройки программы. Если приложение имеет тенденцию «зависать» после ряда переключений между окнами Windows, надо поэкспериментировать с настройкой элементов управления на вкладке Разное, в частности в группах Выполнение, Использование мыши, Фоновый режим и Приоритет при ожидании. Для ряда приложений MS-DOS, неустойчиво работающих в Сеансе MS-DOS, целесообразно отключать механизмы энергосбережения и запуска экранной заставки на вкладке Заставка диалогового окна Свойства: Экран (Пуск > Настройка > Панель управления > Экран > Заставка).
При окончательной невозможности запустить приложение в Сеансе MS-DOS практикуют запуск в Режиме MS-DOS. В этом случае успех запуска и работы во многом зависит от правильности настройки конфигурации оборудования (в первую очередь мыши, звуковой карты, дисковода CD-ROM). Оперативная память, находящаяся выше первого мегабайта, в операционной системе MS-DOS рассматривается как «внешнее» оборудование. Если приложение требует к ней доступа, должен быть установлен соответствующий драйвер (менеджер оперативной памяти). Все подключения и настройки драйверов оборудования в операционной системе MS-DOS выполняются либо прямыми командами, подаваемыми из командной строки, либо путем редактирования файлов конфигурации Autoexec.bat и Config.sys. Диалоговое окно Дополнительные настройки программы предоставляет необходимые для этого средства, если включен переключатель Выбрать новую конфигурацию MS-DOS.
В данном учебном пособии не рассматриваются вопросы настройки конфигурации операционной системы MS-DOS в связи с тем, что сегодня они уже не актуальны, но в случае необходимости можно выполнить автоматическое конфигурирование (правда, далеко не оптимальное) в диалоговом окне Выбор параметров настройки для MS-DOS, открываемом с помощью командной кнопки Настройка.
При использовании Режима MS-DOS для запуска приложений следует помнить, что с переходом в этот режим теряется возможность возврата в открытые приложения Windows, поэтому их следует предварительно закрыть, а документы из них сохранить. Для обеспечения безопасной работы рекомендуется устанавливать флажок Выдавать предупреждение при входе в Режим MS-DOS в диалоговом окне Дополнительные настройки программы.
Упражнение 7.1. Приемы работы с текстовым редактором Блокнот
Убедитесь, что включена русская раскладка клавиатуры. В противном случае щелкните на указателе языка на панели индикации и выберите в открывшемся меню пункт Русский.
Введите с клавиатуры слово Конденсатор (при вводе заглавной буквы удерживайте нажатой клавишу SHIFT) и нажмите клавишу ENTER.
Мы научились выполнять ввод и редактирование текстов в редакторе Блокнот. Мы освоили несколько приемов выделения и перемещения фрагментов текста через буфер обмена.
Упражнение 7.2. Приемы работы с графическим редактором Paint
В этом упражнении мы создадим условное обозначение вольтметра, принятое на электрических схемах.
Мы научились создавать простейшие примитивы (эллипс, линия), установили, как влияет регистровая клавиша SHIFT на работу инструментов рисования, научились вводить текстовые данные и компоновать рисунок из объектов.
Упражнение 7.3. Приемы форматирования в текстовом процессоре Word Pad
В этом упражнении мы создадим иллюстрированный словарь терминов, введенных в файл list.txt в упражнении 7,1.
Откройте текстовый файл list.txt.
Дайте команду Файл > Сохранить как, в списке Тип файла выберите пункт Word для Windows 6.0 и сохраните файл под именем dict.doc.
Выделите первое слово документа (Амперметр). На панели форматирования задайте шрифт Arial (Кириллица), размер шрифта 14 пунктов, выберите полужирное начертание.
Нажмите клавишу END, чтобы снять выделение, а затем клавишу ENTER.
Введите краткое описание термина, указанного в предыдущей строке, например так: «прибор для измерения величины электрического тока». Размножьте введенный текст таким образом, чтобы образовался абзац размером 3-4 строки (см. рис. 7.7).
Рис. 7.7. Пример комплексного документа, содержащего
встроенный объект
Выделите весь только что введенный абзац (можно использовать «тройной щелчок»). На панели форматирования задайте шрифт Times New Roman (Кириллица), размер шрифта 12 пунктов.
На линейке, расположенной ниже панели форматирования, перетащите маркер в виде квадратика на расстояние 1 см (по линейке) вправо. Убедитесь, что весь абзац теперь отображается с отступом от левого края.
Снимите выделение и установите курсор в начало первой строки того же самого абзаца. Нажмите клавишу TAB. Убедитесь, что табуляция в первой строке абзаца может использоваться для создания абзацного отступа.
Установите курсор в конец описания термина Вольтметр и нажмите клавишу ENTER.
Сохраните текущий документ dict.doc.
Мы научились выполнять форматирование текста с помощью текстового процессора WordPad. В частности, мы научились по-разному оформлять заголовки и абзацы основного текста, а также встраивать графические объекты из внешнего источника.
Упражнение 7.4. Сопоставление приемов внедрения и связывания объектов
В предыдущем упражнении мы создали комбинированный документ dict.doc, содержащий внедренную иллюстрацию. В этом упражнении мы поместим тот же объект методом связывания.
9. Закройте документ dict.doc. Откройте документ dictl .doc. Обратите внимание на вспомогательную операцию, выполняемую после загрузки документа. Проверьте, изменился ли вид этого документа. Чем вы объясните обнаруженные различия между документами?
Мы научились выполнять операцию связывания объектов с текстовым документом и исследовали различие между операциями внедрения и связывания.
Упражнение 7.5. Резервное копирование данных
Вернитесь в программу архивации, выберите вкладку Восстановление и щелкните на кнопке Мастер восстановления файлов. Выберите только что созданный архив и щелкните на кнопке Далее.
Мастер автоматически выберет файлы, расположенные на резервной копии. Щелкните на кнопке ОК.
Установите флажок у диска С:, чтобы показать, что требуется восстановить все файлы, имеющиеся в архиве. Щелкните на кнопке Далее.
Щелкните на кнопке Далее, чтобы показать, что файлы должны быть восста новлены в их исходном месте.
Мы научились выполнять резервное копирование данных на гибкий магнитный диск. В ходе упражнения мы создали одно задание на архивацию. Таких заданий может быть много. Разные задания могут включать в себя различные наборы папок.
Упражнение 7.6. Проверка жесткого диска
Выберите диск С: в списке дисков.
Щелкните на кнопке Дополнительно и ознакомьтесь с настройками, используемыми программой при проверке логической структуры файловой системы. Закройте диалоговое окно Дополнительные параметры настройки диска щелчком на кнопке Отмена.
Установите переключатель Полная и щелкните на кнопке Настройка.
Ознакомьтесь с настройками, используемыми программой при проверке магнит ной поверхности диска. Закройте диалоговое окно Режим проверки поверхности диска щелчком на кнопке Отмена.
Щелкните на кнопке Запуск и наблюдайте за ходом проверки.
При обнаружении ошибок на диске ознакомьтесь с сообщением об ошибке и выберите среди предлагаемых вариантов исправления тот, при котором ошибка игнорируется и работа продолжается дальше.
Закройте отчет о результатах проверки. Закройте программу Проверка диска щелчком на кнопке Закрыть.
Мы научились настраивать и выполнять частичную и полную проверку жесткого диска. Частичную проверку (проверку логической структуры) рекомендуется выполнять достаточно часто, например после каждого сбоя в работе операционной системы. Полную проверку выполняют реже (два раза в год).
Упражнение 7.7. Контроль состояния системных ресурсов
В этом упражнении мы будем принудительно «перегружать» компютер запущенными процессами и наблюдать за тем, как исчерпываются системные ресурсы и как они высвобождаются.
1. Запустите программу Индикатор ресурсов (Пуск > Программы > Стандартные > Служебные > Индикатор ресурсов).
Запустите программу Проводник (Пуск > Программы > Проводник).
Мы научились использовать служебную программу Индикатор ресурсов для контроля за состоянием системных ресурсов. Опытным путем мы установили наличие явления «утечки системных ресурсов» и проанализировали его величину в операционных системах Windows 95 и Windows 98.
Упражнение 7.8. Контроль загруженности процессора
Щелкните на кнопке Удалить на панели инструментов. Выберите в списке все показатели и щелкните на кнопке ОК.
Щелкните на кнопке Добавить на панели инструментов.
В диалоговом окне Добавление показателя в списке Категория выберите пункт Ядро. В списке Показатель выберите пункт Использование процессора. Щелкните на кнопке ОК.
Двойным щелчком на значке Мой компьютер откройте окно Мой компьютер.
Измените размер окна так, чтобы в нем помещалось 2-4 значка.
9. Щелкните правой кнопкой мыши на свободном
от значков месте экрана и выберите в контекстном
меню пункт Свойства. Откройте вкладку Эффекты. Сбросьте флажок Отображать содержимое окна при перетаскивании. Щелкните на кнопке ОК.
10. Наведите указатель мыши на строку заголовка окна Мой компьютер и в течение нескольких секунд подвигайте окно по экрану, следя за показателями в окне Системный монитор. Запишите среднюю загрузку процессора во время этой операции.
11. Результаты эксперимента занесите в таблицу.
Дежурный режим |
Перетаскивание окна без отображения содержимого |
Перетаскивание окна с отображением содержимого |
Упражнение 7.9. Запуск приложений MS-DOS
Мы научились запускать приложения MS-DOS в окне Сеанс MS-DOS и в режиме MS-DOS. Мы убедились, что в первом случае параллельно с приложением MS-DOS возможен запуск иных приложений, а во втором случае приложение захватывает все ресурсы компьютера. Для приложений, запущенных в Сеансе MS-DOS, мы научились выполнять переход в полноэкранный режим работы и обратно. Для приложений, запускаемых в режиме MS-DOS, мы научились выполнять редактирование свойств значка приложения.
Локальные и глобальные сети. Основные понятия
При физическом соединении двух или более компьютеров образуется компьютерная сеть. В общем случае, для создания компьютерных сетей необходимо специальное аппаратное обеспечение (сетевое оборудование) и специальное программное обеспечение (сетевые программные средства). Простейшее соединение двух компьютеров для обмена данными называется прямым соединением. Для создания прямого соединения компьютеров, работающих в операционной системе Windows 98, не требуется ни специального аппаратного, ни программного обеспечения. В этом случае аппаратными средствами являются стандартные порты ввода/ вывода (последовательный или параллельный), а в качестве программного обеспечения используется стандартное средство, имеющееся в составе операционной системы (Пуск > Программы > Стандартные > Связь > Прямое кабельное соединение).
Основной задачей, решаемой при создании компьютерных сетей, является обеспечение совместимости оборудования по электрическим и механическим характеристикам и обеспечение совместимости информационного обеспечения (программ и данных) по системе кодирования и формату данных. Решение этой задачи относится к области стандартизации и основано на так называемой модели OS1(модель взаимодействия открытых систем Model of Open System Interconnections). Она создана на основе технических предложений Международного института стандартов ISO (International Standards Organization).
Согласно модели ISO/OSI архитектуру компьютерных сетей следует рассматривать на разных уровнях (общее число уровней до семи). Самый верхний уровень прикладной. На этом уровне пользователь взаимодействует с вычислительной системой. Самый нижний уровень физический. Он обеспечивает обмен сигналами между устройствами. Обмен данными в системах связи происходит путем их перемещения с верхнего уровня на нижний, затем транспортировки и, наконец, обратным воспроизведением на компьютере клиента в результате перемещения с нижнего уровня на верхний.
Для обеспечения необходимой совместимости на каждом из семи возможных уровней архитектуры компьютерной сети действуют специальные стандарты, называемые протоколами. Они определяют характер аппаратного взаимодействия компонентов сети (аппаратные протоколы) и характер взаимодействия программ и данных (программные протоколы). Физически функции поддержки протоколов исполняют аппаратные устройства (интерфейсы) и программные средства (программы поддержки протоколов). Программы, выполняющие поддержку протоколов, также называют протоколами.
Рис. 8.1. Простейшая модель обмена данными в компьютерной сети
Так, например, если два компьютера соединены между собой прямым соединением, то на низшем (физическом) уровне протокол их взаимодействия определяют конкретные устройства физического порта (параллельного или последовательного) и механические компоненты (разъемы, кабель и т. п.). На более высоком уровне взаимодействие между компьютерами определяют программные средства, управляющие передачей данных через порты. Для стандартных портов они находятся в базовой системе ввода/вывода (BIOS). На самом высоком уровне протокол взаимодействия обеспечивают приложения операционной системы. Например для Windows 98 это стандартная программа Прямое кабельное соединение.
В соответствии с используемыми протоколами компьютерные сети принято разделять на локальные (LAN Local Area Network) и глобальные (WAN Wide Area Network). Компьютеры локальной сети преимущественно используют единый комплект протоколов для всех участников. По территориальному признаку локальные сети отличаются компактностью. Они могут объединять компьютеры одного помещения, этажа, здания, группы компактно расположенных сооружений. Глобальные сети имеют, как правило, увеличенные географические размеры. Они могут объединять как отдельные компьютеры, так и отдельные локальные сети, в том числе и использующие различные протоколы.
Назначение всех видов компьютерных сетей определяется двумя функциями:
обеспечение совместного использования аппаратных и программных ресурсов сети;
обеспечение совместного доступа к ресурсам данных.
Так, например, все участники локальной сети могут совместно использовать одно общее устройство печати (сетевой принтер) или, например, ресурсы жестких дисков одного выделенного компьютера (файлового сервера). Это же относится и к программному, и к информационному обеспечению. Если в сети имеется специальный компьютер, выделенный для совместного использования участниками сети, он называется файловым сервером. Компьютерные сети, в которых нет выделенного сервера, а все локальные компьютеры могут общаться друг с другом на «равных правах» (обычно это небольшие сети), называются одноранговыми.
Группы сотрудников, работающих над одним проектом в рамках локальной сети, называются рабочими группами. В рамках одной локальной сети могут работать несколько рабочих групп. У участников рабочих групп могут быть разные права для доступа к общим ресурсам сети. Совокупность приемов разделения и ограничения прав участников компьютерной сети называется политикой сети. Управление сетевыми политиками (их может быть несколько в одной сети) называется администрированием сети. Лицо, управляющее организацией работы участников локальной компьютерной сети, называется системным администратором.
Создание локальных сетей характерно для отдельных предприятий или отдельных подразделений предприятий. Если предприятие (или отрасль) занимает обширную территорию, то отдельные локальные сети могут объединяться в глобальные сети. В этом случае локальные сети связывают между собой с помощью любых традиционных каналов связи (кабельных, спутниковых, радиорелейных и т. п.). Как мы увидим ниже, при соблюдении специальных условий для этой цели могут быть использованы даже телефонные каналы, хотя они в наименьшей степени удовлетворяют требованиям цифровой связи.
Для связи между собой нескольких локальных сетей, работающих по разным протоколам, служат специальные средства, называемые шлюзами. Шлюзы могут быть как аппаратными, так и программными. Например, это может быть специальный компьютер (гилюзовый сервер), а может быть и компьютерная программа. В последнем случае компьютер может выполнять не только функцию шлюза, но и какие-то иные функции, типичные для рабочих станций.
При подключении локальной сети предприятия к глобальной сети важную роль играет понятие сетевой безопасности. В частности, должен быть ограничен доступ в локальную сеть для посторонних лиц извне, а также ограничен выход за пределы локальной сети для сотрудников предприятия, не имеющих соответствующих прав. Для обеспечения сетевой безопасности между локальной и глобальной сетью устанавливают так называемые брандмауэры. Брандмауэром может быть специальный компьютер или компьютерная программа, препятствующая несанкционированному перемещению данных между сетями.
Сетевые службы. Основные понятия
Понятие виртуального соединения. Рассмотрим простой пример взаимодействия двух корреспондентов с помощью обычной почты. Если они регулярно отправляют друг другу письма и, соответственно, получают их, то они могут полагать, что между ними существует соединение на пользовательском (прикладном уровне). Однако это не совсем так. Такое соединение можно назвать виртуальным. Оно было бы физическим, если бы каждый из корреспондентов лично относил другому письмо и вручал в собственные руки. В реальной жизни он бросает его в почтовый ящик и ждет ответа.
Сбором писем из общественных почтовых ящиков и доставкой корреспонденции в личные почтовые ящики занимаются местные почтовые службы. Это другой уровень модели связи, лежащий ниже. Для того чтобы наше письмо достигло адресата в другом городе, должна существовать связь между нашей местной почтовой службой и его местной почтовой службой. Это еще один пример виртуальной связи, поскольку никакой физической связью эти службы не обладают поступившую почтовую корреспонденцию они только сортируют и передают на уровень федеральной почтовой службы.
Федеральная почтовая служба в своей работе опирается на службы очередного уровня, например на почтово-багажную службу железнодорожного ведомства. И только рассмотрев работу этой службы, мы найдем, наконец, признаки физического соединения, например железнодорожный путь, связывающий два города.
Это очень простой пример, поскольку в реальности даже доставка обычного письма может затронуть гораздо большее количество служб. Но нам важно обратить внимание на то, что в нашем примере образовалось несколько виртуальных соединений между аналогичными службами, находящимися в пунктах отправки и приема. Не вступая в прямой контакт, эти службы взаимодействуют между собой. На каком-то уровне письма укладываются в мешки, мешки пломбируют, к ним прикладывают сопроводительные документы, которые где-то в другом городе изучаются и проверяются на аналогичном уровне.
Модель взаимодействия открытых систем. Выше мы упомянули о том, что согласно рекомендациям Международного института стандартизации /50 системы компьютерной связи рекомендуется рассматривать на семи разных уровнях (таблица 8.1).
Из таблицы видно, что каждый новый уровень все больше и больше увеличивает функциональность системы связи. Местная почтовая служба работает не только с письмами, но и с бандеролями и посылками. Почтово-багажная служба занимается еще и доставкой грузов. Вагоны перевозят не только почту, но и людей. По рельсам ходят не только почтово-пассажирские поезда, но и грузовые составы и т. д. То есть чем выше уровень в модели связи, тем больше различных функциональных служб его используют.
Возвращаясь к системам компьютерной связи, рассмотрим, как в модели ISO/OSI происходит обмен данными между пользователями, находящимися на разных континентах.
Таблица 8.1.
Уровни модели связи
Уровень |
Аналогия |
Прикладной уровень |
Письмо написано на бумаге. Определено его содержание |
Уровень представления |
Письмо запечатано в конверт. Конверт заполнен. Наклеена марка. Клиентом соблюдены необходимые требования протокола доставки |
Сеансовый уровень |
Письмо опущено в почтовый ящик. Выбрана служба доставки (письмо можно было бы запечатать в бутылку и бросить в реку, но избрана другая служба) |
Транспортный уровень |
Письмо доставлено на почтамт. Оно отделено от писем, с доставкой которых местная почтовая служба справилась бы самостоятельно |
Сетевой уровень |
После сортировки письмо уложено в мешок. Появилась новая единица доставки мешок |
Уровень соединения |
Мешки писем уложены в вагон. Появилась новая единица доставки вагон |
Физический уровень |
Вагон прицеплен к локомотиву. Появилась новая единица доставки состав. За доставку взялось другое ведомство, действующее по другим протоколам |
кальной или глобальной сетью. Протоколы этого уровня проверяют права пользователя на «выход в эфир» и передают документ к протоколам транспортного уровня.
Средства физического уровня лежат за пределами компьютера. В локальных сетях это оборудование самой сети. При удаленной связи с использованием телефонных модемов это линии телефонной связи, коммутационное оборудование телефонных станций и т. п.
На компьютере получателя информации происходит обратный процесс преобразования данных от битовых сигналов до документа.
Особенности виртуальных соединений. Разные уровни протоколов сервера и клиента не взаимодействуют друг с другом напрямую, но они взаимодействуют через физический уровень. Постепенно переходя с верхнего уровня на нижний, данные непрерывно преобразуются, «обрастают» дополнительными данными, которые анализируются протоколами соответствующих уровней на сопредельной стороне. Это и создает эффект виртуального взаимодействия уровней между собой. Однако, несмотря на виртуальность, это все-таки соединения, через которые тоже проходят данные.
Это очень важный момент с точки зрения компьютерной безопасности. Одновременно с теми запросами на поставку данных, которые клиент направляет серверу, передается масса служебной информации, которая может быть как желательной, так и нежелательной. Например, обязательно передаются данные о текущем адресе клиента, о дате и времени запроса, о версии его операционной системы, о его правах доступа к запрашиваемым данным и прочее. Передается и немало косвенной информации, например о том, по какому адресу он посылал предыдущий запрос. Известны случаи, когда даже передавались идентификационные коды процессоров компьютеров.
На использовании виртуальных соединений основаны такие позитивные свойства электронных систем связи, как возможность работать по одному физическому каналу сразу с несколькими серверами. Но на них же основаны и такие негативные средства, как «троянские программы». Троянская программа разновидность «компьютерного вируса», создающая во время сеансов связи виртуальные соединения для передачи данных о компьютере, на котором установлена. Среди этих данных может быть парольная информация, информация о содержании жесткого диска и т. п. В отличие от обычных компьютерных вирусов троянские программы не производят разрушительных действий на компьютере и потому лучше маскируются.
Сетевые службы. На виртуальных соединениях основаны все службы современного Интернета. Так, например, пересылка сообщения от сервера к клиенту может проходить через десятки различных компьютеров. Это совсем не означает, что на каждом компьютере сообщение должно пройти через все уровни ему достаточно «подняться» до сетевого уровня, (определяющего адресацию) при приеме и вновь «опуститься» до физического уровня при передаче. В данном случае служба передачи сообщений основывается на виртуальном соединении сетевого уровня и соответствующих ему протоколах (рис. 8.2).
В дословном переводе на русский язык интернет это межсеть, то есть в узком смысле слова интернет это объединение сетей. Однако в последние годы у этого слова появился и более широкий смысл: Всемирная компьютерная сеть. Интернет можно рассматривать в физическом смысле как несколько миллионов компьютеров, связанных друг с другом всевозможными линиями связи, однако такой «физический» взгляд на Интернет слишком узок. Лучше рассматривать Интернет как некое информационное пространство.
Рис. 8.2. Простейшая модель службы передачи сообщений
Интернет это не совокупность прямых соединений между компьютерами. Так, например, если два компьютера, находящиеся на разных континентах, обмениваются данными в Интернете, это совсем не значит, что между ними действует одно прямое или виртуальное соединение. Данные, которые они посылают друг другу, разбиваются на пакеты, и даже в одном сеансе связи разные пакеты одного сообщения могут пройти разными маршрутами. Какими бы маршрутами ни двигались пакеты данных, они все равно достигнут пункта назначения и будут собраны вместе в цельный документ. При этом данные, отправленные позже, могут приходить раньше, но это не помешает правильно собрать документ, поскольку каждый пакет имеет свою маркировку.
Таким образом, Интернет представляет собой как бы «пространство», внутри которого осуществляется непрерывная циркуляция данных. В этом смысле его можно сравнить с теле- и радиоэфиром, хотя есть очевидная разница хотя бы в том, что в эфире никакая информация храниться не может, а в Интернете она перемещается между компьютерами, составляющими узлы сети, и какое-то время хранится на их жестких дисках.
Теоретические основы Интернета
Ранние эксперименты по передаче и приему информации с помощью компьютеров начались еще в 50-х годах и имели лабораторный характер. Лишь в конце 60-х годов на средства Агентства Перспективных Разработок министерства обороны США (DARPA Defense Advanced Research Project Agency) была создана первая сеть национального масштаба. По имени агентства она получила название ARPANET. Эта сеть связала несколько крупных научных, исследовательских и образовательных центров. Ее основной задачей стала координация групп коллективов, работающих над едиными научно-техническими проектами, а основным назначением стал обмен электронной почтой и файлами с научной и проектно-конструк-торской документацией.
Сеть ARPANET заработала в 1969 году. Немногочисленные узлы, входившие в нее в то время, были связаны выделенными линиями. Прием и передача информации обеспечивались программами, работающими на узловых компьютерах. Сеть постепенно расширялась за счет подключения новых узлов, а к началу 80-х годов на базе наиболее крупных узлов были созданы свои региональные сети, воссоздающие общую архитектуру ARPANET па более низком уровне (в региональном или локальном масштабе).
Всякий раз, когда мы говорим о вычислительной технике, нам надо иметь в виду принцип единства аппаратного и программного обеспечения. Пока глобальное расширение ARPANET происходило за счет механического подключения все новых и новых аппаратных средств (узлов и сетей), до Интернета в современном понимании этого слова было еще очень далеко. По-настоящему рождением Интернета принято считать 1983 год. В этом году произошли революционные изменения в программном обеспечении компьютерной связи. Днем рождения Интернета в современном понимании этого слова стала дата стандартизация протокола связи TCP/IP, лежащего в основе Всемирной сети по нынешний день.
Здесь требуется уточнить, что в современном понимании TCP/IP это не один сетевой протокол, а два протокола, лежащих на разных уровнях (это так называемый стек протоколов). Протокол TCP протокол транспортного уровня. Он управляет тем, как происходит передача информации. Протокол IP адресный. Он принадлежит сетевому уровню и определяет, куда происходит передача.
Протокол TCP. Согласно протоколу TCP, отправляемые данные «нарезаются» на небольшие пакеты, после чего каждый пакет маркируется таким образом, чтобы в нем были данные, необходимые для правильной сборки документа на компьютере получателя.
Для понимания сути протокола TCP можно представить игру в шахматы по переписке, когда двое участников разыгрывают одновременно десяток партий. Каждый ход записывается на отдельной открытке с указанием номера партии и номера хода. В этом случае между двумя партнерами через один и тот же почтовый канал работает как бы десяток соединений (по одному на партию). Два компьютера, связанные между собой одним физическим соединением, могут точно так же поддерживать одновременно несколько ГСР-соединений. Так, например, два промежуточных сетевых сервера могут одновременно по одной линии связи передавать друг другу в обе стороны множество ГСР-пакетов от многочисленных клиентов.
Протокол IP. Теперь рассмотрим адресный протокол - IP (Internet Protocol). Его суть состоит в том, что у каждого участника Всемирной сети должен быть свой уникальный адрес (IP-адрес). Без этого нельзя говорить о точной доставке TСР-пакетов на нужное рабочее место. Этот адрес выражается очень просто четырьмя байтами, например: 195.38.46.11. Структуру IP-адреса, мы рассматривать в этом пособии не будем, но она организована так, что каждый компьютер, через который проходит какой-либо TСР-пакет, может по этим четырем числам определить, кому из ближайших «соседей» надо переслать пакет, чтобы он оказался «ближе» к получателю. В результате конечного числа перебросок ГСР-пакет достигает адресата. Выше мы не случайно взяли в кавычки слово «ближе». В данном случае оценивается не географическая «близость». В расчет принимаются условия связи и пропускная способность линии. Два компьютера, находящиеся на разных континентах, но связанные высокопроизводительной линией космической связи, считаются более «близкими» друг к другу, чем два компьютера из соседних поселков, связанные простым телефонным проводом. Решением вопросов, что считать «ближе», а что «дальше», занимаются специальные средства маршрутизаторы. Роль маршрутизатора в сети может выполнять как специализированный компьютер, так и специальная программа, работающая на узловом сервере сети.
Поскольку один байт содержит до 256 различных значений, то теоретически с помощью четырех байтов можно выразить более четырех миллиардов уникальных IP-адресов (2564 за вычетом некоторого количества адресов, используемых в качестве служебных). На практике же из-за особенностей адресации к некоторым типам локальных сетей количество возможных адресов составляет порядка двух миллиардов, но и это по современным меркам достаточно большая величина.
Службы Интернета
Когда говорят о работе в Интернете или об использовании Интернета, то на самом деле речь идет не об Интернете в целом, а только об одной или нескольких из его многочисленных служб. В зависимости от конкретных целей и задач клиенты Сети используют те службы, которые им необходимы.
Разные службы имеют разные протоколы. Они называются прикладными протоколами. Их соблюдение обеспечивается и поддерживается работой специальных программ. Таким образом, чтобы воспользоваться какой-то из служб Интернета, необходимо установить на компьютере программу, способную работать по протоколу данной службы. Такие программы называют клиентскими или просто клиентами.
Так, например, для передачи файлов в Интернете используется специальный прикладной протокол FTP (File Transfer Protocol). Соответственно, чтобы получить из Интернета файл, необходимо:
иметь на компьютере программу, являющуюся клиентом FTP (FTP-клиент);
установить связь с сервером, предоставляющим услуги FTP (FTP-сервером).
Другой пример: чтобы воспользоваться электронной почтой, необходимо соблюсти протоколы отправки и получения сообщений. Для этого надо иметь программу (почтовый клиент) и установить связь с почтовым сервером. Так же обстоит дело и с другими службами.
Терминальный режим. Исторически одной из ранних является служба удаленного управления компьютером Telnet. Подключившись к удаленному компьютеру по протоколу этой службы, можно управлять его работой. Такое управление еще называют консольным или терминальным. В прошлом эту службу широко использовали для проведения сложных математических расчетов на удаленных вычислительных центрах. Так, например, если для очень сложных вычислений на персональном компьютере требовались недели непрерывной работы, а на удаленной супер-ЭВМ всего несколько минут, то персональный компьютер применяли для удаленного ввода данных в ЭВМ и для приема полученных результатов.
В наши дни в связи с быстрым увеличением мощности персональных компьютеров необходимость в подобной услуге сократилась, но, тем не менее, службы Telnet в Интернете продолжают существовать. Часто протоколы Telnet применяют для дистанционного управления техническими объектами, например телескопами, видеокамерами, промышленными роботами.
Мы не указываем названия основных Telnet-клиентов, поскольку каждый сервер, предоставляющий Telnet-услуги, обычно предлагает свое клиентское приложение. Его надо получить по сети (например, по протоколу FTP, см. ниже), установить на своем компьютере, подключиться к серверу и работать с удаленным оборудованием. Простейший клиент Telnet входит в состав операционной системы Windows 98 (файл telnet.exe).
Электронная почта (E-Mail). Эта служба также является одной из наиболее ранних. Ее обеспечением в Интернете занимаются специальные почтовые серверы. Обратите внимание на то, что когда мы говорим о каком-либо сервере, не имеется в виду, что это специальный выделенный компьютер. Здесь и далее под сервером может пониматься программное обеспечение. Таким образом, один узловой компьютер Интернета может выполнять функции нескольких серверов и обеспечивать работу различных служб, оставаясь при этом универсальным компьютером, на котором можно выполнять и другие задачи, характерные для средств вычислительной техники.
Почтовые серверы получают сообщения от клиентов и пересылают их по цепочке к почтовым серверам адресатов, где эти сообщения накапливаются. При установлении соединения между адресатом и его почтовым сервером происходит автоматическая передача поступивших сообщений на компьютер адресата.
Почтовая служба основана на двух прикладных протоколах: SMTP и РОРЗ. По первому происходит отправка корреспонденции с компьютера на сервер, а по второму прием поступивших сообщений. Существует большое разнообразие клиентских почтовых программ. К ним относится, например, программа Microsoft Outlook Express, входящая в состав операционной системы Windows 98 как стандартная. Более мощная программа, интегрирующая в себе кроме поддержки электронной почты и другие средства делопроизводства, Microsoft Outlook 2000, входит в состав известного пакета Microsoft Office 2000. Из специализированных почтовых программ хорошую популярность имеют программы The Bat! и Eudora Pro.
Списки рассылки (Mail List). Обычная электронная почта предполагает наличие двух партнеров по переписке. Если же партнеров нет, то достаточно большой поток почтовой информации в свой адрес можно обеспечить, подписавшись на списки рассылки. Это специальные тематические серверы, собирающие информацию по определенным темам и переправляющие ее подписчикам в виде сообщений электронной почты.
Темами списков рассылки может быть что угодно, например вопросы, связанные с изучением иностранных языков, научно-технические обзоры, презентация новых программных и аппаратных средств вычислительной техники (рис. 8.3). Большинство телекомпаний создают списки рассылки на своих узлах, через которые рассылают клиентам аннотированные обзоры телепрограмм. Списки рассылки позволяют эффективно решать вопросы регулярной доставки данных.
Рис. 8.3. Список рассылки, посвященный отечественным
железным дорогам
Служба телеконференций (Usenet). Служба телеконференций похожа на циркулярную рассылку электронной почты, в ходе которой одно сообщение отправляется не одному корреспонденту, а большой группе (такие группы называются телеконференциями или группами новостей).
Обычное сообщение электронной почты пересылается по узкой цепочке серверов от отправителя к получателю. При этом не предполагается его хранение на промежуточных серверах. Сообщения, направленные на сервер группы новостей, отправляются с него на все серверы, с которыми он связан, если на них данного сообщения еще нет. Далее процесс повторяется. Характер распространения каждого отдельного сообщения напоминает лесной пожар.
На каждом из серверов поступившее сообщение хранится ограниченное время (обычно неделю), и все желающие могут в течение этого времени с ним ознакомиться. Распространяясь во все стороны, менее чем за сутки сообщения охватывают весь земной шар. Далее распространение затухает, поскольку на сервер, который уже имеет данное сообщение, повторная передача производиться не может.
Ежедневно в мире создается порядка миллиона сообщений для групп новостей. Выбрать в этом массиве действительно полезную информацию практически невозможно. Поэтому вся система телеконференций разбита на тематические группы. Сегодня в мире насчитывают порядка 50 000 тематических групп новостей. Они охватывают большинство тем, интересующих массы. Особой популярностью пользуются группы, посвященные вычислительной технике.
Основной прием использования групп новостей состоит в том, чтобы задать вопрос, обращаясь ко всему миру, и получить ответ или совет от тех, кто с этим вопросом уже разобрался. При этом важно следить за тем, чтобы содержание вопроса соответствовало теме данной телеконференции. Многие квалифицированные специалисты мира (конструкторы, инженеры, ученые, врачи, педагоги, юристы, писатели, журналисты, программисты и прочие) регулярно просматривают сообщения телеконференций, проходящие в группах, касающихся их сферы деятельности. Такой просмотр называется мониторингом информации. Регулярный мониторинг позволяет специалистам точно знать, что нового происходит в мире по их специальности, какие проблемы беспокоят большие массы людей и на что надо обратить особое внимание в своей работе.
В современных промышленных и проектно-конструкторских организациях считается хорошим тоном, если специалисты высшего эшелона периодически (один-два раза в месяц) отвечают через систему телеконференций на типовые вопрос» пользователей своей продукции. Так, например, в телеконференциях, посвященных легковым автомобилям, нередко можно найти сообщения от главных конструкторов крупнейших промышленных концернов.
При отправке сообщений в телеконференции принято указывать свой адрес электронной почты для обратной связи. В тех случаях, когда есть угроза переполнения электронного «почтового ящика» корреспонденцией, не относящейся непосредственно к производственной деятельности, вместо основного адреса, используемого для деловой переписки, указывают дополнительный адрес. Как правило, такой адрес арендуют на сервере одной из бесплатных анонимных почтовых служб, например www.hotmail.com.
Огромный объем сообщений в группах новостей значительно затрудняет их целенаправленный мониторинг, поэтому в некоторых группах производится предварительный «отсев» бесполезной информации (в частности, рекламной), не относящейся к теме конференции. Такие конференции называют модерируемыми. В качестве модератора может выступать не только человек, но и программа, фильтрующая сообщения по определенным ключевым словам. В последнем случае говорят об автоматической модерации.
Для работы со службой телеконференций существуют специальные клиентские программы. Так, например, приложение Microsoft Outlook Express, указанное выше как почтовый клиент, позволяет работать также и со службой телеконференций. Для начала работы надо настроить программу на взаимодействие с сервером групп новостей, оформить «подписку» на определенные группы и периодически, как и электронную почту, получать все сообщения, проходящие по теме этой группы. В данном случае слово «подписка» не предполагает со стороны клиента никаких обязательств или платежей это просто указание серверу о том, что сообщения по указанным темам надо доставлять, а по прочим нет. Отменить подписку или изменить ее состав можно в любой удобный момент.
Служба World Wide Web (WWW). Безусловно, это самая популярная служба современного Интернета. Ее нередко отождествляют с Интернетом, хотя на самом деле это лишь одна из его многочисленных служб.
World Wide Web это единое информационное пространство, состоящее из сотен миллионов взаимосвязанных электронных документов, хранящихся на Web-cepвepax. Отдельные документы, составляющие пространство Web, называют Web-страницами. Группы тематически объединенных Web-страниц называют Web-узлами (жаргонный термин Web-сайт или просто сайт). Один физический Web-сервер может содержать достаточно много Web-узлов, каждому из которых, как правило, отводится отдельный каталог на жестком диске сервера.
От обычных текстовых документов Web-страницы отличаются тем, что они оформлены без привязки к конкретному носителю. Например, оформление документа, напечатанного на бумаге, привязано к параметрам печатного листа, который имеет определенную ширину, высоту и размеры полей. Электронные Web-документы предназначены для просмотра на экране компьютера, причем заранее не известно на каком. Неизвестны ни размеры экрана, ни параметры цветового и графического разрешения, неизвестна даже операционная система, с которой работает компьютер клиента. Поэтому Web-документы не могут иметь «жесткого» форматирования. Оформление выполняется непосредственно во время их воспроизведения на компьютере клиента и происходит оно в соответствии с настройками программы, выполняющей просмотр.
Программы для просмотра Web-страниц называют броузерами. В литературе также можно встретить «неустоявшиеся» термины браузер или обозреватель. Во всех случаях речь идет о некотором средстве просмотра Web-документов.
Броузер выполняет отображение документа на экране, руководствуясь командами, которые автор документа внедрил в его текст (если автор применяет автоматические средства подготовки Web-документов, необходимые команды внедряются автоматически). Такие команды называются тегами. От обычного текста они отличаются тем, что заключены в угловые скобки. Большинство тегов используются парами: открывающий тег и закрывающий. Закрывающий тег начинается с символа «/»•
<CENTER> Этот текст должен выравниваться по центру экрана </CENTER>
<LEFT> Этот текст выравнивается полевой границе экрана </LEFT> <RIGHT> Этот текст выравнивается по правой границе экрана </RIGHT>
Сложные теги имеют кроме ключевого слова дополнительные атрибуты и параметры, детализирующие способ их применения. Правила записи тегов содержатся в спецификации особого языка разметки, близкого к языкам программирования. Он называется языком разметки гипертекста HTML (HyperText Markup Language). Таким образом, Web-документ представляет собой обычный текстовый документ, размеченный тегами HTML. Такие документы также называют HTML-документами или документами в формате HTML.
При отображении ЯГМ£-документа на экране с помощью броузера теги не показываются, и мы видим только текст, составляющий документ. Однако оформление этого текста (выравнивание, цвет, размер и начертание шрифта и прочее) выполняется в соответствии с тем, какие теги имплантированы в текст документа.
Существуют специальные теги для внедрения графических и мультимедийных объектов (звук, музыка, видеоклипы). Встретив такой тег, обозреватель делает запрос к серверу на доставку файла, связанного с тегом, и воспроизводит его в соответствии с заданными атрибутами и параметрами тега мы видим иллюстрацию или слышим звук. Более подробно вопросы создания Web-страниц и использования тегов HTML рассмотрены в главе «Подготовка и публикация Web-документов».
В последние годы в Web-документах находят широкое применение так называемые активные компоненты. Это тоже объекты, но они содержат не только текстовые, графические и мультимедийные данные, но и программный код, то есть могут не просто отображаться на компьютере клиента, но и выполнять на нем работу по заложенной в них программе. Для того чтобы активные компоненты не могли выполнить на чужом компьютере разрушительные операции (что характерно для «компьютерных вирусов»), они исполняются только под контролем со стороны броузера. Броузер не должен допустить исполнения команд, несущих потенциальную угрозу, например он пресекает попытки осуществить операции с жестким диском.
Возможность внедрения в текст графических и других объектов, реализуемая с помощью тегов HTML, является одной из самых эффектных с точки зрения оформления Web-страниц, но не самой важной с точки зрения самой идеи World Wide Web. Наиболее важной чертой Web-страниц, реализуемой с помощью тегов HTML, являются гипертекстовые ссылки. С любым фрагментом текста или, например, с рисунком с помощью тегов можно связать иной Web-документ, то есть установить гиперссылку. В этом случае при щелчке левой кнопкой мыши на тексте или рисунке, являющемся гиперссылкой, отправляется запрос на доставку нового документа. Этот документ, в свою очередь, тоже может иметь гиперссылки на другие документы.
Таким образом, совокупность огромного числа гипертекстовых электронных документов, хранящихся на серверах WWW, образует своеобразное гиперпространство документов, между которыми возможно перемещение. Произвольное перемещение между документами в Web-пространстве называют Web-серфингом (выполняется с целью ознакомительного просмотра). Целенаправленное перемещение между Web-документами называют Web-навигацией (выполняется с целью поиска нужной информации).
Гипертекстовая связь между сотнями миллионов документов, хранящихся на физических серверах Интернета, является основой существования логического пространства World Wide Web. Однако такая связь не могла бы существовать, если бы каждый документ в этом пространстве не обладал своим уникальным адресом. Выше мы говорили, что каждый файл одного локального компьютера обладает уникальным полным именем, в которое входит собственное имя файла (включая расширение имени) и путь доступа к файлу, начиная от имени устройства, на котором он хранится. Теперь мы можем расширить представление об уникальном имени файла и развить его до Всемирной сети. Адрес любого файла во всемирном масштабе определяется унифицированным указателем ресурса URL.
Рис. 8.4. Web-страница отечественного предприятия
Адрес URL состоит из трех частей.
1.Указание службы, которая осуществляет доступ к данному ресурсу (обычно обозначается именем прикладного протокола, соответствующего данной службе. Так, например, для службы WWW прикладным является протокол HTTP (HyperText Transfer Protocol протокол передачи гипертекста). После имени протокола ставится двоеточие (:) и два знака «/» (косая черта):
http://...
2. Указание доменного имени компьютера (сервера), на котором хранится данный ресурс:
http://www.abcde.com...
3. Указания полного пути доступа к файлу на данном компьютере. В качестве разделителя используется символ «/» (косая черта):
http://www.abcde.com/Files/New/abcdefg.zip
При записи URL-адреса важно точно соблюдать регистр символов. В отличие от правил работы в MS-DOS и Windows, в Интернете строчные и прописные символы считаются разными.
Именно в форме URL и связывают адрес ресурса с гипертекстовыми ссылками на Web-страницах. При щелчке на гиперссылке броузер посылает запрос для поиска и доставки ресурса, указанного в ссылке. Если по каким-то причинам он не найден, выдается сообщение о том, что ресурс недоступен (возможно, что сервер временно отключен или изменился адрес ресурса).
Служба имен доменов (DNS). Когда мы говорили о протоколах Интернета, то сказали, что адрес любого компьютера или любой локальной сети в Интернете может быть выражен четырьмя байтами, например так:
195.28.132.97
А только что мы заявили, что каждый компьютер имеет уникальное доменное имя, например такое:
www.abcdef.com
Нет ли здесь противоречия?
Противоречия здесь нет, поскольку это просто две разных формы записи адреса одного и того же сетевого компьютера. Человеку неудобно работать с числовым представлением IР-адреса, зато доменное имя запоминается легко, особенно если учесть, что, как правило, это имя имеет содержание. Например, Web-сервер компании Microsoft имеет имя www.microsoft.com, а Web-сервер компании «Космос ТВ» имеет имя www.kosmostv.ru (суффикс .ru в конце имени говорит о том, что сервер компании принадлежит российскому сектору Интернета). Нетрудно «реконструировать» и имена для других компаний.
С другой стороны, автоматическая работа серверов сети организована с использованием четырехзначного числового адреса. Благодаря ему промежуточные серверы могут осуществлять передачу запросов и ответов в нужном направлении, не зная, где конкретно находятся отправитель и получатель. Поэтому необходим перевод доменных имен в связанные с ними /Р-адреса. Этим и занимаются серверы службы имен доменов DNS. Наш запрос на получение одной из страниц сервера www.abcde.com сначала обрабатывается сервером DNS, и далее он направляется по IР-адресу, а не по доменному имени.
Служба передачи файлов (FTP). Прием и передача файлов составляют значительный процент от прочих Интернет-услуг. Необходимость в передаче файлов возникает, например, при приеме файлов программ, при пересылке крупных документов (например, книг), а также при передаче архивных файлов, в которых запакованы большие объемы информации.
Служба FTP имеет свои серверы в мировой сети, на которых хранятся архивы данных. Со стороны клиента для работы с серверами FTP может быть установлено специальное программное обеспечение, хотя в большинстве случаев броузеры WWW обладают встроенными возможностями для работы и по протоколу FTP.
Протокол FTP работает одновременно с двумя ГСР-соединениями между сервером и клиентом. По одному соединению идет передача данных, а второе соединение используется как управляющее. Протокол FTP также предоставляет серверу средства для идентификации обратившегося клиента. Этим часто пользуются коммерческие серверы и серверы ограниченного доступа, поставляющие информацию только зарегистрированным клиентам, они выдают запрос на ввод имени пользователя и связанного с ним пароля. Однако существуют и десятки тысяч РТР-серверов с анонимным доступом для всех желающих. В этом случае в качестве имени пользователя надо ввести слово: anonymous, а в качестве пароля задать адрес электронной почты. В большинстве случаев программы-клиенты FTP делают это автоматически.
IRC. Служба IRC (Internet Relay Chat) предназначена для прямого общения нескольких человек в режиме реального времени. Иногда службу IRC называют чат-конференциями или просто чатом. В отличие от системы телеконференций, в которой общение между участниками обсуждения темы открыто всему миру, в системе IRC общение происходит только в пределах одного канала, в работе которого принимают участие обычно лишь несколько человек. Каждый пользователь может создать собственный канал и пригласить в него участников «беседы» или присоединиться к одному из открытых в данный момент каналов.
Существует несколько популярных клиентских программ для работы с серверами и сетями, поддерживающими сервис IRC. Одна из наиболее популярных программа mlRC.exe.
ICQ, Эта служба предназначена для поиска сетевого IP-адреса человека, подключенного в данный момент к Интернету. Необходимость в подобной услуге связана с тем, что большинство пользователей не имеют постоянного IP-адреса. Название службы является акронимом выражения / seek you я тебя ищу. Для пользования этой службой надо зарегистрироваться на ее центральном сервере (http://www.icq.com) и получить персональный идентификационный номер UIN (Universal Internet Number). Данный номер можно сообщить партнерам по контактам, и тогда служба ICQ приобретает характер Интернет-пейджера. Зная номер UIN партнера, но не зная его текущий IP-адрес, можно через центральный сервер службы отправить ему сообщение с предложением установить соединение.
Как было указано выше, каждый компьютер, подключенный к Интернету, должен иметь четырехзначный IP-адрес. Этот адрес может быть постоянным или динамически временным. Те компьютеры, которые включены в Интернет на постоянной основе, имеют постоянные IP-адреса. Большинство же пользователей подключаются к Интернету лишь на время сеанса. Им выдается динамический IP-адрес, действующий только в течение данного сеанса. Этот адрес выдает тот сервер, через который происходит подключение. В разных сеансах динамический IP-адрес может быть различным, причем заранее неизвестно каким.
При каждом подключении к Интернету программа ICQ, установленная на нашем компьютере, определяет текущий IP-адрес и сообщает его центральной службе, которая, в свою очередь, оповещает наших партнеров по контактам. Далее наши партнеры (если они тоже являются клиентами данной службы) могут установить с нами прямую связь. Программа предоставляет возможность выбора режима связи («готов к контакту»; «прошу не беспокоить, но готов принять срочное сообщение»; «закрыт для контакта» и т. п.). После установления контакта связь происходит в режиме, аналогичном сервису IRC.
Основные понятия
Для работы в Интернете необходимо:
физически подключить компьютер к одному из узлов Всемирной сети;
получить IР-адрес на постоянной или временной основе;
установить и настроить программное обеспечение программы-клиенты тех служб Интернета, услугами которых предполагается пользоваться.
Организации, предоставляющие возможность подключения к своему узлу и выделяющие IP-адреса, называются поставщиками услуг Интернета (используется также термин сервис-провайдер). Они оказывают подобную услугу на договорной основе.
Физическое подключение может быть выделенным или коммутируемым. Для выделенного соединения необходимо проложить новую или арендовать готовую физическую линию связи (кабельную, оптоволоконную, радиоканал, спутниковый канал и т. п.). Такое подключение используют организации и предприятия, нуждающиеся в передаче больших объемов данных. От типа линии связи зависит ее пропускная способность (измеряется в единицах бит в секунду). В настоящее время пропускная способность мощных линий связи (оптоволоконных и спутниковых) составляет сотни мегабит в секунду (Мбит/с).
В противоположность выделенному соединению коммутируемое соединение временное. Оно не требует специальной линии связи и может быть осуществлено, например, по телефонной линии. Коммутацию (подключение) выполняет автоматическая телефонная станция (АТС) по сигналам, выданным в момент набора телефонного номера.
Для телефонных линий связи характерна низкая пропускная способность. В зависимости от того, какое оборудование использовано на станциях АТС по пути следования сигнала, различают аналоговые и цифровые телефонные линии. Основную часть телефонных линий в городах России составляют устаревшие аналоговые линии. Их предельная пропускная способность немногим более 30 Кбит/с (одна-две страницы текста в секунду или одна-две фотографии стандартного размера в минуту). Пропускная способность цифровых телефонных линий составляет 60-120 Кбит/с, то есть в 2-4 раза выше. По аналоговым телефонным линиям связи можно передавать и видеоинформацию (что используется в видеоконференциях), но размер окна, в котором отображаются видеоданные, обычно невелик (порядка 150х 150 точек) и частота смены кадров мала для получения качественного видеоряда (1-2 кадра в секунду). Для сравнения: в обычном телевидении частота кадров 25 кадров в секунду.
Телефонные линии связи никогда не предназначались для передачи цифровых сигналов их характеристики подходят только для передачи голоса, причем в достаточно узком диапазоне частот 300-3 000 Гц. Поэтому для передачи цифровой информации несущие сигналы звуковой частоты модулируют по амплитуде, фазе и частоте. Такое преобразование выполняет специальное устройство модем (название образовано от слов модулятор и демодулятор).
Установка модема
По способу подключения различают внешние и внутренние модемы. Внешние модемы подключают к разъему последовательного порта, выведенному на заднюю стенку системного блока. Внутренние модемы устанавливают в один из разъемов расширения материнской платы.
Поток данных, проходящих через модем, очень мал по сравнению с потоками, проходящими через другие устройства компьютера. Поэтому до последнего времени модемы подключали к разъемам (слотам) устаревшей малопроизводительной шины ISA. Однако в настоящее время начат выпуск модемов, рассчитанных на подключение к шине PCI.
Как и другие устройства компьютера, модем требует не только аппаратной, но и программной установки. В операционной системе Windows 98 ее можно выполнить стандартными средствами Пуск > Настройка > Панель управления > Установка оборудования, хотя для модемов есть и специальное средство: Пуска > Настройка > Панель управления > Модемы.
Для модемов, подключаемых к шине PCI, проблем с установкой обычно не возникает, поскольку они соответствуют стандарту на самоустанавливающееся оборудование (plug-and-play). Модемы, подключаемые к шине ISA (как и другие устройства, подключаемые к этой шине), не всегда являются самоустанавливающимися, и операционная система может некорректно выполнять их автоматическую программную установку и настройку. Если при этом возникают аппаратные конфликты, они чаще всего приводят к неправильной работе самого модема или мыши. Для устранения конфликта изменяют назначение последовательного порта для мыши и/или модема и повторяют установку. Проверить правильность подключения модема можно командой Пуск > Настройка > Модемы > Диагностика > Дополнительно.
Подключение к компьютеру поставщика услуг Интернета
Для подключения к компьютеру поставщика услуг Интернета надо правильно настроить программу Удаленный доступ к сети (Мой компьютер > Удаленный доступ к сети > Новое соединение). При настройке программы необходимы данные, которые должен сообщить поставщик услуг:
номер телефона, по которому производится соединение;
имя пользователя (login);
пароль (password);
IP-адрес сервера DNS (на всякий случай вводят два адреса основной и дополнительный, используемый, если основной сервер DNS по каким-то причинам временно не работает).
Этих данных достаточно для подключения к Интернету, хотя при заключении договора с поставщиком услуг можно получить и дополнительную информацию, например номера телефонов службы поддержки. Вводить собственный IP-адрес для настройки программы не надо. Сервер поставщика услуг выделит его автоматически на время проведения сеанса работы.
Порядок создания и настройки соединения удаленного доступа рассмотрен в упражнениях 8.1 и 8.2.
Понятие о компьютерной безопасности
В вычислительной технике понятие безопасности является весьма широким. Оно подразумевает и надежность работы компьютера, и сохранность ценных данных, и защиту информации от внесения в нее изменений неуполномоченными лицами, и сохранение тайны переписки в электронной связи. Разумеется, во всех цивилизованных странах на страже безопасности граждан стоят законы, но в сфере вычислительной техники правоприменительная практика пока развита недостаточно, а законотворческий процесс не успевает за развитием технологий, поэтому надежность работы компьютерных систем во многом опирается на меры самозащиты.
Компьютерные вирусы
Компьютерный вирус это программный код, встроенный в другую программу, или в документ, или в определенные области носителя данных и предназначенный для выполнения несанкционированных действий на несущем компьютере.
Основными типами компьютерных вирусов являются:
программные вирусы;
загрузочные вирусы;
макровирусы.
К компьютерным вирусам примыкают и так называемые троянские кони (троянские программы, троянцы).
Программные вирусы. Программные вирусы это блоки программного кода, целенаправленно внедренные внутрь других прикладных программ. При запуске программы, несущей вирус, происходит запуск имплантированного в нее вирусного кода. Работа этого кода вызывает скрытые от пользователя изменения в файловой системе жестких дисков и/или в содержании других программ. Так, например, вирусный код может воспроизводить себя в теле других программ этот процесс называется размножением. По прошествии определенного времени, создав достаточное количество копий, программный вирус может перейти к разрушительным действиям нарушению работы программ и операционной системы, удалению информации, хранящейся на жестком диске. Этот процесс называется вирусной атакой.
Самые разрушительные вирусы могут инициировать форматирование жестких дисков. Поскольку форматирование диска достаточно продолжительный процесс, который не должен пройти незамеченным со стороны пользователя, во многих случаях программные вирусы ограничиваются уничтожением данных только в системных секторах жесткого диска, что эквивалентно потере таблиц файловой структуры. В этом случае данные на жестком диске остаются нетронутыми, но воспользоваться ими без применения специальных средств нельзя, поскольку неизвестно, какие сектора диска каким файлам принадлежит. Теоретически восстановить данные в этом случае можно, но трудоемкость этих работ исключительно высока.
Считается, что никакой вирус не в состоянии вывести из строя аппаратное обеспечение компьютера. Однако бывают случаи, когда аппаратное и программное обеспечение настолько взаимосвязаны, что программные повреждения приходится устранять заменой аппаратных средств. Так, например, в большинстве современных материнских плат базовая система ввода-вывода (BIOS) хранится в перезаписываемых постоянных запоминающих устройствах (так называемая флэш-память). Возможность перезаписи информации в микросхеме флэш-памяти используют некоторые программные вирусы для уничтожения данных ВIOS. В этом случае для восстановления работоспособности компьютера требуется либо замена микросхемы, хранящей BIOS, либо ее перепрограммирование на специальных устройствах, называемых программаторами.
Программные вирусы поступают на компьютер при запуске непроверенных программ, полученных на внешнем носителе (гибкий диск, компакт-диск и т. п.) или принятых из Интернета. Особое внимание следует обратить на слова при запуске. При обычном копировании зараженных файлов заражение компьютера произойти не может. В связи с этим все данные, принятые из Интернета, должны проходить обязательную проверку на безопасность, а если получены незатребованные данные из незнакомого источника, их следует уничтожать, не рассматривая. Обычный прием распространения «троянских» программ приложение к электронному письму с «рекомендацией» извлечь и запустить якобы полезную программу.
Загрузочные вирусы. От программных вирусов загрузочные вирусы отличаются методом распространения. Они поражают не программные файлы, а определенные системные области магнитных носителей (гибких и жестких дисков). Кроме того, на включенном компьютере они могут временно располагаться в оперативной памяти.
Обычно заражение происходит при попытке загрузки компьютера с магнитного носителя, системная область которого содержит загрузочный вирус. Так, например, при попытке загрузить компьютер с гибкого диска происходит сначала проникновение вируса в оперативную память, а затем в загрузочный сектор жестких дисков. Далее этот компьютер сам становится источником распространения загрузочного вируса.
Макровирусы. Эта особая разновидность вирусов поражает документы, выполненные в некоторых прикладных программах, имеющих средства для исполнения так называемых макрокоманд. В частности, к таким документам относятся документы текстового процессора Microsoft Word (они имеют расширение .DOC). Заражение происходит при открытии файла документа в окне программы, если в ней не отключена возможность исполнения макрокоманд. Как и для других типов вирусов, результат атаки может быть как относительно безобидным, так и разрушительным.
Методы защиты от компьютерных вирусов
Существуют три рубежа защиты от компьютерных вирусов:
предотвращение поступления вирусов;
предотвращение вирусной атаки, если вирус все-таки поступил на компьютер;
предотвращение разрушительных последствий, если атака все-таки произошла.
Существуют три метода реализации защиты:
программные методы защиты;
аппаратные методы защиты;
организационные методы защиты.
В вопросе защиты ценных данных часто используют бытовой подход: «болезнь лучше предотвратить, чем лечить». К сожалению, именно он и вызывает наиболее разрушительные последствия. Создав бастионы на пути проникновения вирусов в компьютер, нельзя положиться на их прочность и остаться неготовым к действиям после разрушительной атаки. К тому же, вирусная атака далеко не единственная и даже не самая распространенная причина утраты важных данных. Существуют программные сбои, которые могут вывести из строя операционную систему, а также аппаратные сбои, способные сделать жесткий диск неработоспособным. Всегда существует вероятность утраты компьютера вместе с ценными данными в результате кражи, пожара или иного стихийного бедствия.
Поэтому создавать систему безопасности следует в первую очередь «с конца» с предотвращения разрушительных последствий любого воздействия, будь то вирусная атака, кража в помещении или физический выход жесткого диска из строя. Надежная и безопасная работа с данными достигается только тогда, когда любое неожиданное событие, ъ том числе и полное физическое уничтожение компьютера не приведет к катастрофическим последствиям.
Средства антивирусной защиты
Основным средством защиты информации является резервное копирование наиболее ценных данных. В случае утраты информации по любой из вышеперечисленных причин жесткие диски переформатируют и подготавливают к новой эксплуатации. На «чистый» отформатированный диск устанавливают операционную систему с дистрибутивного компакт-диска, затем под ее управлением устанавливают все необходимое программное обеспечение, которое тоже берут с дистрибутивных носителей. Восстановление компьютера завершается восстановлением данных, которые берут с резервных носителей.
При резервировании данных следует также иметь в виду и то, что надо отдельно сохранять все регистрационные и парольные данные для доступа к сетевым службам Интернета. Их не следует хранить на компьютере. Обычное место хранения служебный дневник в сейфе руководителя подразделения.
Создавая план мероприятий по резервному копированию информации, необходимо учитывать, что резервные копии должны храниться отдельно от компьютера. То есть, например, резервирование информации на отдельном жестком диске того же компьютера только создает иллюзию безопасности. Относительно новым и достаточно надежным приемом хранения ценных, но неконфиденциальных данных является их хранение в Web-папках на удаленных серверах в Интернете. Есть службы, бесплатно предоставляющие пространство (до нескольких Мбайт) для хранения данных пользователя.
Резервные копии конфиденциальных данных сохраняют на внешних носителях, которые хранят в сейфах, желательно в отдельных помещениях. При разработке организационного плана резервного копирования учитывают необходимость создания не менее двух резервных копий, сохраняемых в разных местах. Между копиями осуществляют ротацию. Например в течение недели ежедневно копируют данные на носители резервного комплекта А, а через неделю их заменяют комплектом Б, и т. д.
Вспомогательными средствами защиты информации являются антивирусные программы и средства аппаратной защиты. Так, например, простое отключение перемычки на материнской плате не позволит осуществить стирание перепрограммируемой микросхемы ПЗУ (флэш-BIOS), независимо от того, кто будет пытаться это сделать: компьютерный вирус, злоумышленник или неаккуратный пользователь.
Существует достаточно много программных средств антивирусной защиты. Они предоставляют следующие возможности.
4. Контроль за обращениями к жесткому диску. Поскольку наиболее опасные операции, связанные с работой компьютерных вирусов, так или иначе обращены на модификацию данных, записанных на жестком диске, антивирусные программы могут контролировать обращения к нему и предупреждать пользователя о подозрительной активности.
Защита информации в Интернете
При работе в Интернете следует иметь в виду, что насколько ресурсы Всемирной сети открыты каждому клиенту, настолько же и ресурсы его компьютерной системы могут быть при определенных условиях открыты всем, кто обладает необходимыми средствами.
Для частного пользователя этот факт не играет особой роли, но знать о нем необходимо, чтобы не допускать действий, нарушающих законодательства тех стран, на территории которых расположены серверы Интернета. К таким действиям относятся вольные или невольные попытки нарушить работоспособность компьютерных систем, попытки взлома защищенных систем, использование и распространение программ, нарушающих работоспособность компьютерных систем (в частности, компьютерных вирусов).
Работая во Всемирной сети, следует помнить о том, что абсолютно все действия фиксируются и протоколируются специальными программными средствами и информация как о законных, так и о незаконных действиях обязательно где-то накапливается. Таким образом, к обмену информацией в Интернете следует подходить как к обычной переписке с использованием почтовых открыток. Информация свободно циркулирует в обе стороны, но в общем случае она доступна всем участникам информационного процесса. Это касается всех служб Интернета, открытых для массового использования.
Однако даже в обычной почтовой связи наряду с открытками существуют и почтовые конверты. Использование почтовых конвертов при переписке не означает, что партнерам есть, что скрывать. Их применение соответствует давно сложившейся исторической традиции и устоявшимся морально-этическим нормам общения. Потребность в аналогичных «конвертах» для защиты информации существует и в Интернете. Сегодня Интернет является не только средством общения и универсальной справочной системой в нем циркулируют договорные и финансовые обязательства, необходимость защиты которых как от просмотра, так и от фальсификации, очевидна. Начиная с 1999 года Интернет становится мощным средством обеспечения розничного торгового оборота, а это требует защиты данных кредитных карт и других электронных платежных средств.
Принципы защиты информации в Интернете опираются на определение информации, сформулированное нами в первой главе этого пособия. Информация это продукт взаимодействия данных и адекватных им методов. Если в ходе коммуникационного процесса данные передаются через открытые системы (а Интернет относится именно к таковым), то исключить доступ к ним посторонних лиц невозможно даже теоретически. Соответственно, системы защиты сосредоточены на втором компоненте информации на методах. Их принцип действия основан на том, чтобы исключить или, по крайней мере, затруднить возможность подбора адекватного метода для преобразования данных в информацию. Одним из приемов такой защиты является шифрование данных.
Понятие о несимметричном шифровании информации
Системам шифрования столько же лет, сколько письменному обмену информацией. Обычный подход состоит в том, что к документу применяется некий метод шифрования (назовем его ключом), после чего документ становится недоступен для чтения обычными средствами. Его можно прочитать только тот, кто знает ключ, только он может применить адекватный метод чтения. Аналогично происходит шифрование и ответного сообщения. Если в процессе обмена информацией для шифрования и чтения пользуются одним и тем же ключом, то такой криптографический процесс является симметричным,
Основной недостаток симметричного процесса заключается в том, что, прежде чем начать обмен информацией, надо выполнить передачу ключа, а для этого опять-таки нужна защищенная связь, то есть проблема повторяется, хотя и на другом уровне. Если рассмотреть оплату клиентом товара или услуги с помощью кредитной карты, то получается, что торговая фирма должна создать по одному ключу для каждого своего клиента и каким-то образом передать им эти ключи. Это крайне неудобно.
Поэтому в настоящее время в Интернете используют несимметричные криптографические системы, основанные на использовании не одного, а двух ключей. Происходит это следующим образом. Компания для работы с клиентами создает два ключа: один открытый (public публичный) ключ, а другой закрытый (private личный) ключ. На самом деле это как бы две «половинки» одного целого ключа, связанные друг с другом.
Ключи устроены так, что сообщение, зашифрованное одной половинкой, можно расшифровать только другой половинкой (не той, которой оно было закодировано). Создав пару ключей, торговая компания широко распространяет публичным ключ (открытую половинку) и надежно сохраняет закрытый ключ (свою половинку).
Как публичный, так и закрытый ключ представляют собой некую кодовую последовательность. Публичный ключ компании может быть опубликован на ее сервере, откуда каждый желающий может его получить. Если клиент хочет сделать фирме заказ, он возьмет ее публичный ключ и с его помощью закодирует свое сообщение о заказе и данные о своей кредитной карте. После кодирования это сообщение может прочесть только владелец закрытого ключа. Никто из участников цепочки, по которой пересылается информация, не в состоянии это сделать. Даже сам отправитель не может прочитать собственное сообщение, хотя ему хорошо известно содержание. Лишь получатель сможет прочесть сообщение, поскольку только у него есть закрытый ключ, дополняющий использованный публичный ключ.
Если фирме надо будет отправить клиенту квитанцию о том, что заказ принят к исполнению, она закодирует ее своим закрытым ключом. Клиент сможет прочитать квитанцию, воспользовавшись имеющимся у него публичным ключом данной фирмы. Он может быть уверен, что квитанцию ему отправила именно эта фирма, и никто иной, поскольку никто иной доступа к закрытому ключу фирмы не имеет.
Принцип достаточности защиты
Защита публичным ключом (впрочем, как и большинство других видов защиты информации) не является абсолютно надежной. Дело в том, что поскольку каждый желающий может получить и использовать чей-то публичный ключ, то он может сколь угодно подробно изучить алгоритм работы механизма шифрования и пытаться установить метод расшифровки сообщения, то есть реконструировать закрытый ключ.
Это настолько справедливо, что алгоритмы кодирования публичным ключом даже нет смысла скрывать. Обычно к ним есть доступ, а часто они просто широко публикуются. Тонкость заключается в том, что знание алгоритма еще не означает возможности провести реконструкцию ключа в разумно приемлемые сроки. Так, например, правила игры в шахматы известны всем, и нетрудно создать алгоритм для перебора всех возможных шахматных партий, но он никому не нужен, поскольку даже самый быстрый современный суперкомпьютер будет работать над этой задачей дольше, чем существует жизнь на нашей планете.
Количество комбинаций, которое надо проверить при реконструкции закрытого ключа, не столь велико, как количество возможных шахматных партий, однако защиту информации принято считать достаточной, если затраты на ее преодоление превышают ожидаемую ценность самой информации. В этом состоит принцип достаточности защиты, которым руководствуются при использовании несимметричных средств шифрования данных. Он предполагает, что защита не абсолютна, и приемы ее снятия известны, но она все же достаточна для того, чтобы сделать это мероприятие нецелесообразным. При появлении иных средств, позволяющих-таки получить зашифрованную информацию в разумные сроки, изменяют принцип работы алгоритма, и проблема повторяется на более высоком уровне.
Разумеется, не всегда реконструкцию закрытого ключа производят методами простого перебора комбинаций. Для этого существуют специальные методы, основанные на исследовании особенностей взаимодействия открытого ключами с определенными структурами данных. Область науки, посвященная этим исследованиям, называется криптоанализом, а средняя продолжительность времени, необходимого для реконструкции закрытого ключа по его опубликованному открытому ключу, называется криптостойкостью алгоритма шифрования.
Для многих методов несимметричного шифрования криптостойкость, полученная в результате криптоанализа, существенно отличается от величин, заявляемых разработчиками алгоритмов на основании теоретических оценок. Поэтому во многих странах вопрос применения алгоритмов шифрования данных находится в поле законодательного регулирования. В частности, в России к использованию в государственных и коммерческих организациях разрешены только те программные средства шифрования данных, которые прошли государственную сертификацию в административных органах, в частности, в Федеральном агентстве правительственной связи и информации при Президенте Российской Федерации (ФАПСИ).
Понятие об электронной подписи
Мы рассмотрели, как клиент может переслать организации свои конфиденциальные данные (например, номер электронного счета). Точно так же он может общаться и с банком, отдавая ему распоряжения о перечислении своих средств на счета других лиц и организаций. Ему не надо ездить в банк и стоять в очереди все можно сделать, не отходя от компьютера. Однако здесь возникает проблема: как банк узнает, что распоряжение поступило именно от данного лица, а не от злоумышленника, выдающего себя за него? Эта проблема решается с помощью так называемой электронной подписи.
Принцип ее создания тот же, что и рассмотренный выше. Если нам надо создать себе электронную подпись, следует с помощью специальной программы (полученной от банка) создать те же два ключа: закрытый и публичный. Публичный ключ передается банку. Если теперь надо отправить поручение банку на операцию с расчетным счетом, оно кодируется публичным ключом банка, а своя подпись под ним кодируется собственным закрытым ключом. Банк поступает наоборот. Он читает поручение с помощью своего закрытого ключа, а подпись с помощью публичного ключа поручителя. Если подпись читаема, банк может быть уверен, что поручение ему отправили именно мы, и никто другой.
Понятие об электронных сертификатах
Системой несимметричного шифрования обеспечивается делопроизводство в Интернете. Благодаря ей каждый из участников обмена может быть уверен, что полученное сообщение отправлено именно тем, кем оно подписано. Однако здесь возникает еще ряд проблем, например проблема регистрации даты отправки сообщения. Такая проблема возникает во всех случаях, когда через Интернет заключаются договоры между сторонами. Отправитель документа может легко изменить текущую дату средствами настройки операционной системы. Поэтому обычно дата и время отправки электронного документа не имеют юридической силы. В тех же случаях, когда это важно, выполняют сертификацию даты/времени.
Сертификация даты. Сертификация даты выполняется при участии третьей, независимой стороны. Например, это может быть сервер организации, авторитет которой в данном вопросе признают оба партнера. В этом случае документ, зашифрованный открытым ключом партнера и снабженный своей электронной подписью, отправляется сначала на сервер сертифицирующей организации. Там он получает «приписку» с указанием точной даты и времени, зашифрованную закрытым ключом этой организации. Партнер декодирует содержание документа, электронную подпись отправителя и отметку о дате с помощью своих «половинок» ключей. Вся работа автоматизирована.
Сертификация Web-узлов. Сертифицировать можно не только даты. При заказе товаров в Интернете важно убедиться в том, что сервер, принимающий заказы и платежи от имени некоей фирмы, действительно представляет эту фирму. Тот факт, что он распространяет ее открытый ключ и обладает ее закрытым ключом, строго говоря, еще ничего не доказывает, поскольку за время, прошедшее после создания ключа, он мог быть скомпрометирован. Подтвердить действительность ключа тоже может третья организация путем выдачи сертификата продавцу. В сертификате указано, когда он выдан и на какой срок. Если добросовестному продавцу станет известно, что его закрытый ключ каким-либо образом скомпрометирован, он сам уведомит сертификационный центр, старый сертификат будет аннулирован, создан новый ключ и выдан новый сертификат.
Прежде чем выполнять платежи через Интернет или отправлять данные о своей кредитной карте кому-либо, следует проверить наличие действующего сертификата у получателя путем обращения в сертификационный центр. Это называется сертификацией Web-узлое.
Сертификация издателей. Схожая проблема встречается и при распространении программного обеспечения через Интернет. Так, например, мы указали, что Web-броузеры, служащие для просмотра Web-страниц, должны обеспечивать механизм защиты от нежелательного воздействия активных компонентов на компьютер клиента Можно представить, что произойдет, если кто-то от имени известной компании начнет распространять модифицированную версию ее броузера, в которой специально оставлены бреши в системе защиты. Злоумышленник может использовать их для активного взаимодействия с компьютером, на котором работает такой броузер.
Это относится не только к броузерам, но и ко всем видам программного обеспечения, получаемого через Интернет, в которое могут быть имплантированы «троянские кони», «компьютерные вирусы», «часовые бомбы» и прочие нежелательные объекты, в том числе и такие, которые невозможно обнаружить антивирусными средствами. Подтверждение того, что сервер, распространяющий программные продукты от имени известной фирмы, действительно уполномочен ею для этой деятельности, осуществляется путем сертификации издателей. Она организована аналогично сертификации Web-узлов.
Средства для проверки сертификатов обычно предоставляют броузеры. В частности, в обозревателе Microsoft Internet Explorer 5.0, работа с которым более подробно будет рассмотрена в следующей главе, доступ к центрам сертификации осуществляется командой Сервис > Свойства обозревателя > Содержание > Сертификатов > Доверенные корневые центры сертификации.
Упражнение 8.1. Создание соединения удаленного доступа
Упражнение 8.2. Настройка соединения удаленного
доступа
Упражнение 8.3. Установление соединения с сервером поставщика услуг
Чтобы при каждом сеансе связи не заниматься вводом имени пользователя и пароля, установите флажок Сохранить пароль.
Сохранение информации об имени пользователя и о его пароле происходит только при условии, что соединение успешно состоялось. Если оно не состоялось, эта информация не сохраняется, и ее надо вводить заново.
5. Запустите программу щелчком на кнопке Подключиться. Если все сделано правильно, произойдет подключение к серверу поставщика услуг. По окончании процесса установки на панели индикации (справа на Панели задач) образуется значок работающего соединения.
6. Щелкните правой кнопкой мыши на значке работающего соединения на панели индикации. В открывшемся диалоговом окне узнайте параметры соединения, в частности скорость обмена данными с сервером поставщика услуг Интернета.
Сохранять информацию о пароле можно только на компьютерах, находящихся в личном пользовании. На компьютерах, предназначенных для коллективного использования, эту информацию не сохраняют. В операционных системах Windows 9x исключительно плохо организована защита конфиденциальных данных. Использованные здесь относительно неплохие алгоритмы шифрования не дают положительного эффекта в связи с наличием косвенных данных, дающих подготовленному пользователю возможности извлечения зашифрованных данных обходными приемами.
Сегодня Интернет используется как источник разносторонней информации по различным областям знаний. Большинство документов, доступных на серверах Интернета, имеют гипертекстовый формат. Службу Интернета, управляющую передачей таких документов, называют World Wide Web {Web, WWW). Этим же термином, или средой WWW называют обширную совокупность Web-документов, между которыми существуют гипертекстовые связи.
Среда WWW не имеет централизованной структуры. Она пополняется теми, кто желает разместить в Интернете свои материалы, и может рассматриваться как информационное пространство. Как правило, документы WWW хранятся на постоянно подключенных к Интернету компьютерах Web-серверах. Обычно на Web-сервере размещают не отдельный документ, а группу взаимосвязанных документов. Такая группа представляет собой Web-узел (жаргонный термин Web-сайт). Размещение подготовленных материалов на Web-узле называется Web-изданием или Web-публикацией.
Web-каналы. Обычный Web-узел выдает информацию (запрошенныйдокумент) только в ответ на обращение клиента. Чтобы следить за обновлением опубликованных материалов, пользователь вынужден регулярно обращаться к данному узлу. Современная модель Web-узла позволяет автоматически в заданное время передать обновленную информацию на компьютер зарегистрированного клиента. Такие Web-узлы, способные самостоятельно инициировать поставку информации, называют каналами. Концепция каналов поддерживается операционной системой Windows 98. В частности, на ней основано динамическое обновление Рабочего стола Active Desktop.
Web-страница. Отдельный документ World Wide Web называют Web-страницей. Обычно это комбинированный документ, который может содержать текст, графические иллюстрации, мультимедийные и другие вставные объекты. Для создания Web-страниц используется язык HTML (HyperText Markup Language язык разметки гипертекста), который при помощи вставленных в документ тегов описывает логаческую структуру документа, управляет форматированием текста и размещением вставных объектов. Интерактивные Web-узлы получают информацию от пользователя через формы и генерируют запрошенную Web-страницу с помощью специальных программ (сценариев CGI), динамического HTML и других средств.
Гиперссылки. Отличительной особенностью среды World Wide Web является наличие средств перехода от одного документа к другому, тематически с ним связанному, без явного указания адреса. Связь между документами осуществляется при помощи гипертекстовых ссылок (или просто гиперссылок). Гиперссылка это выделенный фрагмент документа (текст или иллюстрация), с которым ассоциирован адрес другого Web-документа. При использовании гиперссылки (обычно для этого требуется навести на нее указатель мыши и один раз щелкнуть) происходит переход по гиперссылке открытие Web-страницы, на которую указывает ссылка. Механизм гиперссылок позволяет организовать тематическое путешествие по World Wide Web без использования (и даже знания) адресов конкретных страниц.
Адресация документов. Для записи адресов документов Интернета (Web-страниц) используется форма, называемая адресом URL. Адрес URL содержит указания на прикладной протокол передачи, адрес компьютера и путь поиска документа на этом компьютере. Адрес компьютера состоит из нескольких частей, разделенных точками, например www.intel.ru. Части адреса, расположенные справа, определяют сетевую принадлежность компьютера, а левые элементы указывают на конкретный компьютер данной сети. Преобразование адреса URL в цифровую форму IP-адреса производит служба имен доменов (Domain Name Service, DNS). В качестве разделителя в пути поиска документа Интернета всегда используется символ косой черты.
Средства просмотра Web. Документы Интернета предназначены для отображения в электронной форме, причем автор документа не знает, каковы возможности компьютера, на котором документ будет отображаться. Поэтому язык HTML обеспечивает не столько форматирование документа, сколько описание его логической структуры. Форматирование и отображение документа на конкретном компьютере производится специальной программой броузером (от английского слова browser).
Основные функции броузеров следующие:
установление связи с Web-сервером, на котором хранится документ, и загрузка
всех компонентов комбинированного документа;
интерпретация тегов языка HTML, форматирование и отображение Web-страницы
в соответствии с возможностями компьютера, на котором броузер работает;
предоставление средств для отображения мультимедийных и других объектов, входящих в состав Web-страниц, а также механизма расширения, позволяющего настраивать программу на работу с новыми типами объектов;
обеспечение автоматизации поиска Web-страниц и упрощение доступа к Web-страницам, посещавшимся ранее.
предоставление доступа к встроенным или автономным средствам для работы с другими службами Интернета.
Примером броузера, предназначенного для просмотра Web-документов, может служить Internet Explorer 5.0. Программа предоставляет единый метод доступа к локальным документам компьютера, ресурсам корпоративной сети Intranet и к информации, доступной в Интернете. Она обеспечивает работу с World Wide Web, предоставляет идентичные средства работы с локальными папками компьютера и файловыми архивами FTP, дает доступ к средствам связи через Интернет. Соответствующие программы (Outlook Express и Microsoft NetMeeting) автономны, но рассматриваются как часть пакета Internet Explorer 5.0. Схема использования Интернета через Internet Explorer представлена на рис. 9.1.
Рис. 9.1. Организация доступа к ресурсам Интернета
Для запуска броузера Internet Explorer можно использовать значок Internet Explorer на Рабочем столе или на Панели быстрого запуска, а также Главное меню (Пуск > Программы > Internet Explorer). Кроме того, программа запускается автоматически при попытке открыть документ Интернета или локальный документ в формате HTML. Для этой цели можно использовать ярлыки Web-страниц, папку Избранное (Пуск > Избранное или пункт меню Избранное в строке меню окна папки или программы Проводник), панель инструментов Рабочего стола Адрес или поле ввода в диалоговом окне Запуск программы (Пуск > Выполнить).
Если соединение с Интернетом отсутствует, то после запуска программы на экране появится диалоговое окно для управления установкой соединения. При невозможности установить соединение сохраняется возможность просмотра в автономном режиме ранее загруженных Web-документов. При наличии соединения после запуска программы на экране появится так называемая «домашняя», или основная, страница, выбранная при настройке программы.
Открытие и просмотр Web-страниц
Просматриваемая Web-страница отображается в рабочей области окна. По умолчанию воспроизводится все ее содержимое, включая графические иллюстрации и встроенные мультимедийные объекты. Управление просмотром осуществляется при помощи строки меню, панелей инструментов, а также активных элементов, имеющихся в открытом документе, например гиперссылок.
Если URL-адрес Web-страницы известен, его можно ввести в поле панели Адрес и щелкнуть на кнопке Переход. Страница с указанным адресом открывается вместо текущей. Наличие средства автозаполнения адресной строки упрощает повторный ввод адресов. Вводимый адрес автоматически сравнивается с адресами ранее просматривавшихся Web-страниц. Все подходящие адреса отображаются в раскрывающемся списке панели Адрес. Если нужный адрес есть в списке, его можно выбрать клавишами ВВЕРХ и ВНИЗ, после чего щелкнуть на кнопке Переход. При отсутствии нужного адреса ввод продолжают как обычно.
Работа с гиперссылками. Навигация по Интернету чаще выполняется не путем ввода адреса URL, а посредством использования гиперссылок. При отображении Web-страницы на экране гиперссылки выделяются цветом (обычно синим) и подчеркиванием. Обычно подчеркивание применяют только для выделения гиперссылок. Более надежным признаком является форма указателя мыши. При наведении на гиперссылку он принимает форму кисти руки с вытянутым указательным пальцем, а сама гиперссылка при соответствующей настройке броузера изменяет цвет. Адрес URL, на который указывает ссылка, отображается в строке состояния. При щелчке на гиперссылке соответствующая Web-страница загружается вместо текущей. Если гиперссылка указывает на произвольный файл, его загрузка происходит по протоколу FTP.
На Web-страницах могут также встречаться графические ссылки (то есть, гиперссылки, представленные рисунком) и изображения-карты, объединяющие несколько ссылок в рамках одного изображения. Для просмотра ссылок на открытой Web-странице удобно использовать клавишу TAB. При нажатии этой клавиши фокус ввода (пунктирная рамка) перемещается к следующей ссылке. Перейти по ссылке можно, нажав клавишу ENTER. При таком подходе последовательно перебираются текстовые и графические ссылки, а также отдельные области изображений-карт.
Дополнительные возможности использования гиперссылок предоставляет их контекстное меню. Чтобы открыть новую страницу, не закрывая текущей, применяют команду Открыть в новом окне. В результате открывается новое окно броузера. Адрес URL, заданный ссылкой, можно поместить в буфер обмена при помощи команды Копировать ярлык. Его можно вставить в поле панели Адрес или в любой другой документ для последующего использования.
Другие операции, относящиеся к текущей странице и ее элементам, также удобно осуществлять через контекстное меню. Так, например, рисунок, имеющийся на странице, можно:
сохранить как файл (Сохранить рисунок как);
использовать как фоновый рисунок (Сделать рисунком рабочего стола) или как активный элемент (Сохранить как элемент рабочего стола);
Рис. 9.2. Web-страница в ходе просмотра
Если рисунок выполняет функции графической ссылки, к нему можно применять как команды, относящие к изображению, так и команды, относящиеся к ссылке.
Приемы управления броузером
Необходимость определенных действий в ходе просмотра документов World Wide Web часто диктуется самим ходом работы. В таких случаях удобно использовать кнопки панели инструментов Обычные кнопки. Для того чтобы вернуться к странице, которая просматривалась некоторое время назад, используют кнопку Назад. Чтобы возвратиться на несколько страниц назад, можно использовать присоединенную к ней кнопку раскрывающегося списка. Отменить действия, выполненные при помощи кнопки Назад, позволяет кнопка Вперед.
Если процесс загрузки страницы затянулся или необходимость в ней отпала, используют кнопку Остановить. Заново загрузить Web-страницу, если ее загрузка была прервана или содержание документа изменилось, позволяет кнопка Обновить. Чтобы немедленно загрузить «домашнюю» (основную) страницу, пользуются кнопкой Домой.
Создать новое окно, сохранить открытый документ на своем компьютере, распечатать его, включить или выключить режим автономной работы, а также завершить работу с программой позволяют команды меню Файл.
Копирование фрагментов документа в буфер обмена, поиск текста на Web-странице, осуществляются при помощи команд меню Правка.
Включение и выключение отображения служебных элементов окна (панелей инструментов, дополнительных панелей, строки состояния), выбора шрифта и кодировки символов осуществляются через меню Вид.
Ведение списка регулярно посещаемых страниц и быстрый доступ к ним осуществляются через меню Избранное. Переход к использованию программ для работы с другими службами Интернета, а также настройка броузера осуществляются через меню Сервис.
Работа с несколькими окнами
Нередко возникает необходимость открыть новый Web-документ, не закрывая текущий, например в тех случаях, когда текущий документ содержит список интересных ссылок. Чтобы открыть новое окно программы Internet Explorer, применяют команду Файл > Создать > Окно. Каждое окно отображает свой Web-документ и может использоваться самостоятельно. В частности, списки кнопок Назад и Вперед обновляются в каждом окне индивидуально.
Закрывать окна программы Internet Explorer можно в любом порядке, а не только в том, в каком они открывались. Однако при закрытии последнего окна на компьютере может больше не остаться открытых программ, использующих Интернет. В такой ситуации на экран выдается предупреждающее сообщение, позволяющее разорвать соединение, если оно действительно больше не нужно.
Настройка свойств броузера
Для эффективной и комфортной работы в Интернете необходима настройка броузера. Параметры оптимальной настройки зависят от многих факторов:
свойств видеосистемы компьютера;
производительности действующего соединения с Интернетом;
содержания текущего Web-документа;
личных предпочтений индивидуального пользователя.
Начать настройку программы Internet Explorer можно как из самой этой программы (Сервис > Свойства обозревателя), так и через общесистемное средство Windows Панель управления (значок Свойства обозревателя). Открывшееся диалоговое окно отличается в этом случае только названием (Свойства обозревателя и Свойства: Интернет). Оно содержит шесть вкладок, предназначенных для настройки разных групп параметров.
Общие параметры работы броузера задаются на вкладке Общие (рис. 9.3). Здесь можно указать, какую страницу следует использовать в качестве основной, задать объем дискового пространства для хранения временных файлов Интернета и удалить временные файлы, а также страницы, подготовленные для чтения в автономном режиме. Правила хранения временных файлов задаются с помощью кнопки Настройка. Чем реже программа проверяет соответствие версий давно загруженной страницы и реального документа, тем больше экономится времени на загрузке страниц, но увеличивается риск их устаревания. Кнопка Обновить на панели инструментов Обычные кнопки позволит получить самую последнюю версию документа независимо от настроек.
Рис. 9.3. Управление основными параметрами отображения Web-страниц
Управление оформлением отображаемых Web-страниц также осуществляется элементами управления вкладки Общие. Используемые цвета настраиваются при помощи кнопки Цвета, а шрифты при помощи кнопки Шрифты. Эти настройки подчинены тому, что задано в самом Web-документе.
Если по какой-либо причине необходим полный контроль над оформлением отображаемых документов, используют кнопку Оформление. С ее помощью можно задать принудительное использование параметров форматирования, заданных в свойствах броузера. Это может относиться к используемым цветам (флажок Не учитывать цвета, указанные на веб-страницах), начертаниям шрифтов (Не учитывать шрифты, указанные на веб-страницах) и размерам шрифтов (Не учитывать размеры шрифтов, указанные на веб-страницах).
Настройка свойств соединения с Интернетом осуществляется при помощи вкладки Подключение. Здесь доступны те же операции, что и при непосредственном использовании папки Удаленный доступ к сети. Кроме того, можно указать, какое именно соединение должно использоваться при работе броузера. С помощью переключателей можно задать режим отказа от автоматического подключения, стандартный режим подключения при отсутствии соединения или режим использования только одного соединения.
Выбор программ, используемых для работы в Интернете, осуществляется с помощью вкладки Программы. Все виды программ, кроме календаря (для ведения списка дел, встреч, праздников и прочего), входят непосредственно в дистрибутивный пакет Internet Explorer 5.0.
Средства защиты от потенциально опасного содержимого Web-документов предоставляет вкладка Безопасность. Она позволяет указать Web-узлы, взаимодействие с которыми следует считать опасным, и запретить прием с них информации, которая может оказаться разрушительной.
Для ограничения доступа к узлам с неприемлемым содержанием, а также для управления использованием электронных сертификатов служат элементы управления вкладки Содержание.
Прочие настройки сосредоточены на вкладке Дополнительно. Они позволяют:
соблюдать конфиденциальность работы с помощью средств шифрования, использования электронных сертификатов и своевременного удаления временных файлов;
контролировать использование средств языка Java;
управлять отображением мультимедийных объектов;
использовать дополнительные настройки оформления;
управлять режимом поиска Web-страниц, содержащих нужную информацию.
В Интернет обращаются за определенной информацией. Чтобы открыть нужную Web-страницу, надо иметь либо ее адрес, либо другую страницу со ссылкой на нее. Если нет ни того ни другого, обращаются к поисковым системам. Поисковая система представляет собой специализированный Web-узел. Пользователь сообщает поисковой системе данные о содержании искомой Web-страницы, а поисковая система выдает список гиперссылок на страницы, на которых упоминаются соответствующие сведения. Поисковые системы классифицируют по методам поиска.
Поисковые каталоги предназначены для поиска по темам. Пользователь «погружается» в иерархическую структуру разделов и подразделов, на нижнем уровне которой располагается относительно небольшое число ссылок, заслуживающих внимания. Поисковый каталог обеспечивает высокое качество поиска.
Поисковый индекс обеспечивает поиск по заданным ключевым словам. В результате поиска формируется набор гиперссылок на Web-страницы, содержащие указанные термины. Поисковые индексы предоставляют грандиозную широту поиска.
Структурированием данных, входящих в базу поисковых каталогов, занимаются люди, а создание баз для поисковых индексов выполняется автоматическими средствами. Соответственно, в среднем, поисковые каталоги предоставляют доступ к меньшему числу Web-ресурсов, чем поисковые индексы, но они точнее указывают на основные ресурсы Сети. Таким образом, при проведении первичного поиска по конкретной теме целесообразно использовать поисковые каталоги. Для специалистов, хорошо знакомых с ресурсами Интернета по своей специальности, более полезны поисковые индексы. Они позволяют разыскивать малоизвестные и узкоспециализированные ресурсы.
Рис. 9.4. Поиск информации по ключевым словам с помощью
поисковой системы AltaVista
Многие современные поисковые системы сочетают в себе оба вышеуказанных метода поиска и позволяют использовать наиболее подходящий. Для многих поисковая система превращается в отправную точку для работы в Интернете, средство, через которое пользователь получает доступ к нужной ему информации. Это привело к появлению Web-порталов, специализированных страниц, обеспечивающих удобный интерфейс доступа к поисковым системам, а также к другим Web-узлам, представляющим всеобщий интерес. Web-портал можно рассматривать как «окно в World Wide Web».
Тематические порталы могут предлагать возможность поиска с классификацией. Они содержат относительно неизменный тематический список Web-страниц в виде гиперссылок и учитывают число пользователей, которые воспользовались каждой из ссылок. Это число носит характер рейтинга, позволяющего оценить популярность соответствующей страницы.
Программа Internet Explorer 5.0 имеет специальные средства организации поиска без явного обращения к поисковым системам. Проще всего дать задание на поиск непосредственно с панели Адрес. Для этого надо ввести туда ключевое слово до, find или ? и ключевую фразу или набор ключевых слов. Поиск будет произведен с помощью поисковой системы, заданной по умолчанию. Результаты поиска отображаются в виде списка ссылок.
Другая возможность поиска состоит в обращении к мини-порталу, поддерживаемому компанией Microsoft. Он организует поиск с помощью существующих систем в соответствии с предпочтениями пользователя. Для такого поиска следует открыть в броузере дополнительную панель Поиск, щелкнув на кнопке Поиск на панели инструментов Обычные кнопки. Содержание панели Поиск загружается с Web-узла компании Microsoft. Ключевые слова или ключевая фраза вводятся в текстовое поле на этой панели.
Способ поиска определяет, какую именно информацию необходимо найти: Web-страницу, адрес определенного человека, начальную страницу Web-узла компании или организации, данные, которые уже разыскивались ранее, или географическую карту. Дополнительные возможности включают поиск информации в энциклопедиях, толковых словарях и поиск в архивах телеконференций.
Поиск начинается по щелчку на кнопке на панели Поиск. Результаты представляются на этой же панели в виде упрощенной страницы результатов, полученных от реально использованной поисковой системы. Чтобы с результатами было удобнее работать, можно расширить панель Поиск, перетащив правую границу, или представить результаты поиска в окне с помощью команды контекстного меню Открыть в отдельном окне.
Выбрать используемый способ поиска можно с помощью кнопки Настроить на панели Поиск. В открывшемся диалоговом окне каждая группа элементов управления соответствует определенному типу поиска и позволяет указать, какие поисковые системы должны использоваться.
Прием файлов из Интернета
Гиперссылки, имеющиеся на Web-страницах, могут указывать на документы разных типов. Если броузер не способен отображать файлы определенного типа (например, исполняемые файлы с расширением .ЕХЕ, архивы .ZIP и прочие), инициируется процесс загрузки данного файла на компьютер.
Программа Internet Explorer 5.0 запускает мастер загрузки файла, на первом этапе работы которого требуется указать, следует ли открыть файл или сохранить его на диске. «Открытие» файла подразумевает загрузку его в каталог временных файлов и немедленный запуск (если это исполняемый файл) или открытие с помощью программы, которая предназначена для работы с файлами этого типа. Такой подход открывает путь на компьютер для небезопасной информации. Надежнее выбрать сохранение файла на диске. В этом случае требуется выбрать папку, в которой следует сохранить файл, и задать имя файла.
Ход загрузки файла отображается в специальном окне (рис. 9.5). Шкала хода работы появляется только в том случае, когда мастер управления загрузкой может получить информацию о полной длине файла, а это возможно только когда файл загружается непосредственно с Web-узла. При загрузке файла с узла FTP такие данные не предоставляются. За ходом загрузки можно также следить по строке заголовка окна или, если окно свернуто или скрыто другими окнами, по надписи на кнопке Панели задач. Процесс загрузки файла не препятствует параллельному просмотру Web-страниц или другим операциям в Интернете.
Рис. 9.5. Загрузка файла с узла FTP
После окончания загрузки окно загрузки закрывается автоматически, если установлен флажок Закрыть диалоговое окно после завершения загрузки. В противном случае после окончания загрузки активизируются кнопки Открыть и Открыть папку, которые позволяют, соответственно, открыть только что загруженный файл или папку, которая его содержит.
Загрузку файла можно прервать в любой момент при помощи кнопки Отмена. После прерывания загрузки пользователем или вследствие разрыва соединения, эту операцию необходимо начать заново. В операционной системе Windows 98 нет средств, способных возобновить загрузку файла, прерванную по какой-либо причине. Это возможно только при использовании специальных служебных программ.
Файлы, доступные для загрузки любым пользователям, чаще всего хранятся на FTP-узлах.. Для доступа к FTP-узлу можно указать его адрес URL на панели Адрес. Броузер Internet Explorer 5.0 обеспечивает по умолчанию анонимное подключение к узлу РТР, при котором разрешены только просмотр каталогов и загрузка файлов. Если анонимный доступ не разрешен, на экране отображается диалоговое окно для ввода имени и пароля (разумеется, их следует знать).
Окно РТР-узла выглядит на экране как обычное окно папки, но с использованием значка удаленной папки. Для загрузки файла надо щелкнуть на его значке правой кнопкой мыши и выбрать в контекстном меню команду Копировать в папку. Если для данного каталога РТР разрешены все файловые операции, то с ним можно работать точно так же, как с окном папки. Невозможен только прямой перенос файлов с одного узла на другой. Чтобы осуществить такую операцию, надо сначала перенести файл в локальную папку компьютера, а затем отправить ее оттуда на другой РТР-узел или в другой каталог того же РТР-узла.
Для работы с электронной почтой и телеконференциями обычно используют единую программу, так как и в том и в другом случае речь идет об отправке и приеме сообщений. Часто оказывается удобным объединение средств работы с этими службами в рамках одной программы. Например, так сделано в программе Outlook Express, которая позволяет получать и отправлять сообщения электронной почты и телеконференций, используя аналогичные средства.
Возможность использования электронной почты сегодня перестала быть самостоятельной услугой и автоматически предоставляется тем, кто подключается к Интернету. Адрес электронной почты состоит из двух частей. Доменный адрес условно соответствует двум последним частям обозначения компьютера в адресе URL и фактически представляет собой адрес локальной сети, к которой принадлежит конкретный пользователь. Вторая часть адреса (которая в записи идет перед первой и отделяется от нее символом «@») указывает конкретного пользователя в этой локальной сети. Сообщения для данного адресата накапливаются на почтовом сервере а затем передаются на компьютер адресата по запросу.
Например, пользователь, подключающийся к Интернету через поставщика услуг ABCDE, может иметь адрес типа myname@abcde.ru.
Телеконференции (или группы новостей) представляют собой средства распространения сообщений, не предназначенных для конкретного адресата. Информация о наличии сообщения постепенно распространяется от одного сервера новостей к другому. Сообщение хранится на сервере в течение некоторого времени (от нескольких дней до нескольких недель) после чего сбрасывается. Пользователь имеет доступ ко всем сообщениям, имеющимся на данном сервере новостей.
Авторы сообщений направляют их в тематические телеконференции. Имена телеконференций образуют иерархическую структуру, не имеющую единого корня. Элементы имени разделяются точками, старшие элементы располагаются слева, младшие правее. Чем больше элементов в имени телеконференции, тем более узкой теме она посвящена.
Например, телеконференция news.announces.newusers содержит регулярно обновляемый набор сообщений (на английском языке), предназначенный для ознакомления начинающих с правилами использования телеконференций и сетевым этикетом. А скажем, с элементов сотр.hardware... начинается целое семейство телеконференций, посвященных различным темам, связанным с аппаратным обеспечением компьютеров.
При обращении к телеконференции сервер новостей передает на компьютер пользователя заголовки имеющихся в ней и не прочитанных пользователем сообщений. Текст сообщений передается позже в соответствии с указаниями пользователя и настройками программы чтения сообщений телеконференций. Можно также отправить в телеконференцию новое сообщение или отклик.
Хотя электронная поста и служба новостей разные службы, для пользователя они почти одинаковы, так как и в том и в другом случае речь идет об отправке и получении сообщений.
Сообщение, отправляемое в телеконференцию, носит общественный характер, а частную информацию следует пересылать по электронной почте. Однако ни одна из этих служб не годится для пересылки конфиденциальной информации, которая не должна быть доступна посторонним.
Работа с программой Outlook Express
Создание учетной записи. Сообщения электронной почты и телеконференций накапливаются, соответственно, на почтовом сервере и сервере новостей. Для работы сэтими службами предназначена программа Microsoft Outlook Express(Пуск > Программы > Outlook Express). Из броузера Internet Explorer 5.0 она запускается командой Сервис > Почта и новости.
Так как сообщения поступают и отправляются через сервер, программе требуется указать информацию об используемом сервере. Эта информация хранится в виде учетной записи.
В программе Outlook Express учетную запись создают командой Сервис > Учетные записи. В диалоговом окне Учетные записи в Интернете надо щелкнуть на кнопке Добавить и выбрать в открывшемся меню службу, для которой создается учетная запись. Последующая информация вводится под управлением мастера и включает имя, указываемое как имя отправителя, адрес электронной почты, имя используемого сервера и, в случае необходимости, имя пользователя и пароль.
Создание сообщения электронной почты. Чтобы отправить сообщение электронной почты, его надо создать. Для этого следует щелкнуть на кнопке Создать сообщение на панели инструментов. При этом открывается окно Создать сообщение, рабочая область которого разбивается на две основные части. В верхней части располагаются поля для ввода служебной информации, а в нижней собственно текст сообщения. В поле Тема вводится краткое описание вопроса, которому посвящено сообщение. В поле Кому вводится адрес основного получателя письма, в поле Копия адреса получателей копии. Если необходимо отправить копию письма, о которой ничего неизвестно другом адресатам, соответствующий адрес вводится в поле Скрытая (если такое поле отсутствует, надо дать команду Вид > Все заголовки).
В ходе создания и редактирования сообщения наличие связи с почтовым сервером не требуется. Такая связь нужна только в момент отправки (получения) сообщений. Программа Outlook Express устроена таким образом, что отправка и получение сообщений осуществляются одновременно. Так, получение и доставка почты осуществляются по щелчку на кнопке Отправить в окне создания сообщения или по щелчку на кнопке Доставить в основном окне программы Outlook Express.
Рис. 9.6. Создать сообщения для отправки по электронной почте
Сообщения электронной почты размещаются в системе «внутренних» папок программы Outlook Express. Поступившие сообщения заносятся в папку Входящие. Открыв эту папку щелчком на ее значке на панели Папки, можно увидеть в правой области список поступивших сообщений. Если выбрать щелчком любое из сообщений, его содержание отобразится в области, расположенной ниже списка. Двойной щелчок позволяет открыть и прочитать сообщение в отдельном окне.
Подготовка ответов на сообщения. Как правило, использование любых средств коммуникации подразумевает диалог. В случае электронной почты речь идет об отправке ответов на полученные сообщения. Программа Outlook Express включает средства, упрощающие подготовку таких ответов. Открыв полученное сообщение в отдельном окне, можно использовать кнопки на панели инструментов.
Кнопка Ответить отправителю служит для ответа автору письма. При этом в окне создания сообщения автоматически заполняются поля Кому и Тема, а в «тело» сообщения заносится текст исходного сообщения, что позволяет привязать комментарии непосредственно к отдельным фразам полученного письма.
Кнопка Ответить всем служит для отправки ответа автору письма, а также всем, кто получил исходное сообщение. В окне создания сообщения автоматически заполняются поля Кому, Копия и Тема. Текст исходного сообщения копируется в тело сообщения.
Кнопка Переслать позволяет отправить полученное сообщение другому корреспонденту. В данном случае автоматически заполняется только поле Тема, так как нового адресата необходимо указать дополнительно.
Чтение сообщений телеконференций. Механизм чтения сообщений телеконференций примерно тот же, что и при использовании электронной почты. После создания учетной записи для сервера новостей на панели Папки появляется значок, соответствующий выбранному серверу. После выбора этого значка автоматически открывается диалоговое окно Подписка на группу новостей, а программа получает список телеконференций, поддерживаемых данным сервером. Выбрав телеконференцию, следует щелкнуть на кнопке Подписаться. Телеконференции с подпиской отображаются непосредственно на панели Папки, и для доступа к ним не требуется открывать диалоговое окно Подписка на группу новостей.
Работа с сообщениями телеконференций осуществляется примерно так же, как с сообщениями электронной почты. При просмотре сообщения в отдельном окне можно Ответить в группу (отправить отклик в телеконференцию), Ответить автору (сообщение отправляется непосредственно автору по электронной почте) или Переслать сообщение по электронной почте другому корреспонденту.
Работа с адресной книгой
При активном использовании электронной почты общее число корреспондентов может достигать многих сотен. Помнить все электронные адреса просто немыслимо. Облегчить эту работу позволяет специальная программа Адресная книга.
С ее помощью можно:
запоминать адреса корреспондентов, от которых поступили сообщения;
автоматизировать ввод адресов корреспондентов;
организовать проверку правильности введенных адресов;
упростить отправку сообщений группам адресатов.
Открывать Адресную книгу вручную (Пуск > Программы > Стандартные > Адресная книга) требуется только для ее редактирования. Чтобы добавить нового адресата, следует щелкнуть на кнопке Создать и выбрать в открывшемся меню пункт Создать контакт. Откроется диалоговое окно Свойства, содержащее многочисленные вкладки, предназначенные для ввода разнообразной информации об адресате. Имя и адрес электронной почты задаются на вкладке Имя. Удобно использовать также поле Псевдоним: данные, введенные в это поле, можно указывать вместо адреса в ходе создания сообщения.
Если информация о корреспонденте поступила вместе с полученным от него сообщением, то занести эти данные в Адресную книгу можно непосредственно из программы Outlook Express. Для этого надо щелкнуть правой кнопкой мыши на имени адресата в поле От в списке сообщений или в окне сообщения и выбрать в контекстном меню команды Добавить отправителя в адресную книгу или Добавить в адресную книгу, соответственно.
Чтобы воспользоваться Адресной книгой для ввода адреса, надо в ходе создания сообщения щелкнуть на заголовке соответствующего поля (Кому, Копия или Скрытая). Адреса, помещаемые в каждое из этих полей, выбираются в диалоговом окне Выбрать получателей.
Адрес, взятый из Адресной книги, выделяется в соответствующем поле подчеркиванием. Если какие-то из адресов вводились вручную, но должны быть в Адресной книге, их можно проверить при помощи команды Сервис > Проверить имена. Найденные адреса также будут подчеркнуты, ненайденные можно исправить, выбрав один из нескольких подходящих адресов, или занести в Адресную книгу.
Если необходимо регулярно отправлять сообщение одной и той же группе корреспондентов, Адресная книга позволяет создать и использовать группу адресов. Для этого используется команда Создать > Создать группу. При добавлении участников в группу их адреса могут выбираться из Адресной книги или создаваться на месте. При указании в поле адреса имени группы сообщение отправляется всем выбранным корреспондентам.
Включение корреспондента в группу не влияет на возможность индивидуального использования его адреса. Один корреспондент может быть включен в несколько групп.
Упражнение 9.1. Поиск информации по ключевым словам
Внимательно рассмотрите загруженную страницу, найдите поле для ввода ключевых слов и кнопку запуска поиска. Мы собираемся искать Web-страницы, посвященные простым механизмам.
В поле для ввода ключевых слов введите simple machine.
Щелкните на кнопке Search.
Просмотрите результаты поиска.
Щелкните на гиперссылке с номером 1.
Просмотрите загруженную страницу.
Щелкните на кнопке Назад на панели инструментов.
Мы научились проводить поиск информации в Интернете тремя разными способами: с помощью поисковой системы, с помощью панели Поиск и непосредственно с панели Адрес. Мы узнали, в чем состоят особенности поиска по ключевым словам.
Упражнение 9.2. Использование папки Избранное
Просмотрите загруженную страницу.
Мы научидись схранять информацию о полезных Web-страницах в папке избранное. Мы также узнали, как изменять структуру папок, вложенных в папку Избранное, и познакомились с различными способами загрузки избранных Web-страниц.
Упражнение 9.3. Загрузка файла из Интернета
Когда загрузка файла завершится, закройте диалоговое окно, информирующее о завершении загрузки.
Мы научились просматривать каталоги FTP и загружать файлы из Интернета. Механизм загрузки файлов работает практически одинаково при загрузке с Web-узла и из архива FTP.
Упражнение 9.4. Настройка отображения объектов
Дайте команду Сервис > Свойства обозревателя.
Откройте вкладку Дополнительно.
Сбросьте флажки Воспроизводить анимацию, Воспроизводить звуки, Воспроизводить видео и Отображать рисунки.
Мы научились ускорять загрузку Web-страниц ценой отказа от отображения рисунков и других объектов. Мы узнали, как индивидуально загружать нужные объекты. В ходе упражнения мы также выяснили, как очистить пространство на диске, занятое временными файлами Интернета.
Упражнение 9.5. Создание учетной записи электронной почты
Необходимую информацию предоставляет преподаватель.
Щелкните на кнопке Далее. Щелкните на кнопке Готово.
Мы научились создавать учетную запись для электронной почты, используемую при отправке и получении корреспонденции. Мы узнали, какие данные потребуются для создания учетной записи.
Упражнение 9.6. Отправка и получение сообщения электронной почты
10. Убедитесь, что только что отправленное сообщение появилось в списке поступивших сообщений.
Практическое занятие
Мы научились создавать сообщения электронной почты, отправлять их, а также получать и читать поступившие сообщения. Мы также познакомились с тем, как организуется процесс передачи сообщений с компьютера пользователя на почтовый сервер и в обратную сторону.
Упражнение 9.7. Подписка на телеконференцию и чтение сообщений
Если диалоговое окно Подписка на группу новостей не откроется автоматически,
щелкните на кнопке Группы новостей на панели инструментов.
сотр. os.ms-windows. prog rammer.tools.misc.
Мы научились производить подписку на телеконференцию (группу новостей). Мы также узнали, как получать заголовки сообщений с сервера и читать имеющиеся сообщения.
Упражнение 9.8. Использование Адресной книги
Занесение собственного адреса в Адресную книгу применяют при использовании средств шифрования переписки и механизма цифровой подписи.
По желанию занесите данные о себе также на вкладки Домашние, Служебные и Личные.
Убедитесь, что данные занесены в Адресную книгу, на панели Контакты должен добавиться новый значок.
Щелкните на заголовке входящего сообщения правой кнопкой мыши и выберите в контекстном меню пункт Добавить отправителя в адресную книгу.
Мы научились заносить адреса электронной почты в Адресную книгу вручную и извлекая их из поступивших сообщений. Мы также узнали, как использовать данные из Адресной книги при отправке сообщений, и выяснили, что Адресная книга позволяет использовать имена корреспондентов вместо адресов электронной почты.
В этой и следующей главах рассматриваются понятия, методы и приемы, относящиеся к созданию текстовых документов с помощью персонального компьютера. Условно (из чисто методических соображений) мы выделим две группы создаваемых документов простые и комплексные. Первые представляют собой форматированный текст, а вторые содержат кроме текста объекты иной природы (чертежи, рисунки, формулы, таблицы, объекты мультимедиа и прочие).
Общее название программных средств, предназначенных для создания, редактирования и форматирования простых и комплексных текстовых документов, текстовые процессоры. В настоящее время в России наибольшее распространение имеет текстовый процессор Microsoft Word. Это связано прежде всего с тем, что его создатели относительно давно предусмотрели локализацию программы в России путем включения в нее средств поддержки работы с документами, исполненными на русском языке.
Основные версии текстового процессора Microsoft Word
Первоначальные версии текстового процессора Microsoft Word относятся к восьмидесятым годам и, соответственно, к операционной системе MS-DOS. Последней версией процессора для неграфической операционной среды была версия Microsoft Word 5.0. Она позволяла создавать, редактировать и распечатывать форматированные текстовые документы.
Поскольку операционная система MS-DOS не является графической, данная версия программы не могла соблюдать принятый ныне принцип соответствия экранного изображения печатному (принцип WYSIWYG) и операции форматирования документа выполнялись в известной степени «вслепую». Однако возможность просмотра документа в «натуральном» виде все-таки была. Она реализовывалась специальным режимом предварительного просмотра (preview), который сохранился и в современных версиях программы, хотя и не имеет уже решающего значения.
Основным преимуществом текстового процессора Word 5,0, отличавшим эту программу от конкурентных продуктов, была возможность встраивания в текст графических объектов, правда, без взаимодействия текста и графики (обтекания графических изображений текстом). Сегодня текстовым процессором Word 5.0 продолжают пользоваться при работе на устаревшем оборудовании (IBM PC AT'286).
Принцип WYSIWYG впервые был реализован в следующей версии программы, которая называлась Microsoft Word for Windows (Word 6.0). Благодаря этому принципу значительно упростились и стали наглядными приемы форматирования документов. Будучи приложением Windows 3.1, программа получила возможность использовать системный буфер обмена, а пользователи получили мощное и удобное средство для создания комплексных документов.
Следующая версия программы называлась Microsoft Word 95 (Word 7.0). Она была ориентирована на графическую операционную систему Windows 95. Основным достижением этой версии стало то, что после нее текстовый процессор уже не рассматривается только как отдельное приложение. В состав мощного офисного пакета Microsoft Office входит несколько приложений (с каждой новой версией пакета этот состав расширяется), и на процессор Microsoft Word возлагаются дополнительные функции интеграции прочих приложений. Он занимает центральное положение в системе и позволяет организовать эффективный обмен данными между составляющими приложениями, что позволило в значительной степени автоматизировать разработку офисных документов разной содержательности и сложности.
Еще одним важным нововведением седьмой версии стало управление взаимодействием текста со встроенными объектами, что значительно расширило набор возможностей при форматировании документов. А особенный успех этой версии программы в России (она очень широко используется и сегодня) завоевали встроенные средства поддержки русского языка (автоматическая проверки орфографии и грамматики).
Восьмая версия программы Microsoft Word 97 (Word 8.0), вошедшая в состав пакета Microsoft Office 97, внесла относительно мало практически полезных изменений для повседневной офисной работы. Так, например, ее жесткая ориентация на использование шрифтов UNICODE затруднила обмен данными с большинством приложений, выпущенных «третьими» фирмами, и создала пользователям проблемы при печати материалов на большинстве печатающих устройств. Дополнительные средства оформления текстовых документов, представленные в этой версии, имели практическое значение только при разработке электронных (экранных) документов. Возможность сохранения документов в «электронных» форматах HTML и PDF, рассчитанная на публикацию документов в Интернете, осталась проработанной не до конца и не вошла в практику Web-дизайнеров.
Начиная с этой версии текстовый процессор Microsoft Word можно рассматривать как средство автоматизации авторской деятельности (authoring system). При использовании этой программы следует четко определять целевой объект документ электронный или печатный. Для разных типов документов используют разные средства, приемы и методы. Применение неадекватных средств значительно усложняет последующие этапы работы с документом. В итоге, в качестве средства разработки электронных документов Word 97 не заменил Web-редакторы, а в качестве средства создания печатных документов внес ряд неудобств по сравнению с предыдущей версией Word 95.
Последней (ко времени подготовки данного пособия) является версия текстового процессора Microsoft Word 2000 (Word 9.0), входящая в состав пакета Microsoft Office 2000. В ней устранены основные недостатки предыдущей версии, заметно улучшена система управления и введены мощные средства поддержки сетевых режимов работы. Предполагается, что основным стилем производительной работы с текстовым процессором Word 2000 должна стать совместная деятельность рабочих групп над общими проектами в рамках корпоративных сетей.
Рабочее окно процессора Microsoft Word 2000
Рабочее окно процессора Microsoft Word 2000 представлено на рис. 10.1. Его основные элементы управления: строка меню, панель инструментов, рабочее поле и строка состояния, включающая индикаторы. Начиная с процессора Microsoft Word 95, панель инструментов является настраиваемой.
Режимы отображения документов
Начиная с шестой версии Microsoft Word поддерживает несколько режимов представления документов.
В обычном режиме представляется только содержательная часть документа без реквизитных элементов оформления, относящихся не к тексту, а к печатным страницам (колонтитулы, колонцифры, подстраничные сноски и т. п.). Этот режим удобен на ранних этапах разработки документа (ввод текста, редактирование, рецензирование), а также во всех случаях, когда содержательная часть документа имеет более высокое значение, чем внешнее представление. В этом режиме операции с объемными документами проходят быстрее, что важно при работе на малопроизводительных компьютерах.
В режиме Web-документа экранное представление не совпадает с печатным. Это отступление от принципа WYSIWYG, но оно характерно для электронных публикаций в World Wide Web, поскольку заранее не известно, каким средством просмотра и на каком оборудовании будет отображаться документ. Понятие печатной страницы для электронных документов не имеет смысла, поэтому назначенные параметры страницы не учитываются, а форматирование документа на экране является относительным. В этом режиме разрабатывают электронные публикации.
В режиме разметки экранное представление документа полностью соответствует печатному, вплоть до назначенных параметров печатной страницы. Этот режим удобен для большинства работ, связанных с форматированием текста, предназначенного для печати.
В режиме структуры документ отображается с утрированным выделением его структуры. Режим полезен в тех случаях, когда разработку документа начинают с создания плана содержания. Он отличается тем, что при его включении на панели инструментов автоматически открывается вспомогательная панель Структура, элементы управления которой позволяют править структуру документа.
Рис. 10.1. Рабочее окно программы Word 2000
Выбор одного из четырех вышеуказанных режимов представления документа выполняют с помощью командных кнопок, расположенных в левом нижнем углу окна приложения, или командами меню Вид.
Через меню Вид доступно также специальное представление (пятый режим) Схема документа, при котором окно приложения имеет две рабочие панели. На левой панели представляется структура документа, а на правой сам документ. Этот режим, сочетающий достоинства режима разметки и режима структуры, полезен при навигации по объемному документу его удобно использовать не при создании, а при просмотре документов сложной структуры.
Через меню Файл доступны еще два режима представления документа, используемые для предварительного просмотра. Для электронных документов используют команду Файл > Предварительный просмотр Web-страницы, а для печатных документов Файл > Предварительный просмотр. В первом случае созданный документ отображается как Web-страница в окне броузера, зарегистрированного операционной системой в качестве принятого по умолчанию (желательно, чтобы это был броузер Microsoft Internet Explorer 5.0). Во втором случае документ представляется в специальном окне.
Приемы работы с командами строки меню
Как и в большинстве других приложений, корректно соблюдающих идеологию Windows, строка меню текстового процессора Microsoft Word 2000 как элемент управления отличается тем, что обеспечивает доступ ко всем функциональным возможностям программы. Не всегда этот доступ самый удобный, во многих случаях другие элементы управления использовать проще, но строка меню удовлетворяет принципу функциональной полноты.
Рис. 10.2. Команды меню Вид,
сокращенный и расширенный вариант
Меню, открывающиеся из строки меню, обладают свойством функциональной автонастройки. Расширенные возможности приложения не могли не отразиться в изобилии элементов управления, открываемых через строку меню. В нем не всегда удобно ориентироваться. Поэтому пункты строки меню открываются в два приема. На первом этапе открывают сокращенное меню, и, если необходимого элемента управления в нем нет, открывают расширенное меню наведением указателя мыши на пункт раскрытия. Использованные пункты расширенной части меню далее открываются в составе сокращенного меню (рис. 10.2).
Панели инструментов Microsoft Word 2000
Начиная с седьмой версии Microsoft Word поддерживает возможность самостоятельной настройки панелей инструментов. Настройку выполняет пользователь путем подключения функциональных панелей, необходимых ему по роду деятельности (Вид > Панели инструментов). Расширение общей панели инструментов сопровождается некоторым уменьшением площади рабочего окна документа. Перемещение функциональных панелей производят методом перетаскивания за рубчик, расположенный на левом краю панели.
В последней версии текстового процессора панели инструментов не только допускают настройку, но и обладают контекстной чувствительностью. Так, при выделении в поле документа какого-либо объекта, автоматически открывается панель инструментов, предназначенная для его редактирования. Назначение панелей инструментов приведено в таблице 10.1.
Таблица 10.1.
Панели инструментов программы Word 2000
Панель инструментов |
Состав, назначение |
Примечание |
Стандартная |
Элементы управления файловыми операциями, редактированием, экранным отображением |
Устанавливается по умолчанию |
Форматирование |
Элементы управления форматированием документа |
Устанавливается по умолчанию |
Visual Basic |
Доступ к средствам создания и редактирования макросов и Web-сценариев, а также к настройке средств обеспечения безопасности при запуске макросов |
Макросы служат для автоматизации типовых операций. Web-сценарии обеспечивают динамичный характер просмотра Web-страниц |
Web |
Элементы управления для навигации в Web-структурах данных |
В качестве Web-структур могут выступать World Wide Web, корпоративные сети Intranet, системы Web- документов локального компьютера |
Web-компоненты |
Комплект готовых компонентов для создания элементов управления Web-страницы или электронной формы |
Применяются для создания обратной связи с потребителем документа (опросные листы, анкеты, бланки заказов и заявок и прочее) |
Word-Art |
Элементы управления для создания художественных заголовков |
|
Автотекст |
Средство быстрого доступа к настройке функции автотекста |
Одновременно предоставляет быстрый доступ к средствам настройки функций автозамены и автоформата |
База данных |
Элементы управления, характерные для работы с базами данных (сортировка, поиск, управление структурой таблиц и прочее) |
В качестве базы данных могут выступать как таблицы Access, так и собственные таблицы Word |
Буфер обмена |
Средство управления расширенным буфером обмена Word 2000 |
Буфер обмена Word 2000 в отличие от стандартного буфера обмена Windows может содержать до 12 объектов |
Настройка изображения |
Элементы управления для основных функций настройки растровых изображений |
Позволяют настраивать яркость, контрастность, размер, рамку, режимы обтекания текстом и прочие параметры выделенного растрового объекта |
Рамки |
Элементы управления для создания фреймов (не путать с рамками, создаваемыми с помощью панели инструментов Таблицы и границы) |
Word 2000 поддерживает два типа фреймов. Фреймы в электронных документах представляют собой особые прямоугольные области, предназначенные для вывода нескольких Web-документов в рамках одной Web-страницы. Фреймы в печатных документах представляют особые области печатной страницы для вывода специальной информации, например колонтитулов |
Окончание табл. 10.1
Панель инструментов |
Состав, назначение |
Примечание |
Рецензирование |
Элементы управления для проведения редактирования и комментирования документов без искажения исходного текста |
Измененные данные сохраняются в том же документе на правах новых версий. Автор исходного текста имеет возможность просмотреть замечания и предлагаемые изменения, после чего принять их или отвергнуть |
Рисование |
Элементы управления и инструменты для выполнения простейших чертежно-графических работ |
Графические объекты, создаваемые инструментами данной панели, имеют характер векторных объектов |
Таблицы и границы |
Элементы управления для создания таблиц и оформления текстовых блоков рамками |
Дополнительно предоставляет средства для сортировки данных и проведения итоговых расчетов в таблицах (функция Автосумма) |
Формы |
Элементы управления для разработки стандартных форм |
Word 2000 позволяет создавать три типа форм: Web-формы, являющиеся объектами Web-страниц; формы Word, распространяемые и заполняемые как электронный документ; печатные формы |
Элементы управления |
Набор готовых компонентов ActiveX для создания элементов управления Web-страниц и Web-форм |
Средства данной панели инструментов позволяют не только использовать около 150 готовых компонентов, но и проводить установку и регистрацию дополнительных компонентов ActiveX |
Основные принципы практической работы с текстовым процессором Microsoft Word
Основные принципы практической работы связаны с номером версии программы. Базовый принцип здесь состоит в том, что чем больше возможностей имеет программа, тем строже надо подходить к выбору тех функций, которыми можно пользоваться в каждом конкретном случае. Удобен подход, когда набор допустимых средств оформления и форматирования документа определяет его заказчик.
Заказчик есть у каждого документа. Даже если документ готовится для личного употребления, условным заказчиком является сам автор. Заказчиком можно считать и исполнителя, которому передается документ для последующих операций, например, для рецензирования или вывода на печать. К категории «заказчиков» относятся и предполагаемые клиенты, для которых данный документ разрабатывается. При этом возникает ряд вопросов, которые надо решить до начала работы с документом.
К какому типу относится документ? Современные текстовые процессоры позволяют создавать документы трех типов. Во-первых, это печатные документы, которые создаются и распечатываются на одном рабочем месте или в одной рабочей группе. Дальнейшее движение документа происходит только в бумажной форме. Состав допустимых средств оформления в данном случае определяется только техническими возможностями печатающего устройства.
Второй тип электронные документы в формате текстового процессора, например Microsoft Word. Такие документы передаются заказчику в виде файлов. Электронный документ, как правило, не является окончательным. В большинстве случаев заказчик может его дорабатывать, редактировать, форматировать, распечатывать или использовать его компоненты для подготовки своих документов (книг, журналов, сборников статей и т. п.). Набор разрешенных средств в данном случае, как правило, минимален и определяется заказчиком.
Третий тип Web-документы. Предполагается, что в этом качестве они останутся навсегда, и их преобразование в печатные документы не планируется. В Web-документах большую роль играет управление цветом. Для этой категории документов наиболее широк выбор средств форматирования и оформления.
Кто является заказчиком документа? Самый типичный случай когда заказчиком документа является работодатель, то есть администрация предприятия или учреждения. Надо выяснить правила оформления документов, принятые в данной организации, и строго их придерживаться. Если существуют готовые шаблоны, их надо использовать, а если их нет, то разработать свои и согласовать с руководством.
Самый простой случай когда заказчика нет, и автор делает документ для себя. Он может использовать любые средства, которые ему подскажет фантазия и которые поддерживаются его устройствами вывода (экран для Web-документов или принтер для печатных документов).
Самый трудный случай когда заказчик внешний, особенно если он не вполне определен. В этом случае исполнители часто путают понятия представление документа и предоставление документа. Для представления документа они стремятся использовать все средства форматирования, которые наилучшим образом подчеркивают достоинства документа. При предоставлении документа ситуация обратная. Здесь не автор, а заказчик определяет форму и средства форматирования и оформления. Использование этих средств в данном случае имеет разрешительный характер. Если же требования заказчика еще не известны, следует предполагать, что нежелательны большинство средств форматирования документов, передаваемых для дальнейшей обработки. В частности, необходимо:
ограничить используемые наборы шрифтов только теми, которые входят в состав операционной системы (не более двух наборов: один для основного текста, другой для заголовков и вспомогательного текста);
минимизировать использование средств форматирования абзацев: отказаться от выравнивания по ширине и от переноса слов, ограничить число используемых шрифтовых начертаний (не более двух: основного и дополнительного);
отключить все автоматические средства форматирования: расстановку колонтитулов, нумерацию страниц, маркировку и нумерацию списков и прочие;
не использовать встроенные средства текстового процессора для создания встроенных объектов (художественные заголовки, векторные рисунки, рамки и прочие) все объекты должны создаваться специальными программами, храниться в отдельных файлах, вставляться в текст документа методом связывания и прилагаться к файлу документа;
исключить использование приемов взаимодействия встроенных объектов с текстом;
сохранять готовые документы в простейших форматах, несущих минимум информации о форматировании (для документов Microsoft Word таковыми являются форматы Только текст или Word 6.0);
в каждом случае отступления от этих правил, например при необходимости использовать формулы, таблицы и специальные символы, согласовывать свои действия с заказчиком.
Эти требования к документам, предоставляемым для дальнейшей технологической обработки, связаны с тем, что большинство средств оформления и форматирования текстового процессора являются «вещью в себе». Достоинства этих средств проявляются только при выводе окончательного документа средствами того же самого процессора, будь то вывод на печать, просмотр на экране или публикация в Web-структуре. При обработке данных, содержащихся в документе, другими программными средствами преимущества форматирования и оформления могут оборачиваться тяжкими проблемами.
Первичная настройка текстового процессора Microsoft Word
Приступая к первому знакомству с текстовым процессором Microsoft Word, следует выполнить ряд первичных настроек. Некоторые средства автоматизации, имеющиеся в программе, могут отвлекать начинающего пользователя от главной задачи освоения основных приемов. В ряде случаев из-за работы автоматических средств результаты операций получаются неожиданными это препятствует установлению обратной связи и эффективному усвоению практических приемов.
Комплекс настроек, рекомендуемых перед началом освоения текстового процессора, приведен в упражнении 10.1.
К базовым приемам работы с текстами в текстовом процессоре Microsoft Word относятся следующие:
создание документа;
ввод текста;
редактирование текста;
рецензирование текста;
форматирование текста;
сохранение документа;
печать документа.
Создание документа
В текстовом процессоре Word 2000 принято использовать два метода создания нового документа: на основе готового шаблона или на основе существующего документа. Второй метод проще, но первый методически более корректен.
При создании документа на основе существующего документа открывают готовый документ (Файл > Открыть), сохраняют его под новым именем (Файл > Сохранить как), затем выделяют в нем все содержимое (Правка > Выделить все) и удаляют его нажатием клавиши DELETE, после чего получают пустой документ, имеющий собственное имя и сохраняющий все настройки, ранее принятые для исходного документа.
Как видите, этот метод действительно прост, но чреват весьма неприятными ошибками. Например, если забыть сохранить новый файл под другим именем, можно легко уничтожить ценный документ, даже не успев создать новый. Для рабочих мест, на которых создаются десятки документов в сутки, этот метод потенциально опасен.
Создание документа на основе готового шаблона выполняется следующим образом.
Командой Файл > Создать открывают диалоговое окно Создание файла, включают переключатель Создать документ и выбирают шаблон. Если никаких предпочтений нет, следует выбрать шаблон Обычный на вкладке Общие. Созданный документ приобретает имя Документ1, принятое по умолчанию. Его целесообразно сразу же сохранить под «правильным» именем, выбрав для него соответствующую папку и дав команду Файл > Сохранить как.
Рис. 10.3. Диалоговое окно Сохранение документа
Диалоговое окно Сохранение документа в текстовом процессоре Microsoft Word 2000, представленное на рис. 10.3, отличается от аналогичного окна ранее рассмотренных нами стандартных приложений. Оно предполагает сохранение не только в папку \Мои документы, но и в некоторые иные папки.
В левой части окна Сохранение имеется пять кнопок, позволяющих быстро выбрать локацию сохраняемого файла:
Журнал логическая папка. Если нужно сохранить документ в одну из папок, которой пользовались в последнее время, это очень удобное средство доступа.
Мои документы традиционная папка для хранения авторских документов в операционных системах Windows 95 и Windows 98.
Рабочий стол не слишком удобное место для хранения документов, поскольку Рабочий стол принято содержать «в чистоте». Однако если документ будет использоваться очень часто и всегда должен быть «на виду», его можно сохранить на Рабочий стол.
Избранное особая логическая папка пользователя, предназначенная для хранения ярлыков Web-страниц. Ее нецелесообразно использовать для сохранения текстовых документов, но для открытия документов она может использоваться активно.
Web-папки особые папки, хранящиеся в Web-структурах, например в World Wide Web или в корпоративной сети Intranet. В общем случае при использовании Web-папок сохранение документа происходит не на локальном компьютере, а на удаленном Web-сервере.
При необходимости сохранить документ в произвольную папку, не представленную в данном списке, следует выполнить навигацию по файловой структуре с использованием раскрывающей кнопки на правом краю поля Папка.
Специальные средства ввода текста
Технология ввода текста и переключения языковых раскладок клавиатуры, применение регистровых клавиш и буфера обмена Windows были нами представлены выше при описании стандартного приложения Блокнот. В данном разделе мы остановимся на особенностях текстового процессора Microsoft Word 2000, позволяющих автоматизировать ввод текста.
Средства отмены и возврата действий. Все операции ввода, редактирования и форматирования текста протоколируются текстовым процессором, и потому необходимое количество последних действий можно отменить. Последнее действие отменяют комбинацией клавиш CTRL+Z. Эта команда имеет кумулятивный эффект: серия команд отменяет серию последних действий. Другие аналогичные средства команда Правка > Отменить действие и кнопка Отменить действие на панели инструментов Стандартная. Длинные последовательности действий можно отменять также с помощью списка действий (кнопка, раскрывающая список, присоединена к кнопке Отменить действие).
После отмены ряда действий существует возможность вернуться к состоянию, предшествовавшему отмене. Для этого служит команда Правка > Вернуть действие или кнопка Вернуть действие на панели инструментов Стандартная. (К ней также присоединена кнопка, раскрывающая список действий, допускающих возврат.)
Расширенный буфер обмена. При компиляции документа путем использования фрагментов текста, взятых из разных первоисточников, удобно пользоваться расширенным буфером обмена (только для Microsoft Word 2000). Необходимые элементы управления находятся на панели инструментов Буфер обмена (Вид > Панели инструментов > Буфер обмена).
Панель инструментов Буфер обмена имеет три ряда по четыре ячейки для хранения данных (очередной ряд открывается только при заполнении предыдущего). О содержании конкретной ячейки можно судить по всплывающей подсказке, отображаемой при наведении указателя мыши на ячейку. При переполнении расширенного буфера обмена ячейки сдвигаются вниз, очередной элемент поступает в последнюю ячейку, содержимое первой ячейки теряется.
Автотекст. Автотекст это режим автоматического ввода фрагментов текста. Он представлен двумя функциями: автозавершением и собственно автотекстом. Их принцип действия состоит в следующем.
Текстовый процессор хранит словарь автотекста, состоящий из слов и фраз, встречающихся в документах достаточно часто. При вводе первых четырех символов словарного элемента на экране появляется всплывающая подсказка с полным текстом слова или фразы. Если это то, что имел в виду пользователь, он завершает ввод всего фрагмента нажатием клавиши ENTER так работает функция автозавершения. Однако пользователь может самостоятельно выбрать необходимый элемент текста из списка с иерархической структурой это функция автотекста. Список элементов автотекста открывается с помощью панели инструментов Автотекст (Вид > Панели инструментов > Автотекст).
Настройку словаря автотекста выполняют в диалоговом окне Автозамена (Сервис > Автозамена > Автотекст). Простейший способ наполнения словаря новым содержанием выделить текст на экране, щелкнуть на кнопке Автотекст на панели инструментов Автотекст и в открывшемся диалоговом окне использовать кнопку Добавить.
Использование средства автозамены при вводе. Последние версии текстового процессора Microsoft Word позволяют эффективно сократить объем вводимого текста за счет использования средства Автозамена. Оно позволяет заменить ввод длинных последовательностей символов произвольным (желательно коротким) сочетанием других символов. Например, если в тексте очень часто встречается словосочетание «диалоговое окно», его можно заменить коротким сочетанием «.до». Соответственно вместо «диалоговых окон» использовать «.дн», а вместо «диалогового окна» «.да». Точка перед символами стоит специально, чтобы отличать их от двухбуквенных предлогов или союзов, таких как «да».
Настройку средства Автозамена выполняют в диалоговом окне Сервис > Автозамена. Для этого надо установить флажок Заменять при вводе, ввести заменяемую комбинацию в поле Заменить, а замещающую комбинацию в поле На, после чего пополнить список автозамены щелчком на кнопке Добавить.
Как будет показано ниже, средство автоматической замены символов при вводе используется также для ввода специальных символов. Например, выполнив соответствующие настройки, можно вводить греческие буквы пир обычным русским текстом: «пи» или «ро».
Ввод специальных и произвольных символов. При вводе текста часто существует необходимость ввода специальных символов, не имеющих соответствующей клавиши в раскладке клавиатуры, а также произвольных символов, раскладка для которых неизвестна. Основным средством для ввода специальных и произвольных символов, а также для закрепления их за избранными клавишами является диалоговое окно Символ (Вставка > Символ). Данное диалоговое окно имеет две вкладки: Символы и Специальные символы.
Рис. 10.4. Средство ввода специальных символов
На вкладке Специальные символы присутствует список специальных символов, таких как «длинное» («полиграфическое») тире, «копирайт», «торговая марка» и других. Для вставки такого символа достаточно щелкнуть на кнопке Вставить. Вместе с тем, для большинства специальных символов существуют клавиатурные комбинации они приведены в списке, и их стоит запомнить. На первых порах, пока навык их ввода не закреплен, это окно используют для получения справки. В том же окне имеются кнопки Автозамена и Клавиша, позволяющие либо выполнять ввод специальных символов обычными символами и автоматически производить замену, либо закрепить специальный символ за избранной комбинацией клавиш.
На вкладке Символы представлены элементы управления для ввода произвольных символов любых символьных наборов (рис. 10.4). Центральное положение в окне занимает таблица символов текущего набора. Выбор шрифта выполняют в раскрывающемся списке Шрифт. Если шрифт относится к категории универсальных шрифтов UNICODE, то для него имеется и возможность выбора символьного набора в соответствующем раскрывающемся списке Набор.
Если символ надо вставить только один раз, достаточно щелкнуть на командной кнопке Вставить. Если предполагается многократное использование данного символа, за ним можно закрепить постоянную комбинацию клавиш (кнопка Клавиша) или создать элемент для списка Автозамена с помощью одноименной кнопки.
Специальные средства редактирования текста
Базовые приемы редактирования текста мы рассмотрели в разделе, посвященном стандартному приложению Блокнот. В данном разделе мы рассмотрим специальные средства редактирования, характерные для текстового процессора Microsoft Word, на примере последней версии Microsoft Word 2000.
Режимы вставки и замены символов. Текстовый процессор предоставляет возможность выбора между двумя режимами редактирования текста: режимом вставки и режимом замены. В режиме вставки вводимый текст «раздвигает» существующий текст, а в режиме замены новые символы замещают символы предшествующего текста, находившиеся в точке ввода. Режим вставки применяют при разработке основных содержательных блоков текстовых документов, а режим замены при редактировании стандартных форм и стандартных элементов (колонтитулов, реквизитных элементов в письмах, служебных записках, бланках).
Текущий режим правки текста индицируется на экране индикатором Замена. В режиме замены включен индикатор ЗАМ в строке состояния окна программы, в противном случае он выключен. Двойной щелчок на этом индикаторе позволяет переключать режимы. Настройка режима правки выполняется на вкладке Правка диалогового окна Параметры (Сервис > Параметры > Правка).
Если установлены флажки Режим замены и Использовать клавишу INS для вставки, правка осуществляется в режиме замены символов. Если оба эти флажка сброшены, то режим можно выбирать с помощью клавиши INSERT. Если флажок Режим замены сброшен, а флажок Использовать клавишу INS для вставки установлен, то правка осуществляется в режиме вставки.
Использование Тезауруса. Тезаурус представляет собой словарь смысловых синонимов. При подготовке технической документации особую роль играют смысловые синонимы к используемым глаголам. Для выделенного слова тезаурус удобно вызывать через пункт Синонимы контекстного меню. Однако этот прием срабатывает далеко не для всех слов (преимущественно для глаголов в неопределенной форме). Общий прием вызова тезауруса состоит в использовании команды строки меню Сервис > Язык > Тезаурус.
Окно Тезаурус имеет две панели. Его интересная особенность состоит в том, что в то время, как на левой панели отображаются синонимы выделенного слова, на правой панели могут отображаться синонимы к выбранному синониму, то есть поиск синонима является как бы двухуровневым. Заменяющий синоним можно выбирать как на левой панели, так и на правой. Замена производится щелчком на командной кнопке Заменить. Кроме синонимов в некоторых случаях тезаурус позволяет находить антонимы слов и связанные (как правило, однокоренные) слова.
Средства автоматизации проверки правописания. Средства автоматизации проверки правописания включают средства проверки орфографии и грамматики. Текстовый процессор позволяет реализовать два режима проверки правописания автоматический и командный.
Для работы в автоматическом режиме надо установить флажки Автоматически проверять орфографию и Автоматически проверять грамматику на вкладке Правописание диалогового окна Параметры (Сервис > Параметры > Правописание). В автоматическом режиме слова, содержащие орфографические ошибки, подчеркиваются красным цветом, а выражения, содержащие грамматические ошибки, зеленым. Для того чтобы узнать характер ошибки, надо щелкнуть правой кнопкой мыши на помеченном фрагменте. В зависимости от характера ошибки контекстное меню содержит пункт Орфография или Грамматика. С их помощью открывается диалоговое окно, в котором имеются элементы управления для получения более точной справки о том, какое правило нарушено, и предложены варианты исправления предполагаемой ошибки.
Встроенное автоматическое средство проверки правописания является, по существу, экспертной системой и допускает настройку. Так, например, если рекомендации экспертной системы неточны или неприемлемы, от них можно отказаться командой Пропустить (обычно такое бывает при проверке грамматики). Если же слово отмечено как орфографическая ошибка только потому, что оно отсутствует в словаре системы автоматической проверки (например, слово броузер), то его можно добавить в словарь.
Встроенный словарь системы проверки правописания не подлежит правке. Все дополнения и изменения вносятся в специальный подключаемый пользовательский словарь. Каждый пользователь может создать несколько специализированных пользовательских словарей, ориентированных на различные области знаний (автомобильное дело, машиностроение, вычислительная техника и т. п.). Подключение нужного словаря для работы с конкретным документом выполняется выбором словарного файла в раскрывающемся списке Вспомогательные словари на вкладке Сервис > Параметры > Правописание. Постепенно наполняясь конкретным содержанием, вспомогательные словари пользователя становятся мощным средством повышения производительности его труда.
В командном режиме проверка правописания выполняется независимо от установки элементов управления на вкладке Сервис > Параметры > Правописание. Запуск средства проверки выполняют командой Сервис > Правописание. Проверка начинается от начала документа и продолжается до появления первой ошибки. В тех случаях, когда пользователь отказывается от предлагаемых исправлений и дает команду Пропустить, в документе накапливается список пропускаемых слов, то есть слов и выражений, не подлежащих проверке. Для того чтобы очистить этот список и начать проверку заново, используют командную кнопку Сервис > Параметры > Правописание > Повторная проверка.
Средства рецензирования текста
Под рецензированием можно понимать два процесса: редактирование текста с регистрацией изменений и комментирование текста. В отличие от обычного редактирования при рецензировании текст документа изменяется не окончательно новый вариант и старый «сосуществуют» в рамках одного документа на правах различных версий.
Основным средством рецензирования является панель Рецензирование (Вид > Панели управления > Рецензирование). На ней представлены четыре группы элементов управления, предназначенных для:
создания, просмотра и удаления примечаний;
регистрации, просмотра, принятия и отмены изменений;
выбора цвета выделения примечаний;
сохранения версий документа.
Для создания примечания служит кнопка Добавить примечание. При ее использовании последнее слово текста выделяется заданным цветом и открывается дополнительная панель для ввода текста примечания. Когда примечание создано, его можно просмотреть в форме всплывающей подсказки, если навести указатель мыши на выделенное слово. Вместе с текстом примечания отображаются сведения о том, кто его внес.
Для регистрации изменений в тексте служит кнопка Исправления. Все редактирование текста в режиме регистрации исправлений считается неавторским и выделяется особым методом (метод выделения можно задать на вкладке Исправления диалогового окна Сервис * Параметры). Прочие элементы управления данной панели позволяют выполнять переходы между исправлениями, принимать их или отвергать.
Если документ проходит многоступенчатое редактирование, часто возникает необходимость хранить его промежуточные версии. Microsoft Word 2000 позволяет хранить несколько версий документа в одном файле. Это удобное средство отличается тем, что при сохранении нескольких версий (в отличии от нескольких копий) эффективно используется рабочее место на диске. Дело в том, что при сохранении очередной версии не происходит повторного сохранения всего документа сохраняются только отличия текущей версии от предшествующей. Для сохранения текущей версии используют соответствующую кнопку панели Рецензирование, а для загрузки одной из промежуточных версий команду Файл > Версии.
Форматирование текста
Форматирование текста осуществляется средствами меню Формат или панели Форматирование. Основные приемы форматирования включают:
выбор и изменение гарнитуры шрифта;
управление размером шрифта;
управление начертанием и цветом шрифта;
управление методом выравнивания;
создание маркированных и нумерованных списков (в том числе многоуровневых);
управление параметрами абзаца.
Настройка шрифта. При выборе гарнитуры шрифта следует иметь в виду следующие обстоятельства:
Выбор гарнитуры шрифта действует на выделенный текстовый фрагмент. Если ни один фрагмент не выделен, он действует на весь вводимый текст до очередной смены гарнитуры.
Особенность текстовых процессоров Microsoft Word 97 и Microsoft Word 2000 состоит в том, что они ориентированы на работу с многоязычными шрифтовыми наборами (UNICODE). Выбор других шрифтовых наборов действует только до ближайшего переключения раскладки клавиатуры с основной (английской) на дополнительную (русскую), после чего происходит неконтролируемый автоматический возврат к использованию одного из шрифтов UNICODE, зарегистрированных в операционной системе.
Напомним, что как операционная система Windows 98, так и сам текстовый процессор Microsoft Word поставляются с наборами шрифтов UNICODE, то есть использование шрифтов, входящих в стандартную поставку, является гарантией от непредвиденных осложнений.
Настройку шрифта выполняют в диалоговом окне Шрифт (Формат > Шрифт). В версии Microsoft Word 2000 данное диалоговое окно имеет три вкладки: Шрифт, Интервал и Анимация.
На вкладке Шрифт выбирают:
гарнитуру шрифта;
его размер (измеряется в полиграфических пунктах);
вариант начертания;
цвет символов;
наличие подчеркивания;
характер видоизменения.
При выборе гарнитуры шрифта следует иметь в виду, что существует две категории шрифтов: с засечками и без засечек (рубленые). Характерными представителями первой категории являются шрифты семейства Times, а второй категории шрифты семейства Arial. Шрифты, имеющие засечки, легче читаются в больших текстовых блоках их рекомендуется применять для оформления основного текста.
Шрифты, не имеющие засечек, рекомендуется использовать для заголовков в технических текстах, а также для оформления дополнительных материалов (врезок, примечаний и прочего).
Большинство гарнитур шрифтов являются пропорциональными. Это означает, что и ширина отдельных символов, и расстояние между соседними символами не являются постоянными величинами и динамически меняются так, чтобы сопряжение символов было наиболее благоприятным для чтения.
Особую группу представляют так называемые моноширинные шрифты. В них каждый символ вместе с окаймляющими его интервалами имеет строго определенную ширину.
Такие шрифты применяют в тех случаях, когда надо имитировать шрифт пишущей машинки, а также при вводе текстов, представляющих листинги программ. Характерными представителями таких шрифтов являются шрифты семейства Courier.
При выборе размера шрифта руководствуются назначением документа, а также вертикальным размером печатного листа. Для документов, имеющих формат типовой книжной страницы, обычно применяют шрифт размером 10 пунктов. Для документов, готовящихся для печати на стандартных листах формата А4 (210x297 мм), выбирают размер 12 пунктов. При подготовке документов, предназначенных для передачи средствами факсимильной связи, применяют увеличенный размер 14 пунктов (факсимильные документы часто воспроизводятся с искажениями, и увеличенный размер шрифта улучшает удобство их чтения).
При подготовке электронных документов, распространяющихся в формате Microsoft Word, размер шрифта выбирают, исходя из разрешения экрана. В настоящее время наиболее распространены компьютеры, видеоподсистема которых настроена на экранное разрешение 800x600 точек или 1024x768 точек. Для этих параметров целесообразно готовить электронные документы с размером шрифта 12 пунктов. На этот размер по умолчанию настроен процессор Microsoft Word 2000. (Предыдущая версия, Microsoft Word 97, была настроена по умолчанию на размер экранного шрифта 10 пунктов, но практика показала, что он неудобен.)
Использование прочих средств управления шрифтом (выбор начертания, подчеркивания и других видоизменений) определяется стилевым решением документа, которое задает заказчик или работодатель. Приступая к первому заданию, следует выяснить, какие стилевые решения уже существуют в данной организации, каковы ограничения на использование средств оформления и форматирования. По возможности, надо получить от заказчика готовые шаблоны документов или хотя бы печатные образцы.
Из прочих, не рассмотренных здесь средств управления шрифтами, надо отметить управление интервалом между символами и возможность использования эффектов анимации. Интервал задается путем выбора одного из трех значений (Обычный, Разреженный, Уплотненный) на вкладке Формат > Шрифт > Интервал.
Эффекты анимации используют очень редко и только при подготовке электронных документов, распространяемых в формате текстового процессора. В печатных документах эти эффекты невоспроизводимы по очевидным причинам, а в Web-документах их нет смысла применять, так как они пока не поддерживаются Web-броузерами.
Настройка метода выравнивания. Все последние версии текстового процессора Microsoft Word поддерживают четыре типа выравнивания:
по левому краю;
по центру;
по правому краю;
по ширине.
Выбор метода выполняют соответствующими кнопками панели инструментов Форматирование или из раскрывающегося списка Формат > Абзац > Отступы и интервалы > Выравнивание. Избранный метод действует на текущий и последующие вводимые абзацы. Выбор метода выравнивания определяется назначением документа. Так, например, для Web-страниц нет смысла выполнять выравнивание по ширине, поскольку все равно неизвестна ширина окна броузера, в котором документ будет просматриваться, однако выравнивание по центру использовать можно.
Для документов, передаваемых на последующую обработку, все методы выравнивания, кроме тривиального выравнивания по левому краю, являются излишними. Для печатных документов, выполненных на русском или немецком языках, рекомендуется в основном тексте использовать выравнивание по ширине с одновременным включением функции переноса, а для документов на английском языке основной метод выравнивания по левому полю.
Настройка параметров абзаца. Кроме режима выравнивания настраиваются следующие параметры абзаца:
величина отступа слева (от левого поля);
величина отступа справа (от правого поля);
величина отступа первой строки абзаца («красная строка»);
величина интервала (отбивки между абзацами) перед абзацем и после него.
Для печатных документов величину отступа для основного текста, как правило, не задают (необходимое положение текста определяется шириной полей), но ее задают для дополнительных материалов и заголовков, если они не выравниваются по центру. В то же время, для Web-страниц величина абзацного отступа имеет большое значение. Это один из весьма немногих параметров форматирования, допускаемых для Web-документов, поэтому его используют очень широко.
Роль отбивок между абзацами, как и роль отступа первой строки абзаца, состоит в том, чтобы визуально выделить абзацы. При этом следует помнить, что эти средства несовместимы. То есть, применяя отступ первой строки абзаца, не следует применять отбивки между абзацами, и наоборот. Комбинация этих стилей допускается только для маркированных и нумерованных списков (основной текст оформляется с отступом первой строки, а списки без него, но с отбивкой между абзацами).
Обычная практика назначения формата состоит в том, что для документов простой структуры (художественных) используют отступ первой строки (это особенно важно для текстов на русском и немецком языках), а для документов сложной структуры (технических) и документов на английском языке используют отбивки между абзацами. Промежуточное положение занимают документы, относящиеся к естественнонаучным и гуманитарным дисциплинам, при их подготовке кроме точки зрения автора руководствуются сложившейся практикой и устоявшимися традициями.
В Web-документах применяют только отбивки между абзацами. Отступ первой строки в них обычно не используют в связи с повышенными трудностями его создания.
Средства создания маркированных и нумерованных списков. Специальное оформление маркированных и нумерованных списков редко применяют в художественных документах и персональной переписке, но в служебных документах и, особенно, в Web-документах оно используется очень широко. В Web-документах оформление маркированных списков особо усиливают за счет применения специальных графических маркеров, стиль которых должен тематически сочетаться с содержанием и оформлением документов.
Для создания нумерованных и маркированных списков нужно сначала выполнить настройку, затем вход в список и, наконец, выход из него. Настройку выполняют в диалоговом окне Список, открываемом командой Формат > Список. Данное окно имеет три вкладки: Маркированный список, Нумерованный список и Многоуровневый список. В качестве элементов управления здесь представлены образцы оформления списков. Для выбора нужного достаточно щелкнуть на избранном образце.
Вход в список может осуществляться автоматически или по команде. Чтобы автоматически создать маркированный список, достаточно начать запись строки с ввода символа «*». По завершении строки и нажатии клавиши ENTER символ «*» автоматически преобразуется в маркер, а на следующей строке маркер будет установлен автоматически. Для автоматического создания нумерованного списка достаточно начать строку с цифры, после которой стоят точка и пробел, например «1. », «2. » и т. д. Этот метод позволяет начать нумерацию с любого пункта (не обязательно с единицы).
Для создания списка по команде служат кнопки Нумерация и Маркеры, представленные на панели Форматирование. Как маркированный, так и нумерованный список легко превратить в многоуровневый. Для перехода на новые (или возврата на предшествующие уровни) служат кнопки Увеличить отступ и Уменьшить отступ на панели Форматирование.
Для списков с очень глубоким вложением уровней (более трех) можно настроить стиль оформления каждого из уровней. Для этого служит командная кнопка Изменить на вкладке Многоуровневый диалогового окна Список (Формат > Список).
Характерной особенностью процессора Microsoft Word 2000, связанной с его ориентацией на создание Web-документов, является возможность использования графических маркеров. Для выбора графических маркеров служит командная кнопка Рисунок на вкладке Маркированный диалогового окна Список (Формат * Список). Она открывает диалоговое окно Рисованный маркер, в котором можно выбрать желаемый маркер, в том числе и анимированный (на вкладке Фильмы).
Для завершения маркированного или нумерованного списка и выхода из режима его создания достаточно по завершении ввода последней строки дважды нажать клавишу ENTER.
С рядом приемов автоматизации ввода и редактирования текста мы познакомились выше. К ним относятся средства Автотекст, Автозамена, средства проверки правописания, средства расстановки переносов, средства поиска и замены фрагментов текста.
В этом разделе мы познакомимся с наиболее общими средствами автоматизации разработки и оформления документов, к числу которых относятся стили оформления абзацев, шаблоны документов и темы оформления.
Работа со стилями
Абзац элементарный элемент оформления любого документа. Каждый заголовок документа тоже рассматривается как отдельный абзац. Выше мы видели, что в меню Формат > Абзац имеется немало различных элементов управления, и выполнять их настройку для каждого абзаца отдельно неэффективная и утомительная задача. Она автоматизируется путем использования понятия стиль.
Стиль оформления это именованная совокупность настроек параметров шрифта, абзаца, языка и некоторых элементов оформления абзацев (линий и рамок). Благодаря использованию стилей обеспечивается простота форматирования абзацев и заголовков текста, а также единство их оформления в рамках всего документа.
Особенностью текстовых процессоров Microsoft Word является то, что они поддерживают два типа стилей: стили абзаца и знаковые стили (стили символов). С помощью стилей абзаца выполняют форматирование абзацев, а с помощью знаковых стилей можно изменять оформление выделенных фрагментов текста внутри абзаца. Наличие двух типов стилей позволяет реализовать довольно сложные приемы форматирования, например когда внутри абзаца, оформленного одним шрифтом, содержатся фрагменты текста, оформленные другим шрифтом. В данной книге, например, специальный шрифт использован для записи названий элементов управления.
Работа со стилями состоит в создании, настройке и использовании стилей. Некоторое количество стандартных стилей присутствует в настройке программы по умолчанию, сразу после ее установки. Их используют путем выбора нужного стиля из раскрывающегося списка на панели управления Форматирование.
Настройка стиля. Настройку стиля (рис. 10.5) выполняют в диалоговом окне Стиль (Формат > Стиль). Настраиваемый стиль выбирают в списке Стили (при этом на панелях Абзац и Знаки отображаются образцы применения данного стиля). Для изменения стиля служит командная кнопка Изменить, открывающая диалоговое окно Изменение стиля. Каждый из компонентов стиля настраивается в отдельном диалоговом окне. Выбор компонента выполняют в меню, открываемом с помощью командной кнопки Формат.
При проведении настройки стиля важно правильно выбрать исходный стиль. Он должен быть как можно ближе к желаемому, чтобы минимизировать количество необходимых настроек.
Создание стиля. Для создания стиля служит командная кнопка Создать в диалоговом окне Стиль (Формат > Стиль) она открывает диалоговое окно Создание стиля.
Рис. 10.5. Настройка стиля
В данном окне следует:
ввести название нового стиля в поле Имя;
выбрать тип стиля (стиль абзаца или знаковый стиль);
выбрать стиль, на котором основан новый стиль;
указать стиль следующего абзаца;
приступить к настройке элементов стиля щелчком на кнопке Формат.
Важной чертой программы является принцип наследования стилей. Он состоит в том, что любой стиль может быть основан на каком-то из существующих стилей. Это позволяет, во-первых, сократить до минимума настройку стиля, сосредоточившись только на его отличиях от базового, а во-вторых, обеспечить принцип единства оформления всего документа в целом. Так, например, при изменении базового стиля автоматически произойдут и изменения наследуемых элементов в стилях, созданных на его основе.
Стиль следующего абзаца указывают для обеспечения автоматического применения стиля к следующему абзацу, после того как предыдущий абзац закрывается клавишей ENTER.
Разработка новых стилей и их настройка являются достаточно сложными технологическими операциями. Они требуют тщательного планирования, внимательности и аккуратности, особенно в связи с тем, что согласно принципу наследования свойств стилей желаемые изменения в одном стиле могут приводить к нежелательным изменениям во многих других стилях.
В связи с трудоемкостью изучения и освоения приемов практической работы со стилями начинающие пользователи часто ими пренебрегают. Действительно, при разработке небольших документов (одна-две страницы) можно обойтись без настройки и использования стилей, выполнив все необходимое форматирование вручную средствами меню Формат. Однако при разработке объемных документов вручную очень трудно обеспечить единство оформления, особенно если разные разделы документа разрабатывались разными авторами.
Поэтому прийти к использованию стилей надо как можно раньше. Правильное и рациональное использование этого средства является залогом высокой эффективности работы с процессором Microsoft Word и высокого качества разрабатываемых документов.
Шаблоны
Совокупность удачных стилевых настроек сохраняется вместе с готовым документом, но желательно иметь средство, позволяющее сохранить их и вне документа. Тогда их можно использовать для подготовки новых документов. Такое средство есть это шаблоны, причем некоторое количество универсальных шаблонов поставляется вместе с текстовым процессором и устанавливается на компьютере вместе с ним.
По своей сути, шаблоны это тоже документы, а точнее говоря, заготовки будущих документов. От обычных документов шаблоны отличаются тем, что в них приняты специальные меры, исключающие возможность их повреждения. Открывая шаблон, мы начинаем новый документ и вносим изменения в содержание шаблона. При сохранении же мы записываем новый документ, а шаблон, использованный в качестве его основы, остается в неизменном виде и пригоден для дальнейшего использования.
Использование шаблона для создания документа. По команде Файл > Создать открывается диалоговое окно Создание документа, в котором можно выбрать шаблон, на базе которого документ будет разрабатываться. В этом случае документ сразу получает несколько готовых стилей оформления, содержавшихся в шаблоне.
Изменение шаблона готового документа. Эта достаточно редкая операция выполняется с помощью диалогового окна Шаблоны и настройки (Сервис > Шаблоны и настройки). Для смены текущего шаблона следует использовать кнопку Присоединить и в открывшемся диалоговом окне Присоединение шаблона выбрать нужный шаблон в папке C:\Program Files\Microsoft Оffiсе\Шаблоны.
Создание нового шаблона на базе шаблона. По команде Файл > Создать открывается диалоговое окно Создание документа, в котором следует включить переключатель Шаблон и выбрать стандартный шаблон, на базе которого он создается (рис. 10.6). После настройки стилей и редактирования содержания выполняется сохранение шаблона командой Сохранить как с включением пункта Шаблон документа в поле Тип файла.
Создание нового шаблона на базе документа. Если готовый документ может быть использован в качестве заготовки для создания других документов, его целесообразно сохранить как шаблон. Командой Файл > Открыть открывают готовый документ, в нем правят содержание и настраивают стили, а потом сохраняют документ как шаблон командой Сохранить как с включением пункта Шаблон документа в поле Тип файла.
Рис. 10.6. Диалоговое окно Создание документа
Темы
Последняя версия текстового процессора Microsoft Word (Word 2000) имеет специальное средство автоматического оформления, предназначенное в первую очередь для электронных документов (для Web-документов и документов, распространяемых в формате процессора). Это средство называется темы. Тема представляет собой совокупность следующих элементов оформления:
фоновый узор;
стили оформления основного текста и заголовков;
стиль оформления маркированных списков;
стиль графических элементов оформления (линий).
Доступ к выбору тем выполняется командой Формат > Темы.
Упражнение 10.1. Первичные настройки текстового процессора Microsoft Word 2000
• при автосохранении данные записываются в специальный файл, который в аварийных ситуациях может быть однократно использован для восстанов
ления несохраненных данных, но только однократно(!);
• функция автосохранения не отменяет необходимости периодически во время работы и после ее завершения сохранять файл прямыми командами Сохранить и Сохранить как.
12. Временно отключите средства проверки правописания. На вкладке Сервис >Параметры > Правописание сбросьте флажки Автоматически проверять орфографию и Автоматически проверять грамматику. На ранних этапах работы с документом надо сосредоточиться на его содержании, а средства проверки правописания действуют отвлекающе. Завершая работу над документом, необходимо вновь подключить и использовать эти средства.
Вызовите Помощника: Справка > Справка по Microsoft Word.
В окне Помощника щелкните на кнопке Параметры откроется диалоговое окно Помощник.
На вкладке Параметры сбросьте флажок Использовать Помощника.
Закройте диалоговое окно Помощник щелчком на кнопке ОК.
Проверьте, как работает вход в справочную систему: Справка > Справка по Microsoft Word. Вместо Помощника должно открываться окно справочной системы.
17. Отключите автоматическую расстановку переносов. В абсолютном большинстве случаев на ранних этапах работы с документами она не нужна. Для Web-документов, для документов, распространяемых в формате текстового процессора, и для документов, передаваемых на последующую обработку, расстановка переносов не только бесполезна, но и вредна. Для документов, которые окончательно форматируются и распечатываются в одной рабочей группе, расстановка переносов может быть полезной, но и в этом случае ее применяют только на заключительных этапах форматирования и при этом очень тщательно проверяют соответствие переносов, расставленных автоматически, нормам и правилам русского языка.
Расстановку переносов отключают сбросом флажка Сервис > Язык > Расстановка переносов > Автоматическая расстановка переносов.
18. Включите запрос на подтверждение изменения шаблона «Обычный»: Сервис > Параметры > Сохранение > Запрос на изменение шаблона «обычный». Шаблон «Обычный» является первоосновой для всех остальных шаблонов (они создаются на его базе и наследуют его свойства). При обычной работе с программой необходимость его изменения не возникает (если надо что-то изменить в этом шаблоне, достаточно создать его копию под другим именем и работать с ней). Включением данного флажка предупреждаются случайные внесения изменений в шаблон со стороны пользователя, а также попытки макровирусов сохранить свой код в данном шаблоне (для дальнейшего размножения в документах, создаваемых на его основе).
Мы научились выполнять первичные настройки текстового процессора и узнали, что доступ к ним осуществляется следующими командами:
• Сервис > Параметры;
Сервис > Автозамена;
Сервис > Язык;
Вид > Панели инструментов;
Вид > Масштаб.
Упражнение 10.2. Первичные настройки
параметров печатного документа
Форматирование документов, предназначенных для печати на принтере, выполняется в «привязке» к параметрам печатной страницы. Поэтому создание документов этой категории необходимо начинать с настройки параметров страницы. К этим параметрам относятся прежде всего размер листа бумаги и величина полей.
Дайте команду для создания нового документа: Файл > Создать.
В диалоговом окне Создание документа переключатель Создать установите в положение Документ и выберите шаблон Обычный.
На вкладке Размер бумаги выберите в раскрывающемся списке Размер бумаги пункт А4 (это формат 210x297 мм, принятый в России в качестве стандартного). В случае использования нестандартного формата выбирают пункт Другой и с помощью кнопок счетчиков Ширина и Высота задают его параметры.
Задайте ориентацию бумаги (Книжная или Альбомная). При «альбомной» ориентации бумага располагается длинной стороной по горизонтали.
На вкладке Поля задайте размеры полей:
Левое 25 мм
Правое 15 мм
Верхнее 15 мм
Нижнее 20 мм
Для нижнего поля задайте интервал от края до колонтитула 12 мм (в нижнем колонтитуле будет размещаться номер печатной страницы).
9. Если предполагается двусторонняя печать (четные страницы печатаются на оборотной стороне нечетных страниц), установите флажок Зеркальные поля. Сбросьте этот флажок.
10. Проверьте, как действует настройка печати двух страниц на одном листе. Установите флажок 2 страницы на листе. На панели Образец рассмотрите результат настройки. Перейдите на вкладку Размер бумаги и установите «альбомную» ориентацию страниц. Оцените результат настройки. Восстановите «книжную» ориентацию и печать одной страницы на листе. (Возможность печати двух страниц на одном листе особенность версии Microsoft Word 2000. В более ранних версиях этот режим реализовывался только нештатными средствами.)
11. Создайте нижний колонтитул для размещения номера печатной страницы. Дайте команду Вид > Колонтитулы откроется панель инструментов Колонтитулы. Пользуясь кнопкой Верхний/нижний колонтитулы, создайте область нижнего колонтитула. Вставьте в нее номер страницы щелчком на кнопке Номер страницы на панели инструментов Колонтитулы. Отцентрируйте номер страницы щелчком на кнопке По центру на панели инструментов Форматирование. Закройте панель Колонтитулы. Убедитесь в том, что в документе появились нижние колонтитулы с номерами страниц.
Прямой команды для удаления колонтитулов нет. Чтобы удалить колонтитулы по всему документу, надо очистить область колонтитула на одной из страниц. Колонтитул, лишенный содержимого, удаляется автоматически. Для удаления содержимого колонтитула откройте панель Колонтитулы (Вид > Колонтитулы), переключитесь на верхний или нижний колонтитул (по ситуации) кнопкой Верхний/нижний колонтитулы, выделите элемент содержимого и нажмите клавишу DELETE.
12. Закройте панель инструментов Колонтитулы. Сохраните документ командой Сохранить как, дав ему имя Эксперимент и использовав для сохранения папку \Мои документы.
Мы научились создавать и настраивать печатные документы. В порядке эксперимента мы создали «пустой» документ, имеющий настроенные параметры страницы, стили, соответствующие шаблону «Обычный», и нижний колонтитул для размещения номеров печатных страниц. Мы готовы к наполнению данного документа текстовым содержанием с последующим редактированием и форматированием.
Упражнение 10.3. Ввод специальных символов
В этом упражнении мы рассмотрим пять приемов ввода символов греческого алфавита. Особо отметим, что это еще далеко не все возможные приемы для текстового процессора Microsoft Word. Упражнение будем выполнять вводом фразы: Длина окружности равна 2яВ. Для подготовки к упражнению запустите текстовый процессор и создайте пустой документ, взяв за основу шаблон Обычный.
1. Замена шрифта. Введите текст: Длина окружности равна 2R. Выделите букву «р». На панели Форматирование раскройте список шрифтов и выберите символьный набор Symbol. Символ «р» заменится символом «».
Если панель Форматирование скрыта, то доступ к списку шрифтов можно получить командой Формат > Шрифт. Это наиболее стандартный прием. Им можно пользоваться во всех программах, имеющих средства для изменения шрифта, но для его применения нужно заранее знать, какой символ латинского шрифта соответствует нужному символу греческого шрифта, а это не всегда возможно.
2. Классический подход. Введите текст: Длина окружности равна 2xR. Выделите символ «х». Откройте программу Таблица символов (Пуск > Программы > Стандартные > Служебные > Таблица символов). В окне этой программы выберите шрифт Symbol. В поле таблицы разыщите символ , выделите его, щелкните на кнопке Выбрать и на кнопке Копировать. Вернитесь в окно Microsoft Word и комбинацией клавиш CTRL+V вставьте из буфера обмена скопированный символ на место выделенного.
Этот прием действует в большинстве программ. Его применяют, если заранее неизвестно, какому символу латинского шрифта соответствует необходимый символ.
3. Использование стиля. Если документ содержит много символов греческого алфавита, имеет смысл создать для них специальный знаковый стиль. На базе существующего знакового стиля, например стиля Основной шрифт абзаца создайте новый знаковый стиль, например Греческий. Для этого откройте диалоговое окно Стиль командой Формат > Стиль и щелкните на кнопке Создать. В диалоговом окне Создание стиля в поле Имя введите имя нового стиля, в раскрывающемся списке Стиль выберите пункт Знака и в списке Основан на стиле выберите базовый стиль. Если предполагается и в дальнейшем создание аналогичных документов, созданный стиль можно сохранить в шаблоне, установив флажок Добавить в шаблон. После этого щелкните на кнопке Формат, в открывшемся меню выберите пункт Шрифт и замените текущий шрифт символьным набором Symbol. В дальнейшем при необходимости ввода греческих букв достаточно на панели форматирование выбрать стиль Греческий.
Этот прием специфичен для программы Microsoft Word. Далеко не все текстовые редакторы и процессоры позволяют создавать знаковые стили большинство используют только стили абзаца, применение которых изменяет шрифт во всем абзаце целиком.
4. Применение «горячих клавши». Это самый эффективный прием. Нет более быстрого способа ввода нестандартных символов, чем ввод с помощью заранее назначенных клавиатурных комбинаций. Так, например, мы можем закрепить символ л за комбинацией клавиш CTRL+ALT+P и использовать ее всюду, где в этом возникает необходимость.
Дайте команду Вставка > Символ откроется диалоговое окно Символ. В списке Шрифт выберите шрифт Symbol. В таблице символов разыщите и выберите символ я. Щелкните на кнопке Клавиша откроется диалоговое окно Настройка клавиатуры. Убедитесь в том, что текстовый курсор находится в поле Новое сочетание клавиш (в таких случаях говорят, что фокус ввода принадлежит элементу управления Новое сочетание клавиш). Если это не так, переместите фокус ввода в нужное поле последовательными нажатиями клавиши TAB.
Когда фокус ввода находится в нужном поле, нажмите желаемую комбинацию клавиш, например CTRL+ALT+P. Обратите внимание на запись, появившуюся в поле, и щелкните на кнопке Назначить. Закройте открытые диалоговые окна и проверьте работу данной комбинации.
Обратите внимание на то, что для одного и того же символа можно назначать несколько комбинаций клавиш. Если нужно изменить назначение, следует в диалоговом окне Настройка клавиатуры выделить назначенную комбинацию и щелкнуть на кнопке Удалить. Если нужно, чтобы назначенная комбинация действовала во всех вновь создаваемых документах, ее можно сохранить в текущем шаблоне, установив флажок Сохранить изменения.
5. Использование средства автозамены. У метода «горячих клавиш» есть существенный недостаток, связанный с тем, что надо запоминать, какому символу какая комбинация соответствует. Если предполагается ввод множества нестандартных символов, удобно использовать средство автоматической замены символов при вводе.
Дайте команду Вставка > Символ откроется диалоговое окно Символ. В списке Шрифт выберите шрифт Symbol. В таблице символов разыщите и выберите символ к. Щелкните на кнопке Автозамена откроется диалоговое окно Автозамена. В поле Заменить на введите заменяемую комбинацию «.пи.». (Зачем символы «пи» оконтурены точками с двух сторон, выясните самостоятельно, экспериментируя с вводом выражения 2лП). Аналогичным образом можно организовать ввод и других символов: «.фи>, «.тау.», «.кси.» и так далее. Как видите, ничего не надо специально запоминать.
В текстовом процессоре Microsoft Word, как и во многих других приложениях Windows, одну и ту же операцию можно выполнить множеством разных способов. У каждого способа есть достоинства и недостатки. Пользователи опытным путем подбирают наиболее удобные для себя приемы. Выбор приема зависит от объема и характера исполняемой работы, а также от периодичности ее исполнения.
В предыдущей главе мы рассмотрели приемы создания простых текстовых документов средствами текстового процессора Microsoft Word. К условной категории простых эти документы бьии отнесены только потому, что не содержали объектов, встроенных в текст. Соответственно, нами не были рассмотрены вопросы взаимодействия текста и встроенных объектов.
В этой главе мы рассмотрим приемы создания комплексных текстовых документов, содержащих специальные элементы оформления и встроенные объекты нетекстовой природы (формулы, таблицы, диаграммы, художественные заголовки, растровые и векторные иллюстрации, а также объекты мультимедиа).
Необходимость в наличии средства для ввода математических выражений в текстовый документ характерна для научно-технической документации. Одним из таких средств является специальное приложение MathCad, представленное в главе 18. Но функции системы MathCad намного шире, и есть немало оснований для того, чтобы иметь простое средство ввода формул в самом текстовом процессоре.
В программе Microsoft Word таким средством является редактор формул Microsoft Equation 3.0. Он позволяет создавать формульные объекты и вставлять их в текстовый документ. При необходимости вставленный объект можно редактировать непосредственно в поле документа.
Запуск и настройка редактора формул
Для запуска редактора формул служит команда Вставка > Объект. В открывшемся диалоговом окне Вставка объекта следует выбрать пункт Microsoft Equation 3.0 откроется панель управления Формула, представленная на рис. 11.1. При этом строка меню текстового процессора замещается строкой меню редактора формул.
Рис. 11.1. Панель управления редактора формул
Прежде чем пользоваться редактором формул, следует выполнить его настройку. Настройка состоит в назначении шрифтов для различных элементов, входящих в формулы. Она выполняется в диалоговом окне Стили, открываемом командой Стиль > Определить (рис. 11.2). Эта настройка является обязательной без нее редактор формул работать не будет, но выполнить ее достаточно только один раз.
Рис. 11.2. Пример обязательных настроек редактора формул
Прочие (необязательные) настройки редактора формул выполняют в диалоговом окне Интервал (Формат > Интервал). Многочисленные средства настройки, присутствующие в нем, предназначены для задания размеров различных элементов формул.
Панель инструментов редактора формул содержит два ряда кнопок. Кнопки нижнего ряда создают своеобразные шаблоны, содержащие поля для ввода символов. Так, например, для ввода обыкновенной дроби следует выбрать соответствующий шаблон, имеющий два поля: числитель и знаменатель. Заполнение этих полей может производиться как с клавиатуры, так и с помощью элементов управления верхней строки. Переходы между полями выполняются с помощью клавиш управления курсором.
Ввод и редактирование формул завершается нажатием клавиши ESC или закрытием панели редактора формул. Можно также щелкнуть левой кнопкой мыши где-либо в поле документа вне области ввода формулы. Введенная формула автоматически вставляется в текст в качестве объекта. Далее ее можно переместить в любое иное место документа через буфер обмена (CTRL+X вырезать; CTRL+V вставить). Для редактирования формулы непосредственно в документе достаточно выполнить на ней двойной щелчок. При этом автоматически открывается окно редактора формул.
Особенности редактора формул
неправильно; правильно.
3. При вводе формул и выражений не рекомендуется использовать символы русского алфавита. В тех случаях, когда они необходимы, например, в качестве описательных индексов переменных, им следует назначать стиль Текст.
4. В редакторе формул не работает клавиша ПРОБЕЛ, поскольку необходимые интервалы между символами создаются автоматически. Однако если необходимость ввода пробелов все-таки возникнет, то их можно вводить с помощью кнопки Пробелы и многоточия панели инструментов Формула. Всего предусмотрено пять разновидностей пробелов различной ширины.
Данные, представленные в табличной форме, отличаются наглядностью. Таблицы всегда были неотъемлемым атрибутом печатной научно-технической документации, а в последние годы стали и эффективным средством оформления Web-страниц Интернета. Это связано с тем, что в силу естественных причин возможности форматирования Web-страниц весьма ограничены. Поэтому многие Web-дизайнеры используют таблицы (в том числе и скрытые), чтобы принудительно управлять отображением данных на экране клиента и не доверять этот ответственный процесс средству просмотра Web (броузеру). Так, например, таблицы это простейшее средство для имитации на Web-странице газетного или журнального текста, имеющего две и более колонок.
Ячейки таблиц могут содержать не только текст, но и графические и прочие объекты. Благодаря этому можно размещать несколько иллюстраций по ширине Web-страницы (обычные средства форматирования Web-страниц не позволяют это сделать).
При создании страниц можно управлять методом представления ячеек и рамок, как внешних, так и внутренних. При создании печатных документов таблицы оформляют так, чтобы они соответствовали стилю и содержанию документа. При создании Web-страниц существует прием, когда рамки вообще не отображают, а между ячейками делают зазор. В результате этого объекты, находящиеся в ячейках, образуют ровные регулярные структуры на экране, в то время как никаких следов таблиц на экране не видно (рис. 11.3).
Текстовый процессор Microsoft Word обладает удивительно гибкими и мощными средствами создания таблиц как для печатных, так и для электронных документов. Три основные средства создания таблиц это:
кнопка Добавить таблицу на панели инструментов Стандартная;
диалоговое окно Вставка таблицы (Таблица > Добавить > Таблица);
средство рисования таблиц Таблицы и границы (Таблица > Нарисовать таблицу).
Рис. 11.3. Подобное оформление Web-страниц создается путем
использования таблиц
Создание таблиц
Кнопку Добавить таблицу используют для создания простейших таблиц небольшого размера. Созданные таким методом таблицы можно в дальнейшем развивать, по мере необходимости увеличивая в них количество строк и столбцов командами меню Таблица > Добавить.
Команду Таблица > Добавить > Таблица используют для создания более сложных таблиц. Она открывает диалоговое окно Вставка таблицы, в котором задают число строк и столбцов, а также ширину столбцов. Если вместо конкретного размера задать параметр Авто, включается режим Автоподбор, благодаря которому столбцы могут эластично форматироваться в соответствии с имеющимся содержанием. Режим автоподбора задают соответствующим переключателем:
постоянная ширина общая ширина таблицы равна ширине поля набора документа, а ширина каждого столбца постоянна и зависит от количества столбцов (режим удобен при создании печатных документов);
по содержимому ширина каждого столбца пропорциональна объему данных, содержащихся в нем (режим удобен при создании электронных документов, распространяемых в формате текстового процессора);
по ширине окна специальный режим для таблиц, размещаемых на Web-страницах (окончательное форматирование таблицы происходит не в момент ее создания, а во время просмотра).
Таблицы сложной структуры удобно создавать методом «рисования». Необходимые для этого элементы управления сосредоточены на панели инструментов Таблицы и границы (открывается командой Таблица > Нарисовать таблицу). Порядок действий, необходимых для создания таблиц этим методом, рассмотрен в упражнении 9.1.
Редактирование таблиц
Говоря о редактировании таблиц, мы имеем в виду не редактирование их содержимого, а только редактирование их структуры. Редактирование содержимого осуществляется обычными средствами, рассмотренными в предыдущей главе. Фактически редактирование структуры таблиц сводится к следующим операциям:
добавление заданного количества строк;
добавление заданного количества столбцов;
удаление выделенных ячеек, строк и столбцов;
слияние выделенных ячеек;
разбиение выделенных ячеек.
Комбинируя вышеуказанные операции, можно на базе таблиц с простой структурой готовить таблицы, имеющие сложную структуру. Средства для выполнения этих операций находятся в меню Таблица (возможно, в программе Microsoft Word 2000 потребуется раскрыть расширенное меню) или доступны через контекстные меню выделенных объектов.
Форматирование таблиц
При работе с таблицами следует различать форматирование таблиц и форматирование содержимого. В первом случае происходит управление размерами структурных элементов таблицы (ячеек, строк, столбцов и т. п.), а во втором управление размещением содержимого ячеек.
Форматирование таблиц можно выполнять в командном или интерактивном режиме. В командном режиме для этой цели используют диалоговое окно Свойства таблицы (Таблица > Свойства таблицы). Его можно открыть и из контекстного меню таблицы, если щелкнуть в ее пределах правой кнопкой мыши. Элементы управления вкладок диалогового окна Свойства таблицы позволяют:
• задать метод выравнивания таблицы относительно страницы документа (Таблица > Свойства таблицы > Таблица > Выравнивание);
задать метод взаимодействия таблицы с окружающим текстом (Таблица > Свойства таблицы > Таблица > Обтекание);
определить или переопределить вариант оформления внешних и внутренних рамок таблицы, а также настроить характер оформления ячеек (Таблица > Свойства таблицы > Таблица > Границы и заливка);
задать размеры внутренних полей в ячейках и интервалы между ячейками (Таблица > Свойства таблицы > Таблица > Параметры);
назначить параметры текущей строки или выделенных строк (Таблица > Свойства таблицы > Строка);
назначить параметры текущего столбца или выделенных столбцов (Таблица >Свойства таблицы > столбец);
• назначить параметры текущей ячейки или выделенных ячеек (Таблица > Свойства таблицы > Ячейка).
В интерактивном режиме таблицу форматируют с помощью маркеров, появляющихся при наведении указателя мыши на таблицу или ее элементы. Маркер в левом верхнем углу таблицы позволяет перемещать таблицу по рабочему полю документа. Маркер в правом нижнем углу позволяет управлять общими размерами таблицы. Маркеры изменения размера, появляющиеся при наведении указателя мыши на рамки таблицы, позволяют интерактивно изменять размеры столбцов и строк методом перетаскивания.
Ввод и форматирование содержимого таблиц
Выделение нужной ячейки для ввода текста выполняют с помощью мыши. Отдельную ячейку выделяют тройным щелчком левой кнопки. Перемещение между ячейками выполняют клавишей TAB (к следующей ячейке) или комбинацией SHIFT+TAB (к предыдущей ячейке). Для навигации по ячейкам таблицы можно также использовать клавиши управления курсором. Внутри текстовых фрагментов курсорные клавиши выполняют перемещение курсора, но по достижении границы текста они позволяют переходить к соседним ячейкам.
Все команды форматирования текста относятся к выделенному элементу. Выделенным элементом может быть любая ячейка, строка (группа строк), столбец (группа столбцов) или вся таблица в целом. Группы ячеек выделяют методом протягивания мыши. Большинство команд, связанных с форматированием элементов таблицы и содержащихся в них объектов, можно выполнить с помощью панели инструментов Форматирование.
Автоматическое форматирование таблиц
Рис. 11.4. Средство автоматического
форматирования таблиц
Автоматическое форматирование таблиц выполняют с помощью встроенного средства Автоформат (рис. 11.4), которое запускается командой Таблица > Автоформат (при наличии выделенной таблицы). Набор предлагаемых форматов представлен в списке Форматы, а результат, получающийся при их использовании, в поле Образец. Работа по форматированию таблицы полностью автоматизирована и сводится к тому, чтобы выбрать такой формат и так установить сопутствующие элементы управления, чтобы представленный образец наиболее соответствовал запланированному результату.
Диаграммы являются удобным средством визуального представления данных и наряду с таблицами очень широко используются в научно-технической документации. Для создания диаграмм текстовый процессор Microsoft Word имеет подключаемое средство Microsoft Graph. Соответственно, для процессора Microsoft Word 2000 используется программа Microsoft Graph 2000. Как и описанный выше редактор формул Microsoft Equation 3.0, эта программа является внешним компонентом, и ее установка должна специально заказываться при установке текстового процессора.
Текстовый процессор Microsoft Word 2000 предоставляет два метода для вставки диаграмм в документ. Более общий метод основан на том, что сначала в документ вставляется некая произвольная диаграмма, с которой связана некая произвольная базовая таблица данных. Далее производится настройка диаграммы, которая состоит в настройке внешнего вида и в редактировании содержания. Поскольку содержание основано на базовой таблице, то оно редактируется путем заполнения этой таблицы нужными данными.
Второй, частный метод, основан на том, что диаграмма создается на базе конкретной таблицы, имеющейся в документе. В этом случае настройка диаграммы состоит только в настройке внешнего вида. Этот метод очевидно более удобен, но злоупотреблять им не следует, поскольку данные в таблице и диаграмме дублируют друг друга, а не во всяком документе это оправдано. Приемы создания диаграмм на базе таблиц документа мы рассмотрим в упражнении 11.2.
Создание базовой диаграммы
Создание диаграммы начинается с создания базовой диаграммы командой Вставка > Объект. В открывшемся диалоговом окне Вставка объекта следует выбрать пункт Диаграмма Microsoft Graph 2000, после чего в документ вставляется диаграмма, с которой связана некая базовая таблица (рис. 11.5). Рассматривайте эту таблицу как шаблон. Ее ячейки следует заполнить собственными данными, причем заполнение можно автоматизировать путем импорта данных из какой-либо иной таблицы, например из таблицы Microsoft Excel.
Рис. 11.5. Сначала в документ вставляется произвольная диаграмма и
связанная с ней базовая таблица. Далее диаграмма и таблица
редактируются «по месту»
Настройка внешнего вида диаграммы
Существует множество различных типов диаграмм и графиков, отличающихся способом визуального представления связанных с ними данных. Выбор типа диаграммы производят в диалоговом окне Тип диаграммы (Диаграмма > Тип диаграммы), которое имеет пару вкладок (для стандартных и нестандартных типов диаграмм).
Тип диаграммы выбирают в поле Тип, просматривая при этом внешний вид образца в поле Вид. Выбрав форму диаграммы, приступают к ее настройке. Настройка диаграммы состоит в выборе элементов оформления диаграммы и элементов представления данных и выполняется в диалоговом окне Параметры диаграммы (Диаграмма > Параметры).
Элементы представления данных это точки на графиках, столбцы гистограмм, секторы круговых диаграмм в общем, все то, что служит для непосредственного отображения данных. Элементы оформления это название диаграммы, названия ее осей, легенда (специальное поле, в котором приведены условные обозначения для групп элементов данных), подписи к элементам данных и линии координатной сетки. Настройку выполняют подключением или отключением тех или иных элементов.
Элементы диаграммы бывают связанными или присоединенными. Так, например, название диаграммы, названия ее осей и легенду можно редактировать отдельно это присоединенные элементы оформления. Подписи к элементам данных редактировать на диаграмме нельзя они связаны со значениями в базовой таблице и потому считаются связанными элементами.
Для каждого из присоединенных элементов оформления можно выполнить индивидуальное форматирование. Для этого надо в поле диаграммы щелкнуть дважды на поле присоединенного элемента откроется соответствующее диалоговое окно форматирования (Формат легенды, Формат оси, Формат названия диаграммы, Формат области построения и т. д.). Состав вкладок и других элементов управления этих диалоговых окон зависит от свойств конкретного присоединенного элемента. Так, например, средства форматирования осей диаграммы отличаются от средств форматирования ее названия.
Настройка элементов данных и элементов оформления это как бы внутренние средства настройки диаграмм. Они определяют свойства диаграммы как объекта. Однако возможно также и редактирование объекта в целом в составе документа. Так, например, для выделенной диаграммы можно с помощью мыши изменять горизонтальный и вертикальный размеры объекта путем перетаскивания маркеров. При изменении размера диаграммы возможно автоматическое перемасштабирование ее элементов оформления.
В документах Microsoft Word можно использовать два тип графических объектов: рисунки и изображения. На русском языке разница между этими терминами неочевидна, и мы поясним, что под ними понимается в текстовом процессоре Word. Рисунки объекты векторной природы (линии, прямые и кривые, геометрические фигуры, стандартные и нестандартные). Простейшие средства для их создания есть в самом текстовом процессоре.
Изображения растровые объекты. Текстовый процессор не имеет средств для их создания, поэтому они вставляются как внешние объекты из файла, подготовленного другими средствами (графическим редактором, с помощью сканера, цифровой камеры, графического планшета).
Рисунки всегда внедрены в документ их можно редактировать непосредственно по месту. Изображения вставляют в документ методом связывания или внедрения. Их редактирование средствами текстового процессора возможно, но только в ограниченных пределах.
Работа с рисунками
Создание и редактирование рисунков. Для работы с векторными рисунками служит панель инструментов Рисование (Вид > Панели инструментов > Рисование). Основным средством этой панели, предназначенным для создания простейших объектов, является раскрывающийся список Автофигуры. В его категориях представлены заготовки для создания линий, прямых и кривых, простейших геометрических фигур, фигурных стрелок и выносных линий, чертежных элементов для блок-схем и функциональных схем и прочего. При создании и редактировании векторных объектов используют следующие приемы и средства.
Создание надписей в поле рисунка. Рисованные объекты могут содержать текстовые элементы, например заголовки, буквенные или цифровые обозначения на схемах и чертежах. В принципе, необходимые надписи можно создать и основными средствами текстового процессора, но в этом случае очень трудно обеспечить точное положение рисунка относительно связанного с ним текста, особенно если текст не окончателен и может далее редактироваться и форматироваться. Для Web-страниц этот метод вообще неприемлем, поскольку они форматируются при каждом просмотре, причем непредсказуемым образом.
Для создания текстовых элементов, присоединенных к автофигурам или рисункам, служит специальное средство Надпись (Вставка > Надпись). Создав автофигуру, рядом создают элемент Надпись. В поле надписи вводят необходимый текст, после чего надпись можно редактировать. Ее размер подгоняют под размер содержащегося в ней текста перетаскиванием маркеров. Прочие свойства надписи задают в диалоговом окне Формат надписи, которое для выделенной надписи открывают командой Формат > Надпись. Элементы управления, представленные на вкладках этого окна, позволяют настроить:
фоновый цвет (если задать параметр Нет заливки, надпись будет лежать на прозрачном фоне);
цвет, тип и толщину обрамляющих линий (если при выборе цвета задать параметр Нет линий, то прочие параметры не имеют смысла);
размеры внутренних полей между текстом и внешней рамкой поля Надпись (назначаются на вкладке Надпись).
Создав объект Надпись, его можно сгруппировать с рисунком, и тогда они будут представлять цельную композицию.
Для автофигур есть особое средство создания текстового оформления текст может размещаться в поле автофигуры. Это выполняют командой Добавить текст в контекстном меню автофигуры. Если текст слишком велик, можно либо изменить размер автофигуры путем перетаскивания ее маркеров, либо изменить формат текста, уменьшив размер шрифта средствами панели Форматирование. Этот прием используют при создании блок-схем и функциональных схем устройств.
Работа с композициями рисунков. Более сложные рисунки создаются путем комбинирования простейших рисунков, то есть являются композициями. В случае, когда готовится композиционный рисунок, следует принимать во внимание не только взаимодействие объектов с окружающим текстом, но и их взаимодействие между собой.
Рис. 11.6. Разгруппированный комплексный объект
1. Несколько простейших объектов группируют в один композиционный объект командой Группировка > Группировать контекстного меню. Для группировки все объекты должны быть предварительно выделены, например щелчками левой кнопки мыши при нажатой клавише SHIFT. Обратная операция Группировка > Разгруппировать позволяет «разобрать» композиционный объект на составляющие.
2. Если объекты, составляющие композицию, перекрывают друг друга, важно иметь средство управления их взаимным положением по оси Z (по нормали к плоскости рисунка).
Рис. 11.7. Управление порядком следования
По умолчанию предполагается, что каждый объект имеет собственный «слой» в рисунке. Объекты, созданные раньше, лежат ниже, а объекты, созданные позже, располагаются на более высоких слоях. Соответственно, при наложении более поздние объекты перекрывают более ранние. Этот порядок можно изменить, изменяя положение выделенного объекта относительно других объектов и относительно основного текста. Средства для этого представлены в пункте Порядок контекстного меню объекта.
Рис. 11.8. Выравнивание «по середине»
Следует обратить внимание на особенность действия команд выравнивания. Так, например, если два объекта выравниваются по нижнему полю, значит, они выравниваются по нижнему полю нижнего объекта. Выравнивание по правому полю это выравнивание по правому полю самого правого объекта из числа выделенных и так далее. Если необходимо выполнить выравнивание относительно полей страницы, следует предварительно установить флажок Действия > Выровнять/распределить > Относительно страницы.
Операция распределения выполняется, только если группа состоит более чем из двух объектов. Между объектами автоматически устанавливаются равные интервалы. При выравнивании по вертикали объекты можно равномерно распределить по горизонтали и, соответственно, наоборот.
Работа с клипартами. Создание достаточно сложных композиций может быть очень трудоемким. В таких случаях используют готовые библиотеки (коллекции) рисунков (клипартов), в том числе и тематических. Такие библиотеки распространяются на отдельных компакт-дисках, их можно найти в Интернете, но базовая, простейшая коллекция, может быть установлена вместе с текстовым процессором она входит в комплект поставки пакета Microsoft Office.
Для вставки клипартов используют команду Вставка > Рисунок > Картинки. Соответствующая кнопка имеется и на панели инструментов Рисование. Открывающееся при этом диалоговое окно называется Вставка картинки. Это название достаточно условное, поскольку клипарт понятие расширенное. К клипартам относят не только графические объекты, но и звуковые клипы и видеоклипы их тоже можно вставить в документ средствами данного диалогового окна.
Графические клипарты сосредоточены на вкладке Рисунки. Они классифицированы по категориям (рис. 11.9). Разыскав нужный клипарт, достаточно выделить его и вставить в документ щелчком на кнопке Вставить клип.
При работе с клипартами следует иметь в виду, что подобрать именно тот клипарт, который наилучшим образом соответствует характеру документа, можно далеко не всегда. Поэтому клипарты следует рассматривать не как готовые средства оформления, а как заготовки для их создания. Клипарты это композиционные объекты. Их можно «разбирать» на составляющие, редактировать их элементы по отдельности, создавать композиции из объектов, взятых из разных клипартов. Все это выполняется путем редактирования клипартов, вставленных в документ.
Обычный порядок редактирования клипартов следующий:
клипарт выделяют щелчком левой кнопки мыши;
открывают его контекстное меню щелчком правой кнопки;
в контекстном меню выбирают команду Изменить рисунок он открывается в отдельном окне редактирования;
в этом окне работают с отдельными объектами, составляющими рисунок.
Рис. 11.9. Выбор категории клипартов
При работе с объектами клипарта используют команды разгрушшровки и изменения порядка. Если из сложной композиции надо выделить один составляющий объект, то простейший прием состоит не в том, чтобы выделить все элементы, которые в него входят, а в том, чтобы удалить те, которые в него не входят. После каждого из удалений можно подавать отменяющую команду CTRL+Z, проверяя, что изменилось в составе рисунка. Если изменения желательны, их восстанавливают командой CTRL+Y, а если нет переходят к выбору и удалению других элементов.
Комбинирование объектов, принадлежащих разным клипартам, выполняют путем копирования через буфер обмена Windows (CTRL+C и CTRL+V). При создании новых объектов из готовых клипартов часто приходится изменять размер итогового рисунка. Простейший способ для этого воспользоваться кнопкой Восстановить границы рисунка на панели инструментов Изменение рисунка. Более правильное название этой кнопки Подогнать поля, поскольку при этой операции происходит подгонка границ рисунка по размеру содержимого.
Специальные средства оформления. Эти средства оформления представлены кнопками на панели инструментов Рисование. Они позволяют:
управлять цветом заливки, цветом контура и цветом текста;
управлять толщиной сплошных линий и параметрами штриха для штриховых
линий;
преобразовывать линии в стрелки и управлять формой их концов;
создавать теневые эффекты;
создавать трехмерные эффекты.
Для каждой из указанных кнопок открывается палитра, позволяющая настроить результат действия эффекта. Если к объекту применен теневой или трехмерный эффект, то редактировать результат этого эффекта непосредственно в поле документа нельзя, поскольку в отличие от контуров плоских объектов контуры трехмерных эффектов не являются объектами и не имеют управляющих маркеров. Поэтому для объектов, имеющих теневое или трехмерное оформление, используют иные приемы редактирования:
выделяют объект в поле документа;
используют кнопку Тень или Объем на панели инструментов Рисование;
в открывшейся палитре выбирают элемент управления Настройка тени или Настройка объема;
при этом открывается одноименная панель инструментов, посредством которых и редактируют специальные объекты.
Работа с изображениями
Под изображениями понимаются растровые графические объекты, исполненные посторонними программными средствами или полученные из внешнего источника. Они вставляются в документ методом связывания или внедрения. Общая команда для вставки таких объектов Вставка > Рисунок > Из файла. По этой команде открывается стандартное диалоговое окно Добавить рисунок, в котором и производится выбор файла, содержащего изображение.
Выбор метода вставки. В текстовом процессоре Microsoft Word 2000 избранный рисунок можно вставить в документ тремя способами: внедрением, связыванием и внедрением со связыванием.
Выбор метода вставки выполняют в диалоговом окне Добавить рисунок. В его правом нижнем углу есть раскрывающийся список, в котором следует выбрать один метод из трех возможных.
Изменение метода вставки. Если в качестве метода вставки было избрано внедрение, то ничего изменить уже нельзя. Пользователь документа, в который внедрено изображение, естественным образом лишен доступа к оригиналу. Если же при вставке был использован один из двух методов, подразумевающих связь с оригиналом, то метод изменить можно.
При выделении объекта, имеющего связь с оригиналом, в меню Правка активизируется пункт Связи, открывающий диалоговое окно Связи, представленное на рис. 11.10.
Рис. 11.10. Диалоговое окно Связи
Элементы управления этого диалогового окна позволяют:
• обновить связь (если оригинал изменился);
• разорвать связь (и перейти к хранению объекта в документе);
сменить источник (установить связь с другим объектом или с тем же объектом,
но хранящимся в другом месте);
перейти к методу одновременного внедрения и связывания путем установки флажка Хранить в документе.
Взаимодействие изображения с текстом. Основная часть инструментов для настройки свойств изображений в текстовом документе сосредоточена на панели инструментов Настройка изображения (Вид > Панели инструментов > Настройка изображения).
По способу взаимодействия с текстом выделяют два основных типа изображений: внедренные в строку (inline) и свободные (floating). Изображения первого типа можно условно рассматривать как отдельные символы: при движении текста в процессе редактирования изображение перемещается вместе с ним и остается в том месте текста, куда его поместили. Положение свободного изображения на странице не связано с позицией ввода. Изображение взаимодействует с текстом посредством обтекания.
Для управления методом взаимодействия изображения с текстом служит вкладка Положение в диалоговом окне Формат рисунка, которое открывают командой Формат > Рисунок или кнопкой Формат рисунка на панели инструментов Настройка изображения. Элемент управления В тексте обеспечивает внедрение изображения в текстовую строку. Прочие элементы служат для выбора одного из методов обтекания. Если изображение вставлено в документ как свободное, дополнительные средства настройки обтекания можно получить из меню, которое открывается кнопкой Обтекание текстом на панели инструментов Настройка изображения. В частности, здесь присутствует пункт Изменить контур обтекания, который позволяет создавать интересные варианты обтекания изображения по криволинейному контуру.
Приемы редактирования изображения. В текстовом процессоре Microsoft Word 2000 имеются два средства редактирования встроенного растрового изображения. Первое средство внутреннее, а второе внешнее, подключаемое при установке процессора. Внутреннее средство представлено элементами управления панели инструментов Настройка изображения (Вид > Панели инструментов (Настройка изображения). Внешним средством редактирования изображений является редактор Microsoft Photo Editor 3.0. Он должен быть подключен при установке Microsoft Word 2000 точно так же, как редактор формул Microsoft Equation 3.0 и редактор диаграмм и графиков Microsoft Chart 2000.
Внутреннее средство редактирования изображений имеет относительно малые возможности, и, если говорить строго, его не вполне корректно считать средством редактирования изображений. При его использовании оригинал изображения не меняется, а меняется только способ его отображения в документе. Фактически здесь редактируется не изображение, а фильтр, управляющий тем, как оно выглядит в документе. На панели инструментов Настройка изображения средства настройки изображения представлены следующими кнопками:
Увеличить контрастность;
Уменьшить контрастность;
Увеличить яркость;
Уменьшить яркость;
Обрезка;
Установить прозрачный цвет.
Функция установки прозрачного цвета имеет особое значение для создания Web-страниц. Она позволяет назначить один (любой) из цветов изображения в качестве «прозрачного». При размещении такого графического объекта поверх других объектов (это выполняется настройкой метода обтекания) все объекты нижележащего слоя видны через те участки верхнего изображения, которые имеют цвет, назначенный прозрачным. Разумеется, изображения, используемые для такого представления, надо готовить особо. Они должны иметь большие участки, окрашенные однородным фоновым цветом. Для этого изображение либо предварительно обрабатывают в графическом редакторе, либо сразу снимают цифровой фотокамерой на однородном фоне (как правило синего цвета).
Внешнее средство редактирования изображений (редактор Microsoft Photo Editor 3.0) рассчитано на изменение файла оригинала и потому применимо только к изображениям, внедренным в документ, но не связанным. Более того, вставку изображения в документ в этом случае надо выполнять не как обычно (Вставка > Рисунок > Из файла), а другим способом Вставка > Объект > Microsoft Photo Editor 3.0 Photo. При этом открывается окно создания нового изображения New (Создать), в котором следует включить переключатель Open an Existing Picture (Открыть существующее изображение).
Заранее подготовленное изображение открывается из файла и может редактироваться средствами редактора Microsoft Photo Editor 3.0. По окончании редактирования окно редактора закрывают, и изображение автоматически встраивается в текстовый документ. Если в дальнейшем потребуется продолжить его редактирование, то при двойном щелчке на объекте изображение откроется непосредственно в редакторе Microsoft Photo Editor 3.0.
Упражнение 11.1. Создание сложных таблиц методом рисования
На рис. 11.11 представлен фрагмент технологической карты механической обработки детали. По своей сути технологическая карта является табличной формой сложной структуры. В данном упражнении мы рассмотрим процесс ее создания средствами текстового процессора Microsoft Word.
Откройте панель инструментов Таблицы и границы (Вид > Панели инструментов >Таблицы и границы).
Методом протягивания нарисуйте с его помощью прямоугольник, ширина которого равна ширине полосы набора. Высота прямоугольника может быть произвольной его можно будет растянуть или сжать впоследствии. Для этого достаточно навести указатель мыши на нижнюю границу рамки и, когда указатель сменит форму, переместить рамку методом перетаскивания.
Переход |
Содержание перехода |
Инструмент (код и наименование) |
Режим обработки |
То |
Тв |
||||||
вспомогательный |
режущий |
измерительный |
Т |
i |
S |
п |
V |
||||
А |
|||||||||||
1 |
|||||||||||
2 |
|||||||||||
3 |
Рис. 11.11. Фрагмент технологической карты механической
обработки детали
Полученный прямоугольник представляет собой внешнюю границу таблицы. Для прочих границ она будет опорной, то есть, они должны начинаться и заканчиваться на опорной границе.
7. Проведите пять вертикальных линий. Это внутренние границы. Они опираются на внешние границы. Для горизонтальных границ, которые будут на них опираться, они будут выполнять функции опорных. На ширину столбцов не обращайте внимания ее можно будет изменить впоследствии. Сейчас мы разрабатываем только структуру таблицы.
13. Методом перетаскивания вертикальных границ создайте нужное соотношение между шириной столбцов
.
14. Выделите группы столбцов, которые должны иметь равную ширину. Для этого
установите указатель мыши над верхней рамкой таблицы и в тот момент, когда
он примет форму стрелки, направленной вниз, щелкните левой кнопкой.
15.Выделенные столбцы станут равными по ширине, если щелкнуть на кнопке Выровнять ширину столбцов на панели инструментов Таблицы и границы.
Мы научились создавать таблицы сложной структуры методом «рисования» и использовать автоматические средства управления шириной столбцов, высотой ячеек и их выравниванием.
Упражнение 11.2. Создание диаграмм на основе таблиц
Ниже представлена таблица с итогами испытания на износ образцов легированных сталей при трении скольжения под нагрузкой в условиях недостаточной смазки. Замеры величины износа образца производились восемь раз через каждые пятнадцать минут.
Пара трения |
Износ верхнего образца, мг |
|||||||
15 мин |
30 мин |
45 мин |
60 мин |
75 мин |
90 мин |
105 мин |
120 мин |
|
40X13/95X18 |
11,2 |
7,6 |
4,2 |
1,8 |
1,1 |
1,2 |
1,1 |
1,2 |
40Х13/40ХН |
17,4 |
12,5 |
9,5 |
7,4 |
5,3 |
4,8 |
4,5 |
4,4 |
40ХН/95Х18 |
12,1 |
6,4 |
3,1 |
2,2 |
1,7 |
1,6 |
1,6 |
1,6 |
В этом упражнении мы построим диаграмму на базе данной таблицы.
9. Вставьте базовую диаграмму командой Вставка > Объект > Диаграмма Microsoft Graph 2000. Рядом с диаграммой развернется ее базовая таблица.
В этом упражнении мы освоили один из двух основных методов создания диаграмм метод, основанный на использовании базовой таблицы, содержащейся в документе.
Упражнение 11.3. Изучение эффективных приемов работы с графическими объектами
10. Перемещая оба изображения, добейтесь их положения рядом, с выравниванием по верхнему краю.
Мы освоили два основных приема вставки изображения в текст с внедрением в строку и со свободным размещением. Мы убедились, что использование клавиш CTRL и ALT при работе с изображениями в документе открывает дополнительные возможности оформления.
Упражнение 11.4. Создание графических заголовков
Для создания художественных графических надписей, например заголовков, текстовый процессор Microsoft Word 2000 имеет специальное программное средство WordArt. Доступ к нему осуществляется двумя способами: либо через панель инструментов WordArt (Вид > Панели инструментов > WordArt), либо с помощью кнопки Добавить объект WordArt на панели инструментов Рисование.
Графические объекты, вставленные в текстовый документ средством WordArt, могут распечатываться вместе с документом на выводном печатающем устройстве, могут отображаться в составе электронного документа, распространяемого в формате Microsoft Word, и могут отображаться на Web-страницах. Однако при экспорте документа в форматы других программ, предназначенных для обработки документов, объекты WordArt не всегда воспроизводятся правильно, то есть при создании документов, в которых содержание играет более высокую роль, чем оформление, использовать художественные заголовки, выполненные средствами WordArt, не рекомендуется.
10. Дальнейшее управление формой и расположением созданного объекта выполняют элементами управления панели инструментов WordArt. Проверьте, как протекают следующие операции (после каждой команды возвращайтесь к исходному состоянию комбинацией CTRL+Z):
изменение содержания надписи (Изменить текст);
изменение стиля оформления (Коллекция WordArt);
изменение характера взаимодействия с основным текстом (Формат объекта WordArt > Положение);
изменение формы надписи (Форма WordArt);
вращение надписи за один из угловых маркеров (Свободное вращение);
выравнивание букв надписи по высоте (Выровнять буквы WordArt по высоте);
расположение текста надписи по вертикали (Вертикальный текст WordArt);
управление интервалом между символами (Межсимвольный интервал
WordArt).
11. Закончив эксперименты, создайте заголовок по своему вкусу и сохраните документ Word в папке \Мои документы.
Мы научились создавать художественные заголовки, внедрять их в документы и редактировать «по месту». В то же время мы узнали, что для документов, передаваемых на последующую обработку, пользоваться этим средством не рекомендуется.
Для представления данных в удобном виде используют таблицы. Компьютер позволяет представлять их в электронной форме, а это дает возможность не только отображать, но и обрабатывать данные. Класс программ, используемых для этой цели, называется электронными таблицами.
Особенность электронных таблиц заключается в возможности применения формул для описания связи между значениями различных ячеек. Расчет по заданным формулам выполняется автоматически. Изменение содержимого какой-либо ячейки приводит к пересчету значений всех ячеек, которые с ней связаны формульными отношениями и, тем самым, к обновлению всей таблицы в соответствии с изменившимися данными.
Рис. 12.1. При изменении содержания одной из ячеек таблицы все
формулы пересчитываются и значения в ячейках, которые прямо
или косвенно зависят от измененных, автоматически обновляются
Применение электронных таблиц упрощает работу с данными и позволяет получать результаты без проведения расчетов вручную или специального программирования. Наиболее широкое применение электронные таблицы нашли в экономических и бухгалтерских расчетах, но и в научно-технических задачах электронные таблицы можно использовать эффективно, например для:
проведения однотипных расчетов над большими наборами данных;
автоматизации итоговых вычислений;
решения задач путем подбора значений параметров, табулирования формул;
обработки результатов экспериментов;
проведения поиска оптимальных значений параметров;
подготовки табличных документов;
построения диаграмм и графиков по имеющимся данным.
Одним из наиболее распространенных средств работы с документами, имеющими табличную структуру, является программа Microsoft Excel.
Программа Microsoft Excel предназначена для работы с таблицами данных, преимущественно числовых. 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.
Основные понятия электронных таблиц
Документ Excel называется рабочей книгой. Рабочая книга представляет собой набор рабочих листов, каждый из которых имеет табличную структуру и может содержать одну или несколько таблиц. В окне документа в программе Excel отображается только текущий рабочий лист, с которым и ведется работа (рис.12.2). Каждый рабочий лист имеет название, которое отображается на. ярлычке листа, отображаемом в его нижней части. С помощью ярлычков можно переключаться к другим рабочим листам, входящим в ту же самую рабочую книгу. Чтобы переименовать рабочий лист, надо дважды щелкнуть на его ярлычке.
Рабочий лист состоит из строк и столбцов. Столбцы озаглавлены прописными латинскими буквами и, далее, двухбуквенными комбинациями. Всего рабочий лист может содержать до 256 столбцов, пронумерованных от А до IV. Строки последовательно нумеруются цифрами, от 1 до 65 536 (максимально допустимый номер строки).
Ячейки и их адресация. На пересечении столбцов и строк образуются ячейки таблицы. Они являются минимальными элементами для хранения данных. Обозначение отдельной ячейки сочетает в себе номера столбца и строки (в этом порядке), на пересечении которых она расположена, например: А1 или DE234. Обозначение ячейки (ее номер) выполняет функции ее адреса. Адреса ячеек используются при записи формул, определяющих взаимосвязь между значениями, расположенными в разных ячейках.
Одна из ячеек всегда является активной и выделяется рамкой активной ячейки. Эта рамка в программе Excel играет роль курсора. Операции ввода и редактирования всегда производятся в активной ячейке. Переместить рамку активной ячейки можно с помощью курсорных клавиш или указателя мыши.
Рис. 12.2. Рабочий лист электронной таблицы Excel
Диапазон ячеек. На данные, расположенные в соседних ячейках, можно ссылаться в формулах, как на единое целое. Такую группу ячеек называют диапазоном. Наиболее часто используют прямоугольные диапазоны, образующиеся на пересечении группы последовательно идущих строк и группы последовательно идущих столбцов. Диапазон ячеек обозначают, указывая через двоеточие номера ячеек, расположенных в противоположных углах прямоугольника, например: А1; С15.
Если требуется выделить прямоугольный диапазон ячеек, это можно сделать протягиванием указателя от одной угловой ячейки до противоположной по диагонали. Рамка текущей ячейки при этом расширяется, охватывая весь выбранный диапазон. Чтобы выбрать столбец или строку целиком, следует щелкнуть на заголовке столбца (строки). Протягиванием указателя по заголовкам можно выбрать несколько идущих подряд столбцов или строк.
Ввод, редактирование и форматирование данных
Отдельная ячейка может содержать данные, относящиеся к одному из трех типов; текст, число или формула, а также оставаться пустой. Программа Excel при сохранении рабочей книги записывает в файл только прямоугольную область рабочих листов, примыкающую к левому верхнему углу (ячейка А1) и содержащую все заполненные ячейки.
Тип данных, размещаемых в ячейке, определяется автоматически при вводе. Если эти данные можно интерпретировать как число, программа Excel так и делает. В противном случае данные рассматриваются как текст. Ввод формулы всегда начинается с символа «=» (знака равенства).
Ввод текста и чисел. Ввод данных осуществляют непосредственно в текущую ячейку или в строку формул, располагающуюся в верхней части окна программы непосредственно под панелями инструментов (см. рис. 12.2). Место ввода отмечается текстовым курсором. Если начать ввод нажатием алфавитно-цифровых клавиш, данные из текущей ячейки заменяются вводимым текстом. Если щелкнуть на строке формул или дважды на текущей ячейке, старое содержимое ячейки не удаляется и появляется возможность его редактирования. Вводимые данные в любом случае отображаются как в ячейке, так и в строке формул.
Чтобы завершить ввод, сохранив введенные данные, используют кнопку Enter в строке формул или клавишу ENTER. Чтобы отменить внесенные изменения и восстановить прежнее значение ячейки, используют кнопку Отмена в строке формул или клавишу ESC. Для очистки текущей ячейки или выделенного диапазона проще всего использовать клавишу DELETE.
Форматирование содержимого ячеек. Текстовые данные по умолчанию выравниваются по левому краю ячейки, а числа по правому. Чтобы изменить формат отображения данных в текущей ячейке или выбранном диапазоне, используют команду Формат > Ячейки. Вкладки этого диалогового окна позволяют выбирать формат записи данных (количество знаков после запятой, указание денежной единицы, способ записи даты и прочее), задавать направление текста и метод его выравнивания, определять шрифт и начертание символов, управлять отображением и видом рамок, задавать фоновый цвет.
Вычисления в электронных таблицах
Формулы. Вычисления в таблицах программы Excel осуществляются при помощи формул. Формула может содержать числовые константы, ссылки на ячейки и функции Excel, соединенные знаками математических операций. Скобки позволяют изменять стандартный порядок выполнения действий. Если ячейка содержит формулу, то в рабочем листе отображается текущий результат вычисления этой формулы. Если сделать ячейку текущей, то сама формула отображается в строке формул.
Правило использования формул в программе Excel состоит в том, что, если значение ячейки действительно зависит от других ячеек таблицы, всегда следует использовать формулу, даже если операцию легко можно выполнить в «уме». Это гарантирует, что последующее редактирование таблицы не нарушит ее целостности и правильности производимых в ней вычислений.
Ссылки на ячейки. Формула может содержать ссылки, то есть адреса ячеек, содержимое которых используется в вычислениях. Это означает, что результат вычисления формулы зависит от числа, находящегося в другой ячейке. Ячейка, содержащая формулу, таким образом, является зависимой. Значение, отображаемое в ячейке с формулой, пересчитывается при изменении значения ячейки, на которую указывает ссылка.
Ссылку на ячейку можно задать разными способами. Во-первых, адрес ячейки можно ввести вручную. Другой способ состоит в щелчке на нужной ячейке или выборе диапазона, адрес которого требуется ввести. Ячейка или диапазон при этом выделяются пунктирной рамкой.
Все диалоговые окна программы Excel, которые требуют указания номеров или диапазонов ячеек, содержат кнопки, присоединенные к соответствующим полям. При щелчке на такой кнопке диалоговое окно сворачивается до минимально возможного размера, что облегчает выбор нужной ячейки (диапазона) с помощью щелчка или протягивания (рис. 12.3).
Рис. 12.3. Диалоговое окно в развернутом и свернутом виде
Для редактирования формулы следует дважды щелкнуть на соответствующей ячейке. При этом ячейки (диапазоны), от которых зависит значение формулы, выделяются на рабочем листе цветными рамками, а сами ссылки отображаются в ячейке и в строке формул тем же цветом. Это облегчает редактирование и проверку правильности формул.
Абсолютные и относительные ссылки. По умолчанию, ссылки на ячейки в формулах рассматриваются как относительные. Это означает, что при копировании формулы адреса в ссылках автоматически изменяются в соответствии с относительным расположением исходной ячейки и создаваемой копии.
Пусть, например, в ячейке В2 имеется ссылка на ячейку A3. В относительном представлении можно сказать, что ссылка указывает на ячейку, которая располагается на один столбец левее и на одну строку ниже данной. Если формула будет скопирована в другую ячейку, то такое относительное указание ссылки сохранится. Например, при копировании формулы в ячейку ЕА27 ссылка будет продолжать указывать на ячейку, располагающуюся левее и ниже, в данном случае на ячейку DZ28.
При абсолютной адресации адреса ссылок при копировании не изменяются, так что ячейка, на которую указывает ссылка, рассматривается как нетабличная. Для изменения способа адресации при редактировании формулы надо выделить ссылку на ячейку и нажать клавишу F4. Элементы номера ячейки, использующие абсолютную адресацию, предваряются символом $. Например, при последовательных нажатиях клавиши F4 номер ячейки А1 будет записываться как А1, $А$ 1, А$ 1 и $А1. В двух последних случаях один из компонентов номера ячейки рассматривается как абсолютный, а другой как относительный.
Копирование содержимого ячеек
Копирование и перемещение ячеек в программе Excel можно осуществлять методом перетаскивания или через буфер обмена. При работе с небольшим числом ячеек удобно использовать первый метод, при работе с большими диапазонами второй.
Метод перетаскивания. Чтобы методом перетаскивания скопировать или переместить текущую ячейку (выделенный диапазон) вместе с содержимым, следует навести указатель мыши на рамку текущей ячейки (он примет вид стрелки). Теперь ячейку можно перетащить в любое место рабочего листа (точка вставки помечается всплывающей подсказкой).
Для выбора способа выполнения этой операции, а также для более надежного контроля над ней рекомендуется использовать специальное перетаскивание с помощью правой кнопки мыши. В этом случае при отпускании кнопки мыши появляется специальное меню, в котором можно выбрать конкретную выполняемую операцию.
Применение буфера обмена. Передача информации через буфер обмена имеет в програмее Excel определенные особенности, связанные со сложностью контроля над этой операцией. Вначале необходимо выделить копируемый (вырезаемый) диапазон и дать команду на его помещение в буфер обмена: Правка > Копировать или Правка > Вырезать. Вставка данных в рабочий лист возможна лишь немедленно после их помещения в буфер обмена. Попытка выполнить любую другую операцию приводит к отмене начатого процесса копирования или перемещения. Однако утраты данных не происходит, поскольку «вырезанные» данные удаляются из места их исходного размещения только в момент выполнения вставки.
Место вставки определяется путем указания ячейки, соответствующей верхнему левому углу диапазона, помещенного в буфер обмена, или путем выделения диапазона, который по размерам в точности равен копируемому (перемещаемому). Вставка выполняется командой Правка > Вставить. Для управления способом вставки можно использовать команду Правка > Специальная вставка. В этом случае правила вставки данных из буфера обмена задаются в открывшемся диалоговом окне.
Автоматизация ввода
Так как таблицы часто содержат повторяющиеся или однотипные данные, программа Excel содержит средства автоматизации ввода. К числу предоставляемых средств относятся: автозавершение, автозаполнение числами и автозаполнение формулами.
Автозавершение. Для автоматизации ввода текстовых данных используется метод автозавершения. Его применяют при вводе в ячейки одного столбца рабочего листа текстовых строк, среди которых есть повторяющиеся. В ходе ввода текстовых данных в очередную ячейку программа Excel проверяет соответствие введенных символов строкам, имеющемся в этом столбце выше. Если обнаружено однозначное совпадение, введенный текст автоматически дополняется. Нажатие клавиши ENTER подтверждает операцию автозавершения, в противном случае ввод можно продолжать, не обращая внимания на предлагаемый вариант.
Можно прервать работу средства автозавершения, оставив в столбце пустую ячейку. И наоборот, чтобы использовать возможности средства автозавершения, заполненные ячейки должны идти подряд, без промежутков между ними.
Автозаполнение числами. При работе с числами используется метод автозаполнения. В правом нижнем углу рамки текущей ячейки имеется черный квадратик маркер заполнения. При наведении на него указатель мыши (он обычно имеет вид толстого белого креста) приобретает форму тонкого черного крестика. Перетаскивание маркера заполнения рассматривается как операция «размножения» содержимого ячейки в горизонтальном или вертикальном направлении.
Если ячейка содержит число (в том числе дату, денежную сумму), то при перетаскивании маркера происходит копирование ячеек или их заполнение арифметической прогрессией. Для выбора способа автозаполнения следует производить специальное перетаскивание с использованием правой кнопки мыши.
Пусть, например, ячейка А1 содержит число 1. Наведите указатель мыши на маркер заполнения, нажмите правую кнопку мыши, и перетащите маркер заполнения так, чтобы рамка охватила ячейки А1, В1 и С1, и отпустите кнопку мыши. Если теперь выбрать в открывшемся меню пункт Копировать ячейки, все ячейки будут содержать число 1. Если же выбрать пункт Заполнить, то в ячейках окажутся числа 1,2 и 3.
Чтобы точно сформулировать условия заполнения ячеек, следует дать команду Правка > Заполнить > Прогрессия. В открывшемся диалоговом окне Прогрессия выбирается тип прогрессии, величина шага и предельное значение. После щелчка на кнопке ОК программа Excel автоматически заполняет ячейки в соответствии с заданными правилами.
Автозаполнение формулами. Эта операция выполняется так же, как автозаполнение числами. Ее особенность заключается в необходимости копирования ссылок на другие ячейки. В ходе автозаполнения во внимание принимается характер ссылок в формуле: относительные ссылки изменяются в соответствии с относительным расположением копии и оригинала, абсолютные остаются без изменений.
Для примера предположим, что значения в третьем столбце рабочего листа (столбце С) вычисляются как суммы значений в соответствующих ячейках столбцов А и В. Введем в ячейку С1 формулу =А1 +В1. Теперь скопируем эту формулу методом автозаполнения во все ячейки третьего столбца таблицы. Благодаря относительной адресации формула будет правильной для всех ячеек данного столбца.
В таблице 12.1 приведены правила обновления ссылок при автозаполнении вдоль строки или вдоль столбца.
Таблица 12.1.
Правила обновления ссылок при автозаполнении
Ссылка в исходной ячейке |
Ссылка в следующей ячейке |
|
При заполнении вправо |
При заполнении вниз |
|
А1 (относительная) |
В1 |
А2 |
$А1 (абсолютная по столбцу) |
$А1 |
$А2 |
А$1 (абсолютная по строке) |
В$1 |
А$1 |
$А$1 (абсолютная) |
$А$1 |
$А$1 |
Использование стандартных функций
Стандартные функции используются в программе Excel только в формулах. Вызов функции состоит в указании в формуле имени функции, после которого в скобках указывается список параметров. Отдельные параметры разделяются в списке точкой с запятой. В качестве параметра может использоваться число, адрес ячейки или произвольное выражение, для вычисления которого также могут использоваться функции.
Палитра формул. Если начать ввод формулы щелчком на кнопке Изменить формулу в строке формул, под строкой формул появляется палитра формул, обладающая своствами диалогового окна (рис. 12.4). Она содержит значение, которое получится, если немедленно закончить ввод формулы. В левой части строки формул, где раньше располагался номер текущей ячейки, теперь появляется раскрывающийся список функций. Он содержит десять функций, которые использовались последними, а также пункт Другие функции.
Использование мастера функций. При выборе пункта Другие функции запускается Мастер функций, облегчающий выбор нужной функции. В списке Категория выбирается категория, к которой относится функция (если определить категорию затруднительно, используют пункт Полный алфавитный перечень), а в списке Функция конкретная функция данной категории. После щелчка на кнопке ОК имя функции заносится в строку формул вместе со скобками, ограничивающими список параметров. Текстовый курсор устанавливается между этими скобками.
Рис. 12.4. Строка формул и палитра формул
Ввод параметров функции. В ходе ввода параметров функции палитра формул изменяет вид. На ней отображаются поля, предназначенные для ввода параметров. Если название параметра указано полужирным шрифтом, параметр является обязательным и соответствующее поле должно быть заполнено. Параметры, названия которых приводятся обычным шрифтом, можно опускать. В нижней части палитры приводится краткое описание функции, а также назначение изменяемого параметра.
Параметры можно вводить непосредственно в строку формул или в поля палитры формул, а если они являются ссылками выбирать на рабочем листе. Если параметр задан, в палитре формул указывается его значение, а для опущенных параметров значения, принятые по умолчанию. Здесь можно также увидеть значение функции, вычисленное при заданных значениях параметров (см. рис.12.4).
Правила вычисления формул, содержащих функции, не отличаются от правил вычисления более простых формул. Ссылки на ячейки, используемые в качестве параметров функции, также могут быть относительными или абсолютными, что учитывается при копировании формул методом автозаполнения.
Печать документов Excel
Экранное представление электронной таблицы в Excel значительно отличается от того, которое получилось бы при выводе данных на печать. Это связано с тем, что единый рабочий лист приходится разбивать на фрагменты, размер которых определяется форматом печатного листа. Кроме того, элементы оформления рабочего окна программы: номера строк и столбцов, условные границы ячеек обычно не отображаются при печати.
Предварительньй просмотр. Перед печатью рабочего листа следует перейти в режим предварительного просмотра (кнопка Предварительный просмотр на стандартной панели инструментов). Режим предварительного просмотра (рис.12.5) не допускает редактирования документа, но позволяет увидеть его на экране точно в таком виде, в каком он будет напечатан. Кроме того, режим предварительного просмотра позволяет изменить свойства печатной страницы и параметры печати.
Рис. 12.5. Предварительный просмотр документа перед печатью
Управление в режиме предварительного просмотра осуществляется при помощи кнопок, расположенных вдоль верхнего края окна. Кнопка Страница открывает диалоговое окно Параметры страницы, которое служит для задания параметров страницы: ориентации листа, масштаба страницы (изменение масштаба позволяет управлять числом печатных страниц, необходимых для документа), размерами полей документа. Здесь же можно задать верхние и нижние колонтитулы для страницы. На вкладке Лист включается или отключается печать сетки и номеров строк и столбцов, а также выбирается последовательность разбиения на страницы рабочего листа, превосходящего размеры печатной страницы как по длине, так и по ширине.
Изменить величину полей страницы, а также ширину ячеек при печати можно также непосредственно в режиме предварительного просмотра, при помощи кнопки Поля. При щелчке на этой кнопке на странице появляются маркеры, указывающие границы полей страницы и ячеек. Изменить положение этих границ можно методом перетаскивания.
Завершить работу в режиме предварительного просмотра можно тремя способами, в зависимости от того, что планируется делать дальше. Щелчок на кнопке Закрыть позволяет вернуться к редактированию документа. Щелчок на кнопке Разметка страницы служит для возврата к редактированию документа, но в режиме разметки страницы. В этом режиме документ отображается таким образом, чтобы наиболее удобно показать не содержимое ячеек таблицы, а область печати и границы страниц документа. Переключение между режимом разметки и обычным режимом можно также осуществлять через меню Вид (команды Вид > Обычный и Вид > Разметка страницы). Третий способ начать печать документа.
Печать документа. Щелчок на кнопке Печать открывает диалоговое окно Печать, используемое для распечатки документа (его можно открыть и без предварительного просмотра с помощью команды Файл > Печать). Это окно содержит стандартные средства управления, применямые для печати документов в любых приложениях.
Выбор области печати. Область печати эта часть рабочего листа, которая должна быть выведена на печать. По умолчанию область печати совпадает с заполненной частью рабочего листа и представляет собой прямоугольник, примыкающий к верхнему левому углу рабочего листа и захватывающий все заполненные ячейки. Если часть данных не должна выводиться на бумагу, область печати можно задать вручную. Для этого надо выделить ячейки, которые должны быть включены в область печати, и дать команду Файл > Область печати > Задать. Если текущей является одна-единственная ячейка, то программа предполагает, что область печати просто не выделена, и выдает предупреждающее сообщение.
Если область печати задана, то программа отображает в режиме предварительного просмотра и распечатывает только ее. Границы области печати выделяются на рабочем листе крупным пунктиром (сплошной линией в режиме разметки). Для изменения области печати можно задать новую область или при помощи команды Файл > Область печати > Убрать вернуться к параметрам, используемым по умолчанию.
Границы отдельных печатных страниц отображаются на рабочем листе мелким пунктиром. В некоторых случаях требуется, чтобы определенные ячейки располагались вместе на одной и той же печатной странице или, наоборот, разделение печатных страниц происходило в определенном месте рабочего листа. Такая возможность реализуется путем задания границ печатных страниц вручную. Чтобы вставить разрыв страницы, надо сделать текущей ячейку, которая будет располагаться в левом верхнем углу печатной страницы, и дать команду Вставка > Разрыв страницы. Программа Excel вставит принудительные разрывы страницы перед строкой и столбцом, в которых располагается данная ячейка. Если выбранная ячейка находится в первой строке или столбце А, то разрыв страницы задается только по одному направлению.
В научно-технической деятельности программу Excel трудно рассматривать как основной вычислительный инструмент. Однако ее удобно применять в тех случаях, когда требуется быстрая обработка больших объемов данных. Она полезна для выполнения таких операций, как статистическая обработка и анализ данных, решение задач оптимизации, построение диаграмм и графиков. Для такого рода задач применяют как основные средства программы Excel, так и дополнительные (надстройки).
Итоговые вычисления
Итоговые вычисления предполагают получение числовых характеристик, описывающих определенный набор данных в целом. Например, возможно вычисление суммы значений, входящих в набор, среднего значения и других статистических характеристик, количества или доли элементов набора, удовлетворяющих определенных условиям. Проведение итоговых вычислений в программе Excel выполняется при помощи встроенных функций. Особенность использования таких итоговых функций состоит в том, что при их задании программа пытается «угадать», в каких ячейках заключен обрабатываемый набор данных, и задать параметры функции автоматически.
В качестве параметра итоговой функции обычно задается некоторый диапазон ячеек, размер которого определяется автоматически. Выбранный диапазон рассматривается как отдельный параметр («массив»), и в вычислениях используются все ячейки, составляющие его.
Суммирование. Для итоговых вычислений применяют ограниченный набор функций, наиболее типичной из которых является функция суммирования (СУММ). Это единственная функция, для применения которой есть отдельная кнопка на стандартной панели инструментов (кнопка Автосумма). Диапазон суммирования, выбираемый автоматически, включает ячейки с данными, расположенные над текущей ячейкой (предпочтительнее) или слева от нее и образующие непрерывный блок. При неоднозначности выбора используется диапазон, непосредственно примыкающий к текущей ячейке.
Автоматический подбор диапазона не исключает возможности редактирования формулы. Можно переопределить диапазон, который был выбран автоматически, а также задать дополнительные параметры функции.
Функции для итоговых вычислений. Прочие функции для итоговых вычислений выбираются обычным образом, с помощью раскрывающегося списка в строке формул или с использованием мастера функций. Все эти функции относятся к категории Статистические. В их число входят функции ДИСП (вычисляет дисперсию), МАКС (максимальное число в диапазоне), СРЗНАЧ (среднее арифметическое значение чисел диапазона), СЧЕТ (подсчет ячеек с числами в диапазоне) и другие.
Функции, предназначенные для выполнения итоговых вычислений, часто применяют при использовании таблицы Excel в качестве базы данных, а именно на фоне фильтрации записей или при создании сводных таблиц.
Использование надстроек
Надстройки это специальные средства, расширяющие возможности программы Excel. На практике, именно надстройки делают программу Excel удобной для использования в научно-технической работе. Хотя эти средства считаются внешними, дополнительными, доступ к ним осуществляется при помощи обычных команд строки меню (обычно через меню Сервис или Данные). Команда использования настройки обычно открывает специальное диалоговое окно, оформление которого не отличается от стандартных диалоговых окон программы Excel.
Подключить или отключить установленные надстройки можно с помощью команды Сервис > Надстройки (рис. 12.6). Подключение надстроек увеличивает нагрузку на вычислительную систему, поэтому обычно рекомендуют подключать только те надстройки, которые реально используются.
Рис. 12.6. Диалоговое окно для подключения и отключения надстроек
Вот основные надстройки, поставляемые вместе с программой Excel.
Пакет анализа. Обеспечивает дополнительные возможности анализа наборов данных. Выбор конкретного метода анализа осуществляется в диалоговом окне Анализ данных, которое открывается командой Сервис > Анализ данных.
Автосохранение. Эта надстройка обеспечивает режим автоматического сохранения рабочих книг через заданный интервал времени. Настройка режима автосохранения осуществляется с помощью команды Сервис > Автосохранение.
Мастер суммирования. Позволяет автоматизировать создание формул для суммирования данных в столбце таблицы. При этом ячейки могут включаться в сумму только при выполнении определенных условий. Запуск мастера осуществляется с помощью команды Сервис > Мастер » Частичная сумма.
Мастер подстановок. Автоматизирует создание формулы для поиска данных в таблице по названию столбца и строки. Мастер позволяет произвести однократный поиск или предоставляет возможность ручного задания параметров, используемых для поиска. Вызывается командой Сервис > Мастер > Поиск.
Мастер Web-страниц. Надстройка преобразует набор диапазонов рабочего листа, а также диаграммы в Web-документы, написанные на языке HTML. Мастер запускается с помощью команды Файл > Сохранить в формате HTML и позволяет как создать новую Web-страницу, так и внести данные с рабочего листа в уже существующий документ HTML.
Поиск решения. Эта надстройка используется для решения задач оптимизации. Ячейки, для которых подбираются оптимальные значения и задаются ограничения, выбираются в диалоговом окне Поиск решения, которое открывают при помощи команды Сервис > Поиск решения.
Мастер шаблонов для сбора данных. Данная надстройка предназначена для создания шаблонов, которые служат как формы для ввода записей в базу данных. Когда на основе шаблона создается рабочая книга, данные, введенные в нее, автоматически копируются в связанную с шаблоном базу данных. Запуск мастера производится командой Данные > Мастер шаблонов.
Мастер Web-форм. Надстройка предназначена для создания формы, размещаемой на Web-узле. Форма организуется таким образом, что данные, введенные посетителями, автоматически добавляются в базу данных, связанную с формой. Форму Excel для сбора данных надо создать на рабочем листе заранее. Настройка системы сбора данных организуется с использованием мастера, который запускают командой Сервис > Мастер > Форма Web.
Построение диаграмм и графиков
В программе Excel термин диаграмма используется для обозначения всех видов графического представления числовых данных. Построение графического изображения производится на основе ряда данных. Так называют группу ячеек с данными в пределах отдельной строки или столбца. На одной диаграмме можно отображать несколько рядов данных.
Диаграмма представляет собой вставной объект, внедренный на один из листов рабочей книги. Она может располагаться на том же листе, на котором находятся данные, или на любом другом листе (часто для отображения диаграммы отводят отдельный лист). Диаграмма сохраняет связь с данными, на основе которых она построена, и при обновлении этих данных немедленно изменяет свой вид.
Для построения диаграммы обычно используют Мастер диаграмм, запускаемый щелчком на кнопке Мастер диаграмм на стандартной панели инструментов. Часто удобно заранее выделить область, содержащую данные, которые будут отображаться на диаграмме, но задать эту информацию можно и в ходе работы мастера.
Тип диаграммы. На первом этапе работы мастера выбирают форму диаграммы. Доступные формы перечислены в списке Тип на вкладке Стандартные. Для выбранного типа диаграммы справа указывается несколько вариантов представления данных (палитра Вид), из которых следует выбрать наиболее подходящий. На вкладке Нестандартные отображается набор полностью сформированных типов диаграмм с готовым форматированием. После задания формы диаграммы следует щелкнуть на кнопке Далее.
Выбор данных. Второй этап работы мастера служит для выбора данных, по которым будет строиться диаграмма (рис. 12.7). Если диапазон данных был выбран заранее, то в области предварительного просмотра в верхней части окна мастера появится приблизительное отображение будущей диаграммы. Если данные образуют единый прямоугольный диапазон, то их удобно выбирать при помощи вкладки
Рис. 12.7. Выбор данных, отображаемых на диаграмме
Диапазон данных. Если данные не образуют единой группы, то информацию для отрисовки отдельных рядов данных задают на вкладке Ряд. Предварительное представление диаграммы автоматически обновляется при изменении набора отображаемых данных.
Оформление диаграммы. Третий этап работы мастера (после щелчка на кнопке Далее) состоит в выборе оформления диаграммы. На вкладках окна мастера задаются:
название диаграммы, подписи осей (вкладка Заголовки);
отображение и маркировка осей координат (вкладка Оси);
отображение сетки линий, параллельных осям координат (вкладка Линии сетки);
описание построенных графиков (вкладка Легенда);
отображение надписей, соответствующих отдельным элементам данных на графике (вкладка Подписи данных);
представление данных, использованных при построении графика, в виде таблицы (вкладка Таблица данных).
В зависимости от типа диаграммы некоторые из перечисленных вкладок могут отсутствовать,
Размещение диаграммы. На последнем этапе работы мастера (после щелчка на кнопке Далее) указывается, следует ли использовать для размещения диаграммы новый рабочий лист или один из имеющихся. Обычно этот выбор важен только для последующей печати документа, содержащего диаграмму. После щелчка на кнопке Готово диаграмма строится автоматически и вставляется на указанный рабочий лист (рис. 12.8).
Выбранный элемент диаграммы (легенда)
Рис. 12.8. Готовая диаграмма Exel
Редактирование диаграммы. Готовую диаграмму можно изменить. Она состоит из набора отдельных элементов, таких, как сами графики (ряды данных), оси координат, заголовок диаграммы, область построения и прочее. При щелчке на элементе диаграммы он выделяется маркерами, а при наведении на него указателя мыши описывается всплывающей подсказкой. Открыть диалоговое окно для форматирования элемента диаграммы можно через меню Формат (для выделенного элемента) или через контекстное меню (команда Формат). Различные вкладки открывшегося диалогового окна позволяют изменять параметры отображения выбранного элемента данных.
Если требуется внести в диаграмму существенные изменения, следует вновь воспользоваться мастером диаграмм. Для этого следует открыть рабочий лист с диаграммой или выбрать диаграмму, внедренную в рабочий лист с данными. Запустив мастер диаграмм, можно изменить текущие параметры, которые рассматриваются в окнах мастера, как заданные по умолчанию.
Чтобы удалить диаграмму, можно удалить рабочий лист, на котором она расположена (Правка > Удалить лист), или выбрать диаграмму, внедренную в в рабочий лист с данными, и нажать клавишу DELETE.
Упражнение 12.1. Обработка данных
Мы научились вводить текстовые и числовые данные в электронные таблицы Excel. Мы узнали, как производится ввод и вычисление формул. Мы также выяснили, как осуществляется копирование формул методом автозаполнения, и определили, в каких случаях следует использовать относительные и абсолютные ссылки.
Упражнение 12.2. Применение итоговых функций
Мы познакомились с некоторыми итоговыми функциями. Мы научились использовать итоговые функции для вычисления значений, характеризующих набор данных. Мы выяснили, как автоматически определяется диапазон значений, обрабатываемых функцией, и как изменить его вручную.
Упражнение 12.3. Подготовка и форматирование прайс-листа
Мы научились форматировать документ Excel. При этом мы использовали такие средства, как изменение ширины столбцов, объединение ячеек, управление выравниванием текста, создание рамок ячеек. Мы выяснили, что в готовом документе заданные и вычисленные ячейки отображаются одинаково. Мы познакомились с использованием средства предварительного просмотра и произвели печать документа.
Упражнение 12.4. Построение экспериментального графика
10. Установите переключатель Отдельном. По желанию, задайте произвольное имя добавляемого рабочего листа. Щелкните на кнопке Готово.
И. Убедитесь, что диаграмма построена и внедрена в новый рабочий лист. Рассмотрите ее и щелкните на построенной кривой, чтобы выделить ряд данных.
Мы научились строить графики на основе данных, содержащихся на рабочем листе, настраивать формат диаграммы, задавать отображаемые данные и оформлять получающуюся диаграмму. Мы также узнали, как можно изменить формат готовой диаграммы.
Упражнение 12.5. Анализ данных с использованием
метода наименьших квадратов
Задача. Для заданного набора пар значений независимой переменной и функции определить наилучшие линейное приближение в виде прямой с уравнением у = ах + b и показательное приближение в виде линии с уравнением
у = bax .
Функция ЛИНЕЙН возвращает коэффициенты уравнения прямой в виде массива из двух элементов. С помощью функции ИНДЕКС выбирается нужный элемент.
=ИНДЕКС(ЛГРФПРИБЛ(В1:В20;А1:А20);1).
12. Сделайте текущей ячейку D2. Повторите операции, описанные в пп. 3-9, или введите вручную следующую формулу:
=ИНДЕКС(ЛГРФПРИБЛ(В1 :В20;А1 :А20);2).
Теперь ячейки С2 и D2 содержат, соответственно, коэффициенты а и b уравнения наилучшего показательного приближения.
Для интерполяции или экстраполяции оптимальной кривой без явного определения ее параметров можно использовать функции ТЕНДЕНЦИЯ (для линейной зависимости) и РОСТ (для показательной зависимости).
Мы научились анализировать с помощью программы Excel экспериментальные данные с использованием метода наименьших квадратов. Мы применили для вычислений разные средства программы Excel. Мы получили информацию, необходимую для построения графиков нужных приближений.
Упражнение 12.6. Применение таблиц подстановки
Задача. Построить графики функций, коэффициенты которых определены в предыдущем упражнении.
1. Запустите программу Excel (Пуск > Программы > Microsoft Excel) и откройте рабочую книгу book.xls.
Сохраните рабочую книгу book.xls.
Мы научились создавать таблицу подстановки, содержащую значения заданных формул для нужных значений независимой переменной. Мы применили эту возможность программы Excel для построения графиков функций, заданных формулами. Мы также научились редактировать ранее построенную диаграмму, нанося на нее дополнительные графики.
Упражнение 12.7. Решение уравнений средствами
программы Excel
Задача. Найти решение уравнения x3 3x2 + x = -1.
Дайте команду Сервис > Подбор параметра.
В поле Установить в ячейке укажите В1, в поле Значение задайте -1, в поле Измения значение ячейки укажите А1.
Мы научились численно решать с помощью программы Excel ура в нения, содержащие одно неизвестное и задаваемые формулой. Мы выяснили, что при наличии нескольких корней результат решения уравнения зависит от того, какое число было выбрано в качестве начального приближения.
Упражнение 12.8. Решение задач оптимизации
Задача. Завод производит электронные приборы трех видов (прибор А, прибор В и прибор С), используя при сборке микросхемы трех видов (тип 1, тип 2 и тип 3). Расход микросхем задается следующей таблицей:
Прибор А |
Прибор В |
Прибор С |
|
Тип 1 |
2 |
5 |
1 |
Тип 2 |
2 |
0 |
4 |
Тип 3 |
2 |
1 |
1 |
Стоимость изготовленных приборов одинакова.
Ежедневно на склад завода поступает 500 микросхем типа 1 и по 400 микросхем типов 2 и 3. Каково оптимальное соотношение дневного производства приборов различного типа, если производственные мощности завода позволяют использовать запас поступивших микросхем полностью?
Мы узнали, как использовать программу Excel для решения сложных задач оптимизации. Мы научились формулировать условия задачи табличным образом, формировать ограничения, которым должно удовлетворять решение, и производить поиск оптимального набора переменных. Мы также выяснили, что даже для несложной задачи оптимизации найти оптимальное решение подбором практически невозможно.
Базы данных и системы управления базами данных
База данных это организованная структура, предназначенная дляхранения инфор-мащш. Внимательный читатель, знающий из первой главы этого пособия о том, что данные и информация понятия взаимосвязанные, но не тождественные, должен заметить некоторое несоответствие в этом определении. Его причины чисто исторические. В те годы, когда формировалось понятие баз данных, в них действительно хранились только данные. Однако сегодня большинство систем управления базами данных (СУБД) позволяют размещать в своих структурах не только данные, но и методы (то есть программный код), с помощью которых происходит взаимодействие с потребителем или с другими программно-аппаратными комплексами. Таким образом, мы можем говорить, что в современных базах данных хранятся отнюдь не только данные, но и информация.
Это утверждение легко пояснить, если, например, рассмотреть базу данных крупного банка. В ней есть все необходимые сведения о клиентах, об их адресах, кредитной истории, состоянии расчетных счетов, финансовых операциях и т. д. Доступ к этой базе имеется у достаточно большого количества сотрудников банка, но среди них вряд ли найдется такое лицо, которое имеет доступ ко всей базе полностью и при этом способно единолично вносить в нее произвольные изменения. Кроме данных, база содержит методы и средства, позволяющие каждому из сотрудников оперировать только с теми данными, которые входят в его компетенцию. В результате взаимодействия данных, содержащихся в базе, с методами, доступными конкретным сотрудникам, образуется информация, которую они потребляют и на основании которой в пределах собственной компетенции производят ввод и редактирование данных.
С понятием базы данных тесно связано понятие системы управления базой данных. Это комплекс программных средств, предназначенных для создания структуры новой базы, наполнения ее содержимым, редактирования содержимого и визуализации информации. Под визуализацией информации базы понимается отбор отображаемых данных в соответствии с заданным критерием, их упорядочение, оформление и последующая выдача на устройство вывода или передача по каналам связи.
В мире существует множество систем управления базами данных. Несмотря на то что они могут по-разному работать с разными объектами и предоставляют пользователю различные функции и средства, большинство СУБД опираются на единый устоявшийся комплекс основных понятий. Это дает нам возможность рассмотреть одну систему и обобщить ее понятия, приемы и методы на весь класс СУБД. В качестве такого учебного объекта мы выберем СУБД Microsoft Access, входящую в пакет Microsoft Office наряду с рассмотренными ранее пакетами Microsoft Word и Microsoft Excel. В тех случаях, когда конкретные приемы операций зависят от используемой версии программы, мы будем опираться на последнюю версию Microsoft Access 2000, хотя в основном речь будет идти о таких обобщенных понятиях и методах, для которых различия между конкретными версиями программ второстепенны.
Структура простейшей базы данных
Сразу поясним, что если в базе нет никаких данных (пустая база), то это все равно полноценная база данных. Этот факт имеет методическое значение. Хотя данных в базе и нет, но информация в ней все-таки есть это структура базы. Она определяет методы занесения данных и хранения их в базе. Простейший «некомпьютерный» вариант базы данных деловой ежедневник, в котором каждому календарному дню выделено по странице. Даже если в нем не записано ни строки, он не перестает быть ежедневником, поскольку имеет структуру, четко отличающую его от записных книжек, рабочих тетрадей и прочей писчебумажной продукции.
Базы данных могут содержать различные объекты, но, забегая вперед, скажем, что основными объектами любой базы данных являются ее таблицы. Простейшая база данных имеет хотя бы одну таблицу. Соответственно, структура простейшей базы данных тождественно равна структуре ее таблицы.
Рис. 13.1. Простейшая таблица базы данных
Мы знаем, что структуру двумерной таблицы образуют столбцы и строки. Их аналогами в структуре простейшей базы данных являются поля и записи. Если записей в таблице пока нет, значит, ее структура образована только набором полей. Изменив состав полей базовой таблицы (или их свойства), мы изменяем структуру базы данных и, соответственно, получаем новую базу данных.
Свойства полей базы данных
Поля базы данных не просто определяют структуру базы они еще определяют групповые свойства данных, записываемых в ячейки, принадлежащие каждому из полей. Ниже перечислены основные свойства полей таблиц баз данных на примере СУБД Microsoft Access.
• Имя поля определяет, как следует обращаться к данным этого поля при автоматических операциях с базой (по умолчанию имена полей используются в качестве заголовков столбцов таблиц).
• Тип поля определяет тип данных, которые могут содержаться в данном поле.
Размер поля определяет предельную длину (в символах) данных, которые могут размещаться в данном поле.
Формат поля определяет способ форматирования данных в ячейках, принадлежащих полю.
Маска ввода определяет форму, в которой вводятся данные в поле (средство автоматизации ввода данных).
Подпись определяет заголовок столбца таблицы для данного поля (если подпись не указана, то в качестве заголовка столбца используется свойство Имя поля).
Значение по умолчанию то значение, которое вводится в ячейки поля автоматически (средство автоматизации ввода данных).
Условие на значение ограничение, используемое для проверки правильности ввода данных (средство автоматизации ввода, которое используется, как правило, для данных, имеющих числовой тип, денежный тип или тип даты).
Сообщение об ошибке текстовое сообщение, которое выдается автоматически при попытке ввода в поле ошибочных данных (проверка ошибочности выполняется автоматически, если задано свойство Условие на значение).
Обязательное поле свойство, определяющее обязательность заполнения данного поля при наполнении базы;
Пустые строки свойство, разрешающее ввод пустых строковых данных (от свойства Обязательное поле отличается тем, что относится не ко всем типам данных, а лишь к некоторым, например к текстовым).
Индексированное поле если поле обладает этим свойством, все операции, связанные с поиском или сортировкой записей по значению, хранящемуся в данном поле, существенно ускоряются. Кроме того, для индексированных полей можно сделать так, что значения в записях будут проверяться по этому полю на наличие повторов, что позволяет автоматически исключить дублирование данных.
Здесь мы должны обратить особое внимание читателя на то, что поскольку в разных полях могут содержаться данные разного типа, то и свойства у полей могут различаться в зависимости от типа данных. Так, например, список вышеуказанных свойств полей относится в основном к полям текстового типа. Поля других типов могут иметь или не иметь эти свойства, но могут добавлять к ним и свои. Например для данных, представляющих действительные числа, важным свойством является количество знаков после десятичной запятой. С другой стороны, для полей, используемых для хранения рисунков, звукозаписей, видеоклипов и других объектов OLE, большинство вышеуказанных свойств не имеют смысла.
Типы данных
С основными типами данных мы уже знакомы. Так, например, при изучении электронных таблиц Microsoft Excel мы видели, что они работают с тремя типами данных: текстами, числами и формулами. Таблицы баз данных, как правило, допускают работу с гораздо большим количеством разных типов данных. Так, например, базы данных Microsoft Access работают со следующими типами данных (рис. 13.2).
Рис. 13.2. Таблица с полями некоторых типов
Текстовый тип данных, используемый для хранения обычного неформатированного текста ограниченного размера (до 255 символов).
Поле Мемо специальный тип данных для хранения больших объемов текста (до 65 535 символов). Физически текст не хранится в поле. Он хранится в другом месте базы данных, а в поле хранится указатель на него, но для пользователя такое разделение заметно не всегда.
Числовой тип данных для хранения действительных чисел.
Дата/время тип данных для хранения календарных дат и текущего времени.
Денежный тип данных для хранения денежных сумм. Теоретически, для их записи можно было бы пользоваться и полями числового типа, но для денежных сумм есть некоторые особенности (например, связанные с правилами округления), которые делают более удобным использование специального типа данных, а не настройку числового типа.
Счетчик специальный тип данных для уникальных (не повторяющихся в поле) натуральных чисел с автоматическим наращиванием. Естественное использование для порядковой нумерации записей.
Логический тип для хранения логических данных (могут принимать только два значения, например Да или Нет).
Поле объекта OLE специальный тип данных, предназначенный для хранения объектов OLE, например мультимедийных. Реально, конечно, такие объекты в таблице не хранятся. Как и в случае полей MEMO, они хранятся в другом месте внутренней структуры файла базы данных, а в таблице хранятся только указатели на них (иначе работа с таблицами была бы чрезвычайно замедленной).
Гиперссылка специальное поле для хранения адресов URL Web-объектов Интернета. При щелчке на ссылке автоматически происходит запуск броузера и воспроизведение объекта в его окне.
Мастер подстановок это не специальный тип данных. Это объект, настройкой которого можно автоматизировать ввод в данных поле так, чтобы не вводить их вручную, а выбирать из раскрывающегося списка.
Безопасность баз данных
Базы данных это тоже файлы, но работа с ними отличается от работы с файлами других типов, создаваемых прочими приложениями. Выше мы видели, что всю работу по обслуживанию файловой структуры берет на себя операционная система. Для баз данных предъявляются особые требования с точки зрения безопасности, поэтому в них реализован другой подход к сохранению данных.
При работе с обычными приложениями для сохранения данных мы выдаем соответствующую команду, задаем имя файла и доверяемся операционной системе. Если мы закроем файл, не сохранив его, то вся работа по созданию или редактированию файла пропадет безвозвратно.
Базы данных это особые структуры. Информация, которая в них содержится, очень часто имеет общественную ценность. Нередко с одной и той же базой (например, с базой регистрации автомобилей в ГИБДД) работают тысячи людей по всей стране. От информации, которая содержится в некоторых базах, может зависеть благополучие множества людей. Поэтому целостность содержимого базы не может и не должна зависеть ни от конкретных действий некоего пользователя, забывшего сохранить файл перед выключением компьютера, ни от перебоев в электросети.
Проблема безопасности баз данных решается тем, что в СУБД для сохранения информации используется двойной подход. В части операций, как обычно, участвует операционная система компьютера, но некоторые операции сохранения происходят в обход операционной системы.
Операции изменения структуры базы данных, создания новых таблиц или иных объектов происходят при сохранении файла базы данных. Об этих операциях СУБД предупреждает пользователя. Это, так сказать, глобальные операции. Их никогда не проводят с базой данных, находящейся в коммерческой эксплуатации, только с ее копией. В этом случае любые сбои в работе вычислительных систем не страшны.
С другой стороны, операции по изменению содержания данных, не затрагивающие структуру базы, максимально автоматизированы и выполняются без предупреждения. Если работая с таблицей данных мы что-то в ней меняем в составе данных, то изменения сохраняются немедленно и автоматически.
Обычно, решив отказаться от изменений в документе, его просто закрывают без сохранения и вновь открывают предыдущую копию. Этот прием работает почти во всех приложениях, но только не в СУБД. Все изменения, вносимые в таблицы базы, сохраняются на диске без нашего ведома, поэтому попытка закрыть базу «без сохранения» ничего не даст, так как все уже сохранено. Таким образом, редактируя таблицы баз данных, создавая новые записи и удаляя старые, мы как бы работаем с жестким диском напрямую, минуя операционную систему.
По указанным выше причинам нельзя заниматься учебными экспериментами на базах данных, находящихся в эксплуатации. Для этого следует создавать специальные учебные базы или выполнять копии структуры реальных баз (без фактического наполнения данными).
Режимы работы с базами данных
Обычно с базами данных работают две категории исполнителей. Первая категория проектировщики. Их задача состоит в разработке структуры таблиц базы данных и согласовании ее с заказчиком. Кроме таблиц проектировщики разрабатывают и другие объекты базы данных, предназначенные, с одной стороны, для автоматизации работы с базой, а с другой стороны для ограничения функциональных возможностей работы с базой (если это необходимо из соображений безопасности). Проектировщики не наполняют базу конкретными данными (заказчик может считать их конфиденциальными и не предоставлять посторонним лицам). Исключение составляет экспериментальное наполнение модельными данными на этапе отладки объектов базы.
Вторая категория исполнителей, работающих с базами данных, пользователи. Они получают исходную базу данных от проектировщиков и занимаются ее наполнением и обслуживанием. В общем случае пользователи не имеют средств доступа к управлению структурой базы только к данным, да и то не ко всем, а к тем, работа с которыми предусмотрена на конкретном рабочем месте.
Соответственно, система управления базами данных имеет два режима работы: проектировочный и пользовательский. Первый режим предназначен для создания или изменения структуры базы и создания ее объектов. Во втором режиме происходит использование ранее подготовленных объектов для наполнения базы или получения данных из нее.
Объекты базы данных
Мы уже упомянули о том, что кроме таблиц база данных может содержать и другие типы объектов. Привести полную классификацию возможных объектов баз данных затруднительно, поскольку каждая система управления базами данных может реализовать свои типы объектов. Однако основные типы объектов мы можем рассмотреть на примере СУБД Microsoft Access. В версии Microsoft Access 2000 эта СУБД позволяет создавать и использовать объекты семи различных типов.
Таблицы. Как мы уже говорили, это основные объекты любой базы данных. Во-первых, в таблицах хранятся все данные, имеющиеся в базе, а во-вторых, таблицы хранят и структуру базы (поля, их типы и свойства).
Запросы. Эти объекты служат для извлечения данных из таблиц и предоставления их пользователю в удобном виде. С помощью запросов выполняют такие операции как отбор данных, их сортировку и фильтрацию. С помощью запросов можно выполнять преобразование данных по заданному алгоритму, создавать новые таблицы, выполнять автоматическое наполнение таблиц данными, импортированными из других источников, выполнять простейшие вычисления в таблицах и многое другое.
Начинающие пользователи не сразу понимают роль запросов, поскольку все те же операции можно делать и с таблицами. Да, действительно, это так, но есть соображения удобства (в первую очередь быстродействия) и соображения безопасности.
Из соображений безопасности, чем меньше доступа к базовым таблицам имеют конечные пользователи, тем лучше. Во-первых, снижается риск того, что неумелыми действиями они повредят данные в таблицах. Во-вторых, предоставив разным пользователям разные запросы, можно эффективно разграничить их доступ к данным в строгом соответствии с кругом персональных обязанностей. В банках, например, одни сотрудники имеют доступ к таблицам данных о клиентах, другие к их расчетным счетам, третьи к таблицам активов банка. Если и есть специальные службы, имеющие доступ ко всем информационным ресурсам банка (с целью контроля и анализа), то они лишены средств для внесения изменений все сделано так, чтобы один человек не мог совершить фиктивную операцию, независимо от того, какую должность он занимает. В базе данных, имеющей правильно организованную структуру, для совершения противоправных действий необходим сговор нескольких участников, а такие действия пресекаются не программными, а традиционными средствами обеспечения безопасности.
Особенность запросов состоит в том, что они черпают данные из базовых таблиц и создают на их основе временную результирующую таблицу. Если хотят подчеркнуть факт «временности» этой таблицы, то ее еще называют моментальным снимком. Когда мы работаем с основными таблицами базы, мы физически имеем дело с жестким диском, то есть с очень медленным устройством (напомним, что это связано с особенностью сохранения данных, описанной выше). Когда же на основании запроса мы получаем результирующую таблицу, то имеем дело с электронной таблицей, не имеющей аналога на жестком диске, это только образ отобранных полей и записей. Разумеется, работа с «образом» происходит гораздо быстрее и эффективнее это еще одно основание для того, чтобы широко использовать запросы.
Когда в главе 1 мы обсуждали основные структуры данных, то отметили, что недостатком упорядоченных табличных структур является сложность их обновления, поскольку при внесении новых записей нарушается упорядоченность приходится переделывать всю таблицу. В системах управления базами данных и эта проблема решается благодаря запросам.
Основной принцип состоит в том, что от базовых таблиц никакой упорядоченности не требуется. Все записи в основные таблицы вносятся только в естественном порядке по мере их поступления, то есть в неупорядоченном виде. Если же пользователю надо видеть данные, отсортированные или отфильтрованные по тому или иному принципу, он просто использует соответствующий запрос (рис. 13.3). Если нужного запроса нет, он обращается к проектировщику и просит его такой запрос сделать и предоставить.
Рис. 13.3. Два запроса, сформированные на основе одной таблицы
Формы. Если запросы это специальные средства для отбора и анализа данных, то формы это средства для ввода данных. Смысл их тот же предоставить пользователю средства для заполнения только тех полей, которые ему заполнять положено. Одновременно с этим в форме можно разместить специальные элементы управления (счетчики, раскрывающиеся списки, переключатели, флажки и прочие) для автоматизации ввода. Преимущества форм раскрываются особенно наглядно, когда происходит ввод данных с заполненных бланков. В этом случае форму делают графическими средствами так, чтобы она повторяла оформление бланка это заметно упрощает работу наборщика, снижает его утомление и предотвращает появление печатных ошибок. На сопроводительном рисунке приведен пример простейшей формы для ввода данных.
С помощью форм данные можно не только вводить, но и отображать. Запросы тоже отображают данные, но делают это в виде результирующей таблицы, не имеющей почти никаких средств оформления. При выводе данных с помощью форм можно применять специальные средства оформления (рис. 13.4).
Рис. 13.4. Форма для оформленного вывода данных
Отчеты. По своим свойствам и структуре отчеты во многом похожи на формы, но предназначены только для вывода данных, причем для вывода не на экран, а на печатающее устройство (принтер). В связи с этим отчеты отличаются тем, что в них приняты специальные меры для группирования выводимых данных и для вывода специальных элементов оформления, характерных для печатных документов (верхний и нижний колонтитулы, номера страниц, служебная информация о времени создания отчета и т. п.) (рис. 13.5).
Рис. 13.5. Пример простейшего отчета
Страницы. Это специальные объекты баз данных, реализованные в последней версии СУБД Microsoft Access (Access 2000). Правда, более корректно их называть страницами доступа к данным. Физически это особый объект, выполненный в коде HTML, размещаемый на Web-странице и передаваемый клиенту вместе с ней. Сам по себе этот объект не является базой данных, но содержит компоненты, через которые осуществляется связь переданной Web-страницы с базой данных, остающейся на сервере. Пользуясь этими компонентами, посетитель Web-узла может просматривать записи базы в полях страницы доступа (рис. 13.6). Таким образом, страницы доступа к данным осуществляют интерфейс между клиентом, сервером и базой данных, размещенной на сервере. Эта база данных не обязательно должна быть базой данных Microsoft Access. Страницы доступа, созданные средствами Microsoft Access, позволяют работать также с базами данных Microsoft SQL Server.
Рис. 13.6. Пример простейшей страницы доступа
Макросы и модули. Эти категории объектов предназначены как для автоматизации повторяющихся операций при работе с системой управления базами данных, так и для создания новых функций путем программирования. В СУБД Microsoft Access макросы состоят из последовательности внутренних команд СУБД и являются одним из средств автоматизации работы с базой. Модули создаются средствами внешнего языка программирования, в данном случае языка Visual Basic for Applications. Это одно из средств, с помощью которых разработчик базы может заложить в нее нестандартные функциональные возможности, удовлетворить специфические требования заказчика, повысить быстродействие системы управления, а также уровень ее защищенности.
Проектирование базы данных
Мы лишь рассмотрели основные понятия баз данных и еще не знакомы ни с одной системой управления базами данных, но, тем не менее, поднимаем вопрос о проектировании базы. Это не случайно. Методически правильно начинать работу с карандашом и листом бумаги в руках, не используя компьютер. На данном этапе он просто не нужен. Неоптимальные решения и прямые ошибки, заложенные на этапе проектирования, впоследствии очень трудно устраняются, поэтому этот этап является основополагающим.
Разработка технического задания. Техническое задание на проектирование базы данных должен предоставить заказчик. Однако для этого он должен владеть соответствующей терминологией и знать, хотя бы в общих чертах, технические возможности основных систем управления базами данных. К сожалению, на практике такое положение встречается не всегда. Поэтому обычно используют следующие подходы:
• демонстрируют заказчику работу аналогичной базы данных, после чего согласовывают спецификацию отличий;
• если аналога нет, выясняют круг задач и потребностей заказчика, после чего помогают ему подготовить техническое задание.
При подготовке технического задания составляют:
• список исходных данных, с которыми работает заказчик;
• список выходных данных, которые необходимы заказчику для управления структурой своего предприятия;
• список выходных данных, которые не являются необходимыми для заказчика, но которые он должен предоставлять в другие организации (в вышестоящие структуры, в органы статистического учета, прочие административные и контролирующие организации).
При этом очень важно не ограничиваться взаимодействием с головным подразделением заказчика, а провести обсуждение со всеми службами и подразделениями, которые могут оказаться поставщиками данных в базу или их потребителями. Так, например, при подготовке базы данных для учета абитуриентов и студентов в высшем учебном заведении, необходимо не только изучить документооборот ректората и всех деканатов, но и понять, что хотели бы получить от базы данных службы. Следует изучить работу подразделений, распределяющих учебную нагрузку преподавателей, отвечающих за распределение аудиторного фонда, за проживание студентов в общежитии и других. В расчет должны приниматься и такие службы, как библиотека, отдел кадров и прочие. В любой момент может выясниться, например, что администрация библиотеки должна периодически поставлять кому-то отчеты, характеризующие читательскую активность студентов в зависимости от пола, возраста и социального положения. К возможным пожеланиям заказчика следует готовиться на этапе проектирования, до создания базы.
Разработка структуры базы данных. Выяснив основную часть данных, которые заказчик потребляет или поставляет, можно приступать к созданию структуры базы, то есть структуры ее основных таблиц.
1 Работа начинается с составления генерального списка полей он может насчитывать десятки и даже сотни позиций.
Наметив столько таблиц, сколько подразделений охватывает база данных, приступают к дальнейшему делению таблиц. Критерием необходимости деления является факт множественного повтора данных в соседних записях. На рис. 13.7 показана таблица, у которой в поле Адрес наблюдается повтор данных. Это явное свидетельство того, что таблицу надо поделить на две взаимосвязанные таблицы.
Рис. 13.7. Если данные в поле начинают повторяться, это
признак того, что таблицу стоит поделить
4. В каждой из таблиц намечают ключевое поле. В качестве такового выбирают поле, данные в котором повторяться не могут. Например, для таблицы данных о студентах таким полем может служить индивидуальный шифр студента. Для таблицы, в которой содержатся расписания занятий, такого поля можно и не найти, но его можно создать искусственным комбинированием полей «Время занятия» и «Номер аудитории». Эта комбинация неповторима, так как в одной аудитории в одно и то же время не принято проводить два различных занятия.
Если в таблице вообще нет никаких полей, которые можно было бы использовать как ключевые, всегда можно ввести дополнительное поле типа Счетчик оно не может содержать повторяющихся данных по определению.
5. С помощью карандаша и бумаги расчерчивают связи между таблицами. На рис. 13.8 показан пример взаимосвязи между группой таблиц, составляющих одну базу данных. Такой чертеж называется схемой данных.
Существует несколько типов возможных связей между таблицами. Наиболее распространенными являются связи «один ко многим» и «один к одному». Связь между таблицами организуется на основе общего поля, причем в одной из таблиц оно обязательно должно быть ключевым, то есть на стороне «один» должно выступать ключевое поле, содержащее уникальные, неповторяющиеся значения. Значения на стороне «многие» могут повторяться.
Рис. 13.8. Схема связей между таблицами
Рассмотрим таблицу Клиенты (рис. 13.8). Здесь поле Код клиента является ключевым. Это понятно, поскольку у каждого клиента должен быть свой уникальный код, идентифицирующий его однозначно. Если мы рассмотрим таблицу Заказы, то увидим, что в ней код клиента не может быть уникальным, поскольку каждый клиент мог сделать сколь угодно много заказов. На схеме данных эти поля соединены линией связи. С одной стороны эта линия маркирована знаком «1», с другой стороны значком «бесконечность». Это графический метод изображения связи «один ко многим».
Ключевым полем в таблице заказов является Код заказа он однозначно идентифицирует, кто, когда, что заказал и на какую сумму. Здесь же можно узнать, какой сотрудник принял заказ к исполнению. Поскольку один сотрудник может принять множество заказов, поле Код сотрудника в таблице заказов не является ни уникальным, ни ключевым, зато в таблице Сотрудники это поле уникально.
Про подобные таблицы говорят, что они связаны реляционными отношениями. Соответственно, системы управления, способные работать со связанными таблицами, называют системами управления реляционными базами данных, а схему данных в технической литературе могут называть схемой реляционных отношений.
6. Разработкой схемы данных заканчивается «бумажный» этап работы над техническим предложением. Эту схему можно согласовать с заказчиком, после чего приступать к непосредственному созданию базы данных.
Следует помнить, что по ходу разработки проекта заказчику непременно будут приходить в голову новые идеи. На всех этапах проектирования он стремится охватить единой системой все новые и новые подразделения и службы предприятия. Возможность гибкого исполнения его пожеланий во многом определяется квалификацией разработчика базы данных. Если схема данных составлена правильно, подключать к базе новые таблицы нетрудно. Если структура базы нерациональна, разработчик может испытать серьезные трудности и войти в противоречия с заказчиком.
Противоречия исполнителя с заказчиком всегда свидетельствуют о недостаточной квалификации исполнителя. Именно поэтому этап предварительного проектирования базы данных следует считать основным. От его успеха зависит, насколько база данных станет удобной и будут ли с ней работать пользователи. Если отмечается, что пользователи базы «саботируют» ее эксплуатацию и предпочитают работать традиционными методами, это говорит не о низкой квалификации пользователей, а о недостаточной квалификации разработчика базы.
На этом этапе завершается предварительное проектирование базы данных, и на следующем этапе начинается ее непосредственная разработка. С этого момента следует начать работу с системой управления базами данных. В нашем примере мы рассмотрим СУБД Microsoft Access 2000.
Общие замечания
Ниже мы рассмотрим, как в программе Microsoft Access 2000 реализованы средства разработки основных объектов базы данных, и в упражнениях познакомимся с конкретными приемами работы. Однако прежде чем приступать к освоению системы, следует учесть ряд важных замечаний, связанных с особенностями ее автоматизации.
СУБД Microsoft Access 2000 предоставляет несколько средств создания каждого из основных объектов базы. Эти средства можно классифицировать как:
• ручные (разработка объектов в режиме Конструктора);
• автоматизированные (разработка с помощью программ-мастеров);
• автоматические средства ускоренной разработки простейших объектов.
Соотношения между этими средствами понятны: ручные средства являются наиболее трудоемкими, но обеспечивают максимальную гибкость; автоматизированные и автоматические средства являются наиболее производительными, но и наименее гибкими. Методической особенностью изучения программы Microsoft Access является тот факт, что в учебных целях для создания разных объектов целесообразно пользоваться разными средствами.
Создание таблиц. Работа с любыми объектами начинается с окна База данных (рис. 13.9). На левой панели данного окна сосредоточены элементы управления для вызова всех семи типов объектов программы. Создание таблиц начинается с выбора элемента управления Таблицы.
Рис. 13.9. Окно База данных является исходным элементом
управления программы Microsoft Access
На правой панели представлен список таблиц, уже имеющихся в составе базы, и приведены элементы управления для создания новой таблицы. Чтобы создать таблицу вручную, следует использовать значок Создание таблицы в режиме конструктора.
Окно Конструктора таблиц представлено на рис. 13.10. То, что мы видим в этом режиме, фактически является графическим бланком для создания и редактирования структуры таблиц. В первом столбце вводят имена полей. Если свойство Подпись для поля не задано, то Имя поля станет одновременно и именем столбца будущей таблицы. Тип для каждого поля выбирают из раскрывающегося списка, открываемого кнопкой выбора типа данных (см. рис. 13.10). Эта кнопка скрытый элемент управления. Она отображается только после щелчка на поле бланка. Это надо иметь в виду в Microsoft Access очень много таких скрытых элементов управления, которые не отображаются, пока ввод данных не начат.
При изучении приемов работы с программой Microsoft Access целесообразно специально «прощелкивать» пустые поля ее бланков левой кнопкой мыши в поисках «скрытых» элементов управления.
Нижняя часть бланка содержит список свойств поля, выделенного в верхней части. Некоторые из свойств уже заданы по умолчанию. Свойства полей не являются обязательными. Их можно настраивать по желанию, а можно и не трогать.
При создании таблицы целесообразно (хотя и не обязательно) задать ключевое поле. Это поможет впоследствии, при организации связей между таблицами. Для задания ключевого поля достаточно щелкнуть на его имени правой кнопкой мыши и в открывшемся контекстном меню выбрать пункт Ключевое поле.
Рис. 13.10. Проектирование структуры таблицы
Выше мы говорили о том, что если первичный ключ необходим для связи с другими таблицами, но ни одно из полей не является уникальным, то первичный ключ можно создать на базе двух (или более полей). Эта операция выполняется точно так же, через контекстное меню, надо только уметь выделить сразу несколько полей. Групповое выделение выполняют при нажатой клавише SHIFT щелчками на квадратных маркерах слева от имен полей.
Закончив создание структуры таблицы, бланк закрывают (при этом система выдает запрос на сохранение таблицы), после чего дают таблице имя, и с этого момента она доступна в числе прочих таблиц в основном окне База данных. Оттуда ее и можно открыть в случае необходимости.
Созданную таблицу открывают в окне База данных двойным щелчком на ее значке. Новая таблица не имеет записей только названия столбцов, характеризующие структуру таблицы (рис. 13.11).
Рис. 13.11. Пример новой таблицы
Заполнение таблицы данными производится обычным порядком. Курсор ввода устанавливается в нужную ячейку указателем мыши. Переход к следующей ячейке можно выполнить клавишей TAB. Переход к очередной записи выполняется после заполнения последней ячейки.
В нижней части таблицы расположена Панель кнопок перехода. Ее элементами управления удобно пользоваться при навигации по таблице, имеющей большое число записей.
Начинающим пользователям Microsoft Access доставляет неудобство тот факт, что данные не всегда умещаются в ячейках таблицы. Шириной столбцов можно управлять методом перетаскивания их границ. Удобно использовать автоматическое форматирование столбцов «по содержимому». Для этого надо установить указатель мыши на границу между столбцами (в строке заголовков столбцов), дождаться, когда указатель сменит форму, и выполнить двойной щелчок. Это общесистемный прием Windows 98, и им можно пользоваться в данной программе, как и во многих других.
После наполнения таблицы данными сохранять их не надо все сохраняется автоматически. Однако если при работе с таблицей произошло редактирование ее макета (например, изменялась ширина столбцов), СУБД попросит подтвердить сохранение этих изменений.
Если возникнет необходимость изменить структуру таблицы (состав полей или их свойства), таблицу надо открыть в режиме Конструктора. Для этого ее следует выделить в окне База данных и щелкнуть на кнопке Конструктор.
Если на этапе проектирования базы данных была четко разработана структура таблиц, то создание таблиц с помощью Конструктора происходит очень быстро и эффективно. Даже без использования автоматизированных средств создание основы для достаточно крупных проектов происходит в считанные минуты это ценное свойство СУБД Microsoft Access, но оно реализуется при непременном условии тщательной предварительной подготовки.
Создание межтабличных связей. Если структура базы данных продумана заранее, а связи между таблицами намечены, то создание реляционных отношений между таблицами выполняется очень просто. Вся необходимая работа происходит в специальном окне Схема данных и выполняется с помощью мыши. Окно Схема данных открывают кнопкой на панели инструментов или командой
Сервис > Схема данных (если в меню Сервис не видно соответствующего пункта, следует раскрыть расширенную часть меню). Порядок создания межтабличных связей рассмотрен подробно в упражнении 13.2.
Образовавшаяся межтабличная связь отображается в окне Схема данных в виде линии, соединяющей два поля разных таблиц. При этом одна из таблиц считается главной, а другая связанной. Главная это та таблица, которая участвует в связи своим ключевым полем (название этого поля на схеме данных отображается полужирным шрифтом).
Здесь мы подходим к важному вопросу: «А зачем вообще нужна связь между таблицами?» У связи два основных назначения. Первое обеспечение целостности данных, а второе автоматизация задач обслуживания базы. Представим себе, что в таблице Клиенты, где каждый клиент уникален, кто-то удалит запись для одного из клиентов, но не сделает этого в таблице Заказы. Получится, что согласно таблице
Заказы некто, не имеющий ни имени, ни адреса, а только абстрактный код, делал заказы. Узнать по коду, кто же это был на самом деле, будет невозможно произошло нарушение целостности данных.
В данном случае владелец базы может применить три подхода: либо вообще ничего не делать для защиты целостности данных, либо запретить удаление данных из ключевых полей главных таблиц, либо разрешить его, но при этом адекватно обработать и связанные таблицы. Вручную сделать это чрезвычайно трудно, поэтому и нужны средства автоматизации.
Связь между таблицами позволяет:
либо исключить возможность удаления или изменения данных в ключевом поле главной таблицы, если с этим полем связаны какие-либо поля других таблиц;
либо сделать так, что при удалении (или изменении) данных в ключевом поле главной таблицы автоматически (и абсолютно корректно) произойдет удаление или изменение соответствующих данных в полях связанных таблиц.
Для настройки свойств связи надо в окне Схема данных выделить линию, соединяющую поля двух таблиц, щелкнуть на ней правой кнопкой мыши и открыть контекстное меню связи, после чего выбрать в нем пункт Изменить связь откроется диалоговое окно Изменение связи. В нем показаны названия связанных таблиц и имена полей, участвующих в связи (здесь же их можно изменить), а также приведены элементы управления для обеспечения условий целостности данных.
Если установлен только флажок Обеспечение целостности данных, то удалять данные из ключевого поля главной таблицы нельзя. Если вместе с ним включены флажки Каскадное обновление связанных полей и Каскадное удаление связанных записей, то, соответственно, операции редактирования и удаления данных в ключевом поле главной таблицы разрешены, но сопровождаются автоматическими изменениями в связанной таблице.
Рис. 13.12. Средство настройки межтабличной связи
Таким образом, смысл создания реляционных связей между таблицами состоит, с одной стороны, в защите данных, а с другой стороны в автоматизации внесения изменений сразу в несколько таблиц при изменениях в одной таблице.
Работа с запросами
Если структура базы данных предприятия хорошо продумана, то исполнители, работающие с базой, должны навсегда забыть о том, что в базе есть таблицы, а еще лучше, если они об этом вообще ничего не знают. Таблицы слишком ценные объекты базы, чтобы с ними имел дело кто-либо, кроме разработчика базы.
Если исполнителю надо получить данные из базы, он должен использовать специальные объекты запросы. Все необходимые запросы разработчик базы должен подготовить заранее. Если запрос подготовлен, надо открыть панель Запросы в окне База данных, выбрать его и открыть двойным щелчком на значке откроется результирующая таблица, в которой исполнитель найдет то, что его интересует.
В общем случае результирующая таблица может не соответствовать ни одной из базовых таблиц базы данных. Ее поля могут представлять набор из полей разных таблиц, а ее записи могут содержать отфильтрованные и отсортированные записи таблиц, на основе которых формировался запрос. Лишь в тех случаях, когда исполнитель не находит нужных данных в результирующей таблице, возникает необходимость готовить новый запрос это задача разработчика базы.
В учебных целях запросы лучше готовить вручную, с помощью Конструктора. Как и в случае с таблицами, для этого есть специальный значок в окне База данных. Он называется Создание запроса в режиме конструктора и открывает специальный бланк, называемый бланком запроса по образцу. За этим длинным названием скрывается тот приятный факт, что, хотя запросы к таблицам баз данных пишутся на специальном языке программирования SQL, пользователям Microsoft Access изучать его не обязательно, а большинство операций можно выполнить щелчками кнопок мыши и приемом перетаскивания в бланке.
Бланк запроса по образцу представлен на рис. 13.13. Как видно, он состоит из двух областей. В верхней отображается структура таблиц, к которым запрос адресован, а нижняя область разбита на столбцы по одному столбцу на каждое поле будущей результирующей таблицы.
Рис. 13.13. Бланк запроса по образцу
Идея формирования запроса по образцу чрезвычайно проста. С помощью контекстного меню на верхней половине бланка открывают те таблицы, к которым обращен запрос. Затем в них щелкают двойными щелчками на названиях тех полей, которые должны войти в результирующую таблицу. При этом автоматически заполняются столбцы в нижней части бланка. Сформировав структуру запроса, его закрывают, дают ему имя и в дальнейшем запускают двойным щелчком на значке в окне База данных.
Порядок действий, рассмотренный выше, позволяет создать простейший запрос, называемый запросом на выборку. Он позволяет выбрать данные из полей таблиц, на основе которых запрос сформирован.
Упорядочение записей в результирующей таблице. Если необходимо, чтобы данные, отобранные в результате работы запроса на выборку, были упорядочены по какому-либо полю, применяют сортировку. В нижней части бланка имеется специальная строка Сортировка. При щелчке на этой строке открывается кнопка раскрывающегося списка, в котором можно выбрать метод сортировки: по возрастанию или по убыванию. В результирующей таблице данные будут отсортированы по тому полю, для которого задан порядок сортировки.
Возможна многоуровневая сортировка сразу по нескольким полям, В этом случае данные сначала сортируются по тому полю, которое в бланке запроса по образцу находится левее, затем по следующему полю, для которого включена сортировка, и так далее слева направо. Соответственно, при формировании запроса надо располагать поля результирующей таблицы не как попало, а с учетом будущей сортировки. В крайнем случае, если запрос уже сформирован и надо изменить порядок следования столбцов, пользуются следующим приемом:
• выделяют столбец щелчком на его заголовке (кнопку мыши отпускают);
еще раз щелкают на заголовке уже выделенного столбца (но кнопку не отпускают);
перетаскивают столбец в другое место.
Управление отображением данных в результирующей таблице. В нижней части
бланка запроса по образцу имеется строка Вывод на экран. По умолчанию предполагается, что все поля, включенные в запрос, должны выводиться на экран, но это не всегда целесообразно. Например, бывают случаи, когда некое иоле необходимо включить в запрос, например потому, что оно является полем сортировки, но, в то же время, нежелательно, чтобы пользователь базы видел его содержание, В таких случаях отображение содержимого на экране подавляют сбросом флажка Вывод на экран. Примером может быть запрос на вывод списка сотрудников предприятия, отсортированный по количеству дней, пропущенных по болезни. Он позволит каждому оценить свое положение в этом списке, но не позволит точно узнать, кто и сколько дней болел.
Использование условия отбора. Дополнительным средством, обеспечивающим отбор данных по заданному критерию, является так называемое Условие отбора, Соответствующая строка имеется в нижней части бланка запроса по образцу. Для каждого поля в этой строке можно задать индивидуальное условие. На рис. 13.14 представлен пример, в котором мы хотим отобрать из прейскуранта торговой фирмы микропроцессоры, имеющие тактовую частоту свыше 333 МГц, но при этом стоящие менее восьмидесяти условных единиц.
Другие виды запросов. Мы рассмотрели запросы на выборку. Это самые простые и, в то же время, наиболее распространенные виды запросов. Однако существуют и другие виды запросов, некоторые их которых выполняются на базе предварительно созданного запроса на выборку. К ним относятся прежде всего:
• запросы с параметром (интересны тем, что критерий отбора может задать сам пользователь, введя нужный параметр при вызове запроса);
итоговые запросы, назначение которых отдаленно напоминает итоговые функции электронных таблиц (производят математические вычисления по заданному полю и выдают результат);
запросы на изменение позволяют автоматизировать заполнение полей таблиц;
• перекрестные запросы, позволяющие создавать результирующие таблицы на основе результатов расчетов, полученных при анализе группы таблиц;
• специфические запросы SQL запросы к серверу базы данных, написанные на языке запросов SQL.
С рядом видов запросов мы познакомимся в упражнениях.
Рис. 13.14. Работа условия отбора
Работа с формами
С одной стороны, формы позволяют пользователям вводить данные в таблицы базы данных без непосредственного доступа к самим таблицам. С другой стороны, они позволяют выводить результаты работы запросов не в виде скупых результирующих таблиц, а в виде красиво оформленных форм. В связи с таким разделением существует два вида формирования структуры форм: на основе таблицы и на основе запроса, хотя возможен и комбинированный подход, это вопрос творчества.
Автоформы. В отличие от таблиц и запросов, которые мы формировали вручную, формы удобнее готовить с помощью средств автоматизации. Полностью автоматическими являются средства, называемые автоформами. Существует три вида автоформ: «в столбец», ленточные и табличные (рис. 13.15).
Как видно из рисунков, автоформа «в столбец» отображает все поля одной записи она удобна для ввода и редактирования данных. «Ленточная» автоформа отображает одновременно группу записей ее удобно использовать для оформления вывода данных. Табличная автоформа по внешнему виду ничем не отличается от таблицы, на которой она основана.
Рис. 13.15. Три вида автоформ
Для создания автоформы следует открыть панель Формы в окне База данных и воспользоваться командной кнопкой Создать. В открывшемся диалоговом окне Новая форма выбирают тип автоформы и таблицу (или запрос), на которой она основывается. После щелчка на кнопке ОК автоформа формируется автоматически и немедленно готова к работе, то есть к вводу или отображению данных.
Обратите внимание на то, что автоформа основывается только на одном объекте. Иные средства создания форм позволяют закладывать в основу структуры формы поля нескольких таблиц или запросов. Если форма основывается только на одном объекте, она называется простой формой. Если форма основывается на полях из нескольких связанных таблиц, то она называется сложной и представляет собой композицию из нескольких форм.
Создание форм с помощью мастера. Автоматизированные средства предоставляет Мастер форм специальное программное средство, создающее структуру формы в режиме диалога с разработчиком. Мастер форм можно запустить из окна База данных щелчком на значке Создание формы с помощью мастера на панели Формы.
Структура формы. Как видно из рисунка 13.16, форма имеет три основных раздела: область заголовка, область данных и область примечания. Линии, разделяющие разделы, перетаскиваются по вертикали с помощью мыши это позволяет изменять размеры разделов так, как требуется.
Рис. 13.16. Структура формы, созданной мастером
Разделы заголовка и примечания имеют чисто оформительское назначение их содержимое напрямую не связано с таблицей или запросом, на котором основана форма. Раздел данных имеет содержательное значение в нем представлены элементы управления, с помощью которых выполняется отображение данных или их ввод. Разработчик формы может разместить здесь дополнительные элементы управления для автоматизации ввода данных (переключатели, флажки, списки и другие, типичные для приложений Windows).
Элементы управления формы. Элементы управления, которыми может пользоваться разработчик, представлены на Панели элементов. Ее открывают щелчком на соответствующей кнопке панели инструментов Microsoft Access или командой Вид» Панель элементов.
Выбор элемента управления выполняется одним щелчком на его значке в Панели элементов, после чего следующим щелчком в поле формы отмечается место, куда он должен быть поставлен. Вместе с элементом в поле формы вставляется его присоединенная надпись. По умолчанию эта надпись стандартная, например для переключателей это Переключатель1, Переключатель2 и т. д. Редактированием свойства элемента управления (доступ к свойствам открывается через контекстное меню) можно дать элементу управления более содержательную подпись.
Основными элементами оформления формы являются текстовые надписи и рисунки. Для создания в форме текстовых надписей служат два элемента управления Надпись и Поле. В качестве надписи можно задать произвольный текст. Элемент Поле отличается тем, что в нем отображается содержимое одного из полей таблицы, на которой основана форма, то есть при переходе от записи к запаси текст может меняться.
Для создания графических элементов оформления служат элементы управления Рисунок, Свободная рамка объекта и Присоединенная рамка объекта. Рисунок выбирается из графического файла и вставляется в форму. Элемент Свободная рамка объекта отличается тем, что это не обязательно рисунок это может быть любой другой объект OLE, например мультимедийный. Элемент Присоединенная рамка объекта тоже в какой-то степени может служить для оформления формы, но его содержимое берется не из назначенного файла, а непосредственно из таблицы базы данных (если она имеет поле объекта OLE). Естественно, что при переходе между записями содержимое этого элемента будет меняться.
Дизайн формы. В то время как таблицы базы данных глубоко скрыты от посторонних глаз, формы базы данных это средства, с помощью которых с ней общаются люди. Поэтому к формам предъявляются повышенные требования по дизайну.
В первую очередь, все элементы управления форм должны быть аккуратно выровнены. Это обеспечивается командой Формат > Выровнять. Если нужно равномерно распределить элементы управления по полю формы, используют средства меню Формат > Интервал по горизонтали или Формат > Интервал по вертикали.
Ручное изменение размеров и положения элементов управления тоже возможно, но редко приводит к качественным результатам. При работе вручную используют перетаскивание маркеров, которые видны вокруг элемента управления в тот момент, когда он выделен. Особый статус имеет маркер левого верхнего угла. Обычно элементы управления перетаскиваются вместе с присоединенными к ним надписями. Перетаскивание с помощью этого маркера позволяет оторвать присоединенную надпись от элемента.
Существенную помощь при разработке дизайна формы оказывает вспомогательная сетка. Ее отображение включают командой Вид > Сетка. Автоматическую привязку элементов к узлам сетки включают командой Формат > Привязать к сетке.
Управление последовательностью перехода. Пользователь, для которого, собственно, и разрабатывается форма, ожидает, что ввод данных в нее должен происходить по элементам управления слева направо и сверху вниз. Однако при проектировании сложных форм, когда в процессе дизайна элементы управления многократно перемещаются с места на место, очень легко перепутать их последовательность и создать неудобный порядок ввода данных.
Физически последовательность перехода это порядок перехода к следующему полю по окончании работы с предыдущим. Она легко проверяется с помощью клавиши TAB. Если при последовательных нажатиях этой клавиши фокус ввода «мечется» по всей форме, значит последовательность перехода нерациональна и ее надо править.
Для управления последовательностью перехода служит диалоговое окно Последовательность перехода. В нем представлен список элементов управления формы. Порядок элементов в списке соответствует текущему порядку перехода. Изменение порядка перехода выполняется перетаскиванием в два приема:
щелчком на кнопке маркера слева от названия выделяется элемент управления (кнопка мыши отпускается);
после повторного щелчка с перетаскиванием элемент перемещается на новое место.
Закончив разработку макета формы, ее следует закрыть и сохранить под заданным именем. После открытия формы в окне База данных, с ней можно работать: просматривать или редактировать данные из базовой таблицы. Проверку последовательности перехода выполняют клавишей TAB.
Работа со страницами доступа к данным
Страницы (страницы доступа к данным) новый объект баз данных, вошедший в последнюю версию Microsoft Access. Как и формы, этот объект служит для обеспечения доступа к данным, содержащимся в базе, но здесь речь идет об удаленном доступе, например о доступе через Интернет или через корпоративную сеть Intranet.
С помощью страниц доступа к данным решается вопрос передачи данных из базы удаленному потребителю. Обычно базы данных имеют очень большие размеры, и напрямую передавать их через медленные каналы связи непрактично. В то же время, большинство современных Web-броузеров пока не имеют функций для работы с базами данных, размещенными на серверах. Таким образом, страницы доступа выполняют как бы посредническую функцию. Они имеют небольшой размер, содержат удобные элементы управления для навигации в базе данных, могут быть записаны в формате кода HTML, переданы по медленным каналам связи и воспроизведены в стандартном броузере. В связи с тем, что по формату они являются Web-документами, их нетрудно встроить в любой Web-документ, например, разместить на Web-странице.
От прочих объектов базы данных страницы доступа отличаются тем, что имеют двойную природу. Прочие объекты базы являются внутренними. Так, например, мы не можем выделить ни таблицу, ни запрос, ни форму в виде самостоятельного файла. Эти объекты размещаются где-то внутри файла базы данных, но операционная система компьютера работать с ними не может, поскольку это не файлы. С ними работает лишь сама система управления базой данных. Страница же представлена двумя объектами внутренним объектом базы (его можно редактировать) и внешним объектом файлом в формате HTML. Запись этого файла происходит при сохранении спроектированной страницы доступа.
Создание страницы доступа к данным. Для страниц доступа, как и для форм, важную роль играет внешний вид, поэтому создавать их удобно с помощью мастера. Мастер страниц запускается щелчком на значке Создание страницы доступа к данным с помощью мастера.
В результате группировки образуется иерархическая структура. Она может иметь несколько уровней вложения. Так, например, внутри группы Мониторы могут быть созданы вложенные группы по производителям: Sony, Panasonic, Hitachi и т. д.
Вторая страница мастера предоставляет элементы управления для выбора полей, по которым производится группировка, и управления глубиной уровней группировки. Если просмотреть в режиме Конструктора страницу, имеющую уровни группировки, то можно убедиться, что для каждого уровня группировки в структуре объекта образуется отдельный раздел, то есть различные уровни группировки могут быть дополнены различными элементами управления экранной Web-формы.
3. На третьем этапе выбирается метод упорядочения отображаемых данных. Возможно задание до четырех полей сортировки, причем сортировка возможна как по возрастанию, так и по убыванию.
4. На последнем этапе выполняется сохранение страницы под заданным именем. Здесь же можно перейти в режим Конструктора, включив переключатель Изменить макет страницы. В случае изменения макета к странице можно применить одну из тем оформления, входящих в состав пакета Microsoft Office 2000. Темы оформления представляют собой совокупности стилей оформления текстов, фоновых узоров и специфических элементов оформления страницы (маркеров, линий и прочих).
Редактирование страницы доступа к данным. Редактирование созданной страницы доступа выполняется в режиме Конструктора теми же приемами, которые были описаны для форм. Основными отличиями являются:
наличие большего количества разделов (связано с возможностью группировки);
расширенный состав элементов управления на Панели элементов (Вид > Панель элементов);
иной механизм перетаскивания элементов управления и присоединенных надписей (элементы управления перетаскиваются вместе с присоединенными надписями, но присоединенные надписи перетаскиваются отдельно от элементов управления).
Работа с отчетами
Отчеты во многом похожи на формы и страницы доступа к данным, но имеют иное функциональное назначение они служат для форматированного вывода данных на печатающие устройства и, соответственно, при этом должны учитывать параметры принтера и параметры используемой бумаги.
Большая часть того, что было сказано о формах, относится и к отчетам. Здесь также существуют средства автоматического, автоматизированного и ручного проектирования. Средства автоматического проектирования реализованы автоотчетами (База данных > Создать > Новый отчет > Автоотчет в столбец). Кроме автоотчетов «в столбец» существуют «ленточные» автоотчеты. Разницу между ними нетрудно увидеть, поставив эксперимент.
Средством автоматизированного создания отчетов является Мастер отчетов. Он запускается двойным щелчком на значке Создание отчета с помощью мастера в окне База данных. Мастер отчетов работает в шесть этапов. При его работе выполняется выбор базовых таблиц или запросов, на которых отчет базируется, выбор полей, отображаемых в отчете, выбор полей группировки, выбор полей и методов сортировки, выбор формы печатного макета и стиля оформления.
Структура готового отчета отличается от структуры формы только увеличенным количеством разделов. Кроме разделов заголовка, примечания и данных, отчет может содержать разделы верхнего и нижнего колонтитулов. Если отчет занимает более одной страницы, эти разделы необходимы для печати служебной информации, например номеров страниц. Чем больше страниц занимает отчет, тем важнее роль данных, выводимых на печать через эти разделы. Если для каких-то полей отчета применена группировка, количество разделов отчета увеличивается, поскольку оформление заголовков групп выполняется в отдельных разделах.
Редактирование структуры отчета выполняют в режиме Конструктора (режим запускается кнопкой Конструктор в окне База данных). Приемы редактирования те же, что и для форм. Элементы управления в данном случае выполняют функции элементов оформления, поскольку печатный отчет не интерактивный объект, в отличие от электронных форм и Web-страниц. Размещение элементов управления выполняют с помощью Панели элементов (Вид > Панель элементов), которая по составу практически не отличается от Панели элементов формы. Важной особенностью отчетов является наличие средства для вставки в область верхнего или нижнего колонтитула текущего номера страницы и полного количества страниц. Эту операцию выполняют с помощью диалогового окна Номера страниц (Вставка > Номера страниц).
Упражнение 13.1. Создание базовых таблиц
Руководитель малого предприятия, выполняющего сборку персональных компьютеров из готовых компонентов, заказал разработку базы данных, основанной на двух таблицах комплектующих. Одна таблица содержит данные, которые могут отображаться для клиентов при согласовании спецификации изделия, в ней указаны розничные цены на компоненты. Вторая таблица предназначена для анализа результатов деятельности предприятия в ней содержатся оптовые цены на компоненты и краткая информация о поставщиках (клиенты предприятия не имеют доступа к данным этой таблицы).
В окне Microsoft Access включите переключатель Новая база данных и щелкните на кнопке ОК.
В окне Файл новой базы данных выберите папку \Мои документы и дайте файлу имя: Комплектующие. Убедитесь, что в качестве типа файла выбрано Базы данных Microsoft Access, и щелкните на кнопке Создать. Откроется окно новой базы Комплектующие: база данных.
Откройте панель Таблицы.
Дважды щелкните на значке Создание таблицы в режиме конструктора откроется бланк создания структуры таблицы.
Для первой таблицы введите следующие поля:
Имя поля |
Тип поля |
Компонент |
Текстовый |
Модель |
Текстовый |
Основной параметр |
Числовой |
Цена |
Числовой |
Рис. 13.17. Таблица Комплектующие в режиме Конструктора
Обратите внимание на то, что в данном случае поле Цена задано не денежным типом, а числовым. Данные, относящиеся к денежному типу, имеют размерность, выраженную в рублях (если работа выполняется с версией Microsoft Access, локализованной в России). Но стоимость компонентов вычислительной техники выражать в этой единице измерения не принято. Для сравнимости цен разных поставщиков обычно используют «условные единицы». В таких случаях удобно использовать поле числового типа, чтобы не перенастраивать всю СУБД.
Имя поля |
Тип поля |
Компонент |
Текстовый |
Модель |
Текстовый |
Цена оптовая |
Числовой |
Поставщик |
Текстовый |
Телефон |
Текстовый |
Адрес |
Текстовый |
Примечание |
Поле MEMO |
Обратите внимание на то, что поле номера телефона является текстовым, несмотря на то, что обычно номера телефонов записывают цифрами. Это связано с тем, что они не имеют числового содержания. Номера телефонов не сравнивают по величине, не вычитают из одного номера другой и т. д. Это типичное текстовое поле.
Ключевое поле можно не задавать для текущей задачи оно не требуется.
11. В окне Комплектующие: база данных откройте по очереди созданные таблицы и наполните их экспериментальным содержанием (3-4 записи). Закончив работу, закройте таблицы и завершите работу с программой.
Мы научились создавать таблицы базы данных, задавать их структуру, выбирать типы полей и управлять их свойствами. Мы также освоили приемы наполнения таблиц конкретным содержанием.
Физически последовательность перехода это порядок перехода к следующему полю по окончании работы с предыдущим. Она легко проверяется с помощью клавиши TAB. Если при последовательных нажатиях этой клавиши фокус ввода «мечется» по всей форме, значит последовательность перехода нерациональна и ее надо править.
Упражнение 13.2. Создание межтабличных связей
В окне Microsoft Access включите переключатель Открыть базу данных, выберите
ранее созданную базу Комплектующие и щелкните на кнопке ОК.
В окне Комплектующие: база данных откройте панель Таблицы. Убедитесь, что на ней присутствуют значки ранее созданных таблиц Комплектующие и Поставщики.
Разыщите на панели инструментов кнопку Схема данных. Если есть сложности, найдите команду строки меню: Сервис > Схема данных. Воспользуйтесь любым из этих средств, чтобы открыть окно Схема данных. Одновременно с открытием этого окна открывается диалоговое окно Добавление таблицы, на вкладке Таблицы которого можно выбрать таблицы, между которыми создаются связи.
Щелчком на кнопке Добавить выберите таблицы Комплектующие и Поставщики в окне Схема данных откроются списки полей этих таблиц.
При нажатой клавише SHIFT выделите в таблице Комплектующие два поля Компонент и Модель.
Перетащите эти поля на список полей таблицы Поставщики. При отпускании кнопки мыши автоматически откроется диалоговое окно Изменение связей.
На правой панели окна Изменение связей выберите поля Компонент и Модель таблицы Поставщики, включаемые в связь. Не устанавливайте флажок Обеспечение целостности данных в данном упражнении это не требуется, но может препятствовать постановке учебных опытов с таблицами.
Закройте диалоговое окно Изменение связей и в окне Схема данных рассмотрите образовавшуюся связь. Убедитесь в том, что линию связи можно выделить щелчком левой кнопки мыши, а щелчком правой кнопки мыши открывается контекстное меню, позволяющее разорвать связь или отредактировать ее.
10. Закройте окно Схема данных. Закройте программу Microsoft Access.
Мы изучили условия, необходимые для создания взаимосвязанных таблиц, и приемы их создания. Мы познакомились с основными типами связей, образующихся между таблицами, и научились редактировать параметры связи.
Упражнение 13.3. Создание запроса на выборку
В этом упражнении мы создадим запрос на выборку жестких дисков, имеющих емкость не менее 8 Гбайт при цене менее 150 условных единиц. Результирующая таблица должна содержать также адрес поставщика и номер его телефона.
В окне Microsoft Access включите переключатель Открыть базу данных, выберите
ранее созданную базу Комплектующие и щелкните на кнопке ОК.
В окне Комплектующие: база данных откройте панель Запросы. Дважды щелкните на значке Создание запроса в режиме Конструктора откроется бланк запроса по образцу. Одновременно с ним откроется диалоговое окно Добавление таблицы.
В окне Добавление таблицы выберите таблицу Поставщики и щелкните на кнопке Добавить. Закройте окно Добавление таблицы.
В списке полей таблицы Поставщики выберите поля, включаемые в результирующую таблицу: Компонент, Модель, Цена оптовая, Поставщик, Телефон. Выбор производите двойными щелчками на именах полей.
Задайте условие отбора для поля Компонент. В соответствующую строку введите: Жесткий диск. Из таблицы будут выбираться не все изделия, а только жесткие диски.
Задайте условие отбора для поля Цена оптовая. В соответствующую строку введите: < 150. Из таблицы будут выбираться только изделия, имеющие цену менее 150 условных единиц.
Нам еще надо задать условие отбора по основному потребительскому параметру емкости жесткого диска. Однако в таблице Поставщики такого поля нет. С другой стороны, в ней есть поле Модель, которое однозначно определяет параметры изделия. Благодаря тому, что по полю Модель у нас установлена связь с таблицей Комплектующие, мы получаем возможность ввести в запрос поле Основной параметр, взяв его из другой таблицы.
Добавьте список полей таблицы Комплектующие в верхнюю часть бланка запроса по образцу. Для этого щелкните правой кнопкой мыши в верхней области бланка и в открывшемся контекстном меню выберите пункт Добавить таблицу откроется уже знакомое нам окно Добавление таблицы. Выберите в нем таблицу Комплектующие.
9. Двойным щелчком на поле Основной параметр в списке полей таблицы Комплектующие введите это поле в бланк запроса по образцу.
10. В строке Условие отбора столбца Основной параметр введите условие >8 (емкость диска более восьми гигабайт).
,
Рис. 13.18. Пример создания бланка запроса по образцу
Мы научились создавать запрос на выборку, основанный на связанных таблицах. Мы научились формировать структуру запроса путем выбора базовых таблиц и полей, а также формулировать условие отбора. Мы выяснили, какую роль играют связи между таблицами при создании запросов на выборку данных.
Упражнение 13.4. Создание запросов «с параметром»
Выше мы рассмотрели, как действует условие отбора, но должны отметить его существенный недостаток. Пользователь базы данных работает с запросами, которые ему подготовил разработчик. Если, например, разработчик предусмотрел запрос, отбирающий изделия, имеющие цену менее 150 условных единиц, то пользователь базы уже не в состоянии отобрать изделия, цена которых менее 140 условных единиц, поскольку у него нет соответствующего запроса.
Специальный тип запросов, называемый запросами «с параметром», позволяет пользователю самому ввести критерий отбора данных на этапе запуска запроса. Этим приемом обеспечивается гибкость работы с базой.
Создадим простой запрос, позволяющий отбирать процессоры, предельную цену которых пользователь может задать сам при запуске запроса.
В окне Microsoft Access включите переключатель Открыть базу данных, выберите ранее созданную базу Комплектующие и щелкните на кнопке ОК.
В окне Комплектующие: база данных откройте панель Запросы. Дважды щелкните на значке Создание запроса в режиме Конструктора откроется бланк запроса по образцу.
Согласно упражнению 13.3, создайте запрос на выборку, основанный на таблице Поставщики, в который войдут следующие поля:
Компонент;
Модель;
Цена оптовая;
Поставщик;
Телефон;
Текст, обращенный к пользователю, должен быть заключен в квадратные скобки. Если бы мы хотели отобрать процессоры, цена которых больше 100 единиц, мы бы написали: >100. Если бы нам были нужны процессоры дешевле 80 единиц, мы бы написали <80. Но если мы хотим дать пользователю возможность выбора, мы должны написать: < [Введите максимальную цену].
В окне Комплектующие: база данных откройте панель Запросы и запустите запрос Выбор комплектующих на экране появится диалоговое окно Введите значение параметра (рис. 13.19).
Введите какое-либо число и щелкните на кнопке ОК. В зависимости от того, что реально содержится в таблице Поставщики, по результатам запроса будет сформирована результирующая таблица.
10. Закройте все объекты базы данных. Закройте программу Microsoft Access.
Мы научились формировать запросы «с параметром» и узнали, что в основе этого вида запросов лежат запросы на выборку, у которых в поле Условие отбора записан заключенный в квадратные скобки текст, обращенный к пользователю.
Рис. 13.19. Пользователь вводит значение параметра для условия отбора
Упражнение 13.5. Создание итогового запроса
Если полностью заполнить данными таблицу Комплектующие, введя параметры всех компонентов, входящих в сборочную спецификацию Персонального компьютера, то можно узнать, во что обходится себестоимость комплектующих узлов. Запросы, выполняющие вычисления по всем записям для какого-либо числового поля, называются итоговыми запросами. В итоговом запросе может рассчитываться сумма значений или величина среднего значения по всем ячейкам поля, может выбираться максимальное или минимальное значение данных в поле, может также исполняться иная итоговая функция. Итоговые запросы, как и запросы на выборку, готовятся с помощью бланка запроса по образцу.
Предположим, что малое предприятие собирает компьютеры трех классов: «Элитный», «Деловой» и «Экономичный». Несмотря на то что архитектура у всех компьютеров близка, их компоненты заметно отличаются по цене и техническим параметрам. Соответственно, имеются значительные отличия в цене этих трех моделей, что важно для захвата разных секторов рынка. Наша задача подготовить итоговый отчет, с помощью которого можно определять цену каждой из модели компьютеров и динамично ее отслеживать при изменении входящих компонентов или их поставщиков.
8. Откройте таблицу Комплектующие и наполните ее содержанием, введя для каждого класса данные по следующим изделиям:
Материнская плата;
Процессор;
Оперативная память;
Жесткий диск;
Корпус;
Дисковод CD-ROM;
Дисковод гибких дисков;
Видеоадаптер;
Звуковая карта;
Клавиатура;
Мышь.
Цены на эти изделия для каждого класса проставьте произвольно. Прочие поля таблицы можно не заполнять в формировании итогового запроса они участвовать не будут.
9. Закройте таблицу Комплектующие.
Эта команда необходима для создания в нижней части бланка строки Групповые операции. Именно на ее базе и создаются итоговые вычисления. Все поля, отобранные для запроса, получают в этой строке значение Группировка.
Мы научились создавать так называемые итоговые запросы. Это запросы, производящие вычисления по всем значениям одного поля. Мы научились также выбирать используемую итоговую функцию.
Как хранение, так и передача информации обходятся участникам информационного процесса недешево. Зная стоимость носителя и его емкость (Мбайт, Гбайт), нетрудно подсчитать, во что обходится хранение единицы информации, а зная пропускную способность канала связи (Мбит/с) и стоимость его аренды, можно определить затраты на передачу единицы информации. Полученные результаты обычно составляют вполне значимые величины как для корпоративных пользователей, так и для индивидуальных. В связи с этим, регулярно возникает необходимость сжимать данные перед тем, как размещать их в архивах или передавать по каналам связи. Соответственно, существует и обратная необходимость восстановления данных из предварительно уплотненных архивов.
Характерной особенностью большинства «классических» типов данных, с которыми традиционно работают люди, является определенная избыточность. Степень избыточности зависит от типа данных. Например, у видеоданных степень избыточности обычно в несколько раз больше, чем у графических данных, а степень избыточности графических данных в несколько раз больше, чем текстовых. Кроме того, степень избыточности данных зависит от принятой системы кодирования. Так, например, можно сказать, что кодирование текстовой информации средствами русского языка (с использованием русской азбуки) дает в среднем избыточность на 20-30% больше, чем кодирование адекватной информации средствами английского языка.
Для человека избыточность информации нередко связана с представлением о ее качестве, поскольку избыточность, как правило, улучшает восприятие, особенно в неблагоприятных условиях (просмотр телепередач при наличии помех, восстановление поврежденного графического материала, чтение текстов в условиях недостаточной освещенности и т. п.).
При обработке информации избыточность также играет важную роль. Так, например, при преобразовании или селекции информации избыточность используют для повышения ее качества (репрезентативности, актуальности, адекватности и т. п.). Однако, когда речь заходит не об обработке, а о хранении готовых документов или их передаче, то избыточность можно уменьшить, что дает эффект сжатия данных.
Если методы сжатия информации применяют к готовым документам, то нередко термин сжатие данных подменяют термином архивация данных, а программные средства, выполняющие эти операции, называют архиваторами.
Объекты сжатия
В зависимости от того, в каком объекте размещены данные, подвергаемые сжатию, различают:
уплотнение (архивацию) файлов;
уплотнение (архивацию) папок;
уплотнение дисков.
Уплотнение файлов применяют для уменьшения их размеров при подготовке к передаче по каналам электронных сетей или к транспортировке на внешнем носителе малой емкости, например на гибком диске.
Уплотнение папок используют как средство архивации данных перед длительным хранением, в частности, при резервном копировании.
Уплотнение дисков служит целям повышения эффективности использования их рабочего пространства и, как правило, применяется к дискам, имеющим недостаточную емкость.
Обратимость сжатия
Несмотря на изобилие алгоритмов сжатия данных, теоретически есть только три способа уменьшения их избыточности. Это либо изменение содержания данных, либо изменение их структуры, либо и то и другое вместе.
Если при сжатии данных происходит изменение их содержания, метод сжатия необратим и при восстановлении данных из сжатого файла не происходит полного восстановления исходной последовательности. Такие методы называют также методами сжатия с регулируемой потерей информации. Они применимы только для тех типов данных, для которых формальная утрата части содержания не приводит к значительному снижению потребительских свойств. В первую очередь, это относится к мультимедийным данным: видеорядам, музыкальным записям, звукозаписям и рисункам. Методы сжатия с потерей информации обычно обеспечивают гораздо более высокую степень сжатия, чем обратимые методы, но их нельзя применять к текстовым документам, базам данных и, тем более, к программному коду. Характерными форматами сжатия с потерей информации являются:
JPG для графических данных;
.MPG для видеоданных;
. М РЗ для звуковых данных.
Если при сжатии данных происходит только изменение их структуры, то метод сжатия обратим. Из результирующего кода можно восстановить исходный массив путем применения обратного метода. Обратимые методы применяют для сжатия любых типов данных. Характерными форматами сжатия без потери информации являются:
.GIF, TIP,. PCX и многие другие для графических данных;
.AVI для видеоданных;
.ZIP, .ARJ, .BAR, .LZH, .LH, .CAB и многие другие для любых типов данных.
Алгоритмы обратимых методов
При исследовании методов сжатия данных следует иметь в виду существование следующих доказанных теорем.
Таким образом, обсуждая различные методы сжатия, следует иметь в виду, что наивысшую эффективность они демонстрируют для данных разных типов и разных объемов.
Существует достаточно много обратимых методов сжатия данных, однако в их основе лежит сравнительно небольшое количество теоретических алгоритмов, представленных в таблице 14.1.
Таблица 14.1.
Свойства алгоритмов сжатия
Алгоритм |
Выходная структура |
Сфера применения |
Примечание |
RLE (Run-Length Encoding |
Список (вектор данных) |
Графические данные |
Эффективность алгоритма не зависит от объема данных |
KWE (Keyword Encoding) |
Таблица данных (словарь) |
Текстовые данные |
Эффективен для массивов большого объема |
Алгоритм Хафмана |
Иерархическая структура (дерево кодировки) |
Любые данные |
Эффективен для массивов большого объема |
Алгоритм RLE
В основу алгоритмов RLE положен принцип выявления повторяющихся последовательностей данных и замены их простой структурой, в которой указывается код данных и коэффициент повтора.
Например, для последовательности: 0; 0; 0; 127; 127; 0; 255; 255; 255; 255 (всего 10 байтов) образуется следующий вектор:
Значение |
Коэффициент повтора |
0 |
3 |
127 |
2 |
0 |
1 |
255 |
4 |
При записи в строку он имеет вид:
0; 3; 127; 2; 0; 1; 255; 4 (всего 8 байтов). В данном примере коэффициент сжатия равен 8/10 (80 %).
Программные реализации алгоритмов RLE отличаются простотой, высокой скоростью работы, но в среднем обеспечивают недостаточное сжатие. Наилучшими объектами для данного алгоритма являются графические файлы, в которых большие одноцветные участки изображения кодируются длинными последовательностями одинаковых байтов. Этот метод также может давать заметный выигрыш на некоторых типах файлов баз данных, имеющих таблицы с фиксированной длиной полей. Для текстовых данных методы RLE, как правило, неэффективны.
Алгоритм KWE
В основу алгоритмов кодирования по ключевым словам (Keyword Encoding) положено кодирование лексических единиц исходного документа группами байтов фиксированной длины. Примером лексической единицы может служить слово (последовательность символов, справа и слева ограниченная пробелами или символами конца абзаца). Результат кодирования сводится в таблицу, которая прикладывается к результирующему коду и представляет собой словарь. Обычно для англоязычных текстов принято использовать двухбайтную кодировку слов. Образующиеся при этом пары байтов называют токенами.
Эффективность данного метода существенно зависит от длины документа, поскольку из-за необходимости прикладывать к архиву словарь длина кратких документов не только не уменьшается, но даже возрастает.
Данный алгоритм наиболее эффективен для англоязычных текстовых документов и файлов баз данных. Для русскоязычных документов, отличающихся увеличенной длиной слов и большим количеством приставок, суффиксов и окончаний, не всегда удается ограничиться двухбайтными токенами, и эффективность метода заметно снижается.
Алгоритм Хафмана
В основе этого алгоритма лежит кодирование не байтами, а битовыми группами.
Перед началом кодирования производится частотный анализ кода документа и выявляется частота повтора каждого из встречающихся символов.
Чем чаще встречается тот или иной символ, тем меньшим количеством битов он кодируется (соответственно, чем реже встречается символ, тем длиннее его кодовая битовая последовательность).
Образующаяся в результате кодирования иерархическая структура приклады вается к сжатому документу в качестве таблицы соответствия.
Пример кодирования символов русского алфавита представлен на рис. 14.1.
Как видно из схемы, представленной на рис. 14.1, используя 16 бит, можно закодировать до 256 различных символов. Однако ничто не мешает использовать и последовательности длиной до 20 бит тогда можно закодировать до 1024 лексических единиц (это могут быть не символы, а группы символов, слоги и даже слова).
Рис. 14.1. Пример побуквенного кодирования русского алфавита
по алгоритму Хафмана
В связи с тем, что к сжатому архиву необходимо прикладывать таблицу соответствия, на файлах малых размеров алгоритм Хафмана малоэффективен. Практика также показывает, что его эффективность зависит и от заданной предельной длины кода (размера словаря). В среднем, наиболее эффективными оказываются архивы с размером словаря от 512 до!024 единиц (длина кода до 18-20 бит).
Синтетические алгоритмы
Рассмотренные выше алгоритмы в «чистом виде» на практике не применяют из-за того, что эффективность каждого из них сильно зависит от начальных условий. В связи с этим, современные средства архивации данных используют более сложные алгоритмы, основанные на комбинации нескольких теоретических методов. Общим принципом в работе таких «синтетических» алгоритмов является предварительный просмотр и анализ исходных данных для индивидуальной настройки алгоритма на особенности обрабатываемого материала.
«Классическими» форматами сж-атия данных, широко используемыми в повседневной работе с компьютером, являются форматы .ZIP и .ARJ. В последнее время к ним добавился популярный формат .RAR. Программные средства, предназначенные для создания и обслуживания архивов, выполненных в данных форматах, приведены в табл. 14.2.
Таблица 14.2.
Средства архивации файлов
Операционная система |
Формат сжатия |
Средство архивации |
Средство разархивирования |
MS-DOS |
.ZIP |
PKZIP.EXE |
PKUNZIP.EXE |
.RAR |
RAR. EXE |
UNRAR.EXE |
|
.ARJ |
ARJ.EXE |
||
Windows 9x |
.ZIP |
WinZip |
|
.RAR |
WinRAR |
||
.ARJ |
WinArj |
Несмотря на то что средства архивации, предназначенные для операционной системы MS-DOS, вполне могут работать под управлением Windows 9x (в окне Сеанс MS-DOS), пользоваться ими не рекомендуется. В первую очередь, это связано с тем, что при обработке файлов происходит утрата «длинных имен» файлов и подмена их именами MS-DOS по спецификации 8.3. Это может создать потребителю документа определенные неудобства, а в случаях, когда архивация производится с целью резервного копирования, утрата «длинных имен» вообще недопустима.
Базовые требования к диспетчерам архивов
Современные программные средства для создания и обслуживания архивов отличаются большим объемом функциональных возможностей, многие из которых выходят далеко за рамки простого сжатия данных и эффективно дополняют стандартные средства операционной системы. В этом смысле современные средства архивации данных называют диспетчерами архивов.
К базовым функциям, которые выполняют большинство современных диспетчеров архивов, относятся:
извлечение файлов из архивов;
создание новых архивов;
добавление файлов в имеющийся архив;
создание самораспаковывающихся архивов;
создание распределенных архивов на носителях малой емкости;
тестирование целостности структуры архивов;
полное или частичное восстановление поврежденных архивов;
защита архивов от просмотра и несанкционированной модификации.
Самораспаковывающиеся архивы. В тех случаях когда архивация производится для передачи документа потребителю, следует предусмотреть наличие у него программного средства, необходимого для извлечения исходных данных из уплотненного архива. Если таких средств у потребителя нет или нет оснований предполагать их наличие, создают самораспаковывающиеся архивы. Самораспаковывающийся архив готовится на базе обычного архива путем присоединения к нему небольшого программного модуля. Сам архив получает расширение имени .ЕХЕ, характерное для исполнимых файлов. Потребитель сможет выполнить его запуск как программы, после чего распаковка архива произойдет на его компьютере автоматически.
Распределенные архивы. В тех случаях когда предполагается передача большого архива на носителях малой емкости, например на гибких дисках, возможно распределение одного архива в виде малых фрагментов на нескольких носителях.
Некоторые диспетчеры (например WinZip) выполняют разбиение сразу на гибкие диски, а некоторые (например WinRAR и WinArj) позволяют выполнить предварительное разбиение архива на фрагменты заданного размера на жестком диске. Впоследствии их можно перенести на внешние носители путем копирования.
При создании распределенных архивов диспетчер WinZip обладает неприятной особенностью: каждый том несет файлы с одинаковыми именами. В результате этого нет возможности установить номера томов, хранящихся на каждом из гибких дисков, по названию файла. Поэтому каждый диск следует маркировать пометками на наклейке, а при создании распределенного архива следует аккуратно перекладывать дискеты из начальной стопки в конечную, чтобы не перепутать последовательность немаркированных томов.
В случае необходимости узнать номер тома можно не по названию файла, а по метке на диске, хотя эта операция не слишком удобна. Для этого следует открыть окно Мой компьютер, выбрать значок дисковода 3,5 (А:), щелкнуть на нем правой кнопкой мыши и выбрать в контекстном меню пункт Свойства. В диалоговом окне Свойства: Диск 3,5 (А:) на вкладке Общие можно узнать номер тома распределенного архива в поле Метка тома. (рис. 14.2).
Диспетчеры архивов WinArj и WinRAR маркируют все файлы распределенного архива разными именами и потому не создают подобных проблем.
Гибкие диски являются крайне ненадежными носителями, поэтому архивы, сформированные на жестком диске, должны храниться до получения подтверждения от потребителя о том, что распределенный архив поступил к нему в неповрежденном виде и прошел распаковку. Правилом «хорошего тона» считается создание двух копий при передаче материалов на гибких дисках.
Защита архивов. В большинстве случаев защиту архивов выполняют с помощью пароля, который запрашивается при попытке просмотреть, распаковать или изменить архив. Теоретически, защита с помощью пароля считается неудовлетворительной и не рекомендуется для особо важной информации. В то же время необходимо отметить, что основные программные средства, используемые для восстановления утраченного пароля (или взлома закрытой информации, что, по сути, то же самое), используют методы прямого перебора. Работу этих средств можно существенно затруднить и замедлить, если расширить область перебора. Пароли на базе символов английского алфавита и цифр действительно снимаются очень быстро. Однако даже незначительное увеличение числа используемых символов за счет знаков препинания многократно увеличивает криптостойкость защиты, а использование также и символов русского алфавита может полностью опровергнуть попытки снять пароль путем перебора, сделав сроки работы неприемлемыми.
Рис. 14.2. Определение номера архивного носителя по метке тома
Дополнительные требования к диспетчерам архивов
К дополнительным функциям диспетчеров архивов относятся сервисные функции, делающие работу более удобной. Они часто реализуются внешним подключением дополнительных служебных программ и обеспечивают:
просмотр файлов различных форматов без извлечения их из архива;
поиск файлов и данных внутри архивов;
установку программ из архивов без предварительной распаковки;
проверку отсутствия компьютерных вирусов в архиве до его распаковки;
криптографическую защиту архивной информации;
декодирование сообщений электронной почты;
«прозрачное» уплотнение исполнимых файлов .ЕХЕ и .DLL;
создание самораспаковывающихся многотомных архивов;
выбор или настройку коэффициента сжатия информации.
Упражнение 14.1. Просмотр архивного файла в формате .ZIP
Вставьте гибкий диск, содержащий архивный файл в формате ZIP, в дисковод А:.
Дайте команду File > Open Archive (Файл > Открыть архив).
В диалоговом окне Open Archive (Открытие архива) воспользуйтесь раскрывающей кнопкой в списке Папка, разыщите и откройте Диск 3,5 (А:), выделите значок файла в формате .ZIP и щелкните на командной кнопке Открыть. В окне программы WinZip7.0 откроется список файлов, входящих в архив (рис. 14.3.)
Рис. 14.3. Просмотр содержимого архива с помощью программы
WinZip 7.0
Мы научились просматривать файлы, находящиеся внутри архива, без распаковки архива и, соответственно, без извлечения файлов. Это важно, поскольку далеко не все архивы, поступающие на компьютер, особенно из Интернета, стоит распаковывать. Предварительный просмотр позволяет убедиться в том, что архив содержит действительно необходимые данные, а также получить предварительную информацию о том, как лучше распорядиться его содержимым.
Упражнение 14.2. Извлечение файлов из ZIP-архива
Рис. 14.4. Управление извлечением файлов из архива
10. Удалите экспериментальную папку \Zip_Test.
Мы научились извлекать файлы из архива в заданную папку. При этом у нас есть следующие возможности выбора:
какие файлы извлекать, а какие нет;
в какую папку производить запись.
Упражнение 14.3. Создание ZIP-архива
10. В группе элементов управления Folders (Папки) установите флажок Include Subfolders (Включая вложенные папки). Несмотря на то что в нашем примере в папке \Media нет вложенных папок, надо взять за правило включать данный флажок всегда.
Рис. 14.5. Управление добавлением файлов в архив
Мы научились создавать архивы сжатых файлов. При этом мы имеем возможность выбрать, какие файлы включаются в архив и в какой папке создается результирующий файл.
Мы также можем выбрать степень сжатия, указать режим обновления файлов для тех случаев, когда в архиве уже имеются файлы, одноименные добавляемым, и задать режим упаковки папок с сохранением структуры вложенных папок.
Данные настройки выполняют в специальном диалоговом окне Add (Добавление в архив). Они особенно важны в тех случаях, когда диспетчер архивов используется с целью организации резервного копирования данных.
Г
15 мин
Упражнение 14.4. Защита ZIP-архива
Дайте команду File > Open Archive (Файл > Открыть архив). Откройте ранее созданный архив Media.zip.
Дайте команду Actions > Add (Действия > Добавить в архив) откроется диалоговое окно Add (Добавление в архив).
Рис. 14.6. Задание пароля для защиты архива
9. Щелкните на кнопке ОК. Обратите внимание на то, что диалоговое окно Add (Добавление в архив) изменило название Add with password (Добавление в архив и защита паролем).
Откройте созданный архив командой File > Open (Файл > Открыть).
Убедитесь в том, что правильный ввод пароля действительно запускает процесс.
Закройте программу WinZip 7.O.
Мы научились создавать защищенные архивы. Защита выполняется одновременно с созданием самого архива. Надежность защиты во многом определяется размером символьного набора, использованного при задании пароля.
Упражнение 14.5. Создание самораспаковывающегося
ZIP-архива
Рис. 14.7. Создание самораспаковывающегося архива
Мы научились создавать самораспаковывающиеся архивы на базе предварительно подготовленных обычных архивов. Мы убедились в том, что если исходный архив был защищен паролем, то эта защита сохраняется и в самораспаковывающемся архиве.
Упражнение 14.6. Создание самораспаковывающегося
распределенного архива
Защищенный метод создает на первом гибком диске два файла: исполнимый файл, выполняющий автоматическую распаковку, и первый том распределенного архива. На последующих дисках создается продолжение распределенного архива. Такой подход повышает уровень безопасности, поскольку даже в том случае, когда исполнимый файл поврежден, например компьютерным вирусом, информация не пропадает и остается в архивном файле. После применения антивирусных средств для «лечения» зараженного исполнимого файла также не происходит нарушений в структуре архива, поскольку исполнимый файл автономен. Этот метод применяют для передачи архивных материалов на гибких дисках.
Обычный метод считается «устаревшим», поскольку он обеспечивался прошлыми версиями программы WinZip. Этот метод не создает отдельного исполнимого файла, и весь архив хранится в одном исполнимом файле, распределенном по нескольким носителям. Данный метод используют для самораспаковывающихся архивов, передаваемых по каналам компьютерных сетей.
Щелкните на кнопке ОК начнется процесс создания первого тома распределенного архива. По окончании процесса по указанию от программы извлеките записанный гибкий диск и вставьте новый.
Создав последний том, программа предложит извлечь последний диск и вставить первый для внесения правок в заголовок архива.
Мы научились создавать самораспаковывающиеся распределенные архивы. Такой метод архивации нашел особенно широкое применение при распространении программных продуктов.
Упражнение 14.7. Наблюдение интеграционных свойств
программы WinZip
В этом упражнении на примере диспетчера архивов WinZip 7.0 мы ознакомимся с тем, как выполняется интеграция служебных и прикладных программ с операционной системой Windows 98.
Под интеграцией программного обеспечения понимают возможность совместной работы нескольких различных программ в рамках единой системы управления. Так, например, уже известным нам системным средством интеграции является концепция внедрения и связывания объектов и основанный на ней буфер обмена Windows. Здесь же мы познакомимся с другим приемом интеграции, в основе которого лежит изменение свойств программы Проводник и связанного с ней контекстного меню объектов.
С точки зрения интеграции в современном развитии диспетчеров архивов четко прослеживаются две тенденции: интеграция с операционной системой Windows 98 и, наоборот, отказ от интеграции и автономное функционирование. Оба подхода имеют свои достоинства и недостатки. Глубокая интеграция с Проводником делает работу пользователя более удобной и интуитивно понятной. Отказ от интеграции позволяет расширить возможности настройки программы (в первую очередь за счет использования параметров командной строки запуска) и обеспечить гибкое взаимодействие с другими приложениями. Характерным представителем первого направления является рассмотренный нами диспетчер архивов WinZip. Характерным представителем второго направления является популярный в России диспетчер WinRAR.
В итоге получается следующее соотношение:
для эпизодических работ по архивации и извлечению файлов и папок удобнее
использовать систему, хорошо интегрированную в Windows, например, WinZip 7.0;
для регулярных работ по созданию резервных копий папок и дисков удобнее использовать автономные средства, поскольку для них проще организуется взаимодействие с прочими программами (в частности, со средствами автоматизации). В этих случаях можно рекомендовать, например, WinRAR 2.O.
Создайте папку для экспериментов С:\Темр (если эта папка уже существует, создайте в ней папку C:\Temp\Test.
Скопируйте в созданную папку несколько произвольных файлов, взяв их, например, из папки C:\Windows\Media.
Откройте созданную папку и выделите один из помещенных в нее файлов.
Щелкните правой кнопкой мыши на значке выделенного файла откроется контекстное меню, представленное на рис. 14.8. Обратите внимание на то, что в нем имеются два пункта для создания архива (создание архива с произвольным именем и с именем, соответствующим текущему файлу). Появление этих пунктов связано с наличием в компьютерной системе диспетчера архивов и интеграции WinZip 7.0 с Проводником Windows.
Дайте команду Add to Zip (Добавить в архив) произойдет автоматический запуск диспетчера архивов WinZip 7.0 и открытие диалогового окна Add (Добавление в архив).
В поле Add to archive (Добавить в архив) автоматически заносится адрес текущей папки. Сюда остается вписать только название файла создаваемого архива, например C:\Temp\Test\media. Если надо открыть другую папку, это можно сделать с помощью командной кнопки Open (Открыть). Если надо создать новую папку внутри текущей, воспользуйтесь кнопкой New (Создать). Проверив настройку прочих элементов управления, запустите процесс архивации щелчком на командной кнопке Add (Добавить).
Рис. 14.8. Контекстное меню с интегрированными командами
работы с архивами
Рис. 14.9. Контекстное меню архивного файла
Мы наблюдали факт изменения свойств программы Проводник за счет того, что в ком-пьютерной системе установлена программа WinZip. Это изменение свойств выразилось, во-первых, в изменении содержания контекстного меню, связанного с объектами Windows, и, во вторых, в том, что работает прием наполнения архива методом перетаскивания. Таким образом, мы можем говорить о том, что установка программы WinZip расширила функциональные возможности системной программы Проводник.
Задание 14.1. Исследование свойств форматов сжатия
графических данных
S=M-N-3,
где S размер файла с рисунком (байт);
М ширина рисунка (точек);
N высота рисунка (точек).
Запишите результат: S =
Формат файла |
Размер файла (Кбайт) |
Степень сжатия (%) |
24-разрядный .BMP |
||
.GIF |
||
JPG |
8. Ответьте на вопросы.
Что можно сказать о степени сжатия данных в формате BMP?
Что можно сказать о степени сжатия данных в формате/PEG?
9. В графическом редакторе Paint дайте команду создания нового документа Файл > Создать. Убедитесь в том, что полотно имеет размер 640x480. Если это не так, измените его размер командой Рисунок > Атрибуты > Ширина (Высота).
Формат файла |
Размер файла (Кбайт) |
Степень сжатия (%) |
24-разрядный .BMP |
||
.GIF |
||
.JPG |
Какой формат графических данных из рассмотренных здесь наилучшим образом подходит для передачи цветного фотографического материала по каналам электронных сетей?
Какой формат графических данных целесообразно использовать для передачи черно-белого фотографического материала по каналам электронных сетей?
Какой формат наиболее благоприятен для передачи рисунков, имеющих малое количество цветовых оттенков (до 256)?
Какой формат графических данных не годится для передачи информации по каналам электронных сетей, но удобен для хранения изображений, пред
назначенных для дальнейшей обработки?
Задание 14.2. Исследование алгоритмов сжатия программы
WinZip 7.0
1. Подготовьте для экспериментов две папки C:\Temp\lnput и C:\Temp\Output.
2. Наполните экспериментальную папку C:\Temp\lnput произвольным материалом в объеме 20-30 Мбайт, например, скопировав в нее следующие папки Windows 98:
C:\Windows\Help;
C:\Windows\Media;
C:\Windows\Java.
Режим сжатия |
Исходный размер, Мбайт |
Результирующий размер, Мбайт |
Время, с |
Степень сжатия, % |
Эффективность метода |
None |
-------------------- |
||||
Super fast |
|||||
Fast |
|||||
Normal |
|||||
Maximum |
Определите степень сжатия по формуле:
,
где: Sr Размер результирующего файла, Мбайт;
5; размер исходного файла, Мбайт;
R степень сжатия.
Эффективность метода оцените по абсолютной величине приращения степени сжатия к приращению времени сжатия:
Теоретические основы
В основе уплотнения носителей (например, дисков) также лежит принцип сжатия данных за счет уменьшения избыточности путем изменения структуры, но при этом надо иметь в виду ряд особенностей:
процесс уплотнения носителей является относительным, то есть никакого физического увеличения емкости носителя не происходит, а вместо этого происходит сжатие записываемых данных, что вызывает эффект кажущегося увеличения емкости носителя;
процесс сжатия данных происходит под управлением программ, работающих автоматически в фоновом режиме, и, тем самым, он «прозрачен» для пользователя, который никак не ощущает разницы в работе с обычным и уплотненным носителем, но может констатировать факт размещения на диске большего объема данных, чем физическая емкость диска;
степень сжатия данных зависит, как мы знаем, от типа данных, поэтому наблюдаемое приращение емкости носителя не является величиной постоянной и непрерывно меняется в зависимости от того, какой тип данных добавляется на носитель.
Из вышесказанного вытекает, в частности, что в основе алгоритмов сжатия данных, используемых для уплотнения носителей, не могут лежать необратимые методы хотя бы потому, что заранее неизвестен тип данных, который будет записан, а некоторые типы данных (например, программный код) не допускают потери данных ни в малейшей степени.
Практическая реализация концепции уплотнения дисков
1. На физическом диске создается скрытый файл, предназначенный для записи сжатых данных. Данный файл называют файлом сжатого тома, а физический диск, на котором он размещен, называют несущим диском.
2. На уровне операционной системы происходит объявление файла сжатого тома в качестве нового уплотненного диска. То есть, данные, которые записываются на уплотненный диск, на самом деле заносятся в файл сжатого тома, расположенный на несущем диске.
«Присоединение» уплотненного диска
Термин присоединение диска (mounting монтаж) возник еще в те годы, когда прикладные программисты работали за терминалами больших ЭВМ и были полностью оторваны от аппаратных средств компьютера. Если им требовалось программное обеспечение, расположенное на известном им магнитном диске (магнитном барабане, магнитной ленте), то приходилось лично или по телефону обращаться в группу технического обеспечения с просьбой установить носитель на нужное устройство чтения. Поскольку машинное время пользователям в те годы выделялось малыми порциями по утвержденному расписанию, иногда приходилось даже подавать предварительную заявку на установку носителей в определенные часы.
С персональной вычислительной техникой так не работают, но термин остался, хотя стал виртуальным. При присоединении уплотненного диска, конечно же, не происходит никаких монтажных работ, однако если в компьютерной системе имеется уплотненный диск, то со стороны операционной системы возможен двойной взгляд на его структуру.
Во-первых, операционная система может рассматривать его как обычный несущий диск, на котором расположен файл сжатого тома (самый обычный файл, только очень большой). С другой стороны, операционная система может рассматривать тот же диск через посредство драйвера сжатого тома, и тогда она «не видит» файла сжатого тома на несущем диске, но наблюдает как бы дополнительный диск, имеющийся в компьютерной системе.
Оба подхода имеют равные права на существование, и переход от первого представления ко второму и называется присоединением уплотненного диска. Обратная операция, соответственно, называется отсоединением.
Целесообразность уплотнения носителей
Подход к уплотнению носителей неоднозначен. Всегда есть компьютерные системы, имеющие недостаточную емкость жестких дисков, но нуждающиеся в хранении (хотя бы и временном) больших объемов данных. С другой стороны, удельная стоимость хранения единицы данных в последние годы падает столь стремительно, что актуальность уплотнения жестких дисков значительно снизилась. Оценивая возможность уплотнения носителей, следует иметь в виду, что наличие такого носителя в компьютерной системе несколько затрудняет ее обслуживание и заметно снижает ее надежность, в первую очередь в связи с особой сложностью восстановления информации в случае неожиданных повреждений аппаратного или программного обеспечения.
В то же время, типовые объемы данных, обрабатываемых компьютером, неуклонно растут. Существуют некоторые виды работ (прежде всего, это компьютерная графика и видеомонтаж), для которых характерно создание огромных объемов малоценных промежуточных данных. Использование уплотненных дисков для хранения результатов промежуточных операций во многих случаях бывает и рациональным, и оправданным. Следует также иметь в виду, что общее быстродействие компьютерной системы на ряде операций при таком подходе может не только не сократиться, но даже повыситься, в связи с тем, что в операциях чтения/записи участвуют механические устройства, а операции упаковки/распаковки данных выполняются только электронными средствами. Выигрыш от ускорения операций чтения/записи во многих случаях окупает проигрыш в операциях упаковки/распаковки.
Таким образом, принятие решения о целесообразности использования средств уплотнения носителей во всех случаях требует тщательного анализа и повышенной внимательности в обслуживании компьютерной системы. Многое из того, что может себе позволить владелец обычной компьютерной системы, недопустимо, небезопасно или просто неудобно для владельца системы, имеющей уплотненные диски.
Программа Сжатие данных (DriveSpace 3)
В состав операционной системы Windows 98 входит программа Сжатие данных (DriveSpace 3). Она запускается командой Пуск > Программы > Стандартные > Служебные > Сжатие данных. Технология уплотнения (на примере гибкого диска) представлена схемой на рис. 14.10. Как видно из схемы, в результате операции на гибком диске А: образуется скрытый несущий диск Н:, а сам диск А: после этого рассматривается как уплотненный.
SI В связи с тем, что в операционной системе Windows 98 реализован новый метод организации файловой системы (FAT 32), программа Сжатие данных (DriveSpaces) не рассчитана на работу с жесткими дисками большой емкости (более 512 Мбайт). Это понятно, если учесть, что потребность в уплотнении наиболее характерна для дисков малой емкости, хотя надо полагать, что по мере развития операционной системы в ближайших ее версиях появится и поддержка уплотнения для дисков размером более 512 Мбайт.
Рис. 14.10. Схема применения технологии уплотнения дисков
Упражнение 14.8. Уплотнение гибкого диска
Уплотнение гибкого диска чисто учебная задача На практике в уплотнении гибких дисков нет никакого смысла, но поскольку экспериментировать с жесткими дисками небезопасно, практические приемы следует отрабатывать на гибком диске.
Запустите программу Сжатие данных (Пуск > Программы > Стандартные > Служебные > Сжатие данных).
9, Перейдите в окно программы Проводник. Откройте на левой панели диск А:. По записи в строке состояния убедитесь в том, что диск имеет стандартную емкость 1,44 Мбайт.
Мы научились уплотнять диски с помощью стандартной системной программы Сжатие данных (DriveSpace 3) и узнаем, как можно переключаться между двумя способами представления уплотненного диска в операционной системе.
Упражнение 14.9. Управление размером сжатого тома
В предыдущем упражнении мы отдали все свободное пространство гибкого диска для создания файла сжатого тома. Однако, мы могли так не поступать и сохранить часть диска в неуплотненном виде. Впрочем, даже после создания уплотненного диска не поздно пересмотреть вопрос о соотношении уплотненной и неуплотненной областей.
Запустите программу Сжатие данных (Пуск > Программы > Стандартные > Служебные > Сжатие диска).
Рис. 14.11. Управление распределением пространства между
сжатым и несущим дисками
9. По окончании процесса закройте программы Сжатие данных и Проводник. Уплотненный диск сохраните для следующего упражнения.
Мы научились гибко управлять соотношением размеров между несущим и уплотненным дисками, хотя не будем забывать, что физически это две части одного и того же диска. Просто к уплотненной части операционная система обращается при посредничестве драйвера сжатого тома, а с неуплотненной частью диска работает обычным образом. Тот факт, что эта части диска обозначаются разными буквами в Проводнике, как два разных устройства, физического значения не имеетэто сделано только для нашего удобства.
Упражнение 14.10. Корректировка расчетного
коэффициента сжатия
Реально управлять коэффициентом сжатия при записи информации на уплотненный диск нельзя. Этот коэффициент определяется типом записываемых данных и от нас не зависит. Однако, оценивая ожидаемую емкость уплотненного диска, мы можем учитывать реально достигнутую степень сжатия и, в соответствии с ней, изменять кажущийся коэффициент сжатия так, чтобы оценка емкости носителя приблизительно соответствовала истинной.
Запустите программу Сжатие данных (Пуск > Программы > Стандартные » Служебные > Сжатие данных).
10. По окончании процесса закройте программы Сжатие данных и Проводник.
Поскольку реальная степень сжатия данных, записываемых на уплотненный диск, заранее неизвестна, оценку емкости диска приходится производить по расчетному коэффициенту сжатия. Однако после записи данных величину реального коэффициента сжатия установить уже можно. Правильная и своевременная коррекция расчетного коэффициента позволяет судить о свободном месте на уплотненном носителе.
Задание 14.3. Исследование средств и методов повышения
степени уплотнения дисков
Степень сжатия данных, реализуемая программой Сжатие данных (DriveSpace 3), невысока. Прежде всего, это связано с необходимостью сделать процесс записи/ чтения данных быстрым и прозрачным для пользователя. Вместе с тем, в операционной системе Windows 98 есть стандартные средства, позволяющие сделать «переупаковку» данных и значительно повысить коэффициент сжатия речь идет о программе Агент сжатия. Правда, ее алгоритм работает столь медленно, что обслуживание уплотненных дисков нередко производят в автоматическом режиме в нерабочее время. Работа в автоматическом режиме обеспечивается благодаря наличию программ Назначенные задания и Мастер обслуживания.
Откройте программу Агент сжатия (Пуск > Программы > Стандартные > Служебные > Агент сжатия).
15. После того как Агент сжатия закончит работу, выполните замеры необходимых параметров (см. п.п. 5,6,8) и результаты занесите в таблицу.
Метод сжатия |
Исходный размер массива |
Коэффициент уплотнения |
Расчетная емкость гибкого диска |
Обычный |
|||
HiPack (Улучшенный) |
|||
UltraPack (Наилучший) |
Виды компьютерной графики
Представление данных на мониторе компьютера в графическом виде впервые было реализовано в середине 50-х годов для больших ЭВМ, применявшихся в научных и военных исследованиях. С тех пор графический способ отображения данных стал неотъемлемой принадлежностью подавляющего числа компьютерных систем, в особенности персональных. Графический интерфейс пользователя сегодня является стандартом «де-факто» для программного обеспечения разных классов, начиная с операционных систем.
Существует специальная область информатики, изучающая методы и средства создания и обработки изображений с помощью программно-аппаратных вычислительных комплексов, компьютерная графика. Она охватывает все виды и формы представления изображений, доступных для восприятия человеком либо на экране монитора, либо в виде копии на внешнем носителе (бумага, кинопленка, ткань и прочее). Без компьютерной графики невозможно представить себе не только компьютерный, но и обычный, вполне материальный мир. Визуализация данных находит применение в самых разных сферах человеческой деятельности. Для примера назовем медицину (компьютерная томография), научные исследования (визуализация строения вещества, векторных полей и других данных), моделирование тканей и одежды, опытно-конструкторские разработки.
В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику принято подразделять на растровую, векторную и фрактальную.
Отдельным предметом считается трехмерная (3D) графика, изучающая приемы и методы построения объемных моделей объектов в виртуальном пространстве. Как правило, в ней сочетаются векторный и растровый способы формирования изображений.
Особенности цветового охвата характеризуют такие понятия, как черно-белая и цветная графика. На специализацию в отдельных областях указывают названия некоторых разделов: инженерная графика, научная графика, Web-графика, компьютерная полиграфия и прочие.
На стыке компьютерных, телевизионных и кинотехнологий зародилась и стремительно развивается сравнительно новая область компьютерной графики и анимации.
Заметное место в компьютерной графике отведено развлечениям. Появилось даже такое понятие, как механизм графического представления данных ( Graphics Engine). Рынок игровых программ имеет оборот в десятки миллиардов долларов и часто инициализирует очередной этап совершенствования графики и анимации.
Хотя компьютерная графика служит всего лишь инструментом, ее структура и методы основаны на передовых достижениях фундаментальных и прикладных наук: математики, физики, химии, биологии, статистики, программирования и множества других. Это замечание справедливо как для программных, так и для аппаратных средств создания и обработки изображений на компьютере. Поэтому компьютерная графика является одной из наиболее бурно развивающихся отраслей информатики и во многих случаях выступает «локомотивом», тянущим за собой всю компьютерную индустрию.
Растровая графика
Для растровых изображений, состоящих из точек, особую важность имеет понятие разрешения, выражающее количество точек, приходящихся на единицу длины. При этом следует различать:
разрешение оригинала;
разрешение экранного изображения;
разрешение печатного изображения.
Разрешение оригинала. Разрешение оригинала измеряется в точках на дюйм (dotsper inch dpi) и зависит от требований к качеству изображения
и размеру файла, способу оцифровки или методу создания исходной иллюстрации, избранному формату файла и другим параметрам. В общем случае действует правило: чем выше требования к качеству, тем выше должно быть разрешение оригинала.
Разрешение экранного изображения. Для экранных копий изображения элементарную точку растра принято называть пикселом. Размер пиксела варьируется в зависимости от выбранного экранного разрешения (из диапазона стандартных значений), разрешения оригинала и масштаба отображения.
Мониторы для обработки изображений с диагональю 20-21 дюйм (профессионального класса), как правило, обеспечивают стандартные экранные разрешения 640x480, 800x600, 1024x768, 1280x1024, 1600x1200, 1600x1280, 1920x1200, 1920x1600 точек. Расстояние между соседними точками люминофора у качественного монитора составляет 0,22-0,25 мм.
Для экранной копии достаточно разрешения 72 dpi, для распечатки на цветном или лазерном принтере 150-200 dpi, для вывода на фотоэкспонирующем устройстве 200-300 dpi. Установлено эмпирическое правило, что при распечатке величина разрешения оригинала должна быть в 1,5 раза больше, чем линиатура растра устройства вывода. В случае, если твердая копия будет увеличена по сравнению с оригиналом, эти величины следует умножить на коэффициент масштабирования.
Разрешение печатного изображения и понятие линиатуры. Размер точки растрового изображения как на твердой копии (бумага, пленка и т. д.), так и на экране зависит от примененного метода и параметров растрирования оригинала. При растрировании на оригинал как бы накладывается сетка линий, ячейки которой образуют элемент растра. Частота сетки растра измеряется числом линий на дюйм (lines per inch Ipi) и называется линиатурой.
Размер точки растра рассчитывается для каждого элемента и зависит от интенсивности тона в данной ячейке. Чем больше интенсивность, тем плотнее заполняется элемент растра. То есть, если в ячейку попал абсолютно черный цвет, размер точки растра совпадет с размером элемента растра. В этом случае говорят о 100% заполняемое™. Для абсолютно белого цвета значение заполняемости составит 0%. На практике заполняемость элемента на отпечатке обычно составляет от 3 до 98%. При этом все точки растра имеют одинаковую оптическую плотность, в идеале приближающуюся к абсолютно черному цвету. Иллюзия более темного тона создается за счет увеличения размеров точек и, как следствие, сокращения пробельного поля между ними при одинаковом расстоянии между центрами элементов растра (рис. 15.1). Такой метод называют растрированием с амплитудной модуляцией (AM).
Существует и метод растрирования с частотной модуляцией (ЧМ), когда интенсивность тона регулируется изменением расстояния между соседними точками одинакового размера. Таким образом, при частотно-модулированном растрировании в ячейках растра с разной интенсивностью тона находится разное число точек (см. рис. 15.1).
ячейка растра АМ-растр 18,75% АМ-растр 50% ЧМ-растр 18,75%
Рис. 15.1. Примеры амплитудной и частотной модуляции растра
Изображения, растрированные ЧМ-методом, выглядят более качественно, так как размер точек минимален и во всяком случае существенно меньше, чем средний размер точки при AM-растрировании. Еще более повышает качество изображения разновидность ЧМ-метода, называемая стохастическим растрированием. В этом случае рассчитывается число точек, необходимое для отображения требуемой интенсивности тона в ячейке растра. Затем эти точки располагаются внутри ячейки на расстояниях, вычисленных квазислучайным методом (на самом деле используется специальный математический алгоритм). То есть регулярная структура растра внутри ячейки, как и на изображении в целом, вообще отсутствует (рис. 15.2). Поэтому при стохастическом ЧМ-растрировании теряет смысл понятие линиатуры растра, имеет значение лишь разрешающая способность устройства вывода. Такой способ требует больших затрат вычислительных ресурсов и высокой точности полиграфического оборудования; он применяется в основном для художественных работ, при печати с числом красок, превышающим четыре.
Рис. 15.2. Пример использования стохастического растра
Интенсивность тона (так называемую светлоту) принято подразделять на 256 уровней. Большее число градаций не воспринимается зрением человека и является избыточным. Меньшее число ухудшает восприятие изображения (минимально допустимым для качественной полутоновой иллюстрации принято значение 150 уровней). Нетрудно подсчитать, что для воспроизведения 256 уровней тона достаточно иметь размер ячейки растра 256 = 16 х 16 точек.
Между разрешением оригинала, частотой растра и градацией уровней существует зависимость, описываемая формулой:
,
где N число градаций уровней тона (оттенков),
dpi разрешение устройства вывода (отображения),
Ipi линиатура растра. Единица в формуле соответствует абсолютно белому цвету, когда ячейка растра вообще не заполнена.
При выводе копии изображения на принтере или полиграфическом оборудовании линиатуру растра выбирают, исходя из компромисса между требуемым качеством, возможностями аппаратуры и параметрами печатных материалов. Для лазерных принтеров рекомендуемая линиатура составляет 65-100 Ipi, для газетного производства 65-85 Ipi, для книжно-журнального 85-133 Ipi, для художественных и рекламных работ 133-300 Ipi.
При печати изображений с наложением растров друг на друга, например многоцветных, каждый последующий растр поворачивается на определенный угол. Традиционными для цветной печати считаются углы поворота: 105 градусов для голубой печатной формы, 75 градусов для пурпурной, 90 градусов для желтой и 45 градусов для черной. При этом ячейка растра становится косоугольной, и для воспроизведения 256 градаций тона с линиатурой 150 Ipi уже недостаточно разрешения 16x150=2400 dpi. Поэтому для фотоэкспонирующих устройств профессионального класса принято минимальное стандартное разрешение 2540 dpi, обеспечивающее качественное растрирование при разных углах поворота растра. Таким образом, коэффициент, учитывающий поправку на угол поворота растра, для цветных изображений составляет 1,06.
Динамический диапазон. Качество воспроизведения тоновых изображений принято оценивать динамическим диапазоном (D). Это оптическая плотность, численно равная десятичному логарифму величины, обратной коэффициенту пропускания т (для оригиналов, рассматриваемых «на просвет», например слайдов) или коэффициенту отражения р (для прочих оригиналов, например полиграфических отпечатков):
,
где FQ падающий световой поток,
Fp отраженный световой поток,
T пропущенный световой поток.
Для оптических сред, пропускающих свет, динамический диапазон лежит в пределах от 0 до 4. Для поверхностей, отражающих свет, значение динамического диапазона составляет от 0 до 2. Чем выше динамический диапазон, тем большее число полутонов присутствует в изображении и тем лучше качество его восприятия.
Связь между параметрами изображения и размером файла. Средствами растровой графики принято иллюстрировать работы, требующие высокой точности в передаче цветов и полутонов. Однако размеры файлов растровых иллюстраций стремительно растут с увеличением разрешения. Фотоснимок, предназначенный для домашнего промотра (стандартный размер 10x15 см, оцифрованный с разрешением 200-300 dpi, цветовое разрешение 24 бита), занимает в формате TIFF с включенным режимом сжатия около 4 Мбайт. Оцифрованный с высоким разрешением слайд занимает 45-50 Мбайт. Цветоделенное цветное изображение формата А4 занимает 120-150 Мбайт.
Масштабирование растровых изображений. Одним из недостатков растровой графики является так называемая пикселизация изображений при их увеличении (если не приняты специальные меры). Раз в оригинале присутствует определенное количество точек, то при большем масштабе увеличивается и их размер, становятся заметны элементы растра, что искажает саму иллюстрацию (рис. 15.3). Для противодействия пикселизации принято заранее оцифровывать оригинал с разрешением, достаточным для качественной визуализации при масштабировании. Другой прием состоит в применении стохастического растра, позволяющего уменьшить эффект пикселизации в определенных пределах. Наконец, при масштабировании используют метод интерполяции, когда увеличение размера иллюстрации происходит не за счет масштабирования точек, а путем добавления необходимого числа промежуточных точек.
Рис. 153. Эффект пикселизации при масштабировании растрового
изображения
Векторная графика
Если в растровой графике базовым элементом изображения является точка, то в векторной графикелиния. Линия описывается математически как единый объект, и потому объем данных для отображения объекта средствами векторной графики существенно меньше, чем в растровой графике.
Линия элементарный объект векторной графики. Как и любой объект, линия обладает свойствами: формой (прямая, кривая), толщиной, цветом, начертанием (сплошная, пунктирная). Замкнутые линии приобретают свойство заполнения. Охватываемое ими пространство может быть заполнено другими объектами {текстуры, карты) или выбранным цветом.
Простейшая незамкнутая линия ограничена двумя точками, именуемыми узлами. Узлы также имеют свойства, параметры которых влияют на форму конца линии и характер сопряжения с другими объектами.
Все прочие объекты векторной графики составляются из линий. Например куб можно составить из шести связанных прямоугольников, каждый из которых, в свою очередь, образован четырьмя связанными линиями. Возможно представить куб и как двенадцать связанных линий, образующих ребра.
Рис. 15.4. Объекты векторной графики
Математические основы векторной графики
Рассмотрим подробнее способы представления различных объектов в векторной графике.
Точка. Этот объект на плоскости представляется двумя числами (х, у), указывающими его положение относительно начала координат.
Прямая линия. Ей соответствует уравнение у = kx + b. Указав параметры k и Ь, всегда можно отобразить бесконечную прямую линию в известной системе координат, то есть для задания прямой достаточно двух параметров.
Отрезок прямой. Он отличается тем, что требует для описания еще двух параметров например, координат xl и х2 начала и конца отрезка.
Кривая второго порядка. К этому классу кривых относятся параболы, гиперболы, эллипсы, окружности, то есть все линии, уравнения которых содержат степени не выше второй. Кривая второго порядка не имеет точек перегиба. Прямые линии являются всего лишь частным случаем кривых второго порядка. Формула кривой второго порядка в общем виде может выглядеть, например, так:
Таким образом, для описания бесконечной кривой второго порядка достаточно пяти параметров. Если требуется построить отрезок кривой, понадобятся еще два параметра.
Кривая третьего порядка. Отличие этих кривых от кривых второго порядка состоит в возможном наличии точки перегиба. Например график функции у=х? имеет точку перегиба в начале координат (рис. 15.5). Именно эта особенность позволяет сделать кривые третьего порядка основой отображения природных объектов в векторной графике. Например линии изгиба человеческого тела весьма близки к кривым третьего порядка. Все кривые второго порядка, как и прямые, являются частными случаями кривых третьего порядка.
В общем случае уравнение кривой третьего порядка можно записать так:
Таким образом, кривая третьего порядка описывается девятью параметрами. Описание ее отрезка потребует на два параметра больше.
Рис. 15.5. Кривая третьего порядка (слева) и кривая Безье (справа)
Кривые Безье. Это особый, упрощенный вид кривых третьего порядка (см. рис. 15.5). Метод построения кривой Безье (Bezier) основан на использовании пары касательных, проведенных к отрезку линии в ее окончаниях. Отрезки кривых Безье описываются восемью параметрами, поэтому работать с ними удобнее. На форму линии влияет угол наклона касательной и длина ее отрезка. Таким образом, касательные играют роль виртуальных «рычагов», с помощью которых управляют кривой.
Фрактальная графика
Фрактальная графика, как и векторная, основана на математических вычислениях. Однако базовым элементом фрактальной графики является сама математическая формула, то есть никаких объектов в памяти компьютера не хранится и изображение строится исключительно по уравнениям. Таким способом строят как простейшие регулярные структуры, так и сложные иллюстрации, имитирующие природные ландшафты и трехмерные объекты (рис. 15.6).
Основные понятия трехмерной графики
Трехмерная графика нашла широкое применение в таких областях, как научные расчеты, инженерное проектирование, компьютерное моделирование физических объектов. В качестве примера рассмотрим наиболее сложный вариант трехмерного моделирования создание подвижного изображения реального физического тела.
Рис. 15.6. Примеры фрактальных объектов
В упрощенном виде для пространственного моделирования объекта требуется:
• спроектировать и создать виртуальный каркас («скелет») объекта, наиболее полно соответствующий его реальной форме;
• спроектировать и создать виртуальные материалы, по физическим свойствам визуализации похожие на реальные;
• присвоить материалы различным частям поверхности объекта (на профессиональном жаргоне «спроектировать текстуры на объект»);
• настроить физические параметры пространства, в котором будет действовать объект, - задать освещение, гравитацию, свойства атмосферы, свойства взаимодействующих объектов и поверхностей;
• задать траектории движения объектов;
• рассчитать результирующую последовательность кадров;
• наложить поверхностные эффекты на итоговый анимационный ролик.
Для создания реалистичной модели объекта используют геометрические примитивы (прямоугольник, куб, жар, конус и прочие) и гладкие, так называемые онлайновые поверхности. В последнем случае применяют чаще всего метод бикубических рациональныхВ-сплайнов на неравномерной сетке (NURBS). Вид поверхности при этом определяется расположенной в пространстве сеткой опорных точек. Каждой точке присваивается коэффициент, величина которого определяет степень ее влияния на часть поверхности, проходящей вблизи точки. От взаимного расположения точек и величины коэффициентов зависит форма и «гладкость» поверхности в целом. Специальный инструментарий позволяет обрабатывать примитивы, составляющие объект, как единое целое, с учетом их взаимодействия на основе заданной физической модели.
Деформация объекта обеспечивается перемещением кон ii»r къчых точек, расположенных вблизи. Каждая контрольная точка связана с f4, i ежащими опорными точками, степень ее влияния на них определяется удаленн i- , Другой метод называют сеткой деформации. Вокруг объекта или его частк - щается трехмерная сетка, перемещение любой точки которой вызывает упруг t< 1 эрмацию как самой сетки, так и окруженного объекта.
Еще одним способом построения объектов из примитивов служит твердотельное моделирование. Объекты представлены твердыми телами, которые при взаимодействии с другими телами различными способами (объединение, вычитание, слияние и другие) претерпевают необходимую трансформацию. Например, вычитание из прямоугольного параллелепипеда шара приведет к образованию в параллелепипеде полукруглой лунки.
После формирования «скелета» объекта необходимо покрыть его поверхность материалами. Все многообразие свойств в компьютерном моделировании сводится к визуализации поверхности, то есть к расчету коэффициента прозрачности поверхности и угла преломления лучей света на границе материала и окружающего пространства. Для построения поверхностей материалов используют пять основных физических моделей:
Bouknight поверхности с диффузным отражением без бликов (например, матовый пластик);
Phongповерхности со структурированными микронеровностями (например, металлические);
Blinn поверхности со специальным распределением микронеровностей с учетом взаимных перекрытий (например, глянец);
Whitted модель, позволяющая дополнительно учитывать поляризацию света;
Hall модель, позволяющая корректировать направления отражения и параметры преломления света.
Закраска поверхностей осуществляется методами Гуро (Gouraud) или Фонга (Phong). В первом случае цвет примитива рассчитывается лишь в его вершинах, а затем линейно интерполируется по поверхности. Во втором случае строится нормаль к объекту в целом, ее вектор интерполируется по поверхности составляющих примитивов и освещение рассчитывается для каждой точки.
Свет, уходящий с поверхности в конкретной точке в сторону наблюдателя, представляет собой сумму компонентов, умноженных на коэффициент, связанный с материалом и цветом поверхности в данной точке. К таковым компонентам относятся:
свет, пришедший с обратной стороны поверхности, то есть преломленный свет {Refracted);
свет, равномерно рассеиваемый поверхностью (Diffuse);
зеркально отраженный свет (Reflected);
блики, то есть отраженный свет источников (Specular);
собственное свечение поверхности (Self Illumination).
Свойства поверхности описываются в создаваемых массивах текстур (двух- или трехмерных). Таким образом, в массиве содержатся данные о степени прозрачности материала; коэффициенте преломления; коэффициентах смещения компонентов (их список указан выше); цвете в каждой точке, цвете блика, его ширине и резкости; цвете рассеянного (фонового) освещения; локальных отклонениях векторов от нормали (то есть, учитывается шероховатость поверхности).
Следующим этапом является наложение («проектирование») текстур на определенные участки каркаса объекта. При этом необходимо учитывать их взаимное влияние на границах примитивов. Проектирование материалов на объект задача трудно формализуемая, она сродни художественному процессу и требует от исполнителя хотя бы минимальных творческих способностей.
Из всех параметров пространства, в котором действует создаваемый объект, с точки зрения визуализации самым важным является определение источников света. В трехмерной графике принято использовать виртуальные эквиваленты физических источников.
Аналогом равномерного светового фона служит так называемый растворенный свет (Ambient Light), Он не имеет геометрических параметров и характеризуется только цветом и интенсивностью. Пример в природе естественная освещенность вне видимости Солнца и Луны.
Удаленный не точечный источник называют удаленным светом (Distant Light). Ему присваиваются конкретные геометрические параметры (координаты). Аналог в природе Солнце.
Точечный источник света (Point Light Source) равномерно испускает свет во всех направлениях и также имеет координаты. Аналог в технике электрическая лампочка.
• Направленный источник света (Direct Light Source) кроме местоположения характеризуется направлением светового потока, углами раствора полного конуса света и его наиболее яркого пятна. Аналог в технике прожектор.
После завершения конструирования и визуализации объекта приступают к его «оживлению», то есть заданию параметров движения. Компьютерная анимация базируется на ключевых кадрах. В первом кадре объект выставляется в исходное положение. Через определенный промежуток (например, в восьмом кадре) задается новое положение объекта и так далее до конечного положения. Промежуточные значения вычисляет программа по специальному алгоритму. При этом происходит не просто линейная аппроксимация, а плавное изменение положения опорных точек объекта в соответствии с заданными условиями (рис. 15.7).
Ключевые кадры
Рис. 15.7. Построение видеоряда по ключевым кадрам
Эти условия определяются иерархией объектов (то есть законами их взаимодействия между собой), разрешенными плоскостями движения, предельными углами поворотов, величинами ускорений и скоростей. Такой подход называют методом инверсной кинематики движения. Он хорошо работает при моделировании механических устройств. В случае с имитацией живых объектов используют так называемые скелетные модели. То есть, создается некий каркас, подвижный в точках, характерных для моделируемого объекта. Движения точек просчитываются предыдущим методом. Затем на каркас накладывается оболочка, состоящая из смоделированных поверхностей, для которых каркас является набором контрольных точек, то есть создается каркасная модель. Каркасная модель визуализуется наложением поверхностных текстур с учетом условий освещения. В ходе перемещения объекта получается весьма правдоподобная имитация движений живых существ.
Наиболее совершенный метод анимации заключается в фиксации реальных движений физического объекта. Например, на человеке закрепляют в контрольных точках яркие источники света и снимают заданное движение на видео- или кинопленку. Затем координаты точек по кадрам переводят с пленки в компьютер и присваивают соответствующим опорным точкам каркасной модели. В результате движения имитируемого объекта практически неотличимы от живого прототипа.
Процесс расчета реалистичных изображений назиъают рендерингом (визуализацией). Большинство современных программ рендеринга основаны на методе обратной трассировки лучей (Backway Ray Tracing). Его суть заключается в следующем.
Применение сложных математических моделей позволяет имитировать такие физические эффекты, как взрывы, дождь, огонь, дым, туман. Существуют методы расчета процедурных эффектов (Procedural Effects) и взаимодействия систем частиц (Particle System). Однако их применение в полном объеме требует громадных вычислительных ресурсов, и потому в персональных компьютерах обычно используют упрощенные варианты. По завершении рендеринга компьютерную трехмерную анимацию используют либо как самостоятельный продукт, либо в качестве отдельных частей или кадров готового продукта (рис. 15.8).
Особую область трехмерного моделирования в режиме реального времени составляют тренажеры технических средств автомобилей, судов, летательных и космических аппаратов. В них необходимо очень точно реализовывать технические параметры объектов и свойства окружающей физической среды. В более простых вариантах, например при обучении вождению наземных транспортных средств, тренажеры реализуют на персональных компьютерах.
Самые совершенные на сегодняшний день устройства созданы для обучения пилотированию космических кораблей и военных летательных аппаратов. Моделированием и визуализацией объектов в таких тренажерах заняты несколько специализированных графических станций, построенных на мощных Ж5С-процессорах и скоростных видеоадаптерах с аппаратными ускорителями трехмерной графики. Общее управление системой и просчет сценариев взаимодействия возложены на суперкомпьютер, состоящий из десятков и сотен процессоров. Стоимость таких комплексов выражается девятизначными цифрами, но их применение окупается достаточно быстро, так как обучение на реальных аппаратах в десятки раз дороже.
Рис. 15.8. Моделирование взрыва методом Particle System
Программные средства обработки трехмерной графики
На персональных компьютерах основную долю рынка программных средств обработки трехмерной графики занимают три пакета. Эффективней всего они работают на самых мощных машинах (в двух- или четырехпроцессорных конфигурациях Pentium II/III, Xeon) под управлением операционной системы Windows NT.
Программа создания и обработки трехмерной графики 3D Studio Max фирмы Kinetix изначально создавалась для платформы Windows. Этот пакет считается «полупрофессиональным». Однако его средств вполне хватает для разработки качественных трехмерных изображений объектов неживой природы (рис, 15.9). Отличительными особенностями пакета являются поддержка большого числа аппаратных ускорителей трехмерной графики, мощные световые эффекты, большое число дополнений, созданных сторонними фирмами. Сравнительная нетребовательность к аппаратным ресурсам позволяет работать даже на компьютерах среднего уровня. Вместе с тем по средствам моделирования и анимации пакет 3D Studio Max уступает более развитым программным средствам.
Рис. 15.9. Трехмерное моделирование ландшафта средствами
3D Studio Max
Программа Softimage 3D компании Microsoft изначально создавалась для рабочих станций SGIw. лишь сравнительно недавно была конвертирована под операционную систему Windows NT. Программу отличают богатые возможности моделирования, наличие большого числа регулируемых физических и кинематографических параметров. Для рендеринга применяется качественный и достаточно быстрый модуль Mental Ray. Существует множество дополнений, выпущенных «третьими» фирмами, значительно расширяющих функции пакета. Эта программа считается стандартом «де-факто» в мире специализированных графических станций SGI, а на платформе IBM PC выглядит несколько тяжеловато и требует мощных аппаратных ресурсов.
Наиболее революционной с точки зрения интерфейса и возможностей является программа Maya, разработанная консорциумом известных компаний (Alias, Wavefront, TDI). Пакет существует в вариантах для разных операционных систем, в том числе и Windows NT. Он имеет модульное построение и включает следующие блоки.
Base содержит ядро программы. Обеспечивает поддержку основных инструментов моделирования, инверсной кинематики, обработки звука, имитации физических твердых тел, захвата движения, рендеринга и основных наборов эффектов.
Maya F/X набор дополнительных модулей, поддерживающих эффекты обработки систем частиц и моделирования физики взаимодействия мягких тел.
Maya Power Modeler в основном содержит мощные средства полигонального и сплайнового моделирования объектов;
Maya Artisan наиболее передовой модуль, позволяющий обрабатывать виртуальные модели методами, характерными для реальной работы скульпторов и художников. Позволяет, к примеру, рисовать по поверхности объекта «кистями», сглаживать поверхности или делать их более шероховатыми «скульптурными резцами»;
Maya Cloth предназначен для моделирования одежды;
Maya Fur модуль для имитации поверхностей, покрытых шерстью или мехом (рис. 15.10);
Рис. 15.10. Моделирование меховой поверхности средствами пакета Maya
Maya Live сценарный модуль, обеспечивающий сопряжение реальных съемок (на «натуре») с компьютерной анимацией.
Инструментарий Maya сведен в четыре группы: Animation (анимация), Modeling (моделирование), Dynamic (физическое моделирование), Rendering (визуализация). Удобный настраиваемый интерфейс выполнен в соответствии с современными требованиями. На сегодняшний день Maya является наиболее передовым пакетом в классе средств создания и обработки трехмерной графики для персональных компьютеров.
Форматы графических данных
В компьютерной графике применяют по меньшей мере три десятка форматов файлов для хранения изображений. Но лишь часть из них стала стандартом «де-факто» и применяется в подавляющем большинстве программ. Как правило, несовместимые форматы имеют файлы растровых, векторных, трехмерных изображений, хотя существуют форматы, позволяющие хранить данные разных классов. Многие приложения ориентированы на собственные «специфические» форматы, перенос их файлов в другие программы вынуждает использовать специальные фильтры или экспортировать изображения в «стандартный» формат.
TIFF (Tagged Image File Format). Формат предназначен для хранения растровых изображений высокого качества (расширение имени файла .TIF). Относится к числу широко распространенных, отличается переносимостью между платформами (IBM PC и Apple Macintosh), обеспечен поддержкой со стороны большинства графических, верстальных и дизайнерских программ. Предусматривает широкий диапазон цветового охвата от монохромного черно-белого до 32-разрядной модели цветоделения CMYK. Начиная с версии 6.0 в формате TIFF можно хранить сведения о масках (контурах обтравки) изображений. Для уменьшения размера файла применяется встроенный алгоритм сжатия LZW.
PSD (PhotoShop Document). Собственный формат программы Adobe Photoshop (расширение имени файла .PSD), один из наиболее мощных по возможностям хранения растровой графической информации. Позволяет запоминать параметры слоев, каналов, степени прозрачности, множества масок. Поддерживаются 48-разрядное кодирование цвета, цветоделение и различные цветовые модели. Основной недостаток выражен в том, что отсутствие эффективного алгоритма сжатия информации приводит к большому объему файлов.
PCX, Формат появился как формат хранения растровых данных программы PC PaintBrush фирмы Z-Soft и является одним из наиболее распространенных (расширение имени файла .PCX). Отсутствие возможности хранить цветоделенные изображения, недостаточность цветовых моделей и другие ограничения привели к утрате популярности формата. В настоящее время считается устаревшим.
PhotoCD. Формат разработан фирмой Kodak для хранения цифровых растровых изображений высокого качества (расширение имени файла .PCD). Сам формат хранения данных в файле называется Image Рас. Файл имеет внутреннюю структуру, обеспечивающую хранение изображения с фиксированными величинами разрешений, и потому размеры любых файлов лишь незначительно отличаются друг от друга и находятся в диапазоне 4-5 Мбайт. Каждому разрешению присвоен собственный уровень, отсчитываемый от так называемого базового (Base), составляющего 512x768 точек, Всего в файле пять уровней от Base/16 (128x192 точек) до BasexlG (2048x3072 точек). При первичном сжатии исходного изображения применяется метод субдискретизации, практически без потери качества. Затем вычисляются разности Base Basex4 и Basex4 Basexl6. Итоговый результат записывается в файл. Чтобы воспроизвести информацию с высоким разрешением, производится обратное преобразование. Для хранения информации о цвете использована цветовая модель YCC,
Windows Bitmap. Формат хранения растровых изображений в операционной системе Windows (расширение имени файла .BMP). Соответственно, поддерживается всеми приложениями, работающими в этой среде.
JPEG (Joint Photographic Experts Group). Формат предназначен для хранения растровых изображений (расширение имени файла. JPG). Позволяет регулировать соотношение между степенью сжатия файла и качеством изображения. Применяемые методы сжатия основаны на удалении «избыточной» информации, поэтому формат рекомендуют использовать только для электронных публикаций.
GIF (Graphics Interchange Format). Стандартизирован в 1987 году как средство хранения сжатых изображений с фиксированным (256) количеством цветов (расширение имени файла .GiF). Получил популярность в Интернете благодаря высокой степени сжатия. Последняя версия формата GIF89a позволяет выполнять чересстрочную загрузку изображений и создавать рисунки с прозрачным фоном. Ограниченные возможности по количеству цветов обусловливают его применение исключительно в электронных публикациях.
PNG (Portable Network Graphics). Сравнительно новый (1995 год) формат хранения изображений для их публикации в Интернете (расширение имени файла .PNG). Поддерживаются три типа изображений цветные с глубиной 8 или 24 бита и черно-белое с традицией 256 оттенков серого. Сжатие информации происходит практически без потерь, предусмотрены 254 уровня альфа-канала, чересстрочная развертка.
WMF (Windows MetaFile). Формат хранения векторных изображений операционной системы Windows (расширение имени файла .WMF). По определению поддерживается всеми приложениями этой системы. Однако отсутствие средств для работы со стандартизированными цветовыми палитрами, принятыми в полиграфии, и другие недостатки ограничивают его применение.
EPS (Encapsulated PostScript). Формат описания как векторных, так и растровых изображений на языке PostScript фирмы Adobe, фактическом стандарте в области допечатных процессов и полиграфии (расширение имени файла. EPS), Так как язык PostScript является универсальным, в файле могут одновременно храниться векторная и растровая графика, шрифты, контуры обтравки (маски), параметры калибровки оборудования, цветовые профили. Для отображения на экране векторного содержимого используется формат WMF, а растрового TIFF. Но экранная копия лишь в общих чертах отображает реальное изображение, что является существенным недостатком EPS. Действительное изображение можно увидеть лишь на выходе выводного устройства, с помощью специальных программ просмотра или после преобразования файла в формат PDF'B приложениях Acrobat Reader, Acrobat Exchange.
PDF (Portable Document Format). Формат описания документов, разработанный фирмой Adobe (расширение имени файла .PDF). Хотя этот формат в основном предназначен для хранения документа целиком, его впечатляющие возможности позволяют обеспечить эффективное представление изображений. Формат является аппа-ратно-независимым, поэтому вывод изображений допустим на любых устройствах от экрана монитора до фотоэкспонирующего устройства. Мощный алгоритм сжатия со средствами управления итоговым разрешением изображения обеспечивает компактность файлов при высоком качестве иллюстраций.
Понятие цвета
Цвет чрезвычайно важен в компьютерной графике как средство усиления зрительного впечатления и повышения информационной насыщенности изображения. Ощущение цвета формируется человеческим мозгом в результате анализа светового потока, попадающего на сетчатку глаза от излучающих или отражающих объектов. Считается, что цветовые рецепторы (колбочки) подразделяются на три группы, каждая из которых воспринимает только единственный цвет красный, зеленый или синий. Нарушения в работе любой из групп приводит к явлению дальтонизма искаженного восприятия цвета.
Световой поток формируется излучениями, представляющими собой комбинацию трех «чистых» спектральных цветов (красный, зеленый, синий КЗС) и их производных (в англоязычной литературе используют аббревиатуру RGB Red, Green, Blue). Для излучающих объектов характерно аддитивное цветовоспроизведение (световые излучения суммируются), для отражающих объектов субтрактивное цветовоспроизведение (световые излучения вычитаются). Примером объекта первого типа является электронно-лучевая трубка монитора, второго типа полиграфический отпечаток.
Физические характеристики светового потока определяются параметрами мощности, яркости и освещенности. Визуальные параметры ощущения цвета характеризуются светлотой, то есть различимостью участков, сильнее или слабее отражающих свет. Минимальную разницу между яркостью различимых по светлоте объектов называют порогом. Величина порога пропорциональна логарифму отношения яркостей. Последовательность оптических характеристик объекта (расположенная по возрастанию или убыванию), выраженная в оптических плотностях или логарифмах яркостей, составляет градацию и является важнейшим инструментом для анализа и обработки изображения.
Для точного цветовоспроизведения изображения на экране монитора важным является понятие цветовой температуры, В классической физике считается, что любое тело с температурой, отличной от 0 градусов по шкале Кельвина, испускает излучение. С повышением температуры спектр излучения смещается от инфракрасного до ультрафиолетового диапазона, проходя через оптический.
Для идеального черного тела легко находится зависимость между длиной волны излучения и температурой тела. На основе этого закона, например, была дистанционно вычислена температура Солнца около 6500 К. Для целей правильного цветовоспроизведения характерна обратная задача. То есть, монитор с выставленной цветовой температурой 6500 К должен максимально точно воспроизвести спектр излучения идеального черного тела, нагретого до такой же степени. Таким образом, стандартные значения цветовых температур используют в качестве всеобщего эталона, обеспечивающего одинаковое цветовоспроизведение на разных излучающих устройствах.
На практике зрение человека непрерывно подстраивается под спектр, характерный для цветовой температуры источника излучения. Например, на улице в яркий солнечный день цветовая температура составляет около 7000 К. Если с улицы зайти в помещение, освещенное только лампами накаливания (цветовая температура около 2800 К), то в первый момент свет ламп покажется желтым, белый лист бумаги тоже приобретет желтый оттенок. Затем происходит адаптация зрения к новому соотношению КЗС, характерному для цветовой температуры 2800 К, свет лампы и лист бумаги будут восприниматься как белые.
Насыщенность цвета показывает, насколько данный цвет отличается от монохроматического («чистого») излучения того же цветового тона. В компьютерной графике за единицу принимается насыщенность цветов спектральных излучений.
Ахроматические цвета (белый, серый, черный) характеризуется только светлотой. Хроматические цвета имеют параметры насыщенности, светлоты и цветового тона.
Способы описания цвета
В компьютерной графике применяют понятие цветового разрешения (другое название глубина цвета). Оно определяет метод кодирования цветовой информации для ее воспроизведения на экране монитора. Для отображения черно-белого изображения достаточно двух бит (белый и черный цвета). Восьмиразрядное кодирование позволяет отобразить 256 градаций цветового тона. Два байта (16 бит) определяют 65 536 оттенков (такой режим называют High Color). При 24-разрядном способе кодирования возможно определить более 16,5 миллионов цветов (режим называют True Color).
С практической точки зрения цветовому разрешению монитора близко понятие цветового охвата. Под ним подразумевается диапазон цветов, который можно воспроизвести с помощью того или иного устройства вывода (монитор, принтер, печатная машина и прочие).
В соответствии с принципами формирования изображения аддитивным или суб-трактивным методами разработаны способы разделения цветового оттенка на составляющие компоненты, называемые цветовыми моделями. В компьютерной графике в основном применяют модели RGB и HSB (для создания и обработки аддитивных изображений) и CMYK (для печати копии изображения на полиграфическом оборудовании).
Цветовые модели расположены в трехмерной системе координат, образующей цветовое пространство, так как из законов Гроссмана следует, что цвет можно выразить точкой в трехмерном пространстве.
Первый закон Грассмана (закон трехмерности). Любой цвет однозначно выражается тремя составляющими, если они линейно независимы. Линейная независимость заключается в невозможности получить любой из этих трех цветов сложением двух остальных.
Второй закон Грассмана (закон непрерывности). При непрерывном изменении излучения цвет смеси также меняется непрерывно. Не существует такого цвета, к которому нельзя было бы подобрать бесконечно близкий.
Третий закон Грассмана (закон аддитивности). Цвет смеси излучений зависит только от их цвета, но не спектрального состава. То есть цвет (С) смеси выражается суммой цветовых уравнений излучений:
Таким образом, прямоугольная трехмерная координатная система цветового пространства для аддитивного способа формирования изображения имеет точку начала координат, соответствующую абсолютно черному цвету (цветовое излучение отсутствует), и три оси координат, соответствующих основным цветам. Любой цвет (С) может быть выражен в цветовом пространстве вектором, который описывается уравнением:
,
которое практически идентично уравнению свободного вектора в пространстве, рассматриваемому в векторной алгебре. Направление вектора характеризует цветность, а его модуль выражает яркость.
Так как величина излучения основных цветов является основой цветовой модели, ее максимальное значение принято считать за единицу. Тогда в трехмерном цветовом пространстве можно построить плоскость единичных цветов, образованную треугольником цветности. Каждой точке плоскости единичных цветов соответствует след цветового вектора, пронизывающего ее в этой точке. Следовательно, цветность любого излучения может быть представлена единственной точкой внутри треугольника цветности, в вершинах которого находятся точки основных цветов. То есть положение точки любого цвета можно задать двумя координатами, а третья легко находится по двум другим.
Рис. 15,11. Плоскость единичных цветов
Если на плоскости единичных цветов указать значения координат, соответствующих реальным спектральным излучениям оптического диапазона (от 380 до 700 нм), и соединить их кривой, то мы получим линию, являющуюся геометрическим местом точек цветности монохроматических излучений, называемую локусом. Внутри локуса находятся все реальные цвета.
Чтобы избежать отрицательных значений координат, была выбрана колориметрическая система XYZ, полученная путем пересчета из RGB. В этой системе точке белого соответствуют координаты (0,33; 0,33). Колориметрическая система XYZ является универсальной, в ней можно выразить цветовой охват как аддитивных, так и субтрактивных источников цвета. Для аддитивных источников цветовой охват выражается треугольником с координатами вершин, соответствующими излучению основных цветов R, G, В,
Для субтрактивных источников (полученных в процессе печати красками, чернилами, красителями) используется модель CMYK, поэтому цветовой охват описывается шестиугольником, когда помимо точек синтеза основной триады (желтая, пурпурная, голубая) добавляются точки попарных наложений, соответствующие основным цветам: желтая + голубая = зеленая, желтая + пурпурная = красная, голубая + пурпурная = синяя.
Цветовая модель СIЕ Lab
В 1920 году была разработана цветовая пространственная модель CIELab (Communication Internationale de I'Edairage международная комиссия по освещению. L,a,b обозначения осей координат в этой системе). Система является аппаратно независимой и потому часто применяется для переноса данных между устройствами, В модели CIELab любой цвет определяется светлотой (Z,) и хроматическими компонентами: параметром а, изменяющимся в диапазоне от зеленого до красного, и параметром Ь, изменяющимся в диапазоне от синего до желтого. Цветовой охват модели CIELab значительно превосходит возможности мониторов и печатных устройств, поэтому перед выводом изображения, представленного в этой модели, его приходится преобразовывать. Данная модель была разработана для согласования цветных фотохимических процессов с полиграфическими. Сегодня она является принятым по умолчанию стандартом для программы Adobe Photoshop.
Цветовая модель RGB
Цветовая модель RGB является аддитивной, то есть любой цвет представляет собой сочетание в различной пропорции трех основных цветов красного (Red), зеленого (Green), синего (Blue). Она служит основой при создании и обработке компьютерной графики, предназначенной для электронного воспроизведения (на мониторе, телевизоре). При наложении одного компонента основного цвета на другой яркость суммарного излучения увеличивается. Совмещение трех компонентов дает ахроматический серый цвет, который при увеличении яркости приближается к белому цвету. При 256 градационных уровнях тона черному цвету соответствуют нулевые значения RGB, а белому максимальные, с координатами (255,255,255).
желтый
пурпурный
голубой
Рис. 15.14. Аддитивная цветовая модель RGB
Цветовая модель HSB
Цветовая модель HSB разработана с максимальным учетом особенностей восприятия цвета человеком. Она построена на основе цветового круга Манселла. Цвет описывается тремя компонентами: оттенком (Hue), насыщенностью {Saturation) и яркостью {Brightness). Значение цвета выбирается как вектор, исходящий из центра окружности. Точка в центре соответствует белому цвету, а точки по периметру окружности чистым спектральным цветам. Направление вектора задается в градусах и определяет цветовой оттенок. Длина вектора определяет насыщенность цвета. На отдельной оси, называемой ахроматической, задается яркость, при этом нулевая точка соответствует черному цвету. Цветовой охват модели HSB перекрывает все известные значения реальных цветов.
Рис. 15.15. Цветовая модель HSB
Модель HSB принято использовать при создании изображений на компьютере с имитацией приемов работы и инструментария художников. Существуют специальные программы, имитирующие кисти, перья, карандаши. Обеспечивается имитация работы с красками и различными полотнами. После создания изображения его рекомендуется преобразовать в другую цветовую модель, в зависимости от предполагаемого способа публикации.
Цветовая модель CMYK, цветоделение
Цветовая модель CMYK относится к субтрактивным, и ее используют при подготовке публикаций к печати. Цветовыми компонентами CMY служат цвета, полученные вычитанием основных из белого:
голубой (cyan) = белый - красный = зеленый + синий;
пурпурный (magenta) = белый - зеленый = красный + синий;
желтый (yellow) = белый - синий = красный + зеленый.
Такой метод соответствует физической сущности восприятия отраженных от печатных оригиналов лучей. Голубой, пурпурный и желтый цвета называются дополнительными, потому что они дополняют основные цвета до белого. Отсюда вытекает и главная проблема цветовой модели CMY наложение друг на друга дополнительных цветов на практике не дает чистого черного цвета. Поэтому в цветовую модель был включен компонент чистого черного цвета. Так появилась четвертая буква в аббревиатуре цветовой модели CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, blaсК).
белый
Рис. 15.16. Цветовая модель CMYK
Для печати на полиграфическом оборудовании цветное компьютерное изображение необходимо разделить на составляющие, соответствующие компонентам цветовой модели CMYK. Этот процесс называют цветоделением. В итоге получают четыре отдельных изображения, содержащих одноцветное содержимое каждого компонента в оригинале. Затем в типографии с форм, созданных на основе цветоделенных пленок, печатают многоцветное изображение, получаемое наложением цветов CMYK.
Цветовая палитра
Электронная и/зетовая палитра в компьютерной графике по предназначению подобна палитре художника, но включает гораздо большее число цветов. Электронная палитра состоит из определенного числа ячеек, каждая из которых содержит отдельный цветовой тон. Конкретная цветовая палитра соотносится с определенной цветовой моделью, так как ее цвета созданы на основе цветового пространства этой модели. Но если в цветовой модели возможно воспроизвести любой из описываемых ею цветов, цветовая палитра содержит ограниченный набор цветов, называемых стандартными.
Примером стандартных цветовых палитр являются наборы фирмы Pantone, ориентированные на полиграфическую публикацию изображений. Программы создания и обработки компьютерной графики, как правило, предоставляют на выбор несколько цветовых палитр в цветовых моделях RGB, HSB, CIELab, CMYK.
Состав цветовых палитр RGB зависит от выбранного цветового разрешения 24, 16 или 8 бит. В последнем случае цветовая палитра называется индексной, потому что каждый цветовой оттенок кодируется одним числом, которое выражает не цвет пиксела, а индекс (номер) цвета. Таким образом, к файлу цветного изображения, созданного в индексной палитре, должна быть приложена сама палитра, так как программе обработки компьютерной графики неизвестно, какая именно палитра была использована.
Изображения, подготавливаемые для публикации в Интернете, принято создавать в так называемой безопасной палитре цветов. Она является вариантом рассмотренной выше индексной палитры. Но так как файлы изображений в Web-графике должны иметь минимальный размер, необходимо было отказаться от включения в их состав индексной палитры. Для этого была принята единая фиксированная палитра цветов; названная «безопасной*, то есть обеспечивающей правильное отображение цветов на любых устройствах (в программах), поддерживающих единую палитру. Безопасная палитра содержит всего 216 цветов, что связано с ограничениями, накладываемыми требованиями совместимости с компьютерами, не относящимися к классу IBM PC.
Системы управления цветом
При создании и обработке элементов компьютерной графики необходимо добиться, чтобы изображение выглядело практически одинаково на всех стадиях процесса, на любом устройстве отображения, при любом методе визуализации (аддитивном или субтрактивном). Иначе, чем больше переходных этапов будет содержать процесс обработки, тем большие искажения будут вноситься в оригинал, и конечный результат может совершенно не удовлетворять даже минимальным требованиям к качеству. Для согласования цветов на всех стадиях обработки компьютерной графики применяют системы управления цветом (Color Management System CMS).
Такие системы содержат набор объективных параметров, обязательных для всех устройств при обмене цветовыми данными. Универсальность CMS достигается введением трех типов переменных, каждая из которых управляет представлением цвета на своем уровне:
Цветовая гамма. Каждый тип устройства имеет свою цветовую гамму, область которой всегда меньше, чем цветовой охват практически любой цветовой модели. CMS управляет преобразованием цвета между различными цветовыми моделями с учетом цветовой гаммы конкретных устройств;
Профиль. Каждое устройство воспроизводит цвета особенным образом, что зависит от технических и программных решений, принятых изготовителем. Для согласования отображения цветов на различных устройствах они должны иметь собственный профиль, описывающий различия в представлении цвета между устройством и определенной цветовой моделью. Международным консорциумом по цвету (International Color Consortium ICC) установлен промышленный стандарт на параметры описания характеристик воспроизведения цвета. Устройства, имеющие профиль ICC, напрямую управляются СМ5. В противном случае возможна генерация профиля в некоторых системах CMS.
Калибровка. Даже устройства одной модели от одного производителя имеют отличия в реализации профиля ICC, обусловленные допусками при изготовлении компонентов, условиями эксплуатации, внешними помехами. Поэтому CMS как правило включает средства калибровки, то есть настройки конкретного экземпляра в соответствии с требованиями профиля ICC и фиксации неустранимых отклонений (с целью их программной компенсации). Средства калибровки могут быть аппаратно-программными и чисто программными. Сам процесс калибровки выполняется с периодичностью, установленной изготовителем, или автоматически, при выходе параметров ICC за границы допусков.
Не существует идеальной системы управления цветом, одинаково пригодной для всех устройств, одинаково работающей на всех платформах и во всех программных средах. Наиболее близко к идеалу подходят CMS, реализованные на уровне операционной системы. Впервые CMS под названием ColorSync в операционную систему встроила фирма Apple, что предопределило успех компьютеров Macintosh в сфере издательской деятельности, допечатной подготовки и полиграфии. В операционной системе Windows 95/98 используется модуль CMS фирмы Kodak, названный Color Matching Module. Однако его поддержка со стороны производителей пока явно недостаточна набор профилей ICC ограничен.
Из CMS, являющихся внешними по отношению к операционной системе, наибольшее распространение получили программы фирм, давно работающих в области цветной фотографии, печати, цифровых графических технологий.
Agfa Foto Tune. Эта система управления цветом работает на платформах Windows и Apple. Включает множество профилей ICC для мониторов, цветных принтеров, сканеров, цифровых фотокамер, полиграфического оборудования. Имеются средства создания заказных профилей для устройств, не попавших в список. Преобразования между цветовыми профилями устройств (например сканер монитор) могут производиться напрямую, без промежуточной конвертации в цветовую модель CIELab и обратно.
Kodak DayStar ColorMatch. Система предназначена для пользователей пакетов Adobe Photoshop и QuarkXPress. Отличается модульным построением, поэтому базовая поставка содержит ограниченное число профилей, а остальные необходимо приобретать дополнительно. Система имеет средства поддержки формата Kodak PhotoCD с учетом вывода изображений на фотопринтеры. Средства калибровки включают стандартный шаблон IT8 для сканеров и устройство Digital Colorimeter для мониторов.
Упражнение 15.1. Расчет требуемых линиатур растра
Рассчитать, какая линиатура потребуется для печати изображения на черно-белом принтере с разрешением 1200 dpi при требовании к качеству 100 уровней серого цвета. Можно ли распечатать на таком принтере изображение с 256 градациями тона?
2.Так как линиатуру лучше представлять целым числом, округляем полученное значение в меньшую сторону и получаем значение 120 Ipi.
4. Округляем результат до ближайшего целого, получаем 75 Ipi. Полученный оттиск может быть использован для размножения полиграфическими средствами с качеством, соответствующим газетному производству.
При требовании к уровню качества 100 градаций тона возможна печать с линиатурой 120 Ipi, характерной для книжно-журнального производства. При воспроизведении оригинала с 256 градациями серого возможна печать с линиатурой 75 Lpi, характерной для газетного производства.
Упражнение 15.2. Расчет требуемого разрешения оцифровки
Рассчитать требуемое разрешение оцифровки цветного 35-мм слайда, если предполагается печать его цветной копии размером A3 альбомного формата с линиатурой растра 133 Ipi. Справка: ширина листа A3 альбомной ориентации равна 420 мм.
1. Сначала определим коэффициент масштабирования:
420 : 35 = 12.
2. Определим исходное разрешение оцифровки:
dpi = 133 • 1,5 = 199,5 округленно = 200 dpi.
3. Вычисляем разрешение оцифровки с учетом масштабирования:
200-12 = 2400 dpi.
4. Устанавливаем окончательное разрешение оцифровки с учетом угла поворота растра:
2400-1,06 = 2540 dpi.
Для качественного полиграфического воспроизведения изображений с цветных слайдов необходимо использовать сканеры профессионального класса, обеспечивающие разрешение не ниже 2540 dpi.
Упражнение 15.3. Расчет угла поворота растра
Вам поручено подготовить на компьютере цветоделенные изображения для вывода на фотоавтомате, с учетом печати двумя дополнительными применительно к модели CMYK красками зеленой и синей. Указать углы поворота растра для всех пленок.
90 + 45 = 135°.
3. Синий цвет также является в модели CMYK производным, то есть суммой голубого и пурпурного. Прибавим стандартный угол поворота к значению угла для голубого цвета:
105 + 45 = 150°.
Печатная форма для краски |
Угол поворота растра, градусов |
Голубой |
105 |
Пурпурной |
75 |
Желтой |
90 |
Черной |
45 |
Зеленой |
135 |
Синей |
150 |
В полиграфии возможна печать числом красок более четырех (из стандартного набора СМYК). Такой прием позволяет добиться на отпечатке ярких, сочных тонов именно того цвета, который необходимо подчеркнуть.
Программные средства создания растровых изображений
Среди программ, предназначенных для создания компьютерной двумерной живописи, самыми популярными считаются Painter компании Fractal Design, Freehand компании Macromedia, и Fauve Matisse. Пакет Painter обладает достаточно широким спектром средств рисования и работы с цветом. В частности, он моделирует различные инструменты (кисти, карандаш, перо, уголь, аэрограф и др.), позволяет имитировать материалы (акварель, масло, тушь), а также добиться эффекта натуральной среды. В свою очередь, последние версии программы FreeHand обладают богатыми средствами редактирования изображений и текста, содержат библиотеку спецэффектов и набор инструментов для работы с цветом, в том числе средства многоцветной градиентной заливки.
Среди программ для создания изображений на платформе Macintosh стоит отметить пакет для редактирования растровой живописи и изображений PixelPaint Pro компании Pixel Resources.
Среди программ компьютерной живописи для графических станций Silicon Graphics (SGI) особое место занимает пакет StudioPaint 3D компании Alias Wavefront, который позволяет рисовать различными инструментами («кистями») в режиме реального времени прямо на трехмерных моделях. Пакет работает с неограниченным количеством слоев изображения и предоставляет 30 уровней отмены предыдущего действия (undo), включает операции цветокоррекции и «сплайновые кисти», «мазок» которых можно редактировать по точкам как сплайновую кривую. StudioPaint 3D поддерживает планшет с чувствительным пером, что дает возможность художнику сделать традиционный эскиз от руки, а затем позволяет перенести рисунок в трехмерные пакеты для моделирования или анимации и построить по эскизу трехмерную модель.
Аппаратные средства получения растровых изображений
К аппаратным средствам получения цифровых растровых оригиналов в основном относятся сканеры и цифровые фотокамеры. Другие устройства, например цифровые видеокамеры, адаптеры захвата телевизионных кадров, в компьютерной графике играют чаще вспомогательную роль. Для создания изображений «от руки» предназначены графические планшеты, на которых рисуют специальным электронным пером.
Сканеры по способу восприятия изображения делятся на две группы: устройства с электронными фотоумножителями (ФЭУ) и устройства на приборах с зарядовой связью (ПЗС, английская аббревиатура CCD). Сканеры с фотоумножителями называют барабанными внутри аппарата помещен прозрачный барабан, на который крепится оригинал (отражающий или просветный). Затем барабан начинает вращаться с большой скоростью. Сканирующая головка имеет мощный источник света с фокусированным лучом и ФЭУ, которые движутся вдоль продольной оси барабана. Отраженный или проходящий световой поток попадает на ФЭУ (обычно имеется по одному ФЭУ на каждый канал) через прецизионную зеркальную систему развертки. Накопленный ФЭУ заряд преобразуется в цифровое значение аналого-цифровым преобразователем высокой разрядности. Так как процесс до этого момента по сути аналоговый, удается добиться очень высоких значений динамического диапазона. То есть, оригинал правильно оцифровывается и в светлых, и в темных участках. Выходное разрешение оригинала достигает 5000-6000 точек на дюйм. За совершенное качество приходится платить барабанные сканеры чрезвычайно дорогостоящи и требовательны к условиям эксплуатации.
Прочие сканеры относятся к устройствам на ПЗС. В отличие от ФЭУ, приборы с зарядовой связью представляют собой фотоприемник, выполненный на кремниевых элементах, объединенных в линейку. Каждый светочувствительный элемент обладает способностью накапливать заряды пропорционально числу попавших на него фотонов. За время экспозиции возникает матрица зарядов, пропорциональных яркости исходного изображения. По вертикали развертка осуществляется передвижением либо всей линейки ПЗС с помощью шагового электродвигателя, либо перемещением оригинала. Разрешающая способность определяется числом оптических элементов на единицу длины. В устройствах бытового класса это 300-600 элементов на дюйм, профессионального 1200-3000. Программная интерполяция оптического разрешения никакого реального повышения качества оцифровки не дает. Динамический диапазон устройств на ПЗС ниже, чем у ФЭУ, потому что кремниевые элементы имеют худшее соотношение сигнал/шум.
В высокоточных сканерах на ПЗС дополнительно применяются: система зеркальной развертки по обоим координатам с компенсацией искажений по краям оригинала, несколько линеек ПЗС, стабильные по цветовой температуре осветительные лампы, многоразрядные цифро-аналоговые преобразователи, элементы, выполненные на СМ05-пластинах. Такие устройства по качеству оцифровки приближаются к барабанным сканерам, а по стоимости значительно доступнее.
Конструктивно барабанные сканеры выполняют с вертикальным или горизонтальным барабаном, съемным или несъемным. Сканеры на ПЗС бывают листовые, планшетные, проекционные, ручные и так называемые слайдовые (для сканирования оригиналов «на просвет»).
Для целей компьютерной графики важно не столько разрешение сканера (оно может не превышать 300 dpi), сколько хороший динамический диапазон. Для сканирования в отраженном свете желательно иметь динамический диапазон не ниже 2, «на просвет» не ниже 3,5.
Основой цифровых фотокамер служит матрица ПЗС, состоящая из двумерного массива элементов. Для целей электронной публикации и непрофессионального применения достаточное число элементов на матрице около 1,5 миллионов. Полупрофессиональные камеры должны иметь разрешение матрицы не ниже 2 миллионов элементов, профессиональные аппараты 2,5-3 миллиона. Оцифрованные с их помощью изображения можно использовать для подготовки полиграфических публикаций. Оптическая система цифровых камер профессионального класса должна обеспечивать разрешение не ниже 110-120 пар линий на дюйм.
Графические планшеты представляют собой координатную двумерную электронную сетку, каждый элемент которой способен воспринимать и передавать ряд сигналов от электронного пера. К таковым сигналам относятся: координаты точки контакта пера с планшетом, сила нажима, угол наклона, скорость прохода (то есть время экспозиции) и ряд других. Затем за счет программного преобразования полученные данные отображаются на экране в виде линий, мазков и других художественных средств создания изображений. Обладая достаточным навыком работы с графическим планшетом, удается очень точно имитировать различную живописную техникуписьмо маслом, рисунок углем, аэрографом, карандашом и т. д.
Программа обработки растровой графики Adobe Photoshop
В обширном классе программ для обработки растровой графики особое место занимает пакет Photoshop компании Adobe. По сути дела, сегодня он является стандартом в компьютерной графике, и все другие программы неизменно сравнивают именно с ним (рис. 15.17).
Главные элементы управления программы Adobe Photoshop сосредоточены в строке меню и панели инструментов. Особую группу составляют диалоговые окна инструментальные палитры. Далее мы рассмотрим функции перечисленных средств.
Первичное получение оригинала происходит либо через меню Файл командой Открыть, либо командой Импорт. Импортом называют получение изображения от внешнего источника сканера, цифровой фотокамеры. Связь графического редактора с внешними устройствами обеспечивается через программный интерфейс TWAIN, устанавливающий стандарт на параметры обмена данными с источниками изображений.
Прежде чем начать операции с оригиналом изображения, следует уяснить его параметры. Для этого командой Изображение > Размер изображения открывают диалоговое окно Размер изображения. В группах Размерность и Размер печатного оттиска приведены ширина и высота оригинала в пикселах и сантиметрах соответственно, а также разрешение (в пикселах на дюйм ррг). От установленных значений зависят размер и качество изображения. Для целей электронной публикации лучше установить разрешение 72 ppi, для последующей распечатки выбирают разрешение, исходя из формулы ppi = 1,5lpi, где lpi линиатура растра, установленная на устройстве вывода. Для устройств, поддерживающих стохастическое ЧМ-растриро-вание, вместо Ipi надо знать их разрешающую способность в dpi. Размер изображения лучше устанавливать в масштабе 1:1 по отношению к тому, что будет использовано в публикации, или несколько больше.
Рис. 15.17. Рабочее окно графического редактора Adobe Photoshop
Панель инструментов (рис. 15.18) является одним из основных средств для работы с изображениями. Большинство инструментов, представленных на панели, имеют альтернативные варианты. Их значки помечены маленьким треугольником (разворачивающая кнопка). Если при нажатой кнопке мыши задержать указатель на таком значке, откроется линейка значков с вариантами инструмента.
Для работы с объектами предназначена группа значков, объединяющая инструменты Область, Лассо, Перемещение, Волшебная палочка. Инструментами Область и Лассо выделяют участок изображения, ограниченный геометрической фигурой. Инструмент Волшебная палочка осуществляет выборку области по принципу цветового (или ахроматического) совпадения в рамках границ охвата, установленных пользователем. Эти инструменты применяют для выполнения операций обтравки обводки контуров объектов на изображении. Инструментом Перемещение передвигают выделенные области и копируют их.
Полноэкранный режим
Рис. 15.18. Панель инструментов Adobe Photoshop 5.0
Следующая группа инструментов предназначена для рисования и ретуши. Она включает Аэрограф, Кисть, Карандаш, Ластик, Штамп, Палец и обособленные инструменты для ретуши Осветлитель, Затемнитель, Губка, Размытие, Резкость. Первые четыре инструмента имитируют работу своих реальных собратьев. Инструмент Штамп позволяет выполнять набивку копирование выбранных участков изображения по каждому щелчку мыши. Инструмент Палец имитирует сдвиг сырой краски (размывку) прием, используемой художниками при письме маслом, гуашью, тушью. Инструменты с альтернативным выбором Резкость/Размывка позволяют изменять эти параметры на отдельных участках изображения, а инструменты Осветлитель/Затемнитель/Губка служат для местной коррекции яркости и цветовой насыщенности.
Третья группа инструментов (Перо, Текст, Линия, Заливка, Градиент, Пипетка) предназначена для создания новых объектов. Перо (и альтернативные инструменты) позволяет рисовать плавные криволинейные контуры. Инструментом Текст выполняют надписи. Инструмент Линия служит для рисования отрезков прямых. С помощью инструментов Заливка и Градиент выполняют заполнение выделенных участков изображения одним цветом, либо с плавным переходом между цветами. Инструмент Пипетка служит для точного определения цвета в любой точке изображения и принятия его как образца для инструментов панели.
В последнюю группу входят инструменты управления просмотром изображения. Инструментом Рука перемещают видимую область по изображению, а инструмент Масштаб предназначен для увеличения/уменьшения изображения в видимой области.
В нижней части инструментальной панели помещены элементы для работы с цветом, масками, формой отображения элементов управления программы. Контрольная панель управления цветом показывает основные цвета фона и переднего плана. В левом нижнем углу расположен значок, щелчок на котором устанавливает цвета, принятые по умолчанию. Элемент управления Маска позволяет работать в режимах Стандартный или Быстрая маска. Наконец, элемент управления режимом отображения позволяет переключаться между Стандартным режимом, Расширенным (скрывается строка заголовка окна программы) и Полным (панель меню сворачивается и помещается в виде кнопки в верхней части панели инструментов).
Инструментальные палитры, представляют собой диалоговые окна особого вида. Они служат для настройки параметров основных инструментов и проведения некоторых операций с изображением. Всего в программе Adobe Photoshop 5.0 присутствует десять инструментальных палитр.
Управление отображением палитр осуществляется из меню Окно > Спрятать.../ Показать... Неиспользуемые палитры можно удалить с экрана щелчком на закрывающей кнопке. Щелчком на сворачивающей кнопке палитру сокращают до размера строки с корешками вкладок. Справа под строкой заголовка окно палитры имеет кнопку меню, щелчок на которой открывает доступ к контекстному меню настройки параметров палитры. Некоторые палитры имеют командные кнопки, раскрывающиеся списки, поля ввода и другие элементы управления. Назначение конкретного элемента управления поясняет всплывающая подсказка, появляющаяся при задержке указателя мыши на интересующем элементе.
Палитры можно перемещать по экрану методом перетаскивания. Новые палитры создают «сборкой» из имеющихся элементов. Для этого, подцепив указателем мыши корешок одной из вкладок палитры, его перетаскивают в окно другой палитры. Если вкладку разместить на свободном поле экрана, она преобразуется в независимую палитру.
Палитра Кисти управляет настройкой параметров инструментов редактирования. В режим редактирования кисти входят после двойного щелчка на ее изображении в палитре. Щелчок при нажатой клавише CTRL уничтожает кисть. Двойным щелчком на свободном поле палитры открывают диалоговое окно формирования новой кисти, которая автоматически добавляется в палитру.
Палитра Параметры служит для редактирования свойств текущего инструмента. Открыть ее можно не только из строки меню, но и двойным щелчком на значке инструмента в панели инструментов. Состав элементов управления палитры зависит от выбранного инструмента.
Палитра Инфо обеспечивает информационную поддержку средств отображения. На ней представлены: текущие координаты указателя мыши, размер текущей выделенной области, цветовые параметры элемента изображения и другие данные.
Палитра Навигатор позволяет просмотреть различные фрагменты изображения и изменить масштаб просмотра. В окне палитры помещена миниатюра изображения с выделенной областью просмотра.
Палитра Синтез отображает цветовые значения текущих цветов переднего плана и фона. Ползунки на цветовой линейке Соответствующей цветовой системы позволяют редактировать эти параметры.
Палитра Каталог содержит набор доступных цветов. Такой набор можно загрузить и отредактировать, добавляя и удаляя цвета. Цветовой тон переднего плана и фона выбирают из состава набора. В стандартном комплекте поставки программы предусмотрено несколько цветовых наборов, в основном компании Pantone.
Палитра Слои служит для управления отображением всех слоев изображения, начиная с самого верхнего. Возможно определение параметров слоев, изменение их порядка, операции со слоями с применением разных методов.
Палитру Каналы используют для выделения, создания, дублирования и удаления каналов, определения их параметров, изменения порядка, преобразования каналов в самостоятельные объекты и формирования совмещенных изображений из нескольких каналов.
Палитра Контуры содержит список всех созданных контуров. При преобразовании контура в выделенную область его используют для формирования обтравочного контура.
Палитра Операции позволяет создавать макрокоманды заданную последовательность операций с изображением. Макрокоманды можно записывать, выполнять, редактировать, удалять, сохранять в виде файлов.
Особую группу программных средств обработки изображений представляют Фильтры. Это подключаемые к программе модули, часто третьих фирм, позволяющие обрабатывать изображение по заданному алгоритму. Иногда такие алгоритмы бывают очень сложными, а окно фильтра может иметь множество настраиваемых параметров. Из групп фильтров популярны продукты серий Kai 's Power Tools, Alien Skin, Andromeda и другие.
Рис. 15.19. Компонент KPT Texture Explorer из пакета Kai's Power
Tools предназначен для генерации текстур
Средства создания и обработки векторной графики
К программным средствам создания и обработки векторной графики относятся графические редакторы (например Adobe Illustrator, Macromedia Freehand, CorelDraw) и векторизаторы (трассировщики) специализированные пакеты преобразования растровых изображений в векторные (например Adobe StreamLine, CorelTrace).
Векторный редактор Adobe Illustrator является одним из общепризнанных лидеров среди программ этого класса. Его особое преимущество заключается в хорошо отлаженном взаимодействии с другими продуктами компании Adobe, прежде всего с пакетами Photoshop и PageMaker. Эти приложения выполнены в едином стиле и образуют законченный пакет.
Векторный редактор Macromedia Freehand с простым и дружественным интерфейсом служит удобным инструментом работы для начинающих. Программа отличается небольшим размером и хорошим быстродействием. Нетребовательность к аппаратным ресурсам позволяет работать на компьютерах среднего уровня. Инструментальные средства программы достаточны для разработки сложных документов и лишь в некоторых элементах уступают более мощным средствам Adobe Illustrator и CorelDraw. Пакет специально адаптирован для совместной работы с программой компьютерной верстки QuarkXPress.
Векторный редактор CorelDraw исторически, особенно в России, считается основным пакетом создания и обработки векторной графики на платформе Windows. К его преимуществам относятся развитая система управления и обширные средства настройки параметров инструментов. По возможностям создания самых сложных художественных композиций CorelDraw заметно превосходит конкурентов. Однако интерфейс программы сложен для освоения.
Трассировщик Adobe StreamLine по праву занимает ведущее место в своем классе программ. Хотя имеются более мощные пакеты, ориентированные на обработку чертежей, они очень требовательны к аппаратным ресурсам, да и по стоимости много дороже. StreamLine позволяет проводить тонкую настройку параметров векторизации, что улучшает ее точность. Более всего векторизация удобна для преобразования чертежей, черно-белых рисунков и другой простой графики без полутонов. Полутоновые и цветные изображения обрабатываются хуже, и результат требует значительной доработки для приближения к оригиналу.
Основные понятия векторной графики
Основным объектом векторной графики является линия. При этом прямая линия рассматривается как частный случай кривой. Иногда вместо понятия линии используется понятие контур. Этот термин более полно отражает суть, поскольку контур может иметь любую форму прямой, кривой, ломаной линии, фигуры.
Каждый контур имеет две или более опорных точек, также именуемых узлами. Элемент контура, заключенный между двумя смежными опорными точками, называют сегментом контура. Форму контура меняют перемещением опорных точек, изменением их свойств, добавлением новых и удалением имеющихся узлов. Контур может быть открытым или замкнутым когда последняя опорная точка одновременно является и первой. Свойства замкнутых и открытых контуров различны.
. Контур является элементарным графическим объектом. Из контуров создают новые объекты или их группы. С несколькими контурами выполняют операции группировки, комбинирования, объединения. В результате образуются соответственно: группа объектов, составной контур, новый контур. После операции группировки каждый контур сохраняет свои свойства и принадлежащие ему узлы. После операции комбинирования составной контур приобретает новые свойства, но узлы остаются прежними. После операции объединения образуются новые узлы и меняются свойства исходных контуров (рис. 15.20).
Параметры обводки контура определяют его вид при отображении. К ним относятся:
толщина линии;
цвет линии;
тип линии (сплошная, пунктирная и прочие);
форма концов (со стрелкой, закругленные и прочие).
Рис. 15.20. Действия с группой векторных объектов
Замкнутые контуры обладают особым свойством заливкой, то есть параметрами заполнения охватываемой области. Заливка также является объектом и обладает собственным набором свойств. Различают несколько типов заливки:
Заливка основным цветом, то есть, заполнение внутренней области избранным цветом;
Градиентная заливка заполнение двумя цветами с плавным переходом между ними;
Текстурная заливка заполнение узором с регулярной структурой;
Заливка изображением-картой заполнение готовым растровым изображением, называемым картой.
Векторный редактор Adobe Illustrator
Редактор Adobe Illustrator удобен для изучения начинающими пользователями по причине наличия официальной русской версии (Adobe Illustrator 7.0), понятного интерфейса и развитых функциональных возможностей (рис. 15.21).
Основные элементы управления программы Adobe Illustrator сосредоточены в строке меню, на панели инструментов и в инструментальных палитрах.
Панель инструментов выполнена подобно рассмотренной нами ранее для Adobe Photoshop и включает пять групп значков (рис. 15.22). Первая группа объединяет инструменты выделения объектов. Инструмент Выделение позволяет выделить объект целиком щелчком на его контуре или построением рамки вокруг объекта. Инструмент Частичное выделение служит для выделения части контура, например, одного сегмента. При нажатой клавише SHIFT этими инструментами выделяют несколько объектов.
Рис. 15.21. Рабочее окно векторного редактора Adobe Illustrator
Для рисования предназначены инструменты Эллипс, Прямоугольник, Карандаш, Перо, Текст, Ножницы. Инструменты Эллипс и Прямоугольник служат для создания соответствующих геометрических фигур. Инструментом Карандаш рисуют контуры произвольной формы (с автоматической расстановкой узлов). Перо является основным инструментом программы для создания прямолинейных и криволинейных сегментов с указанием узлов самим пользователем. Инструмент Текст позволяет создавать текстовые объекты. Инструментом Ножницы разрезают контур на независимые сегменты.
Инструменты третьей группы позволяют осуществлять различные операции преобразования. Суть этих операций ясна из названий инструментов Поворот, Наклон, Зеркало, Размер.
Следующая группа включает инструменты Превращение и Диаграмма. Первый из них открывает доступ к группе альтернативных инструментов для выполнения трансформаций объектов. Под трансформацией понимают превращение объектов одной формы в объекты другой формы с сохранением всех промежуточных объектов, возникающих на этапах трансформации. Инструмент Диаграмма открывает доступ к группе альтернативных инструментов для построения диаграмм различного вида.
Последняя группа объединяет инструменты управления просмотром (Масштаб, Рука, Линейка), выбора цвета по образцу (Пипетка), заливки контуров (Заливка, Градиент). Причем заливка может назначаться как замкнутым, так и разомкнутым контурам (это особенность данной программы).
Элементы управления в нижней части Панели инструментов практически совпадают с рассмотренными выше для программы Adobe Photoshop.
В векторном редакторе Adobe Illustrator используется тринадцать палитр инструментов. Их общие свойства и методы управления отображением, параметрами совпадают с таковыми в редакторе Adobe Photoshop. Поэтому мы рассмотрим только их особенности.
Восемь палитр предназначены для работы с графикой Линия, Синтез, Каталог, Градиент, Трансформирование, Выравнивание, Атрибуты, Слои.
Четыре палитры служат для работы с текстовыми объектами Символ, Абзац, ММ-дизайн, Линейка табуляции.
Палитру Инфо применяют при работе со всеми типами объектов.
Палитра Линия служит для задания свойств контуров. В поле Толщина задают толщину линии в пунктах (один пункт равен 0,353 мм). Параметр Концы указывает способ оформления концевых узлов контура, а параметр Стыки влияет на свойства промежуточных узлов. В зависимости от вида узлов (гладкие или угловые) сопряжение сегментов контура происходит по-разному. Гладкие опорные точки обеспечивают плавный переход между кривыми за счет совпадения касательных, угловые опорные точки игнорируют это требование. При сопряжении толстых линий под острым углом длина области стыка может превышать толщину линии. Параметром Срезание задают значение, превышение которого приводит к срезу стыка. Форму линии определяют в полях Штрих и Зазор при установленном флажке Пунктирная.
Палитра Атрибуты предназначена для присвоения дополнительных атрибутов объектам текстового комментария, гиперссылки на объект Интернета.
Палитру Выравнивание применяют для выравнивания или равномерного распределения выделенных объектов относительно друг друга или листа документа.
Палитра ММ-дизайн содержит средства управления шрифтами Multiple Master, позволяющими менять начертание символов в определенных пределах.
Упражнение 15.4. Изменение динамического диапазона
изображения
Мы установили, что управление динамическим диапазоном изображения позволяет существенно улучшить качество растровой графики. Мы также выяснили, что существует зависимость между яркостью и контрастностью изображения.
Упражнение 15.5. Ретушь изображения
30 мин
Выделите слишком темный участок снимка. Выберите инструмент Лассо, в палитре Параметры установите флажок Сглаживание и задайте значение растушевки 4 пиксела. Инструментом Лассо выделите темную область в левом верхнем углу изображения.
Для осветления выделенной области откройте диалоговое окно Уровни (Изображение > Коррекция > Уровни) и щелкните на кнопке Авто. Выделенный участок изображения осветляется и на нем прорисовываются невидимые ранее детали. Перемещая движки, добейтесь такой яркости и контрастности изображения, чтобы тень исчезла.
Удалите «ненужную деталь» изображения правый рог. Для этого воспользуйтесь инструментом Штамп. Процесс заключается в забивке ненужной детали с помощью инструмента Штамп переносом фрагментов соседних областей рисунка (изображения доски).
В палитре Кисть выберите подходящий размер штампа. Установите указатель мыши на исходный участок изображения (доска) и, удерживая клавишу ALT, щелкните мышью, фиксируя зону, с которой будет происходить перенос изображения. Исходная точка в момент щелчка отмечается крестообразным маркером. Переместите указатель мыши на ближайший край рога и щелчками закрасьте рог. При необходимости изменяйте исходную точку щелчком с нажатой клавишей ALT.
5. Действуя аналогичным образом, с помощью инструмента Штамп удалите тень от правого рога.
Рис. 15.23. Рисунок до ретуши (слева) и после нее (справа)
6. Выполните местную коррекцию резкости. Выберите инструмент Резкость. В палитре Кисть выберите подходящий размер области действия инструмента. Проведите улучшение резкости черепа для усиления рельефности деталей изображение станет выразительнее.
Инструменты местной коррекции и ретуши изображения позволяют восстановить повреж-денные и старые фотоснимки,улучшить восприятие деталей изображения,убрать ненужные детали, подчеркнуть важные элементы изображения.
Упражнение 15.6. Использование фильтров
Удаляем пыль и царапины со снимка. Дадим команду Фильтр > Шум > Ретушь. Обратите внимание, что фильтр сглаживает границы элементов изображения. Он удобен при ретуши старых, поврежденных снимков и воздействует на всю поверхность изображения.
Мы освоили приемы применения фильтров для улучшения качества изображения за счет ретуши и акцента на важных деталях. Возможна имитация размещения изображений на разных материалах, изменение условий освещенности и другие художественные эффекты. Применять фильтры надо осторожно, чтобы не испортить, а усилить впечатление, которое должно вызывать изображение.
Упражнение 15.7. Обтравка изображения
Процесс точного выделения элемента изображения называют обтравкой. Выберите инструмент Многоугольное Лассо. На палитре Параметры установите нулевую величину Растушевки.
Обведите как можно точнее инструментом Много угольное Лассо контур черепа. За один прием это сделать практически невозможно, поэтому поправьте контур инструментом Лассо при нажатых клавишах
SHIFT (для добавления области выделения к первоначальной) или ALT (для вычитания области выделения из первоначальной).
Испытайте альтернативный способ выделения области на изображении. Выберите инструмент Волшебная палочка. Установите на палитре Параметры в поле Допуск значение 24. Щелкая инструментом, выделитеглазницы черепа. Для добавления или исключения
областей выделения удерживайте в момент щелчка клавиши SHIFT или ALT.
Выполните окончательную корректировку выделенной области с помощью инструмента Лассо.
Обтравочный контур может храниться в том же файле, но отдельно от изображения. Для этого предназначены каналы. В палитре Каналы щелкните на кнопке сохранения выделенной области в новом канале. В окне палитры появляется миниатюра с изображени
ем обтравочного контура. Загрузку контура из канала производят щелчком на его изображении при нажатой клавише CTRL.
Каналы и обтравечные контуры служат мощным средством композиции и редактирования изображений. Их умелое применение позволяет создавать качественную рекламную и художественную продукцию, в которой использована вся сила инструментария Adobe Photoshop.
Задание 15.1. Составление композиции
в программе Adobe Photoshop
Скопируйте изображение черепа в буфер обмена (Редактирование > Копировать).
Слой |
Название фильтра |
Параметры фильтра |
Мы выяснили, что программа Adobe Photoshop позволяет достаточно легко создавать сложные композиции с применением специальных эффектов.
Рис. 15.24. Сложная композиция, выполненная с использованием
дополнительного слоя
Упражнение 15.8. Создание простейших объектов в
редакторе Adobe Illustrator
Мы научились создавать простейшие векторные объекты с помощью векторного графи-ческого редактора Adobe Illustrator. Мы установили, как с помощью клавиш SHIFT и ALT можно модифицировать действие чертежных инструментов.
Упражнение 15.9. Создание криволинейных контуров
кривая первого порядка щелчок + щелчок;
кривая второго порядка щелчок + протягивание + щелчок;
кривая третьего порядка щелчок + протягивание + щелчок +протягивание.
6. Создание замкнутого криволинейного контура. Выберите инструмент Перо. Пользуясь приемами, описанными в предыдущем пункте, создайте контур. Последний щелчок выполните, подведя указатель к начальной опорной точке (после появления кружка у его значка).
Упражнение 15.10. Редактирование контуров
Рис. 15.26. Редактирование контура
Рис. 15.25. Построение кривых первого, второго и третьего порядка
Упражнение 15.11. Обработка замкнутых контуров
9. Разбиение замкнутого контура. Выберите инструмент Нож. При нажатой кнопке мыши протащите указатель поперек криволинейного контура. Выделите один из получившихся объектов инструментом Частичное выделение и перетащите в сторону.
В векторной графике замкнутые контуры обладают особым свойством заливкой. В этом упражнении мы научились управлять этим свойством средствами редактора Adobe Illustrator. Мы изучили несколько методов создания заливки разных типов и познакомились с приемами размыкания и разбиения замкнутых контуров.
Рис. 15.28. Разделение контуров методом размыкания и разбиения
Задание 15.2. Создание сложных композиций средствами
Adobe Illustrator
10. Группировка объектов. Инструментом Выделение при нажатой клавише SHIFT выберите все объекты. Дайте команду Объект > Сгруппировать. Запишите, изменились ли свойства объектов:
а) обводка ;
б) заливка .
Объект |
Обводка, толщина в пунктах |
Заливка, тип |
||
До операции |
После операции |
До операции |
После операции |
|
Окружность |
||||
Эллипс |
||||
Результирующий |
13. Пересечение контуров. Отмените предыдущую операцию (Редактирование > Отменить объединение). Инструментом Выделение выберите окружность. При нажатой клавише SHIFT выберите эллипс. Дайте команду Объект > Обработка контуров > Пересечение. Запишите, как изменились свойства объектов.
Объект |
Обводка, толщина в пунктах |
Заливка, тип |
||
До операции |
После операции |
До операции |
После операции |
|
Окружность |
||||
Эллипс |
||||
Результирующий |
14. Исключение контуров. Отмените предыдущую операцию (Редактирование > Отменить пересечение). Инструментом Выделение выберите окружность. При нажатой клавише SHIFT выберите эллипс. Даем команду Объект > Обработка контуров > Исключение. Запишите, как изменились свойства объектов.
Объект |
Обводка, толщина в пунктах |
Заливка, тип |
||
До операции |
После операции |
До операции |
После операции |
|
Окружность |
||||
Эллипс |
||||
Результирующий |
15. Операция Минус верхний. Отмените предыдущую операцию (Редактирование > Отменить исключение). Инструментом Выделение выберите окружность. При нажатой клавише SHIFT выберите эллипс. Дайте команду Объект > Обработка контуров > Минус верхний. Запишите, как изменились свойства объектов.
Объект |
Обводка, толщина в пунктах |
Заливка, тип |
||
До операции |
После операции |
До операции |
После операции |
|
Окружность |
||||
Эллипс |
||||
Результирующий |
16. Операция Минус нижний. Отмените предыдущую операцию (Редактирование > Отменить минус верхний). Инструментом Выделение выберите окружность. При нажатой клавише SHIFT выберите эллипс. Дайте команду Объект > Обработка контуров > Минус нижний. Запишите, как изменились свойства объектов.
Объект |
Обводка, толщина в пунктах |
Заливка, тип |
||
До операции |
После операции |
До операции |
После операции |
|
Окружность |
||||
Эллипс |
||||
Результирущий |
17. Комбинирование контуров. Отмените предыдущую операцию (Редактирование > Отменить минус нижний). Инструментом Выделение выберите окружность. При нажатой клавише SHIFT выберите эллипс. Дайте команду Объект > Составной контур > Образовать. Запишите, как изменились свойства объектов.
Объект |
Обводка, толщина в пунктах |
Заливка, тип |
||
До операции |
После операции |
До операции |
После операции |
|
Окружность |
||||
Эллипс |
||||
Результирующий |
В большинстве чертежно-графических работ, выполняемых средствами векторной графики, недостаточно использовать только простейшие графические объекты (примитивы). Сложные объекты образуются путем композиции нескольких объектов. В данной работе мы исследовали приемы создания композиций и установили, как свойства исходных объектов наследуются результирующими объектами.
Векторный графический редактор CorelDraw канадской фирмы Corel Corporation получил известность благодаря широким возможностям, наличию огромных библиотек готовых изображений, мощной встроенной системе обучения и подсказок, верной маркетинговой политике разработчика. Некоторые средства CorelDraw не имеют аналогов в других векторных редакторах и делают его уникальным продуктом. Мнение о пресловутой сложности интерфейса CorelDraw на самом деле не имеет под собой оснований программа предоставляет пользователю удобные и интуитивно понятные средства создания и редактирования графики. Тесная интеграция CorelDraw с пакетом обработки растровой графики Corel PhotoPaint и программой верстки Corel Ventura Publisher позволяет создать законченную систему подготовки электронных и полиграфических публикаций.
В целом интерфейс CorelDraw выполнен в традициях, ставших стандартом де-факто для приложений в операционной системе Windows. To есть, окно программы имеет стандартные элементы: строку заголовка с соответствующими кнопками, строку меню, строку состояния, панель инструментов, другие панели, состав которых может определять пользователь, полосы прокрутки и прочее. Однако интерфейс CorelDraw имеет и свои особенности, отличающие его от других программ.
Во-первых, конфигурация интерфейса может быть настроена аналогично другим популярным графическим пакетам, например Adobe Illustrator или Macromedia FreeHand. To есть, пользователь, привыкший к работе в среде этих редакторов, при переходе к CorelDraw может остаться в рамках уже освоенного интерфейса.
Во-вторых, начиная с восьмой версии появился особый тип элементов управления Dockers, или стыкуемые палитры. Такие палитры обладают свойством «приклеиваться» при перетаскивании мышью к одной из сторон рабочего поля или друг к другу с образованием вкладок. Заголовок окна палитры содержит закрывающую и сворачивающую кнопки. Удобство применения стыкуемых палитр заключается в том, что при их сворачивании (раскрытии) автоматически изменяется размер рабочего поля и пользователю нет необходимости вручную масштабировать вид изображения, что требуется в других программах.
Наконец, уникальными интерактивными свойствами обладает Property Bar (Панель свойств). Состав ее элементов управления динамически меняется в зависимости от типа выбранного объекта. То есть, при выборе текста на панели свойств появляются элементы управления свойствами текста, при выборе линии элементы управления свойствами линии и т. д. Тесно связаны с панелью свойств интерактивные средства управления заполнением, параметрами контуров и прочими свойствами объектов. Их вызов осуществляется из раскрывающегося меню, появляющегося после щелчка правой кнопкой мыши на выбранном объекте.
Для удобной и эффективной работы в CorelDraw прежде всего необходимо настроить параметры программы в соответствии с решаемыми задачами и предпочтениями пользователя. Возможности настройки поистине уникальны и не имеют аналогов в других графических программах. Все настройки, выбираемые командой Tools > Options (Сервис > Параметры), подразделяются натри основных раздела (рис. 16.1). Раздел Workspace (Рабочая область) содержит средства управления параметрами интерфейса; раздел Document (Документ) позволяет управлять свойствами разрабатываемого проекта; средствами раздела GlobaJ (Глобальное) управляют параметрами взаимодействия редактора с аппаратными устройствами и другими внешними компонентами.
Рис. 16.1. Настройка интерфейса и параметров CorelDraw
Глобальные параметры
Настройку лучше всего начинать именно с глобальных параметров. Раздел Color Management (Управление цветами) содержит элементы управления отображением и преобразованием цвета на мониторе и внешних аппаратных устройствах (сканеры, принтеры и прочие). При подготовке цветных публикаций следует внимательно ознакомиться с установками, используемыми по умолчанию, и при необходимости изменить параметры настройки в соответствии с собственными аппаратными средствами и особенностями публикации. На вкладке Profiles (Конфигурации) устанавливают цветовые профили, соответствующие используемым аппаратным средствам. Необходимый цветовой профиль выбирают из списка, загружают с внешнего носителя или через Интернет. В последнем случае при наличии подключения к Интернет достаточно щелкнуть на кнопке Color Profiles Online (Цветовые профили в сети) и получить доступ к библиотеке профилей. Однако эта услуга платная. Наконец, при отсутствии специализированного цветового профиля можно указать сгенерированный профиль, используемой системой управления цветом Eastmen Kodak Digital Science ICC, применяемой в CorelDraw.
Раздел Printing (Печать по умолчанию) содержит элементы управления процессом печати и подготовки публикации. Следует обратить внимание на вкладку Pref light (Проверка перед печатью), если планируется вывод на устройства PostScript. Сбросом или установкой флажков задают параметры, контролируемые программой при проверке документа PostScript.
Установкой переключателей на вкладке Bitmaps Effects (Эффекты растрового изображения) задают параметры предварительного просмотра изображения на экране.
Вкладка Filters (Фильтры) содержит обширный список фильтров, используемых для операций импорта-экспорта растровой и векторной графики, а также текста в различных файловых форматах. Имеется возможность добавлять или удалять отдельные фильтры по желанию пользователя. Вкладка Associates (Ассоциировать) позволяет связывать расширения имен файлов с конкретным форматом документов.
Параметры интерфейса
Настройку интерфейса проводят на вкладках раздела Workspace (Рабочая область). Заглавная вкладка позволяет выбрать стиль интерфейса, установленный по умолчанию, либо аналогичный программам Adobe Illustrator или Macromedia FreeHand, либо создать собственный стиль.
На вкладке General (Общие) выбирают количество операций, подлежащих отмене: Undo Levels (Уровни отмены), параметры отображения диалоговых окон, звукового оформления и некоторые другие параметры.
На вкладке Display (Монитор) переключателями устанавливают параметры отображения графики на экране.
Вкладка Edit (Изменение) содержит несколько окон с переключателями, полями, счетчиками и списками, где устанавливают смещение дубликатов объектов, параметры узлов, точность позиционирования графики и другие свойства.
На вкладке Warning (Предупреждения) установкой (сбросом) флажков регулируют отслеживаемые параметры, при нарушении которых выдается предупреждение.
Вкладка Save (Сохранить) содержит средства управления сохранением резервного файла публикации.
На вкладке Memory (Память) задают первичный и вторичный рабочие диски и устанавливают предельный объем оперативной памяти, монопольно используемый CorelDraw.
На вкладке Plug-Ins (Подключения) отображается расположение файлов внешних расширений. Там же можно подключить расширения, совместимые с CorelDraw.
Вкладка Text (Текст) двухуровневая. Заглавная вкладка содержит элементы управления общими свойствами текста, например принятыми единицами измерения размера шрифта. Вложенные вкладки Paragraph (Абзац), Fonts (Шрифты), Spelling (Проверка правописания), Type Assistant (Автозамена) позволяют управлять соответствующими атрибутами текстовых объектов.
Обширная группа Toolbox (Графика) объединяет пятнадцать вкладок управления свойствами различных инструментов, например Knife Tool (Нож), Eraser Tool (Ластик), Ellipse Tool (Эллипс) и прочими.
С точки зрения настройки интерфейса под нужды пользователя, большое значение имеет двухуровневая группа вкладок Customize (Настройка). На заглавной вкладке в окне Toolbars (Панели инструментов) установкой (сбросом) флажков выбирают отображаемые панели инструментов.
Рис. 16.2. Выбор «горячих» клавиш по усмотрению пользователя
На вкладке Shortcut Keys (Клавиши быстрого вызова) представлен полный список «горячих» клавиш, используемых по умолчанию. Пользователь может по собственному выбору назначить любой команде (операции) собственное сочетание «горячих» клавиш. При этом программа отслеживает возможные конфликты с уже используемыми сочетаниями и предлагает их устранить. С помощью элементов этой вкладки можно создать собственную «библиотеку» команд быстрого доступа к средствам и элементам управления CorelDraw.
Другим мощным средством настройки интерфейса являются элементы вкладки Menus (Меню). В ее левом окне расположены все команды, доступные в CorelDraw, в правом список всех меню, открываемых как из строки меню, так и другими способами (например, по щелчку правой кнопкой мыши). Любую команду можно разместить в любом меню на любом уровне. Таким образом становится возможным создание индивидуальных уникальных интерфейсов, настроенных на конкретные задачи.
Подобным способом организовано управление интерфейсом и на вкладке Toolbars (Панели инструментов). Только в этом случае объектом управления выступают инструментальные кнопки, а субъектом любая инструментальная панель. То есть можно создавать собственные уникальные наборы инструментов, появляющиеся на панели при выборе объекта соответствующего типа.
На вкладке Color Palette (Цветовая палитра) определяют параметры отображения стандартных цветовых палитр, а на вкладке Link Manager (Ссылки) указывают параметры проверки правильности адресов и устойчивости связи при наличии в документе ссылок на ресурсы сети Интернет.
Параметры документа
Вкладка Document (Документ) имеет три уровня. На заглавной вкладке установкой флажка Save options as default for new document (Сохранить параметры, как действующие по умолчанию для новых документов) задают сохранение параметров как используемых по умолчанию для всех последующих документов. Дополнительные настройки (какие именно параметры следует сохранять) указывают установкой соответствующих флажков.
На вкладке General (Общие) определяют параметры рендеринга векторных объектов при их отображении на экране, принятый по умолчанию режим визуализации, а также режимы заливки открытых кривых и применения эффектов к растровым изображениям.
Вкладка Page (Страница) позволяет установить режимы показа некоторых элементов страницы, например отображение границ листа.
На вкладке Size (Размер) устанавливают размер страницы, выбирая из списка стандартных форматов или устанавливая собственные параметры.
Вкладка Layout (Макет) предоставляет возможность выбрать режим отображения страниц. В частности, можно представлять страницы как элементы листа полиграфического формата с учетом выбранного способа его фальцовки.
На вкладке Label (Метка) указывают параметры наклейки, автоматически присоединяемой к каждой странице.
На вкладке Backgrounds (Фон) задают параметры фонового изображения, занимающего все пространство страницы.
Двухуровневая вкладка Guidelines (Направляющие) в заглавном окне позволяет задать показ направляющих и выравнивание по ним объектов, а также выбрать цвета для заранее установленных и созданных в процессе работы направляющих.
На вкладках Vertical (Вертикальные) и Horizontal (Горизонтальные) задают положение соответственно вертикальных и горизонтальных направляющих, на вкладке Slanted (Косые) косых направляющих. Элементы вкладки Presets (Внешние) управляют отображением стандартных направляющих, например для границ листа или области печати.
Вкладка Grid (Сетка) содержит элементы управления так называемой «сеткой» регулярно расположенными на странице точками, являющимися опорными для создаваемых объектов. Плотность сетки можно задать указанием ее частоты (в единицах на миллиметр) или расстояний между соседними точками по вертикали и горизонтали. Установка флажка Snap to grid (Привязывать к сетке) приводит к автоматической привязке узлов объекта к ближайшим опорным точкам.
На вкладке Rulers (Линейки) устанавливают параметры вспомогательной измерительной линейки, располагающейся по краям рабочего поля.
Вкладка Styles (Диспетчер стилей) открывает доступ к атрибутам текста, оформленного различными стилями. Само содержание элементов управления стилями практически не отличается от принятого для текстовых редакторов или программ верстки можно менять тип и размер шрифтов, начертание, интерлиньяж, позицию и другие атрибуты текста.
На вкладке Save (Сохранить) выбирают некоторые специфические параметры сохранения файлов в формате CorelDraw. Например, примененные в документе текстуры можно сохранить в файле, а можно загружать из редактора при открытии файла. В последнем случае размер файла существенно уменьшается.
Двухуровневая вкладка Publish to Internet (Публиковать в Интернете) содержит специфические элементы управления параметрами подготовки документа для публикации в сети Интернет.
Средства создания и модификации объектов CorelDraw подразумевают тесное взаимодействие различных элементов управления, присутствующих в программе. Прежде всего, это панель инструментов, панель свойств и интерактивные меню. В принципе, с их помощью можно создавать любые объекты от простейших фигур до сколь угодно сложных композиций, не прибегая к другим элементам управления программы.
Панель инструментов
Панель инструментов расположена у левого края рабочего пространства и
объединяет инструменты выбора объектов Pick Tool (Указатель), изменения формы Shape Tool (Фигура), масштабирования Zoom Tool (Масштаб), рисования линий BezierTool (Кривая Безье), рисования прямоугольников Rectangle Tool (Прямоугольник), рисования эллипсов Ellipse Tool (Эллипс), рисования многоугольников Polygon Tool (Многоугольник), работы с текстом Text Tool (Текст). Далее расположена группа интерактивных инструментов: Fill Tool (Интерактивный инструмент Заливка), управляющий способами заливки объектов; Transparency Tool (Интерактивная прозрачность), управляющий прозрачностью объектов; Blend Tool (Интерактивное перетекание), управляющий перетеканием объектов друг в друга с промежуточной трансформацией. Последними на панели размещены инструменты Eyedropper Tool (Пипетка), предназначенный для выбора цвета; Outline Tool (Абрис), управляющий параметрами контуров; Fill Tool (Заливка), управляющий параметрами заливки. Последний инструмент не следует путать с его интерактивным подобиемон выполняет несколько другие функции.
Некоторые элементы управления из представленных на панели инструментов имеют альтернативные варианты. Рядом с их обозначением помещен значок раскрывающей кнопки. При щелчке на нем разворачивается вложенная панель, содержащая набор дополнительных инструментов. Если зацепить такую панель мышью, то ее можно перетащить в любое место рабочего поля и разместить как отдельное «плавающее» окно или добавить в область панелей инструментов под строкой меню.
Панель свойств
После выбора любого инструмента панель свойств отображает его свойства и предоставляет набор элементов, позволяющих управлять параметрами инструмента или свойствами объекта. В связи с этим панель свойств динамически меняется в зависимости от выбранного инструмента и объекта.
Параметры страницы. Если не выбран ни один объект, на панели свойств присутствуют элементы управления параметрами текущей страницы: раскрывающийся список Paper Type/Size (Тип/Формат бумаги) для выбора стандартного или пользовательского формата страницы; счетчики Width and Height (Высота и ширина бумаги) для установки высоты и ширины страницы; кнопки Portrait (Книжная) и Landscape (Альбомная) для изменения ориентации страницы; кнопки переключения параметров текущей страницы, принятых по умолчанию для всех публикаций или только для текущего документа; раскрывающийся список Drawing Units (Единицы измерения) для выбора единиц измерения; счетчик Nudge Offset (Перемещение клавишами курсора) для задания стандартной величины смещения узлов; счетчики Duplicate Distance (Расстояние до копии) для установки величины смещения дубликата объекта по осямх, у; кнопки Snap to Grid (Привязка к сетке), Snap to Guidelines (Привязка к направляющим) и Snap to Object (Привязка к объектам) для включения режимов выравнивая по опорным точкам, направляющим линиям или выбранному объекту соответственно; кнопка включения режима полного режима отображения объекта при его перемещении или трансформации Draw Complex Objects when Moving or Transforming (Отображать объекты при перемещении); кнопка включения режима Treat As Filled (Считать заполненным); кнопка открытия диалогового окна Options (Параметры) для настройки параметров программы.
Рис. 16.3. Панель свойств в режиме управления свойствами страницы
Альтернативные варианты средств панели инструментов
В группу Shape Tool (Фигура) входят альтернативные варианты Knife Tool (Нож) предназначен для расчленения объектов по линии разреза; Eraser Tool (Ластик) служит для удаления части объекта; Free Transform Tool (Свободное преобразование) позволяет осуществлять свободную трансформацию объектов вращение, масштабирование, наклон и прочие операции.
В группу Zoom Tool (Масштаб) дополнительно включен инструмент Pan Tool (Панорама), с помощью которого можно перемещать область видимости по всему рабочему полю. По сути дела он является удобной альтернативой полосам прокрутки.
Группа Bezier Tool (Кривая Безье) включает инструменты: Freehand Tool (Кривая) предназначен для рисования линий «от руки»; Artistic Media Tool (Натуральное перо) служит для имитации рисования пером постоянной или переменной толщины; Dimension Tool (Инструмент Размер) используется для простановки размерных линий и обозначений на чертежах; Connection Line Tool (Соединительная линия) применяется для рисования прямых линий, соединяющих два объекта (например, на схемах электрических соединений); Interactive Connector Tool (Интерактивное соединение) служит для соединения объектов линиями, которые привязываются к объектам и перемещаются вместе с ними.
Группа Polygon Tool (Многоугольник) объединяет средства рисования как собственно многоугольников (частным случаем считается звезда), так и другие интерактивные инструменты: Spiral Tool (Спираль) для рисования симметричных и логарифмических спиралей; Graph Paper Tool (Разлиновать бумагу) для рисования разграфленных на одинаковые элементы прямоугольных объектов.
Группа интерактивных инструментов заливки включает собственно средство интерактивной заливки Interactive Fill Tool (Интерактивный инструмент Заливка), с помощью которого выполняют равномерную или градиентную заливку, заполнение узорами, текстурами или объектами PostScript, и инструмент Interactive Mesh Fill Tool (Интерактивная заливка по узлам), который позволяет редактировать заливку, разбивая ее область на отдельные сегменты, ограниченные опорными точками. Смещение опорных точек приводит к распространению заливки, характерной для элемента, в направлении модификации.
Группа интерактивных средств модификации объектов Interactive Blend Tool (Интерактивное перетекание) позволяет задать перетекание (переход) одного объекта в другой с заданным числом промежуточных трансформаций. Interactive Contour Tool (Интерактивный ореол) служит для создания дубликатов контуров объекта, размещаемых с масштабированием и смещением относительно оригинала. В зависимости от направления смещения (к центру объекта или вовне) дубликаты образуют внутренний или внешний ореол. Инструмент Interactive Distortion Tool (Интерактивное искажение) воздействует на выбранный объект с применением эффектов Push and Pull (Расслоение), Zipper (Зигзаг) или Twister (Смерч) по выбору пользователя. Interactive Envelope Tool (Интерактивная оболочка) позволяет модифицировать контуры объектов, направляя их по выбранной пользователем огибающей, или просто перемещением опорных точек. Инструмент Interactive Extrude Tool (Интерактивное выдавливание) служит для «выдавливания» плоских объектов по третьей координате, образуя псевдотрехмерное изображение. Interactive Drop Shadow Tool (Интерактивная падающая тень) создает эффект тени, отбрасываемой выбранным объектом. Хотя тень является отдельным растровым объектом, изменения, вносимые в оригинал, отражаются и на его тени.
Инструменты Eyedropper Tool (Пипетка) и PaintbucketTool (Краска) образуют самостоятельную пару. Первый из них позволяет выбрать цвет контура или элемента запивки объекта в качестве текущего. Затем эти параметры можно применить к другим объектам с помощью инструмента Paintbucket Tool (Краска).
Группа настройки параметров контуров и заполнения состоит из двух инструментов, рассмотренных ниже. Они отличаются тем, что воздействуют не только на выбранный объект, но и устанавливают общие для вновь создаваемых объектов атрибуты. Раскрывающая кнопка рядом со значками этих инструментов предоставляет доступ не к альтернативному набору, а к вложенной панели инструментов. Если в документе не выбран ни один объект, щелчок на значке этих инструментов вызывает диалоговое окно, в котором выставлением флажка следует указать, к объектам какого типа (графическим или текстовым) необходимо применить задаваемые параметры.
.
Рис. 16.5. Диалоговое окно Outline Pen
В диалоговом окне Outline Pen (Атрибуты абриса) (рис. 16.5) выбирают толщину контура с помощью счетчика Width (Толщина), цвет контура с помощью текущей палитры Color (Цвет), тип линии в раскрывающемся списке Style (Стиль), задают форму контура на угловых и концевых точках переключателями Corners (Углы) и Line Caps (Концы линий), указывают форму начального и конечного маркеров на концевых точках незамкнутых кривых в группе Arrows (Наконечники), определяют толщину линии при различных углах ее наклона в группе Calligraphy (Каллиграфия). Атрибуты Style (Стиль), и Arrows (Наконечники) можно изменять самостоятельно, редактируя уже готовые элементы или создавая новые. Установкой флажка Scale with image (Сохранять пропорции) задают необходимость пропорционального масштабирования толщины контура при изменении размеров объекта, выставлением флажка Behind fill (Заливка выше абриса) назначают расположение контура всегда поверх заполнения.
Диалоговое окно Outline Color (Цвет абриса) (рис. 16.6) открывается при щелчке на второй кнопке раскрывающейся палитры инструментов Outline Tool (Абрис). Оно содержит мощные средства выбора и редактирования цвета, расположенные на вкладках Models (Просмотр цветов), Mixers (Смесители), Fixed Palettes (Фиксированные палитры) и Custom Palettes (Пользовательские палитры). С практической точки зрения очень важным является богатый выбор стандартных цветовых палитр фирмы Pantone (применяемых в полиграфии) на вкладке Fixed Palettes (Фиксированные палитры).
Параметры заполнения. Вложенная панель инструментов Fill Tool (Заливка) (рис. 16.7) открывается при щелчке на кнопке инструмента Fill Tool (Заливка). Первая кнопка на этой панели открывает доступ к диалоговому окну Uniform Fill (Однородная), которое идентично окну Outline Color (Цвет абриса), рассмотренному выше. Последующие кнопки обеспечивают доступ к диалоговым окнам для соответствующих типов заполнения. Принципиально они организованы одинаковым образом: предлагается выбор из библиотек готовых вариантов заполнения, предоставляется возможность редактирования параметров за
Рис. 16.7. Вложенная панель
Fill Tool
ливки, а в некоторых случаях (для градиентной и узорной заливок) создание собственных моделей заполнения. Последняя кнопка в палитре инструментов Fill (Заливка) открывает стыкуемую палитру Color (Цвет) (рис. 16.8), автоматически «приклеивающуюся» к правой границе рабочего поля. С помощью средств этой палитры выбирают модель представления цвета в раскрывающемся списке, указывают нужный цвет и присваивают его контуру либо заливке объекта.
Средства меню
Некоторые инструментальные средства CorelDraw доступны только из меню, если пользователь не менял заданную по умолчанию конфигурацию в окне Options (Параметры). В частности, к ним относятся средства обработки растровых объектов, сосредоточенные в меню Bitmaps (Растровые изображения), средства преобразования, входящие в меню Effects (Эффекты), средства управления параметрами отображения из меню View (Вид), некоторые инструменты из меню Arrange (Упорядочить) и Tools (Сервис). Часть инструментальных средств и элементов управления можно открыть в стыкуемых палитрах. Однако принятая по умолчанию конфигурация интерфейса принципиального значения не имеет пользователь всегда имеет озможность составить по своему усмотрению любые конфигурации панелей инструментов, меню и прочих элементов интерфейса.
Рис. 16.8. Стыкуемая палитра
Color
Средства позиционирования
О программе CorelDraw тадиционно сложилось представление как о мощном и удобном средстве создания рекламных материалов, логотипов, иллюстративной и художественной графики. Действительно, именно в этих областях программа имеет самое широкое распространение. Однако не следует забывать о некоторых возможностях программы, превращающих ее в эффективное средство разработки инженерной и научной документации. С помощью CorelDraw можно создавать точные машиностроительные и архитектурные чертежи, строить графики, иллюстрировать учебные материалы. Для целей точного позиционирования объектов относительно рабочего листа и друг друга, управления проектом в целом и его отдельными элементами служат специальные средства CorelDraw.
Диалоговое окно Align and Distribute (Выровнять и распределить) (рис. 16.9) открывается после щелчка на одноименной строке в меню Arrange (Упорядочить). На вкладке Align (Выравнивание) предлагаются средства выравнивания объектов относительно центра или края страницы, а также относительно других объектов или опорных точек направляющей сетки. На вкладке Distribute (Распределение) задают равномерное распределение объектов относительно других объектов или страницы документа. Управление выравниваем и распределением в сочетании с возможностью явно задавать размеры и положение объектов на панели свойств позволяет выполнять чертежи с точностью до третьего знака после запятой, что вполне достаточно для подавляющего большинства инженерных задач.
Рис. 16.10. Стыкуемая палитра
Object Manager
Управление объектами. Стыкуемая палитра Object Manager (Диспетчер объектов) является мощным средством управления положением объектов и контроля за их свойствами (рис. 16.10). Ее открывают из меню Tools > Object Manager (Сервис > Диспетчер объектов). В этой палитре представлено послойное расположение всех объектов с указанием их названий и свойств. Переход к любому объекту означает его автоматическую выборку с динамическим изменением элементов управления на панели свойств.
Управление проектами. Дополнительные возможности по управлению сложными проектами предоставляет стыкуемая палитра Object Data (Сведения об объектах), где любому объекту можно присвоить собственное имя, назначить поля для его характеристик, например типа используемых материалов, стоимости работы и прочего. В целом средства управления проектом и объектами позволяют создать сложные многоуровневые документы и организовать совместную работу по их разработке.
Создание и модификация объектов
Приемы рисования типовых объектов в CorelDraw мало отличаются от таковых в других векторных редакторах. Поэтому мы рассмотрим в основном возможности по манипуляции свойствами объектов и приемы их модификации стандартными средствами программы.
Все объекты, создаваемые инструментами программы, обладают рядом атрибутов и общими возможностями модификации. При выборе любого объекта инструментом Pick Tool (Указатель) на панели свойств отображаются поля с параметрами его координат (х, у), поля с параметрами размеров по горизонтали и вертикали, поля для установки масштаба (в процентах), кнопка разрешения (запрещения) пропорционального масштабирования, поле для задания угла поворота, кнопки инструментов зеркального отражения по вертикали и горизонтали. Состав прочих элементов управления зависит от типа конкретного объекта.
Операции с графикой
Свойства линии. Для линии, создаваемой с помощью инструмента Freehand Tool (Кривая), до начала рисования на панели свойств могут быть заданы: форма наконечников, тип линии, ее толщина, степень сглаживания.
Рис. 16.11. Свойства линии в режиме свободного рисования
Контур. Все линии представляют собой контур (открытый либо замкнутый). Кривую линию рисуют протягиванием мыши, прямую щелчками в начальной и конечной точках. При нажатой клавише CTRL прямой можно задать фиксированный (с шагом 15°) угол наклона. Выбрав полученный объект инструментом Pick Tool (Указатель) по окончании рисования, получают доступ к редактированию его свойств.
Для открытой линии специфическим инструментом является средство Auto-Close Curve (Автоматическое замыкание кривой), соединяющее конечные точки и превращающее линию в замкнутый контур.
Узлы. Если объект выбран инструментом Shape Tool (Фигура), открываются возможности модификации его узловых точек. Для этого выбирают одну из точек и либо перемещают ее в нужное положение, либо воздействуют на управляющие касательные. Допустимые операции отображены на панели свойств. К ним относятся:
добавление или удаление узловых точек: Add Node (Добавить узел) или Delete Node (Удалить узел);
объединение двух точек: Join Two Nodes (Объединить два узла);
разрыв линии в выбранной точке: Break Curve (Разъединить кривую);
преобразование кривой в прямую и наоборот: Convert to Line (Преобразовать в линию) и Convert to Curve (Преобразовать в кривую);
изменение формы кривой в данной точке: Cusp (Острый узел), Smooth (Сгладить узел), Symmetrical (Симметризоватьузел);
изменение направления линии: Reverse Curve Direction (Изменить направление);
преобразование кривой в замкнутый контур путем соединения выбранных после довательно (с использованием клавиши SHIFT) конечных точек: Extend Curve to Close (Замкнуть кривую);
вычленение отдельной кривой из объекта, представляющего собой комбинацию кривых: Extract Subpath (Извлечь фрагмент);
автоматическое преобразование кривой в замкнутый контур: Auto-Close Curve (Автоматическое замыкание кривой);
преобразование сегмента путем масштабирования, вращения и перекашивания сегмента, выравнивания узлов: Stretch and Scale Nodes (Масштабирование и растяжение узлов), Rotate and Skew Nodes (Поворот и наклон узлов), Align Nodes (Выравнивание узлов);
включение режима «эластичных» (плавных) преобразований: Elastic Mode (Гибкий режим).
Рис. 16.12. Свойства узлов
Кривые Безье. Для линии, создаваемой с помощью инструмента BezierTool (Кривая Безье) до начала рисования могут быть заданы те же параметры, что и в предыдущем случае, за исключением параметра сглаживания. Приемы рисования: прямые линии создают щелчками в опорных точках (при нажатой клавише CTRL с фиксированным углом наклона), для рисования кривых необходимо после щелчка слегка протянуть мышь от опорной точки. Дальнейшие способы модификации полученного объекта аналогичны изложенным ранее.
Художественные средства рисования. Инструмент Artistic Media Tool (Натуральное перо) имеет ряд интересных особенностей, позволяющих создавать своеобразные объекты. После щелчка на кнопке инструмента на панели свойств отображаются установки, принятые по умолчанию. То есть, до начала рисования инструментом считается перо (имитирующее плакатное), для которого можно установить степень сглаживания рисуемой линии, ее толщину и тип. Справа от кнопки заготовленных типов перьев последовательно расположены кнопки альтернативных инструментов: кисть, аэрограф, каллиграфическое перо, перо, чувствительное к нажиму. Последний инструмент работает только в сочетании с графическими планшетами, поддерживающими такую функцию.
Рис. 16.13. Свойства инструмента перо группы Artistic Media Tools
При выборе инструмента Brush (Натуральное перо фиксированной ширины) появляется возможность выбора типа кисти, при выборе каллиграфического пера выбора угла его наклона. При выборе инструмента Аэрограф на панели свойств появляются дополнительные элементы: поля установки размеров элементов заполнения (по вертикали и горизонтали, в процентах от исходного размера) с кнопкой разрешения (запрещения) пропорционального масштабирования; список выбора типа заполнения; кнопки сохранения или удаления типа заполнения; список выбора порядка заполнения; кнопка добавления модифицированного заполнения к используемому типу; кнопка вызова диалогового окна модификации типа заполнения; счетчики установки интервала между столбцами и рядами элементов заполнения; кнопка изменения угла поворота элементов заполнения; кнопка выбора параметра смещения элементов заполнения; кнопка сброса всех внесенных изменений и возврата к значениям по умолчанию для данного типа заполнения.
Рис. 16.14. Свойства инструмента Sprayer
Свойства элементов оформления. Элементы заполнения в инструменте Brush (Натуральное перо фиксированной ширины) являются едиными объектами, и модифицировать можно только объект в целом. Объекты, созданные инструментом Sprayer (Аэрограф), можно разбивать на отдельные элементы: Arrange > Separate (Упорядочить > Разъединить), Arrange > Ungroup (Упорядочить > Отменить группировку) и затем работать с каждым элементом как с отдельным объектом.
Размерные линии. При выборе инструмента проставления размеров Dimension Tool (Инструмент Размер) до начала рисования можно указать тип размерных линий: расставляемые автоматически, вертикальные, горизонтальные, наклонные, выносные и угловые. В раскрывающихся списках выбирают формат представления результатов измерения, точность представления данных, единицы измерения. В полях Prefix (Префикс) и Suffix (Суффикс) при необходимости проставляют текстовые или цифровые данные. Кнопкой Dynamic (Динамическое представление размерных линий) включают (отключают) режим динамического представления размещения данных во время выбора опорных точек. Раскрывающая кнопка Text Positioning Drop/Down (Положение текста) открывает доступ к кнопкам выбора позиции размещения проставляемых размеров.
Рис. 16.15. Свойства размерных линий
Прямоугольники. С помощью инструмента Rectangle Tool (Прямоугольник) создают прямоугольники. До начала рисования можно задать радиусы скругления любого из углов прямоугольника счетчиками Rectangle Corner Roundness (Округление углов прямоугольника). Рисование прямоугольника заключается в протягивании мыши от начального угла к противолежащему. Для рисования прямоугольника от центра надо удерживать клавишу SHIFT, для рисования квадрата клавишу CTRL По завершении рисования параметры скругления углов можно изменить перетаскиванием их узловых точек или изменением значений в счетчиках. Прямоугольник является объектом, представляющим собой замкнутый контур. Поэтому на панели свойств появляются новые элементы, характерные для всех замкнутых контуров. Первым из них является раскрывающая кнопка Wrap Paragraph Text (Обтекание простым текстом), открывающая доступ к кнопкам выбора варианта размещения текстового блока внутри замкнутого контура. Вторым элементом является кнопка Convert to Curves (Преобразовать в кривые), преобразующая прямоугольник в обычный набор сегментов кривой. После такого преобразования узловые точки можно модифицировать так же, как и в любом другом контуре.
Рис. 16.16. Свойства прямоугольников
Эллипсы. Инструментом Ellipse Tool (Эллипс) рисуют эллипсы (и окружности как их частный случай). Приемы рисования аналогичны приемам рисования прямоугольника. По завершении рисования на панели свойств появляются новые элементы управления свойствами, характерные для эллипсов. Кнопка Pie (Сектор) позволяет интерактивно или изменением значений счетчиков Starting and Ending Angles (Начальный и конечный углы) задавать параметры сектора, вырезаемого из эллипса. Кнопкой Arc (Дуга) таким же образом задают параметры вырезаемой дуги. Кнопкой Clockwise/ Counterclockwise Arcs or Pies (Дуги и сектора по часовой стрелке/Против часовой стрелки) управляют размещением сектора (дуги) относительно узловых точек.
Рис. 16.17. Свойства эллипсов
Многоугольники. Инструмент Polygon Tool (Многоугольник) до начала рисования позволяет с помощью счетчика Number of Points on Polygon (Число вершин многоугольника) задать число углов многоугольника, движком установить параметр Sharpness of Polygon (Острота углов многоугольника), кнопкой Polygon/Star (Простой/ Звездчатый) выбрать соответствующую фигуру. Приемы рисования аналогичны приемам работы с другими инструментами создания геометрических фигур. После создания объекта его можно модифицировать стандартными способами. Дополнительно доступны средства изменения формы фигуры кнопкой Polygon/Star (Простой/ Звездчатый) и числа углов счетчиком Number of Points on Polygon (Число вершин многоугольника).
Рис. 16.18. Свойства многоугольников
Спирали. Инструмент рисования спиралей Spiral Too! (Спираль) позволяет создавать как симметричные, так и логарифмические спирали. До начала рисования доступны счетчик установки числа витков спирали Spiral Revolution (Обороты спирали), кнопки выбора типа фигуры Symmetrical Spiral (Симметричная спираль) и Logarithmic Spiral (Логарифмическая спираль). Если выбрана логарифмическая спираль, активизируется движок Spiral Expansion Factor (Коэффициент расширения). Приемы рисования аналогичны рассмотренным ранее. По завершении рисования выбранная фигура представляет собой обычную кривую, состоящую из сегментов, и может редактироваться стандартными приемами.
Рис. 16.19. Свойства спиралей
Сетка. При работе с инструментом Graph Paper Tool (Разлиновать бумагу) до начала рисования можно задать число строк и столбцов счетчиками Graph Paper Columns and Rows (Строки и столбцы инструмента Разлиновать бумагу). Приемы рисования стандартные. Полученный объект представляет собой сгруппированные прямоугольники, расположенные по вертикали и горизонтали и образующие ячеистую структуру. Если разгруппировать такой объект: Arrange > Ungroup (Упорядочить > Отменить группировку), он распадается на отдельные прямоугольники, каждый из которых можно редактировать стандартным образом. Объект в целом также модифицируется обычными средствами.
Операции с текстом
Особое место среди средств CorelDraw занимает инструмент Text Tool (Текст). В то время как все другие инструменты работают с графическими объектами, текст не является графикой и потому обладает специфическими свойствами, например начертанием шрифта и прочими. Однако при необходимости любой текстовый объект может быть преобразован в графический: Arrange > Convert to Curve (Упорядочить > Преобразовать в кривые). А вот обратное преобразование невозможно.
Типы текстовых объектов. В CorelDraw текстовые объекты бывают двух типов. Первый тип текстовых объектов называется Artistic Text (Фигурный текст) и представляет собой свободно размещаемые строки текста. Второй тип называется Paragraph Text (Простой текст) и отличается размещением символов внутри текстового блока. Форму и границы блока можно модифицировать стандартными для графических объектов средствами, однако символы всегда будут находиться внутри него, а их редактирование (изменение свойств) возможно только инструментом Text Tool (Текст). Отличие объектов типа Artistic Text (Фигурный текст) состоит в том, что их можно модифицировать как графические объекты (например, вращать или растягивать) с воздействием преобразований на сами символы, что недопустимо для объектов блочного текста. Средство конвертирования текстовых объектов Text» Convert... (Текст > Преобразовать...) позволяет осуществлять взаимные преобразования между двумя типами тестовых объектов. При этом все изменения, внесенные в объект Artistic Text (Фигурный текст) средствами редактирования графики и повлиявшие на форму символов, автоматически отменяются (за исключением размера шрифта) во время преобразования в объект Paragraph Text (Простой текст).
Рис. 16.20. Объекты типа Artistic Text (слева) и Paragraph Text (справа)
Набор и форматирование. Средства набора, форматирования и редактирования текста находятся в палитре свойств и в раскрывающемся меню Text (Текст) строки меню. Их состав аналогичен стандартным средствам текстовых редакторов и программ верстки. Однако имеются два специфических инструмента, не встречающиеся в специализированных программах обработки текста. Инструмент Fit Text to Path (Текст вдоль кривой) позволяет расположить текст вдоль линии. Для этого достаточно последовательно выбрать объект типа Artistic Text (Фигурный текст) и любой графический объект и применить инструмент. Можно также подвести текстовый курсор к кривой так, чтобы рядом с вертикальной чертой курсора появилась волнистая линия, после чего можно щелкнуть мышью и начинать ввод текста. После создания совмещенного текстово-графического объекта на панели свойств появляются инструменты редактирования: раскрывающиеся списки Text Orientation (Ориентация текста), Vertical Placement (Вертикальное расположение), Text Placement (Положение текста), счетчики Distance from Path (Расстояние от кривой) и Horizontal Offset (Горизонтальное смещение), а также кнопка Place on Other Side (Размещение с другой стороны). Редактирование текстового содержимого возможно средствами инструмента Text Tool (Текст).
Рис. 16.22. Панель управления свойствами текста, расположенного
вдоль кривой
Другим специфическим инструментом работы с текстом является средство Fit Text to Frame (Вписать текст в рамку), позволяющее поместить текстовый блок внутрь замкнутого контура. При этом границы контура рассматриваются как границы блока. Для размещения текста внутри замкнутого контура достаточно выбрать инструмент Text Tool (Текст), подвести текстовый курсор к границе контура так, чтобы рядом с вертикальной чертой курсора появился значок в виде символов АВ в рамке. После щелчка мышью можно начинать ввод текста.
Рис. 16.23. Размещение текста внутри графического объекта
Операции над свойствами заполнения объектов
Неотъемлемым свойством замкнутых контуров (а в некоторых случаях и открытых) является метод заполнения (заливки). Простейшим способом выбора заполнения служит щелчок левой кнопкой на выбранном элементе цветовой палитры. Щелчком правой кнопкой мыши выбирают цвет контура. Другим способом является выбор цвета в стыкуемой палитре Color (Цвет) с последующим щелчком на кнопке Fill (Заливка). Следующий прием заключается в выборе объекта, открытии щелчком правой кнопкой мыши контекстного меню, выборе пункта Properties (Свойства) и выборе в открывшемся диалоговом окне вкладки Fill (Заливка), где можно указать метод заливки. Наконец, можно открыть диалоговое окно Uniform Fill (Однородная запивка) щелчком на кнопке Fill Tool (Заливка) панели инструментов и последующим щелчком на кнопке Fill Color Dialog (Диалог Однородная заливка) появившейся вложенной панели.
Средства заполнения. Заливку замкнутого контура удобнее всего выполнять инструментом Interactive Fill Tool (Интерактивная заливка). Например, для градиентного заполнения достаточно выбрать нужный цвет и затем протянуть курсор внутри контура в направлении действия градиента. На панели свойств при выборе инструмента Interactive Fill Tool (Интерактивная заливка) появляются соответствующие элементы управления.
Рис. 16.24. Элементы управления Interactive Fill Tool
К общим для всех методов заливки инструментам относятся: кнопка Edit Fill (Редактировать заливку), при щелчке на которой открывается диалоговое окно, соответствующее методу заливки; раскрывающийся список Fill Type (Тип заливки), содержащий все доступные в CorelDraw методы заполнения; раскрывающийся список Outline Width (Толщина абриса) и кнопка Copy Fill Properties (Копировать параметры заливки). Набор остальных средств зависит от избранного метода заполнения.
Сплошное заполнение. Для заполнения сплошным цветом можно выбрать цветовую модель в раскрывающемся списке Uniform Fill Type (Тип однородной заливки), а затем счетчиками выставить отдельные параметры, соответствующие типу цветовой модели. Например, для модели CMYK это будут процентные соотношения цветов ее палитры.
Градиентное заполнение. При выборе метода градиентной заливки Fountain Fill (Градиентная) на панели свойств появляются следующие элементы управления: кнопки типов градиентной заливки Linear Fountain Fill (Линейная градиентная заливка), Radial Fountain Fill (Радиальная градиентная заливка), Conical Fountain Fill (Коническая градиентная заливка), Square Fountain Fill (Квадратная градиентная запивка); раскрывающиеся списки для выбора начального и конечного цветов градиента First Fill Picker (Первый указатель заливки) и Last Fill Picker (Последний указатель заливки); счетчики Fountain Fill Midpoint (Средняя точка градиентной заливки), Fountain Fill Angle and Edge Pad (Угол и ширина градиентной заливки). После создания градиентной заливки ее параметры можно менять интерактивно путем перетаскивания элементов управления градиентом прямо на объекте.
Заполнение узорами. В случае выбора метода заполнения узорами Pattern Fill (Узор) появляются элементы управления в виде кнопок выбора модели заливки Two-Color Bitmap Pattern Fill (Запивка двуцветным растровым узором), Full Color Pattern Fill (Заливка полноцветным узором), Bitmap Pattern Fill (Заливка растровым узором); раскрывающегося списка с образцами моделей заполнения; раскрывающихся кнопок выбора цветов переднего и заднего плана Front Color (Цвет переднего плана) и Back Color (Цвет заднего плана), которые активны только для модели заливки Two-Color Bitmap Pattern Fill (Заливка двуцветным растровым узором); кнопок выбора размеров элементов заполнения Small Tile for Pattern (Мелкая мозаика для узора), Medium Tile for Pattern (Средняя мозаика для узора), Large Tile for Pattern (Крупная мозаика для узора); счетчиков изменения размеров элементов заполнения по вертикали и горизонтали Edit Tiling of Pattern (Изменить мозаику узора); кнопка включения (отключения) режима трансформации заполнения при модификации объекта Transform Fill With Object (Масштабирование узора с объектом); кнопка выбора объектов для их последующего использования в качестве узоров Select Pattern (Выбрать узор). После создания заполнения узором его можно редактировать в интерактивном режиме путем перетаскивания элементов управления на объекте.
Заполнение текстурами. Метод заполнения текстурами Texture Fill (Заливка текстурой) предлагает элементы управления в виде раскрывающегося списка библиотеки образцов Texture Library (Библиотека текстур), раскрывающегося списка выбора образцов First Fill Picker (Первый указатель заливки), кнопки Regenerate Texture (Восстановить текстуру), кнопки Texture Options (Параметры текстуры), открывающей доступ к одноименному диалоговому окну, где устанавливают разрешение (в точках на дюйм) текстуры и ограничения по размерам элемента текстуры (в пикселах) и объема ее файла. После создания заполнения его редактируют способами, описанными выше.
Заполнение PostScript. При выборе метода заполнения PostScript Fill (PostScript) появляется единственный элемент управления раскрывающийся список для выбора образцов текстур PostScript Fill Textures (Заливка текстурой PostScript). Интерактивное редактирование текстур PostScript недоступно. При необходимости изменить параметры такой текстуры можно воспользоваться инструментом Fill Tool (Заливка), открыть щелчком на кнопке PostScript Fill Dialog (Диалог Заливка узором PostScript) диалоговое окно PostScript Texture (Заливка PostScript) и счетчиками изменить параметры заливки.
Рис. 16.25. Применение инстру-
мента Interactive Mesh Fill
Редактирование заполнения. Инструмент Interactive Mesh Fill Tool (Интерактивная заливка по узлам) предназначен для интерактивного редактирования заполнения, уже присвоенного объекту. При выборе инструмента на панели свойств появляются элементы управления в виде счетчиков Grid Size (Размер сетки), с помощью которых текстура разбивается на необходимое число участков. Точки, располагающиеся на пересечении границ участков, обладают всеми свойствами стандартных узловых точек и операции над ними идентичны таковым для опорных точек. Тем самым, можно гибко менять структуру заполнения, добиваясь необходимого эффекта (рис. 16.25).
Редактирование прозрачности. Инструмент Interactive Transparency Tool (Интерактивная прозрачность) предназначен для динамического управления степенью прозрачности объекта. При его выборе на панели свойств появляется кнопка Edit Transparency (Редактирование прозрачности) и раскрывающийся список для выбора метода заполнения Transparency Type (Тип прозрачности). С помощью движков Starting Transparency (Начальная прозрачность) и Ending Transparency (Конечная прозрачность) управляют степенью прозрачности. В раскрывающемся списке Transparency Operation (Режим прозрачности) выбирают логические и иные операции над заливкой, кнопкой Freeze (Застывшая прозрачность) закрепляют сделанные изменения, а кнопкой Clear (Удаление прозрачности) отменяют все модификации.
Рис. 16.26. Свойства инструмента Interactive Transparency Tool
Модификация формы объектов
Эффективными средствами изменения формы объектов выступают инструменты, объединенные в группе интерактивных инструментов, и альтернативные инструменты группы Shape Edit Tool (Фигура).
Перетекание (переходы). Для использования инструмента Interactive Blend Tool (Интерактивное перетекание) необходимо наличие в документе как минимум двух объектов (не считая текстовых). После выбора инструмента, но до его применения на панели свойств можно установить число промежуточных трансформаций с помощью счетчика Number of Steps or Offset Between Blend Shapes (Число шагов или смещение между фигурами в перетекании); выбрать направление трансформации кнопками Direct Blend (Прямое перетекание), Clockwise Blend (Перетекание по часовой стрелке), Counterclockwise Blend (Перетекание против часовой стрелки); установить параметры трансформации кнопками Object and Color Acceleration (Сгущение при перетекании), Accelerate Sizing for Blend (Сгущение размера при перетекании), Link Blend Acceleration (Связь сгущения при перетекании). Применение инструмента заключается в выборе первичного объекта и протягивании мыши ко вторичному объекту. Промежуточные объекты трансформации создаются автоматически. После завершения операции на панели свойств становятся доступны следующие элементы управления: счетчик Blend Direction (Направление перетекания); кнопка Loop Blend (Перетекание циклом); раскрывающиеся панели Miscellaneous Blend Options (Различные параметры перетекания), Start and End Object Properties (Свойства начального и конечного объектов), Path Properties (Свойства траектории), с помощью которых редактируют свойства полученного объекта.
Рис. 16.27, Свойства инструмента Interactive Blend Tool
Ореолы. Инструмент Interactive Contour Tool (Интерактивный ореол) предназначен для создания ореолов на основе выбранного объекта (исключая текстовые). При выборе инструмента до его применения на панели свойств доступны элементы управления направлением создания ореола: кнопки То Center (К Центру), Inside (Внутрь), Outside (Наружу); счетчик установки числа создаваемых контуров Contour Steps (Число шагов в ореоле); счетчик установки шага смещения контуров Contour Offset (Смещение контуров); кнопки управления направления смещения цвета ореола Linear Contour Colors (Цвета контуров по линии), Clockwise Contour Colors (Цвета контуров по часовой стрелке), Counterclockwise Contour Colors (Цвета контуров против часовой стрелки); раскрывающиеся панели выбора цвета контура и заполнения Outline Color (Цвет абриса) и Fill Color (Цвет заливки). Модификация объекта заключается в протягивании мыши в выбранном направлении. В дальнейшем параметры ореола можно редактировать, применяя перечисленные выше элементы управления.
Рис. 16.28. Свойства инструмента Interactive Contour Tool
Свободная деформация. Инструмент Interactive Distortion Tool (Интерактивное искажение) служит для свободной деформации объектов. После выбора инструмента на панели свойств появляются кнопки выбора типа деформации: Push and Pull Distortion (Искажение Толкать и Тянуть), Zipper Distortion (Искажение Зигзаг) и Twister Distortion (Искажение Смерч). В зависимости от выбранного типа деформации могут присутствовать и другие элементы управления. Для средства Push and Pull Distortion (Искажение Толкать и Тянуть) это счетчик установки размаха деформации Push and Pull Distortion Amplitude (Амплитуда искажения Толкать и Тянуть). Для средства Zipper Distortion (Искажение Зигзаг) это счетчики установки размаха и частоты деформации Zipper Distortion Amplitude (Амплитуда искажения Зигзаг) и Zipper Distortion Frequency (Частота искажения Зигзаг), кнопки включения параметров деформации Random Distortion (Произвольное искажение), Smooth Distortion (Сглаженное искажение) и Local Distortion (Местное искажение). Для средства Twister Distortion (Искажение Смерч) элементами управления являются кнопки выбора направления деформации Clockwise Rotation (Вращение по часовой) и Counterclockwise Rotation (Вращение против часовой), счетчик установки общего угла деформации объекта Complete Rotations (Полных вращений) и счетчик установки дополнительного угла деформации относительно выбранной опорной точки Additional Degrees (Добавочные градусы). После применения инструмента становится доступной кнопка включения деформации относительно центра объекта Center Distortion (Центровка искажения).
Рис. 16.29. Свойства инструмента Interactive Distortion Tool
Огибающая. Инструмент Interactive Envelope Tool (Интерактивная оболочка) позволяет модифицировать выбранные объекты в соответствии с формой огибающего их контура, создаваемого инструментом. То есть, вокруг объекта размещается управляющий объект, имеющий собственные опорные точки, перемещение которых вызывает перемещение расположенных вблизи узловых точек модифицируемого объекта. После выбора инструмента на панели свойств появляются элементы управления: кнопки выбора формы огибающей Envelope Straight Line Mode (Режим прямой линии оболочки), Envelope Single Arc Mode (Режим одинарной дуги оболочки), Envelope Double Arc Mode (Режим двойной дуги оболочки), Envelope Unconstrained Mode (Режим неспрямленной оболочки); кнопка Add New Envelope (Добавить новую оболочку) для фиксации изменений; раскрывающаяся панель Add Preset (Выбор и применение заготовки) для выбора готовых форм огибающих; раскрывающийся список Mapping Mode (Режим натяжки) для выбора режима действия огибающей; кнопка Keep Lines (Сохранить линии). Модификация объекта в соответствии с формой огибающей заключается в перетаскивании мышью выбранной узловой точки и настройке параметров на панели свойств.
Рис. 16.30. Свойства инструмента Interactive Envelope Tool
Выдавливание. С помощью инструмента Interactive Extrude Tool (Интерактивное выдавливание) создают псевдотрехмерные объекты путем «выдавливания» контуров (открытых или замкнутых). После выбора инструмента на панели свойств доступны кнопки переключения режима Bitmap Extrusion Mode (Растровый режим выдавливания) и Vector Extrusion Mode (Векторный режим выдавливания). При щелчке на первой кнопке появляются следующие элементы управления: счетчик установки глубины выдавливания Extrude Depth (Глубина), раскрывающиеся панели управления параметрами Front Bevel (Передний скос) и Back Bevel (Задний скос), раскрывающаяся панель выбора текстуры Texture (Текстура), раскрывающаяся панель выбора углов поворота объекта относительно осей координат Extrude Rotation (Вращение выдавливания), раскрывающаяся панель выбора источника рассеянного света Ambient Light (Рассеянный свет), раскрывающаяся панель Bevel (Скос), раскрывающся панель выбора точечного источника света Point Light (Точечное освещение), кнопка масштабирования объекта по размерам блока Fit to View (Подогнать).
В случае выбора режима Vector Extrusion Mode (Векторный режим выдавливания) формирование объекта происходит в интерактивном режиме путем протягивания курсора в выбранном направлении. По завершении операции на панели свойств появляются следующие элементы управления: раскрывающаяся панель выбора типа выдавливания Extrusion Mode (Тип выдавливания), счетчик установки глубины выдавливания Extrusion Depth (Глубина), счетчики установки координат (х, у) точки схождения линий объекта по третьей координате Vanishing Point Coordinate (Координаты точки схода), раскрывающийся список выбора свойств точки схождения Vanishing Point Properties (Свойства точки схода), кнопки переключения режима размещения точки схождения Position Vanishing Point Relative to Page Origin (Положение точки схода относительно начала страницы) и Position Vanishing Point Relative to Object Center (Положение точки схода относительно центра объекта), раскрывающаяся панель управления поворотом относительно осей координат Extrude Rotation (Вращение выдавливания), кнопка сброса значений углов поворота Reset Rotation (Сброс поворота), раскрывающаяся панель выбора способа закраски объекта Color (Цвет выдавливания), раскрывающаяся панель установки параметров фаски Bevels (Скосы выдавливания), раскрывающаяся панель установки параметров источников освещения Lighting (Подсветка выдавливания).
Рис. 16.31. Свойства инструмента Interactive Extrude Tool
Тени. С помощью инструмента Interactive Drop Shadow Tool (Интерактивная падающая тень) создают эффект тени, отбрасываемой объектом. После выбора инструмента необходимо протянуть курсор в направлении, куда будет помещена тень. По завершении операции на панели свойств становятся доступными следующие элементы управления: счетчик для установки параметров прозрачности тени Drop Shadow Opacity (Темнота падающей тени), счетчик для установки параметров размывки тени Drop Shadow Feathering (Оперение падающей тени), раскрывающаяся панель для выбора направления размытия Drop Shadow Feathering Direction (Направление падающей тени), раскрывающаяся панель для выбора параметров Drop Shadow Feathering Edges (Края падающей тени), раскрывающаяся панель для выбора параметров перспективы Drop Shadow Perspective Type (Тип перспективы падающей тени), поле ввода значений угла поворота тени Drop Shadow Angle (Угол падающей тени), поля с движками для ввода параметров Drop Shadow Fade (Ослабление падающей тени) и Drop Shadow Stretch (Растяжение падающей тени), раскрывающаяся панель для выбора цвета тени Drop Shadow Color (Цвет падающей тени).
Рис. 16.32. Свойства инструмента Interactive Drop Shadow Tool
Нож. Инструмент Knife (Нож) служит для расчленения контуров на составляющие. Если пересечь контур инструментом, в точке пересечения образуется разрыв, то есть формируются две узловые точки, принадлежащие разным сегментам. Инструмент применим как к открытым, так и к замкнутым контурам. При выборе инструмента на палитре свойств появляется кнопка Leave as one Object (Оставить как один объект), управляющая режимом представления модифицируемого объекта как единого целого или с образованием независимых объектов, и кнопка Auto-Close on Cut (Автоматическое замыкание при отрезании), управляющая режимом автоматического соединения разомкнутых контуров.
Ластик. Инструмент Eraser (Ластик) применим как к контурам, так и к заливкам объектов. В первом случае контур, если он не пересекается инструментом, как бы выдавливается по границе поля инструмента, а при пересечении разрывается. Во втором случае в области действия поля инструмента свойства заливки меняются. Вокруг очищенной области создается собственный замкнутый контур. Таким образом, инструмент образует отдельный объект, вложенный внутрь модифицируемого. При выборе инструмента на палитре свойств появляется счетчик установки поля действия Eraser Thickness (Толщина ластика), кнопка выбора режима действия Auto-Reduce on Erase (Автоматически упрощать при стирании), кнопка переключения формы поля инструмента Circle/Square (Круг/Квадрат).
Рис. 16.33. Свойства инструмента Eraser
Свободная трансформация. Инструмент Free Transform Tool (Свободное преобразование) позволяет выполнять обычные операции модификации объекта (вращение, масштабирование, наклон и прочие), но более точно, чем инструмент Pick Tool (Указатель), за счет появления на палитре свойств дополнительных счетчиков и полей, в которых могут выставляться точные значения требуемых параметров трансформации.
Рис. 16.34. Свойства инструмента Free Transform Tool
Линза. Средство модификации Lens (Линза) выделено в отдельную группу и находится в собственной стыкуемой палитре Lens (Линза). В палитре объединены элементы управления для различных эффектов, применяемых к выбранному объекту (рис. 16.35). Например, к ним относится эффект «рыбьего глаза», то есть увеличения центральной части объекта с уменьшением коэффициента масштабирования по краям.
Перспектива. Средство создания эффекта перспективы доступно из меню: Effects > Add Perspective (Эффекты > Добавить перспективу). После его выбора на объект накладывается прямоугольная сетка из вспомогательных линий, имеющая в углах узловые точки. Инструментом Shape Tool (Фигура) перемещают узловые точки, добиваясь необходимого эффекта перспективы (рис. 16.36). При нажатой клавише CTRL перемещение происходит строго вдоль одной из осей вспомогательной сетки. При нажатом сочетании клавиш CTRL+SHIFT происходит одновременное одинаковое смещение узлов, расположенных на одной оси.
Рис. 16.35. Стыкуемая палитра Lens Рис. 16.36. Моделирование
перспективы
Операции над группами объектов
К операциям над группами объектов относятся группировка Arrange > Group (Упорядочить > Группировать), комбинирование Arrange > Combine (Упорядочить > Комбинировать), а также логические операции пересечения (логическое «И»), отсечения (логическое вычитание), объединения (логическое «ИЛИ»). Логические операции доступны из строки меню: Arrange > Shaping (Упорядочить > Объединение) или из стыкуемой палитры Shaping (Объединение).
Группировка. Группировка объектов заключается в их выборке инструментом Pick Tool (Указатель) с последующей фиксацией взаимного расположения командой Group (Группировать). При этом свойства сгруппированных объектов не меняются. Допустима группировка с многократным вложением групп друг в друга. Обратная операция происходит пошагово Ungroup (Отменить группировку) или сразу над всеми отдельными объектами, сколько бы уровней вложения групп не существовало Ungroup All (Разгруппировать все). Все команды группировки (разгрушш-ровки) доступны на панели свойств или из меню Arrange (Упорядочить).
Комбинирование. Комбинирование Arrange > Combine (Упорядочить > Комбинировать) отличается от группировки тем, что в результате операции создается единый итоговый объект, наследующий свойства объекта, выбранного последним. Даже если объекты не соприкасаются друг с другом, комбинирование приводит к присвоению итоговому объекту свойств последнего объекта. Если объекты пересекаются, в зоне пересечения свойства заполнения меняются на значение «без заполнения». Обратная операция Arrange > Break Apart (Упорядочить > Разъединить) приводит к разъединению объектов с сохранением присвоенных им во время операции комбинирования свойств. Однако зона пересечения при этом вновь обретает исходные свойства заполнения, так как принадлежит уже разным объектам. Команда комбинирования доступна на панели свойств, команда разъединения только из меню Arrange (Упорядочить).
Логические операции. Управление логическими операциями над объектами удобнее осуществлять из стыкуемой палитры Shaping (Объединение) (рис. 16.38). Однако эти средства доступны также из меню: Arrange > Shaping (Упорядочить > Объединение).
Операция ИЛИ. Операция Weld (Объединение) соответствует логической операции «ИЛИ», Выбранные объекты образуют единый контур, свойства которого наследуются от объекта, выбранного последним. Если выбранные объекты не пересекаются, образуется итоговый единый объект, не имеющий общего контура, но также наследующий свойства последнего выбранного объекта. Если объекты не пересекались, возможна обратная операция Arrange > Break Apart (Упорядочить > Разъединить), но исходные свойства объектов при этом не восстанавливаются.
В палитре Shaping (Объединение) необходимо щелкнуть на кнопке Weld (Объединение). В окне будет показан образец результата операции. Флажками Source Object (Других объектов) и Target Object (Объекта назначения) в разделе Leave Original (Сохранять оригинал) можно выставить режим сохранения копий исходных объектов.
Операция вычитания. Операция Trim (Исключение) соответствует логическому вычитанию. Выбранные объекты должны иметь зону пересечения, потому что именно она вычитается из итогового объекта, выбранного последним. Исходные объекты не объединяются, их свойства не передаются. Объект-источник (выбранный первым) вообще не претерпевает никаких изменений. Обратная операция невозможна, и восстановление исходного состояния доступно только путем отмены команды: Edit > Undo (Правка > Отменить).
В палитре Shaping (Объединение) необходимо щелкнуть на, кнопке Trim (Исключение). В окне будет показан графический пример итога операции. Флажками Source Object (Других объектов) и Target Object (Объекта назначения) в разделе Leave Original (Сохранять оригинал) можно выставить режим сохранения копий исходных объектов.
Операция И. Операция Intersection (Пересечение) соответствует логической операции «И». Выбранные объекты должны иметь зону пересечения, потому что именно она остается в качестве итогового объекта. Исходные объекты исчезают. Итоговый объект наследует свойства объекта, выбранного последним. Обратная операция невозможна, и восстановление исходного состояния доступно только путем отмены команды: Edit > Undo (Правка > Отменить).
В палитре Shaping (Объединение) необходимо щелкнуть на кнопке Intersection (Пересечение). Флажками Source Object (Других объектов) и Target Object (Объекта назначения) в разделе Leave Original (Сохранять оригинал) можно выставить режим сохранения копий исходных объектов.
Объекты PowerClip. В программе CorelDraw существует особый класс объектов, называемый PowerClip (Обрезка). Такие объекты представляют собой объект-контейнер, в который могут быть вложены другие объекты в качестве содержимого. Допустимо многоуровневое вложение (до пяти уровней), то есть в любой объект-контейнер можно вложить другие контейнеры со своим содержимым. Все вложенные объекты сохраняют свои свойства, их можно редактировать любыми инструментами, извлекать из контейнера или перемещать в другой контейнер. Если контейнер превышает по размерам вложенный объект, последний отображается на фоне контейнера. В противном случае отображается только та часть вложения, которая помещается в рамки контейнера. Поверх отображается объект, размещенный последним. Распознать объект PowerClip позволяет сообщение в строке состояния, например: PowerClip Rectangle on Layer 1 (Прямоугольник (обрезка) Слой 1).
Доступ к операциям PowerClip возможен из меню Effects > PowerClip (Эффекты > PowerClip) или в стыкуемой палитре Object Manager (Диспетчер объектов). В первом случае необходимо выбрать объект-вложение, дать команду Effects > PowerClip > Place Inside Container (Эффекты > PowerClip > Поместить в контейнер) и указать курсором объект-контейнер.
Рис. 16.38. Отображение объекта PowerClip в стыкуемой палитре
Object Manager
В стыкуемой палитре Object Manager (Диспетчер объектов) щелчком правой кнопкой мыши необходимо выбрать имя объекта-вложения и перетаскиванием переместить его поверх имени объекта-контейнера. После отпускания кнопки мыши появляется всплывающее меню, в котором надо выбрать пункт PowerClip Inside (Поместить в контейнер).
Для редактирования вложенного объекта необходимо выбрать щелчком правой кнопки мыши в стыкуемой палитре Object Manager (Диспетчер объектов) имя объекта и в открывшемся всплывающем меню выбрать пункт Edit Content (Редактировать содержимое). Редактируемый объект для удобства можно перемещать в пределах рабочего поля. По завершении редактирования следует вновь щелкнуть правой кнопкой мыши на имени объекта и в открывшемся всплывающем меню выбрать пункт Finish Editing This Level (Завершить редактирование).
Извлечение содержимого контейнера происходит по той же методике, только в меню необходимо выбрать пункт Extract Content (Извлечь содержимое). Содержимое контейнера извлекается только целиком.
Упражнение 16.1. Настройка интерфейса CorelDraw
и параметров документа
Рис. 16.39. Выбор параметров шрифта в окне Format Text
В этом упражнении мы научились основным приемам настройки интерфейса программы и параметров документа, создали собственное сочетание «горячих» клавиш и элемент управления панели свойств, появляющийся при выборе нескольких объектов.
Упражнение 16.2. Составление схемы
Рис. 16.40. Возможный вид создаваемой схемы
координаты х, у (7; -5);
Drop Shadow Opacity (Темнота падающей тени) = 50;
Drop Shadow Feathering (Оперение падающей тени) = 15;
Feathering Direction (Направление падающей тени) = Average (Средний);
Perspective Type (Тип перспективы) = Flat (Плоский).
Мы научились создавать объекты различных типов, изменять их свойства, взаимно позиционировать, группировать и выполнять прочие операции с графикой и текстом.
Упражнение 16.3. Построение графика зависимости
крутящего момента двигателя от числа оборотов
0 1000 2000 3000 4000
Рис. 16.41. Вариант оформления графика
В открывшемся окне Welcome to CorelDraw (Добро пожаловать в CorelDraw) щелкните на кнопке New Graphics (Создать).
Выберите инструмент Graph Paper Tool (Разлиновать бумагу), на панели свойств установите значения счетчиков Graph Paper Columns and Rows (Строки и столбцы инструмента Разлиновать бумагу) по 20.
Щелчком правой кнопки мыши в палитре цветов на значении 20% Black (Серый 20%) задайте цвет контуров объекта.
Выберите инструмент BezierTool (Кривая Безье). Щелчками выше левого верхнего угла, в левом нижнем углу, правее правого нижнего угла объекта при нажатой клавише CTRL создайте прямые линии, пересекающиеся под прямым углом (для осей координат). На панели свойств выберите с помощью раскрывающих кнопок Start Arrowhead Selector (Выбор начального наконечника) и End Arrowhead Selector (Выбор конечного наконечника) окончания линии в виде стрелок.
7. Откройте стыкуемую палитру Object Manager (Диспетчер объектов) командой Window > Dockers > Object Manager (Окно» Закрепления > Диспетчер объектов). Двойным щелчком на имени линии войдите в режим редактирования объекта и измените имя на Coordinate. Таким же образом поменяйте имя второго объекта на Graph.
10. С помощью инструмента Text Too! (Текст) поставьте в начале координат цифру О, а под каждой пятой вертикальной линией объекта Graph цифры от 1000 до 4000. Выровняйте эти цифры по вертикали с использованием изученных приемов. Так же расставьте вдоль вертикальной координаты цифры от 100 до 400 и выровняйте их по горизонтали.
И. Выберите инструмент Bezier Tool (Кривая Безье) и щелчками мыши в точках с координатами х, у (800, 40; 1200, 80; 1600, 200; 2000, 300; 2600, 400; 3000, 360; 3600, 320) создайте линию.
Мы научились средствами CorelDraw создавать сложные графическо-текстовые документы для иллюстрирования физических процессов.
Упражнение 16.4. Построение упрощенного чертежа разреза зубчатого колеса
Выберите объект Group 01, щелчком на кнопке Fill Tool (Заливка) на панели инструментов откройте вложенную панель и щелчком на кнопке PostScript Fill Dialog (Диалог Заливка узором PostScript) откройте окно PostScript Texture (Заливка PostScript). Выберите строку Hatching, счетчиками установите параметры: Мах distance (Максимальное расстояние) = 50, Min distance (Минимальное расстояние) = 50, Line width (Ширина линии) = 5, Angle (Угол) = 45, Random seed (Случайный отсчет) = 0.
Мы изучили ряд приемов использования средств CorelDraw для построения точного чертежа машиностроительной детали.
Компьютер предназначен для работы с документами, имеющими электронную форму. В то же время, нам часто приходится иметь дело с бумажными изданиями и документами: журналами, книгами, письмами, служебными записками и т. д. Чтобы в работе с информацией такого рода тоже можно было использовать компьютер, необходимы средства преобразования бумажных документов в электронную форму.
Если предполагается, что документ содержит в основном текстовую информацию, то можно выделить следующие основные этапы такого преобразования:
в ходе сканирования при помощи устройств оцифровки изображения производится создание электронного образа (изображения) документа;
процесс распознавания позволяет преобразовать электронноеизображение в текстовые данные (с сохранением элементов форматирования оригинала или без них);
для документов, исполненных на иностранном языке применяют дополнитель ные средства автоматизированного перевода на другой язык.
Сканирование документов
Процесс создания электронного изображения бумажного документа напоминает его фотографирование и требует применения соответствующего устройства. Сегодня в качестве такого устройства выступает сканер. Такие устройства, как цифровые камеры, пока не могут обеспечить для документов стандартного формата качество изображения, которое гарантировало бы их надежное распознавание.
Основной рабочий элемент сканера включает источник света, используемый для освещения документа, и светочувствительную головку, воспринимающую отраженный свет. Универсальные сканеры, в отношении которых нет специальных требований по функциональным возможностям, качеству и скорости сканирования делятся на три основные категории.
Ручной сканер протягивается над поверхностью документа вручную. Он обеспечивает минимальное качество сканирования, в частности, непригоден для сканирования документов, содержащих иллюстрации.
Листовой сканер способен сканировать отдельные страницы, протягивая их мимо светочувствительного элемента Его недостатком является невозможность сканирования книг и журналов без разборки на отдельные страницы.
В планшетном сканере подвижный светочувствительный элемент перемещается в ходе сканирования внутри корпуса устройства. Сканируемый документ располагается напротив прозрачного окна в корпусе прибора. Этот вид сканера лишен недостатков, присущих типам, рассмотренным выше.
Сканер является внешним устройством и подключается к компьютеру через специальный разъем. При высоком разрешении и большой площади сканируемого документа объем передаваемых данных оказывается очень большим и требует производительной линии передачи. Малопроизводительные сканеры используют порт принтера. Наиболее быстрые устройства подключаются через интерфейс SCSI (Small Computer System Interface).
Разные модели сканеров понимают разные управляющие команды. Чтобы избежать разнобоя, был принят универсальный стандарт взаимодействия сканера и приложений. Этот стандарт называется TWAIN. Приложение посылает команды драйверу TWAIN, который преобразует их в инструкции, распознаваемые сканером. Таким образом, для приложения перестает иметь значение конкретная модель сканера. Операционная система Windows 98 поддерживает интерфейс TWAIN, а все современные сканеры совместимы с ним и предоставляют необходимые драйверы нижнего уровня.
Сканирование через посредство интерфейса TWAIN осуществляется следующим образом. Сначала следует включить сканер. Команда сканирования располагается в приложении в меню Файл (например, в программе Imaging соответствующий пункт так и называется Сканировать). После выбора этой команды открывается диалоговое окно драйвера TWAIN, вид которого зависит от модели сканера (рис. 17.1). В этом окне задают параметры сканирования: черно-белый или цветной режим, разрешение, коррекция яркости и контрастности. Большинство сканеров позволяют также произвести предварительное черновое сканирование с низким разрешением и по его результатам точно задать область сканирования часть страницы документа.
После настройки всех параметров следует щелкнуть на кнопке Сканировать (надпись на кнопке может быть иной). Процесс сканирования происходит автоматически, и изображение передается в приложение. Диалоговое окно драйвера TWAIN автоматически не закрывается, так что, например, в многооконных графических редакторах (таких как Adobe PhotoShop) можно сразу провести сканирование нескольких изображений.
Рис. 17.1. Диалоговое окно интерфейса TWAIN может выглядеть
по-разному его вид определяется драйвером сканера
Распознавание документов
Этап, распознавания документа состоит в преобразовании электронного изображения (фактически набора цветных или черно-белых точек) в текстовый документ. Ранее для описания этого процесса обычно использовался термин OCR (Optical Character Recognition), который соответствует одному из используемых методов. При таком подходе происходит «сравнение» элемента изображения с эталонными вариантами начертания символов, после чего выбирается наиболее подходящий символ. Этот подход требует использования специального комплекта шрифтов, но дает на нем наилучшие результаты. Современные алгоритмы распознавания не привязаны к конкретному начертанию символов, так же, как человек способен узнавать буквы при любых начертаниях (и даже при значительных искажениях).
В ходе распознавания сначала в изображении выделяются крупные элементы текста: колонки, абзацы, отдельные текстовые блоки (например, подрисуночные подписи), ячейки таблиц. Этот этап называют сегментацией, он может выполняться автоматически или вручную. После этого выполняется автоматический этап распознавания: блоки разбиваются на строки, строки на отдельные символы, каждый из которых распознается независимо и помещается в итоговый текстовый документ.
Работа с программой FineReader
Все операции, необходимые в ходе преобразования бумажного документа в электронную форму, могут быть выполнены с помощью программы FineReader (рис. 17.2). Эта программа способна выполнять сканирование и распознавание текстов на разных языках, в том числе и смешанных двуязычных текстов. С ее помощью можно выполнять пакетную обработку многостраничных документов, а также настраивать режим распознавания для улучшения соответствия электронного документа бумажному оригиналу при плохом качестве последнего или использовании в нем шрифтов, далеких от стандартных.
Основные операции обработки бумажного документа в программе FineReader выполняются с помощью панели инструментов Scan&Read. С точки зрения этой программы, процесс обработки документа состоит из пяти этапов:
• сканирование документа (кнопка Сканировать);
• сегментация документа (кнопка Сегментировать);
• распознавание документа (кнопка Распознать);
• редактирование и проверка результата (кнопка Проверить);
• сохранение документа (кнопка Сохранить).
Сканирование документа. На этапе сканирования производится получение изображений при помощи сканера и сохранение их в виде, удобном для последующей обработки. Чтобы начать сканирование, надо включить сканер и щелкнуть на кнопке Сканировать на панели инструментов Scan&Read. В программе FineReader сканирование может производиться как через драйвер TWAIN, так и в обход его. Первый способ используют, когда требуется точная настройка параметров сканирования, когда документ включает цветные иллюстрации, которые необходимо сохранить, а также когда разные страницы многостраничного документа сильно различаются по качеству. Второй вариант обеспечивает максимальную скорость и удобство сканирования. Выбор используемого варианта осуществляется при помощи флажка Показывать диалог TWAIN-драйвера сканера (Сервис > Опции > Сканирование).
Процесс сканирования осуществляется автоматически и требует от пользователя только вспомогательных операций, таких, как смена сканируемой страницы. Возможность вмешательства в работу программы заблокирована размещением на экране специального диалогового окна, уведомляющего о том, что идет сканирование, и позволяющего прервать это процесс.
По завершении сканирования значки всех обработанных страниц отображаются в окне Пакет. В основной части рабочей области появляется окно Изображение, содержащее изображение текущей страницы. Добавлять страницы в пакет можно не только путем сканирования, но и путем открытия файлов с изображениями, имеющихся на компьютере.
Сегментация документа. Второй этап работы сегментация, разбиение страницы на блоки текста. Естественный порядок распознавания по строкам, расположенным на странице сверху вниз и идущим от левого края до правого. Если страница содержит колонки, иллюстрации, врезки, подрисуночные подписи или таблицы, то порядок распознавания требует коррекции.
Рис. 17.2. Рабочее окно программы FineReader в процессе
распознавания отсканированного документа
Содержимое страницы разбивается на блоки, внутри каждого из которых распознавание осуществляется в естественном порядке. Блоки нумеруются, исходя из порядка включения их в документ. При автоматической сегментации (кнопка Сегментировать на панели инструментов Scan&Read) определение границ блоков осуществляется автоматически. При этом учитываются поля документа, просветы между колонками, рамки.
Если структура страницы очень сложная, удобнее использовать ручную сегментацию или ручное редактирование результатов автоматической сегментации. Блоки отображаются в виде цветных прямоугольников с номером в левом верхнем углу. Новый блок создают протягиванием мыши по диагонали прямоугольника. Текущий блок помечается выделенной линией, а его углы прямоугольными маркерами. С помощью этих маркеров можно изменить размер или положение блока.
Команды редактирования блоков выведены на панель Инструменты. Они позволяют:
объединить два блока в один (Добавить часть блока);
удалить фрагмент блока (Удалить часть блока);
изменить положение блоков (Переместить блоки);
изменить порядок нумерации блоков (Перенумеровать блоки);
изменить разбиение таблицы на ячейки (Добавить вертикаль, Добавить горизонталь, Удалить линии);
Разные типы блоков обрабатываются программой по-разному. Чтобы изменить тип блока, надо щелкнуть правой кнопкой мыши в его пределах и назначить новый тип с помощью меню Тип блока в контекстном меню. Программа FineReader поддерживает следующие типы блоков:
текстовый (Текст) на этапе распознавания преобразуется в текст;
табличный (Таблица) представляет собой набор ячеек, каждая из которых преобразуется в текст по отдельности;
изображение (Картинка) включается в документ без изменений как графическая иллюстрация, если формат сохранения преобразованного документа допускает вставные объекты;
лишний (Нераспознаваемый) игнорируется;
содержащий штрих-код (Штрих-код) распознается как штрих-код.
Распознавание текста. Процесс распознавания текста после сегментации начинается с щелчка на кнопке Распознать и полностью автоматизирован. В ходе процесса отображается диалоговое окно Распознавание, позволяющее прервать процесс. Кроме того, в этом окне отображаются сообщения, указывающие на наличие проблем при распознавании. Проблемы обычно вызываются неверными настройками или плохим качеством распознаваемого изображения. Если же дело в каких-то шрифтовых особенностях распознаваемого документа, применяют распознавание с обучением.
Распознавание с обучением. Распознавание с обучением состоит в формировании эталона, который используется в ходе распознавания в дальнейшем. Эталон настраивается так, чтобы соответствовать определенному документу или группе однотипных документов. Чтобы создать эталон, используют команду Сервис > Редактор эталонов > Новый эталон. После этого надо указать имя эталона и щелкнуть на кнопке ОК. Режим распознавания с обучением включается при настройке параметров работы программы (Сервис > Опции > Распознавание). На панели Обучение следует выбрать нужный эталон и установить флажок Распознавание с обучением.
Когда в ходе распознавания с обучением программа FineReader обнаруживает символ, который не может интерпретировать однозначно, на экран выдается диалоговое окно Ручное обучение эталона (рис. 17.3). Программа указывает элемент изображения, вызвавший сомнения, и показывает, как именно он будет интерпретирован. Если допущена ошибка, можно указать нужный символ в поле Символ или уточнить область распознавания с помощью кнопок Сдвинуть влево и Сдвинуть вправо.
Рис. 17.3. Ручное «обучение» механизма распознавания текста
Затем надо щелкнуть на кнопке Обучить. Необходимые сведения сохраняются и используются при дальнейшем анализе изображения. Если число ошибок невелико, можно продолжить распознавание в обычном режиме щелчком на кнопке Продолжать без обучения.
Редактирование документа. Когда распознавание данной страницы завершается, полученный текстовый документ отображается в окне Текст. Заключительные этапы работы позволяют отредактировать полученный текст с помощью средств, напоминающих текстовый редактор WordPad (панель для форматирования открывается при помощи команды Вид > Панели инструментов > Форматирование). Провести проверку орфографии с учетом трудностей распознавания позволяет кнопка Проверить на панели инструментов Scan&Read.
Сохранение документа. По щелчку на кнопке Сохранить на панели инструментов Scan&Read запускается Мастер сохранения результатов. Он позволяет сохранить распознанный текст или передать его в другую программу (например, в Microsoft Word) для последующей обработки.
Обработка бланков
Бланки, или формы, представляют собой особый род документов. Они используются как анкеты, бюллетени для голосования, опросные листы и состоят из постоянной части, содержащей информацию, используемую в ходе заполнения бланка, и переменной части, куда при заполнении бланка заносятся данные. В ходе обработки бланков требуется получить внесенные в него данные и представить их в виде, удобном для дальнейшей обработки. При этом часто приходится иметь дело с тысячами однотипных бланков.
Для обработки бланков используется автономное приложение FineReader Forms. Процесс работы с бланками несколько отличается от работы с обычными документами. Вначале подготавливается шаблон, который содержит все постоянные и переменные зоны бланка. Этап сегментации заменяется наложением шаблона, то есть его совмещением с постоянными элементами бланка. Это позволяет определить местонахождение переменных элементов бланка и провести их распознавание. Данные, полученные с отдельного бланка, рассматриваются как строка таблицы или как отдельная запись базы данных. Содержимое отдельного поля бланка соответствует ячейке таблицы.
Для создания шаблона требуется электронное изображение отдельного бланка, хотя бы и незаполненного. Чтобы создать шаблон, надо в приложении FineReader Forms дать команду Файл > Новый, после чего указать имя пакета форм и папку для хранения отсканированных бланков. Затем необходимо отсканировать или выбрать готовое изображение, которое будет использоваться в качестве основы шаблона.
Сам процесс создания шаблона состоит в ручной сегментации бланка. При этом кроме окна Редактор шаблонов открыто также диалоговое окно Параметры. Следует определить как блоки, охватывающие фиксированные элементы бланка, так и те, которые содержат области, подлежащие заполнению. Блоки, соответствующие постоянным элементам, используются как приводные метки. Чтобы исключить такой блок из процесса распознавания, следует щелкнуть на нем правой кнопкой мыши и выбрать в контекстном меню команду Тип блока > Статический текст.
Параметры блока задают на вкладке Блок диалогового окна Параметры. Для каждого распознаваемого блока надо установить флажок Экспортируемый блок, а также указать имя поля базы данных. Информация из этого блока будет заноситься в указанное поле. После того как все нужные блоки созданы и настроены, следует щелкнуть на кнопке Закрыть на панели инструментов. При этом производится проверка, обеспечивают ли заданные блоки возможность однозначного наложения шаблона на бланк.
В результате сканирования заполненного бланка, наложения шаблона и распознавания, полученные данные представляются в виде формы, содержащей названия полей и данные, полученные при распознавании. Сохранение данных производят в формате, ориентированном на последующую обработку средствами электронных таблиц или баз данных, например, в виде электронной таблицы Excel (файл .XLS).
Упражнение 17.1. Сканирование документа
Запустите программу Imaging (Пуск > Программы > Стандартные > Imaging).
Дайте команду Файл > Сканировать.
Мы научились выполнять сканирование документов из приложений через драйвер TWAIN. Это наиболее универсальный метод, применимый во всех приложениях, которые допускают использование сканера.
Упражнение 17.2. Преобразование изображения в
текстовый документ
Запустите программу FineReader (Пуск > Программы > ABBYY FineReader > Fine Reader 4.0 Professional).
Мы научились преобразовывать бумажные документы в электронную форму при помощи программы FineReader. Мы познакомились с возможностью работы с пакетом страниц. Мы также выяснили преимущества методов сканирования с использованием TWAIN-драй вера и в обход его.
Упражнение 17.3. Ручная сегментация изображения
1. Включите сканер.
15 мин
Откройте крышку сканера, положите документ на окно сканера текстом вниз, закройте крышку.
Щелкните на кнопке Сканировать на панели инструментов Scan&Read и дождитесь окончания сканирования.
Щелкните на кнопке Сегментировать на панели инструментов Scan&Read.
Щелкните на кнопке Распознать на панели инструментов Scan&Read. Ознакомьтесь с тем, как проведено упорядочение распознанного текста в соответствии с автоматической сегментацией. Оцените пригодность полученного документа.
Закройте окно Текст. Полученный документ предварительно сохраните для сравнения.
Щелкните в окне Изображение правой кнопкой мыши и выберите в контекстном меню команду Удалить все блоки.
Сформируйте блоки вручную, выделяя отдельные элементы документа.
Мы научились производить ручную сегментацию изображения для распознавания и узнали, в каких случаях ее следует производить. Мы также узнали, как задается тип блоков и порядок блоков, чтобы полученный документ наилучшим образом соответствовал оригиналу.
Упражнение 17.4. Создание шаблона
для распознавания бланков
Запустите программу FineReader Forms (Пуск > Программы > ABBYY FineReader > Fine Reader 4.0 Forms).
Мы научились обрабатывать бланки, имеющие предопределенную структуру. Мы также узнали, как сохранять результаты распознавания в виде, удобном для дальнейшей обработки.
К средствам автоматизации перевода можно отнести два вида программ: электронные словари и программы перевода. Электронные словари представляют собой средства для перевода отдельных слов, отображаемых на экране или имеющихся в документе. Удобство их использования состоит в возможности немедленно получить перевод неизвестного слова без поиска его в отдельном толстом томе. Программы перевода получают на входе текст, выполненный на одном языке, и выдают текст на другом языке, то есть автоматизируют перевод текста.
Электронные словари удобны для профессиональных переводчиков, которые выполняют большую часть работы по переводу вручную. Их также могут использовать лица, в целом знающие иностранный язык, если надо не обеспечить перевод документа, а просто ознакомиться с его содержанием.
Надежный и качественный автоматический перевод документов с одного языка на другой (мы будем говорить в основном о переводе с английского на русский) пока остается недостижимым идеалом. Причин для этого множество, и главная из них состоит в том, что перевод текста не сводится к переводу отдельных лексических единиц. Преодолеть этот барьер современные программы автоматического перевода пока не могут.
Тем не менее, современные средства автоматизации перевода достигли того уровня, который позволяет эффективно использовать их на практике. Дело в том, что технический текст, в отличие от художественного, использует ограниченное число языковых конструкций и более ориентирован на однозначную интерпретацию. Среди используемых лексических единиц встречается большое число технических терминов, имеющих совершенно определенный смысл в рамках данной научной или технической дисциплины. Это значительно упрощает процесс перевода и позволяет в отдельных случаях автоматически получать текст, близкий к результату ручного подстрочного перевода.
Программы автоматического перевода имеет смысл использовать для перевода технических текстов в следующих случаях:
при абсолютном незнании иностранного языка;
при необходимости получить перевод быстро, даже ценой снижения его качества (например, это относится к переводу Web-документов);
для перевода на иностранный язык (умения читать иноязычные тексты недоста точно, чтобы научиться объясняться на иностранном языке);
для быстрого создания первоначального черновика («подстрочника»), используемого в ходе подготовки полноценного перевода.
Работа с программой Promt 98
Для автоматизированного перевода технических текстов можно, например, использовать программу Promt 98. Она позволяет переводить документы с английского языка на русский и с русского на английский. Чтобы обеспечить правильный перевод терминов, относящихся к определенной научной дисциплине, используют специализированные словари, в которых для слов, используемых как термины, предлагается в качестве перевода не «обиходное», а специальное значение.
Если программа Promt 98 установлена на компьютере, для ее запуска можно использовать Главное меню (Пуск > Программы > Главное меню > PROMT 98 > PROMT 98), значок PROMT 98 на Рабочем столе или значок программы на панели индикации (команда PROMT 98 в контекстном меню этого значка).
Одновременно для обработки может быть открыто несколько документов. Окна документов имеют необычный вид (рис. 17.4). Они разбиваются на три отдельные области: две из них предназначены для отображения оригинала текста и сформированного перевода, а третья представляет собой информационную панель, предназначенную для вывода информации о переводимом документе и специальных настройках.
Рис. 17.4. Рабочее окно системы автоматизированного перевода Promt 98
Чтобы произвести перевод имеющегося документа с использованием заданных по умолчанию настроек, применяют следующий порядок действий.
Текст, помещенный в областях окна программы Promt 98, можно редактировать (и оригинал, и перевод). Чтобы заново перевести отредактированный абзац, используют кнопку Текущий абзац на панели инструментов Перевод. Текущий абзац это абзац, в котором располагается текстовый курсор. Он выделяется голубой полосой вдоль левого края.
6. После того как работа с документом в программе Promt 98 завершена, его сохраняют в одном из общепринятых форматов. Для сохранения только оригинала (возможно, отредактированного) служит команда Файл > Сохранить > Исходный текст. Чтобы сохранить переведенный текст, применяют команду Файл > Сохранить > Перевод. В обоих случаях можно сохранять как содержимое документа, так и его элементы форматирования, сохраняющие, по возможности, оформление оригинала.
Чтобы продолжить работу с текстом позднее, удобнее сохранить его двуязычный вариант, так называемую билингву (Файл > Сохранить > Билингву). Информация сохраняется в виде неформатированного текста, причем абзацы оригинала и перевода чередуются.
Контроль качества перевода
Качество перевода определяется полнотой используемых словарей и учетом грамматических правил. При переводе можно как применять стандартные ресурсы программы, так и добавлять собственные.
Работа со словарями. Правила перевода отдельных слов (терминов) определяются использованием словарей. Для каждого переводимого документа задается набор применяемых словарей. Словари просматриваются в определенном порядке, и, как только переводимое слово обнаружено в каком-то из словарей, дальнейший просмотр прекращается. Программа Promt 98 использует при переводе три типа словарей.
Генеральный словарь содержит общеупотребительную лексику и бытовые значения слов. Он используется всегда и притом самым последним, если слово не найдено ни в одном из других словарей. Изменение этого словаря невозможно.
Специализированные словари содержат термины из различных областей знаний, причем значение переводимого термина выбирается в соответствии со специализацией словаря. Одни и те же слова могут иметь совершенно разный смысл в разных технических дисциплинах, так что выбор нужного словаря обеспечивает правильное использование специальной терминологии в переводе. Редактирование специализированных словарей не допускается, но их можно подключать или отключать при переводе документа.
Пользовательский словарь формируется пользователем вручную. В него можно включить слова, отсутствующие в других словарях, или представить более точный перевод каких-то из терминов. Пользовательские словари можно произвольно создавать и редактировать. Применяют пользовательские словари обычно в первую очередь, до специализированных и генерального.
Узнать, какие словари используются при переводе, можно на вкладке Используемые словари на информационной панели. Порядок перечисленных словарей соответствует порядку их использования. Генеральный словарь в этом списке не указывается. Чтобы задать иной набор словарей или изменить их порядок, следует щелкнуть на соответствующей вкладке информационной панели правой кнопкой мыши и выбрать в контекстном меню пункт Изменить список словарей.
Настройка производится в диалоговом окне Словари. Чтобы отключить словарь, надо выбрать его в списке и щелкнуть на кнопке Отключить. Добавление словарей производится с помощью кнопки Подключить. Для создания нового пользовательского словаря служит кнопка Создать. Чтобы изменить порядок просмотра словарей, надо выбрать перемещаемый словарь и использовать для его передвижения по списку кнопки Вверх и Вниз.
Транслитерация и резервирование. Не все слова требуют перевода. Обычно без изменений оставляют имена собственные. Иногда при этом используют транслитерацию запись, использующую другой алфавит, но соответствующую написанию или произношению слова на исходном языке. В частности, транслитерация повсеместно используется при передаче иностранных имен и фамилий. Транслитерация не считается переводом.
Иногда необходимо отказаться от перевода целых абзацев. Например, нелепый результат даст попытка перевода исходных текстов программ. То же самое можно сказать и обо всех других случаях, где используются не значения слов, а сами слова как ключевые.
Чтобы зарезервировать слово, его надо выделить и щелкнуть на кнопке Зарезервировать слово на панели инструментов Перевод. В открывшемся диалоговом окне Зарезервировать слово можно уточнить написание, указать смысловую категорию, к которой относится данный термин, а также установить флажок Транслитерировать, если нужна транслитерация. Все зарезервированные слова заносятся в список на вкладке Зарезервированные слова на информационной панели, а в самом документе выделяются зеленым цветом.
Чтобы указать на то, что абзац не требует перевода, надо установить текстовый курсор внутрь данного абзаца и щелкнуть на кнопке Оставить абзац без перевода на панели инструментов Перевод. Зарезервированный абзац также отображается зеленым цветом. Если резервирование слов или абзацев произведено после выполнения перевода, то для того, чтобы данные настройки вступили в силу, надо произвести перевод соответствующих абзацев заново.
Если приходится работать с тематически связанными документами или документом, разбитым на несколько отдельных файлов, следует использовать общий список зарезервированных слов. Чтобы сохранить список зарезервированных слов в отдельном файле, следует щелкнуть на вкладке Зарезервированные слова информационной панели правой кнопкой мыши и выбрать в контекстном меню пункт Сохранить список. Для загрузки такого автономного списка в документ используется команда Загрузить список из этого же контекстного меню.
Пополнение словаря. При автоматическом переводе реальных документов часто приходится сталкиваться со словами, которые программа перевода не смогла найти ни в одном из допустимых словарей. Эти слова заносятся в список на вкладке Незнакомые слова на информационной панели и выделяются в тексте документа красным цветом.
Слова могут быть неопознаны по разным причинам. В число их могут входить:
опечатки в оригинале документа;
для документов, преобразованных в электронную форму, ошибки распознавания;
собственные имена, требующие резервирования;
слова, отсутствующие в словарях.
В первых двух случаях необходимо отредактировать исходный текст, в третьем зарезервировать слово и только в последнем случае необходимо занести слово в пользовательский словарь. При этом кроме собственно значения слова в переводе необходимо задать грамматические правила изменения форм этого слова и его сочетания с другими словами. В самом простом режиме работы (Начинающий) программа автоматически добавляет недостающие формы слова по заданному образцу.
Для того чтобы внести слово в словарь, надо выделить его и щелкнуть на кнопке Словарная статья на панели инструментов Перевод. В диалоговом окне Открыть словарную статью нужно указать начальную форму слова и выбрать словарь, в который будет внесено это слово. После этого откроется диалоговое окно Словарная статья, используемое для добавления слова (рис. 17.5).
Выберите вкладку, соответствующую нужной части речи, установите переключатели, описывающие свойства данного слова, и щелкните на кнопке Добавить. В диалоговом окне Перевод укажите перевод слова, также в начальной форме. Если откроется диалоговое окно Тип словоизменения, надо щелкнуть на имеющейся в нем кнопке (для глаголов она называется Спряжение) и указать, как выглядят запрашиваемые формы слова. В заключение может быть задан вопрос о том, для каких форм исходного слова применим данный перевод и как они выглядят.
Имеющиеся словари можно также просматривать и редактировать. Для этого надо дважды щелкнуть на названии словаря на вкладке Используемые словари на информационной панели. Словарь открывается, и на экран выводится список включенных в него слов. Дважды щелкнув на любом слове, можно отредактировать соответствующую словарную статью. Результаты такого редактирования всегда заносятся только в пользовательский словарь.
Рис. 17.5. Средство наполнения пользовательского словаря
Дополнительные средства перевода
Кроме основного приложения, в состав программы Promt 98 входят дополнительные средства, предназначенные для быстрого автоматического перевода, выполняемого без активного контроля со стороны пользователя.
Так, средство пакетного перевода файлов (Пуск > Программы > PROMT 98 > File Translator) предназначено для автоматического перевода файлов в фоновом режиме. В левой части окна этого приложения располагается список файлов, ожидающих перевода очередь перевода. Добавить файл в очередь можно при помощи кнопки Добавить на панели инструментов. В правой части окна располагаются элементы управления, позволяющие задать все настройки правил перевода, используемые в основной программе Promt 98. Теряется лишь диалоговый характер работы.
Когда очередь перевода сформирована, следует выбрать пункт Перевод! в строке меню. При наличии свободных ресурсов начнется последовательный перевод файлов, включенных в очередь. По завершении перевода исходный файл покинет очередь. Непосредственно по ходу работы можно добавлять в очередь новые задания, удалять задания, менять порядок их обработки. Самый быстрый способ добавления файла в очередь на перевод состоит в использовании пункта Отправить > File Translator в контекстном меню значка файла. Чтобы включить эту функцию, надо дать в программе File Translator команду Настройки > Параметры > Разное и установить флажок Добавить пункт в меню «Отправить».
Для быстрого перевода неформатированного текста можно использовать приложение QTrans (Пуск > Программы > PROMT 98 > QTrans). Оно не содержит никаких средств открытия или сохранения документов, так как предполагается, что переводимый текст вводится на верхнюю панель окна программы вручную или переносится туда через буфер обмена (рис. 17.6).
Рис. 17.6. Рабочее окно программы QTrans
Чтобы перевести текст (перевод появится на нижней панели), следует щелкнуть на кнопке Перевести. Перевод начинается автоматически при выборе направления перевода с помощью одноименной кнопки или при вставке данных из буфера обмена. Чтобы сохранить полученный перевод, его следует поместить в буфер обмена при помощи кнопки Копировать перевод, после чего произвести вставку в той программе, в которой этот текст будет использован.
Наибольшую ценность функция оперативного перевода представляет для документов Интернета. Сегодня большинство страниц используют английский язык, поэтому шансы найти нужную информацию именно на англоязычной странице максимальны. Для «синхронного» перевода Web-страниц предназначено приложение WebView (Пуск > Программы > PROMT 98 > WebView).
Приложение WebView представляет собой полноценный броузер, эквивалентный по своим возможностям программе Internet Explorer. Отличие от обычных броузеров состоит в том, что окно программы разбито на две части. В верхней части страница отображается в том виде, в каком она получена из Интернета. Одновременно с началом загрузки страницы в нижней части окна начинает формироваться ее перевод. При этом переводу подвергается только текст, входящий в состав страницы, а адреса, на которые указывают гиперссылки, а также иллюстрации и другие вставные объекты отображаются без изменений. Переходы по гиперссылкам можно осуществлять как с верхней, так и с нижней части страницы.
Для поиска нужной информации на англоязычных серверах Интернета используют англоязычные поисковые системы. Приложение WebView позволяет производить поиск в Интернете с использованием ключевых слов, переведенных на английский язык.
Чтобы воспользоваться этой функцией, надо щелкнуть на кнопке Поиск в Web на панели инструментов. Диалоговое окно Поиск в Интернет содержит три вкладки, обеспечивающих три разных способа формирования запроса на поиск. После того как указаны ключевые слова и выбрана поисковая система, сформированный запрос, содержащий уже переведенные ключевые слова, отображается в специальном поле, чтобы можно было визуально проверить его правильность.
После щелчка на кнопке ОК запрос направляется в указанную поисковую систему. Web-страница, сформированная этой системой, как обычно, отображается в верхней области окна программы WebView, а в нижней части отображается ее перевод, точно так же, как и для любой другой Web-страницы.
Упражнение 17.5. Автоматический перевод текста
Дайте команду Файл > Открыть и выберите открываемый документ.
Выберите используемый формат файла в диалоговом окне Конвертировать файл и щелкните на кнопке ОК.
Откройте вкладку Используемые словари на информационной панели. Ознакомьтесь со списком используемых словарей. Щелкните на этой вкладке правой кнопкой мыши и выберите в контекстном меню команду Изменить списоксловарей.
Отключите все словари, кроме одного специализированного тематического словаря по теме документа (и, возможно, пользовательского).
Щелкните на кнопке Весь текст на панели инструментов Перевод.
Ознакомьтесь с переводом текста. Обратите внимание на вид абзацев, которые не следовало переводить.
Выделите фрагменты, которые не следовало переводить, и щелкните на кнопке Оставить абзац без перевода на панели инструментов Перевод. Обратите внимание на изменения в отображении оригинала и перевода.
Оцените качество автоматического перевода.
13. Откройте сохраненный документ в текстовом редакторе Блокнот. Используя английский и русский варианты текста, попробуйте окончательно сформировать правильный и грамотный перевод исходного документа.
Мы научились выполнять автоматический перевод документов с помощью программы Promt 98. Мы узнали, как влияет выбор словаря на качество перевода. Мы научились исключать из процесса абзацы, не требующие перевода. Мы познакомились с разными способами сохранения документа и возможностями его дальнейшей обработки.
Упражнение 17.6. Редактирование словаря
Дайте команду Файл > Открыть и выберите открываемый документ.
Выберите используемый формат файла в диалоговом окне Конвертировать файл и щелкните на кнопке ОК.
Щелкните на кнопке Весь текст на панели инструментов Перевод.
Откройте вкладку Незнакомые слова на информационной панели.
Просмотрите список слов, незнакомых программе. Попробуйте разыскать их в англо-русском словаре, чтобы выяснить, какие из них действительно требуют перевода.
В списке на вкладке Незнакомые слова на информационной панели дважды щелкните на слове, требующем перевода.
В диалоговом окне Открыть словарную статью уточните начальную форму слова и щелкните на кнопке ОК.
В диалоговом окне Словарная статья выберите вкладку, соответствующую части речи, к которой принадлежит добавляемое слово.
Мы увидели, какие действия выполняет программа Promt 98 при обнаружении в тексте незнакомых ей слов. Мы научились пополнять словари программы, расширяя, таким образом, ее возможности по переводу текстов.
Вычислительная мощь компьютера позволяет использовать его как средство автоматизации научной работы. Для решения сложных расчетных задач используют программы, написанные специально. В то же время, в научной работе встречается широкий спектр задач ограниченной сложности, для решения которых можно использовать универсальные средства.
К такого рода задачам относятся, например, следующие:
подготовка научно-технических документов, содержащих текст и формулы, записанные в привычной для специалистов форме;
вычисление результатов математических операций, в которых участвуют число вые константы, переменные и размерные физические величины;
операции с векторами и матрицами;
решение уравнений и систем уравнений (неравенств);
статистические расчеты и анализ данных;
построение двумерных и трехмерных графиков;
тождественные преобразования выражений (в том числе упрощение), аналитическое решение уравнений и систем;
дифференцирование и интегрирование, аналитическое и численное;
решение дифференциальных уравнений;
проведение серий расчетов с разными значениями начальных условий и других параметров.
К универсальным программам, пригодным для решения таких задач, относится, например, программа MathCad, которая представляет собой автоматизированную систему, позволяющую динамически обрабатывать данные в числовом и аналитическом (формульном) виде. Программа MathCad сочетает в себе возможности проведения расчетов и подготовки форматированных научных и технических документов.
Научно-технические документы обычно содержат формулы, результаты расчетов в виде таблиц данных или графиков, текстовые комментарии или описания, другие иллюстрации. В программе MathCad им соответствуют два вида объектов: формулы и текстовые блоки. Формулы вычисляются с использованием числовых констант, переменных, функций (стандартных и определенных пользователем), а также общепринятых обозначений математических операций. Введенные в документ MathCad формулы автоматически приводятся к стандартной научно-технической форме записи. Графики, которые автоматически строятся на основе результатов расчетов, также рассматриваются как формулы. Комментарии, описания и иллюстрации размещаются в текстовых блоках, которые игнорируются при проведении расчетов.
Чтобы буквенные обозначения можно было использовать при расчетах по формулам, этим обозначениям должны быть сопоставлены числовые значения. В программе MathCad буквенные обозначения рассматриваются как переменные, и их значения задаются при помощи оператора присваивания (вводится символом «:»). Таким же образом можно задать числовые последовательности, аналитически определенные функции, матрицы и векторы.
Если все значения переменных известны, то для вычисления числового значения выражения (скалярного, векторного или матричного) надо подставить все числовые значения и произвести все заданные действия. В программе MathCad для этого применяют оператор вычисления (вводится символом «=»). В ходе вычисления автоматически используются значения переменных и определения функций, заданные в документе ранее. Удобно задать значения известных параметров, провести вычисления с использованием аналитических формул, результат присвоить некоторой переменной, а затем использовать оператор вычисления для вывода значения этой переменной. Например:
g:=9.8
М:=3
F:=M-g
F=29A
Изменение значения любой переменной, коррекция любой формулы, означает, что все расчеты, зависящие от этой величины, необходимо проделать заново. Такая необходимость возникает при выборе подходящих значений параметров или условий, поиске оптимального варианта, исследовании зависимости результата от начальных условий. Электронный документ, подготовленный в программе MathCad, готов к подобной ситуации. При изменении какой-либо формулы программа автоматически производит необходимые вычисления, обновляя изменившиеся значения и графики. Например, если документ содержит формулы х := 4; √x = 2, то, изменив значение переменной х, мы сразу же увидим, что изменился и результат расчета: х := 9; √х =3.
При проведении расчетов с использованием реальных физических величин учитывают их размерность. Чтобы расчет был корректен, все данные должны быть приведены в одну систему единиц в этом случае результат расчетов получится в этой же системе. Здесь скрывается характерный источник ошибок при расчетах вручную. В программе MathCad единицы измерения (в любой системе) присоединяют к значению величины с помощью знака умножения. Данные автоматически преобразуются в одну и ту же систему единиц (по умолчанию СИ) и обрабатываются в этом виде. Размерный результат выдается вместе с полученной единицей измерения. Например:
v := 100kph t:=0.5yr (kph километры в час, уr годы),
s := vt s = 4.383108 m (результат получен в метрах).
При работе с матрицами приходится применять такие операции, как сложение матриц, умножение, транспонирование. Часто возникает необходимость в обращении матриц и в декомпозиции (разложении в произведение матриц специального вида). Для квадратных матриц представляет интерес поиск собственных значений и собственных векторов. Программа MathCad позволяет выполнить все эти операции с помощью стандартных обозначений математических операторов (сложение, умножение) или встроенных функций. Например:
Уравнения и системы уравнений, возникающие в практических задачах, обычно можно решить только численно. Методы численного решения реализованы и в программе MathCad. Блок уравнений и неравенств, требующих решения, записывается после ключевого слова given (дано). При записи уравнений используется знак логического равенства (комбинация клавиш CTRL+=). Значения переменных, удовлетворяющие системе уравнений и неравенств, находятся с помощью стандартной функции find.
given
х у = 2
sin(x)=sin(y)
Рис. 18.1. Набор точек
аппроксимирован
с помощью многочленов первого
и второго порядка
При обработке результатов экспериментов часто встречаются задачи статистического анализа серий данных. Для такого рода задач программа Ма!ИСас1предоставляет средства интерполяции данных, предсказания дальнейшего поведения функции, а также построения функций заданного вида, наилучшим образом соответствующих имеющемуся набору данных. При статистическом анализе можно также использовать стандартные функции распределения вероятности и генераторы случайных величин с заданным распределением.
При аналитических вычислениях результат получают в нечисловой форме в результате тождественных преобразований выражений. Простейшие преобразования это раскрытие скобок, приведение подобных членов, применение тригонометрических тождеств.
Например, выражение cos (3-atan(x)) преобразуется в
Проверку тождественности этого преобразования выполните самостоятельно.
Более сложные преобразования позволяют находить аналитические решения некоторых уравнений и систем. Для такого рода вычислений в программе MathCad используют оператор аналитического вычисления (клавиатурная комбинация CTRL+.), а также команды меню Symbolics (Аналитические вычисления). Переменные при аналитических вычислениях рассматриваются как неопределенные параметры. Результат можно использовать для анализа решения при различных значениях этих переменных. При аналитическом решении уравнений и систем за одну операцию можно найти все существующие решения. Например:
given
find(z)
Дифференцирование и интегрирование заданных функций вручную обычно несложная, но трудоемкая операция. В программе MathCad для вычисления производной, а также неопределенных и определенных интегралов могут использоваться символические вычисления с помощью меню Symbolics > Variable (Аналитические вычисления > Переменная). Если функция не задана аналитически или не позволяет получить первообразную в виде формулы, имеется возможность численного дифференцирования и численного расчета определенных интегралов. Например, при вычислении интеграла
получается правильный результат:
Численные методы используют и для решения дифференциальных уравнений. С помощью программы MathCad можно решать уравнения и системы уравнений первого порядка с заданными начальными условиями. Уравнение более высокого порядка надо сначала преобразовать в систему уравнений первого порядка.
Документ программы MathCad называется рабочим листом. Он содержит объекты: формулы и текстовые блоки. В ходе расчетов формулы обрабатываются последовательно, слева направо и сверху вниз, а текстовые блоки игнорируются.
Ввод информации осуществляется в месте расположения курсора. Программа MathCad использует три вида курсоров. Если ни один объект не выбран, используется крестообразный курсор, определяющий место создания следующего объекта. При вводе формул используется уголковым курсор, указывающий текущий элемент выражения. При вводе данных в текстовый блок применяется текстовый курсор в виде вертикальной черты.
Ввод формул
Формулы основные объекты рабочего листа. Новый объект по умолчанию является формулой. Чтобы начать ввод формулы, надо установить крестообразный курсор в нужное место и начать ввод букв, цифр, знаков операций. При этом создается область формулы, в которой появляется уголковый курсор, охватывающий текущий элемент формулы, например имя переменной (функции) или число. При вводе бинарного оператора по другую сторону знака операции автоматически появляется заполнитель в виде черного прямоугольника. В это место вводят очередной операнд.
Для управления порядком операций используют скобки, которые можно вводить вручную. Уголковый курсор позволяет автоматизировать такие действия. Чтобы выделить элементы формулы, которые в рамках операции должны рассматриваться как единое целое, используют клавишу ПРОБЕЛ. При каждом ее нажатии уголковый курсор «расширяется», охватывая элементы формулы, примыкающие к данному. После ввода знака операции элементы в пределах уголкового курсора автоматически заключаются в скобки.
Элементы формул можно вводить с клавиатуры или с помощью специальных панелей управления. Панели управления (рис. 18.2) открывают с помощью меню View (Вид) или кнопками панели управления Math (Математика). Для ввода элементов формул предназначены следующие панели:
• панель управления Arithmetic (Счет) для ввода чисел, знаков типичных математических операций и наиболее часто употребляемых стандартных функций;
панель управления Evaluation (Вычисление) для ввода операторов вычисления и знаков логических операций;
панель управления Graph (График) для построения графиков;
панель управления Matrix (Матрица) для ввода векторов и матриц и задания матричных операций;
панель управления Calculus (Исчисление) для задания операций, относящихся к математическому анализу;
панель управления Greek (Греческий алфавит) для ввода греческих букв (их можно также вводить с клавиатуры, если сразу после ввода соответствующего латинского символа нажимать сочетание клавиш CTRL+G, например [a][CTRL+G] a, [W][CTRL+G]-Q);
панель управления Symbolic (Аналитические вычисления) для управления аналитическими преобразованиями.
Введенное выражение обычно вычисляют или присваивают переменной. Для вывода результата выражения используют знак вычисления, который выглядит как знак равенства и вводится при помощи кнопки Evaluate Expression (Вычислить выражение) на панели инструментов Evaluation (Вычисление).
Рис. 18.2. Панели инструментов программы MathCaddjm ввода формул
Знак присваивания изображается как «:=», а вводится при помощи кнопки Assign Value (Присвоить значение) на панели инструментов Evaluation (Вычисление). Слева от знака присваивания указывают имя переменной. Оно может содержать латинские и греческие буквы, цифры, символы «'», «_» и «», а также описательный индекс. Описательный индекс вводится с помощью символа «.» и изображается как нижний индекс, но является частью имени переменной, например Vinit. «Настоящие» индексы, определяющие отдельный элемент вектора или матрицы, задаются по-другому.
Переменную, которой присвоено значение, можно использовать далее в документе в вычисляемых выражениях. Чтобы узнать значение переменной, следует использовать оператор вычисления.
В следующем примере вычислена площадь круга с радиусом 2 (использованы переменные г и s, значение постоянной л определено в программе MathCad по умолчанию).
r: = 2 s : = r2 s = 12.566
Ввод текста
Текст, помещенный в рабочий лист, содержит комментарии и описания и предназначен для ознакомления, а не для использования в расчетах. Программа MathCad определяет назначение текущего блока автоматически при первом нажатии клавиши ПРОБЕЛ. Если введенный текст не может быть интерпретирован как формула, блок преобразуется в текстовый и последующие данные рассматриваются как текст. Создать текстовый блок без использования автоматических средств позволяет команда insert > Text Region (Вставка > Текстовый блок).
Иногда требуется встроить формулу внутрь текстового блока. Для этого служит команда Insert > Math Region (Вставка > Формула).
Форматирование формул и текста
Для форматирования формул и текста в программе MathCad используется панель инструментов Formatting (Форматирование). С ее помощью можно индивидуально отформатировать любую формулу или текстовый блок, задав гарнитуру и размер шрифта, а также полужирное, курсивное или подчеркнутое начертание символов. В текстовых блоках можно также задавать тип выравнивания и применять маркированные и нумерованные списки.
В качестве средств автоматизации используются стили оформления. Выбрать стиль оформления текстового блока или элемента формулы можно из списка Style (Стиль) на панели инструментов Formatting (Форматирование). Для формул и текстовых блоков применяются разные наборы стилей.
Чтобы изменить стиль оформления формулы или создать новый стиль, используется команда Format > Equation (Формат > Выражение). Изменение стандартных стилей Variables (Переменные) и Constants (Константы) влияет на отображение формул по всему документу. Стиль оформления имени переменной учитывается при ее определении. Так, переменные хил: рассматриваются как различные и не взаимозаменяемы.
При оформлении текстовых блоков можно использовать более обширный набор стилей. Настройка стилей текстовых блоков производится при помощи команды Format t Style (Формат > Стиль).
Работа с матрицами
Векторы и матрицы рассматриваются в программе MathCad как одномерные и двумерные массивы данных. Число строк и столбцов матрицы задается в диалоговом окне Insert Matrix (Вставка матрицы), которое открывают командой Insert > Matrix (Вставка > Матрица). Вектор задается как матрица, имеющая один столбец.
После щелчка на кнопке ОК в формулу вставляется матрица, содержащая вместо элементов заполнители. Вместо каждого заполнителя надо вставить число, переменную или выражение.
Для матриц определены следующие операции: сложение, умножение на число, перемножение и прочие. Допустимо использование матриц вместо скалярных выражений: в этом случае предполагается, что указанные действия должны быть применены к каждому элементу матрицы, и результат также представляется в виде матрицы. Например, выражение М+ 3, где М матрица, означает, что к каждому элементу матрицы прибавляется число 3. Если требуется явно указать необходимость поэлементного применения операции к матрице, используют знак векторизации, для ввода которого служит кнопка Vectorize (Векторизация) на панели инструментов Matrix (Матрица). Например:
обычное произведение матриц.
поэлементное произведение матриц с
использованием векторизации.
Для работы с элементами матрицы используют индексы элементов. Нумерация строк и столбцов матрицы начинается с нуля. Индекс элемента задается числом, переменной или выражением и отображается как нижний индекс. Он вводится после щелчка на кнопке Subscript (Индекс) на панели инструментов Matrix (Матрица).
Пара индексов, определяющих элемент матрицы, разделяется запятой. Иногда (например, при построении графиков) требуется выделить вектор, представляющий собой столбец матрицы. Номер столбца матрицы отображается как верхний индекс, заключенный в угловые скобки, например М<0>. Для его ввода используется кнопка Matrix Column (Столбец) на панели инструментов Matrix (Матрица).
Чтобы задать общую формулу элементов матрицы, типа Мi,j : i + j, используют диапазоны. Диапазон фактически представляет собой вектор, содержащий арифметическую прогрессию, определенную первым, вторым и последним элементами. Чтобы задать диапазон, следует указать значение первого элемента, через запятую значение второго и через точку с запятой значение последнего элемента. Точка с запятой при задании диапазона отображается как две точки (..). Диапазон можно использовать как значение переменной, например х := 0,0.01..1.
Если разность прогрессии равна единице (то есть, элементы просто нумеруются), значение второго элемента и соответствующую запятую опускают. Например, чтобы сформировать по приведенной выше формуле матрицу размером 6x6, перед этой формулой надо указать i := 0..5 j := 0..5. При формировании матрицы путем присвоения значения ее элементам, размеры матрицы можно не задавать заранее. Всем неопределенным элементам автоматически присваиваются нулевые значения. Например, формула М5,5 := 1 создает матрицу М размером 66, у которой все элементы, кроме расположенного в правом нижнем углу, равны 0.
Стандартные и пользовательские функции
Произвольные зависимости между входными и выходными параметрами задаются при помощи функций. Функции принимают набор параметров и возвращают значение, скалярное или векторное (матричное). В формулах можно использовать стандартные встроенные функции, а также функции, определенные пользователем.
Чтобы использовать функцию в выражении, надо определить значения входных параметров в скобках после имени функции. Имена простейших математических функций можно ввести с панели инструментов Arithmetic (Счет). Информацию о других функциях можно почерпнуть в справочной системе. Вставить в выражение стандартную функцию можно при помощи команды Insert > Function (Вставка > Функция). В диалоговом окне Insert Function (Вставка функции) слева выбирается категория, к которой относится функция, а справа конкретная функция. В нижней части окна выдается информация о выбранной функции. При вводе функции через это диалоговое окно автоматически добавляются скобки и заполнители для значений параметров.
Пользовательские функции должны быть сначала определены. Определение задается при помощи оператора присваивания. В левой части указывается имя пользовательской функции и, в скобках, формальные параметры переменные, от которых она зависит. Справа от знака присваивания эти переменные должны использоваться в выражении. При использовании пользовательской функции в последующих формулах ее имя вводят вручную. В диалоговом окне Insert Function (Вставка функции) оно не отображается.
Решение уравнений и систем
Для численного поиска корней уравнения в программе MathCad используется функция root. Она служит для решения уравнений вида f(x) = 0, где f(x) выражение, корни которого нужно найти, а х неизвестное. Для поиска корней с помощью функции root, надо присвоить искомой переменной начальное значение, а затем вычислить корень при помощи вызова функции: root(f(x),x). Здесь f(x) функция переменной х, используемой в качестве второго параметра. Функция root возвращает значение независимой переменной, обращающее функцию f(x) в 0. Например:
х := I
root(2sin(x) x,x) = 1.895.
Если уравнение имеет несколько корней (как в данном примере), то результат, выдаваемый функцией root, зависит от выбранного начального приближения.
Если надо решить систему уравнений (неравенств), используют так называемый блок решения, который начинается с ключевого слова given (дано) и заканчивается вызовом функции find (найти). Между ними располагают «логические утверждения», задающие ограничения на значения искомых величин, иными словами, уравнения и неравенства. Всем переменным, используемым для обозначения неизвестных величин, должны быть заранее присвоены начальные значения.
Чтобы записать уравнение, в котором утверждается, что левая и правая части равны, используется знак логического равенства кнопка Boolean Equals (Логически равно) на панели инструментов Evaluation (Вычисление). Другие знаки логических условий также можно найти на этой панели.
Заканчивается блок решения вызовом функции find, у которой в качестве аргументов должны быть перечислены искомые величины. Эта функция возвращает вектор, содержащий вычисленные значения неизвестных. Например:
x:=0
y:=0
given
х + у=1
x2 + y2 = 4
find(x,y)=
Построение графиков
Чтобы построить двумерный график в координатных осях Х - Y, надо дать команду Insert > Graph > X-Y Plot (Вставка > График > Декартовы координаты). В области размещения графика находятся заполнители для указания отображаемых выражений и диапазона изменения величин. Заполнитель у середины оси координат предназначен для переменной или выражения, отображаемого по этой оси. Обычно используют диапазон или вектор значений. Граничные значения по осям выбираются автоматически в соответствии с диапазоном изменения величины, но их можно задать и вручную.
В одной графической области можно построить несколько графиков. Для этого надо у соответствующей оси перечислить несколько выражений через запятую.
Разные кривые изображаются разным цветом, а для форматирования графика надо дважды щелкнуть на области графика. Для управления отображением построенных линий служит вкладка Traces (Линии) в открывшемся диалоговом окне. Текущий формат каждой линии приведен в списке, а под списком расположены элементы управления, позволяющие изменять формат. Поле Legend Label (Описание) задает описание линии, которое отображается только при сбросе флажка Hide Legend (Скрыть описание). Список Symbol (Символ) позволяет выбрать маркеры для отдельных точек, список Line (Тип линии) задает тип линии, список Color (Цвет) цвет. Список Туре (Тип) определяет способ связи отдельных точек, а список Width (Толщина) толщину линии.
Точно так же можно построить и отформатировать график в полярных координатах. Для его построения надо дать команду Insert > Graph > Polar Plot (Вставка > График > Полярные координаты).
Для построения простейшего трехмерного графика, необходимо задать матрицу значений. Отобразить эту матрицу можно в виде поверхности Insert > Graph > Surface Plot (Вставка > График > Поверхность), столбчатой диаграммы Insert > Graph > 3D Bar Plot (Вставка > График > Столбчатая диаграмма) или линий уровня Insert > Graph > Contour Plot (Вставка > График > Линии уровня).
Для отображения векторного поля при помощи команды Insert > Graph > Vector Field Plot (Вставка > График > Поле векторов) значения матрицы должны быть комплексными. В этом случае в каждой точке графика отображается вектор с координатами, равными действительной и мнимой частям элемента матрицы. Во всех этих случаях после создания области графика необходимо указать вместо заполнителя имя матрицы, содержащей необходимые значения.
Для построения параметрического точечного графика командой Insert > Graph > 3D Scatter Plot (Вставка > График > Точки в пространстве) необходимо задать три вектора с одинаковым числом элементов, которые соответствуют х-, у- и z-координатам точек, отображаемых на графике. В области графика эти три вектора указываются внутри скобок через запятую.
Рис. 18.3. Пятикратно перекрученная
замкнутая лента, заданная параметрически
Аналогичным образом можно построить поверхность, заданную параметрически. Для этого надо задать три матрицы, содержащие, соответственно, х-, у- и г-координаты точек поверхности. Теперь надо дать команду построения поверхности Insert > Graph > Surface Plot(BcT3BKa > График > Поверхность) и указать в области графика эти три матрицы в скобках и через запятую. Таким образом можно построить практически любую криволинейную поверхность (например представленную на рис. 18.3), в том числе с самопересечениями.
Диалоговое окно для форматирования трехмерных графиков также открывают двойным щелчком на области графика.
Аналитические вычисления
С помощью аналитических вычислений находят аналитические или полные решения уравнений и систем, а также проводят преобразования сложных выражений (например, упрощение). Иначе говоря, при таком подходе можно получить нечисловой результат. В программе MathCad конкретные значения, присвоенные переменным, при этом игнорируются переменные рассматриваются как неопределенные параметры. Команды для выполнения аналитических вычислений в основном сосредоточены в меню Symbolics (Аналитические вычисления).
Чтобы упростить выражение (или часть выражения), надо выбрать его при помощи уголкового курсора и дать команду Symbolics > Simplify (Аналитические вычисления > Упростить). При этом выполняются арифметические действия, сокращаются общие множители и приводятся подобные члены, применяются тригонометрические тождества, упрощаются выражения с радикалами, а также выражения, содержащие прямую и обратную функции (типа е!пх). Некоторые действия по раскрытию скобок и упрощению сложных тригонометрических выражений требуют применения команды Symbolics > Expand (Аналитические вычисления > Раскрыть).
Команду Symbolics > Simplify (Аналитические вычисления > Упростить) применяют и в более сложных случаях. Например, с ее помощью можно:
• вычислить предел числовой последовательности, заданной общим членом;
найти общую формулу для суммы членов числовой последовательности, заданной общим членом;
• вычислить производную данной функции;
найти первообразную данной функции или значение определенного интеграла.
Другие возможности меню Symbolics (Аналитические вычисления) состоят в выполнении аналитических операций, ориентированных на переменную, использованную в выражении. Для этого надо выделить в выражении переменную и выбрать команду из меню Symbolics > Variable (Аналитические вычисления > Переменная). Команда Solve (Решить) ищет корни функции, заданной данным выражением, например, если выделить уголковым курсором переменную х в выражении ах2 + bх + с, то в результате применения команды Symbolics > Variable > Solve (Аналитические вычисления > Переменная > Решить), будут найдены все корни:
Другие возможности использования этого меню включают:
аналитическое дифференцирование и интегрирование: Symbolics > Variable > Differentiate (Аналитические вычисления > Переменная > Дифференцировать) и Symbolics > Variable > Integrate (Аналитические вычисления > Переменная > Интегрировать);
замена переменной: Symbolics > Variable > Substitute (Аналитические вычисления >Переменная > Подставить) вместо переменной подставляется содержимое буфера обмена;
разложение в ряд Тейлора: Symbolics > Variable > Expand to Series (Аналитические вычисления > Переменная > Разложить в ряд);
представление дробно-рациональной функции в виде суммы простых дробей с линейными и квадратичными знаменателями: Symbolics t Variable > Convert to Partial Fraction (Аналитические вычисления > Переменная > Преобразовать в простые дроби).
Наконец, самым мощным инструментом аналитических вычислений является оператор аналитического вычисления, который вводится с помощью кнопки Symbolic Evaluation (Вычислить аналитически) на панели инструментов Evaluation (Вычисление). Его можно, например, использовать для аналитического решения системы уравнений и неравенств. Блок решения задается точно так же, как при численном решении (хотя начальные значения переменных можно не задавать), а последняя формула блока должна выглядеть как find(х,у,...), где в скобках приведен список искомых величин, а далее следует знак аналитического вычисления, отображаемый в виде стрелки, направленной вправо.
Любое аналитическое вычисление можно применить с помощью ключевого слова. Для этого используют кнопку Symbolic Keyword Evaluation (Вычисление с ключевым словом) на панели инструментов Evaluation (Вычисление). Ключевые слова вводятся через панель инструментов Symbolics (Аналитические вычисления). Они полностью охватывают возможности, заключенные в меню Symbolics (Аналитические вычисления), позволяя также задавать дополнительные параметры.
Упражнение 18.1. Простые вычисления с использованием
программы MathCad
Задача. Найти ребро куба, равновеликого шару, площадь поверхности которого равна площади боковой поверхности прямого кругового конуса, у которого высота вдвое меньше, чем длина образующей. Объем этого конуса равен 1.
Анализ. Основные геометрические формулы, используемые при расчете.
Объем конуса -
Площадь боковой поверхности конуса S = rl.
Соотношение в конусе между радиусом основания, высотой и длиной образующей r2 + h2 = l2.
Площадь поверхности шара V= 4R2.
Объем шара V= . Объем куба V= a3.
V:= 1.
4. Путем несложных преобразований получим, что радиус основания конуса можно вычислить по формуле
Вводить эту формулу следует слева направо. Порядок ввода этой формулы следующий: Сначала вводим знак корня произвольной степени: кнопка Nth Root (Корень данной степени) на панели инструментов Arithmetic (Счет) или комбинация клавиш CTRL+V Щелкните на черном квадратике, стоящем на месте показателя степени, и введите цифру 3. Щелкните на квадратике, замещающем подкоренное выражение, нажмите клавиши [V][*]. Введите знак квадратного корня: кнопка Square Root (Квадратный корень) на панели инструментов Arithmetic или клавиша [\] и цифру 3. Прежде чем вводить знаменатель, дважды нажмите клавишу ПРОБЕЛ. Обратите внимание на синий уголок, который указывает на текущее выражение. Предполагается, что знак операции связывает выбранное выражение со следующим. В данном случае это безразлично, но в целом этот прием позволяет вводить сложные формулы, избегая ручного ввода дополнительных скобок. Нажмите клавишу [/]. Чтобы ввести число , можно воспользоваться комбинацией клавиш CTRL+SHIFT+P или соответствующей кнопкой на панели инструментов Arithmetic (Счет).
На экране появится следующая надпись:
5. Введите формулы для вычисления длины образующей и площади боковой поверхности конуса:
Указание знака умножения между переменными обязательно, так как иначе MathCad сочтет, что указана одна переменная с именем из нескольких букв.
6. Для вычисления радиуса шара R введите формулу
7. Для вычисления объема шара введите формулу .
Использовать переменную V во второй раз не следует, так как теперь мы определяем совершенно другой объем.
8. Заключительная формула позволит получить окончательный результат. После этого снова наберите имя переменной а и нажмите клавишу = или щелкните на кнопке Evaluate Expression (Вычислить выражение) на панели инструментов Arithmetic (Счет). После формулы появится знак равенства и вычисленный результат.
a = 0.7102
Вычислять можно как действительные, так и комплексные выражения. Обозначение мнимой единицы (i) следует вводить непосредственно после числового коэффициента, который нельзя опускать, даже если он равен единице.
9. Вернитесь к самому первому выражению и отредактируйте его. Вместо значения 1 присвойте переменной значение 8. Сразу же перейдите к последней введенной формуле и обратите внимание, что результат расчета сразу же стал отражать новые начальные данные.
Мы познакомились с методикой простейших вычислений в программе MathCad. Описанная техника позволяет использовать эту программу как «интеллектуальный калькулятор» для автоматического расчета по известным формулам. Особенностью программы MathCad является возможность практически мгновенного перерасчета с другими начальными данными.
Упражнение 18.2. Физические вычисления с использованием
единиц измерения
Постановка задачи. Теплоизолированный космический аппарат, находящийся на орбите Земли, имеет на борту приборы с электрической мощностью, которая может изменяться в ходе работы от N1 = 75 Вт (дежурный режим) до N2 = 200 Вт (сеанс связи). С целью обеспечения предсказуемого теплового режима в теплоизоляции сделано отверстие площадью S1, на которое попадает поток солнечной энергии W = 1400 Вт/м2. Полученная энергия излучается аппаратом через это и дополнительное отверстие в теплоизоляции с площадью S2 в режиме «черного тела». Каковы должны быть площади отверстий, если допустимый диапазон температур для оборудования, расположенного в аппарате, составляет 20-30°С?
Анализ задачи. Минимальная температура аппаратуры соответствует режиму минимального тепловыделения. В этом случае поступающая мощность Ql = WS1 + N1. Излучаемая мощность Q2 = T41 (S1 + S2), где Т1 минимальная допустимая температура в градусах Кельвина. В условиях теплового баланса эти мощности должны быть равны.
Режим максимального тепловыделения соответствует максимальной температуре аппаратуры. В этом случае WS1 + N2 = T42 (S1 + S2),.
Используя два полученных уравнения, получаем:
Введите значения известных величин, присвоив их переменным с соответствующими именами. Вместо нижних индексов используйте просто дополнительную цифру в названии переменной.
N1 := 75watt N2 := 200watt,
T1 := (20 + 273)K T2 := (30 + 273)K.
.
Чтобы ввести греческую букву, используйте панель инструментов Greek (греческий алфавит) или введите соответствующую латинскую букву (в данном случае «s») и сразу же нажмите комбинацию клавиш CTRL+G. Так как специальной единицы для размерности этой константы не существует, ее следует составить из стандартных единиц методом умножения и деления.
5. Введите полученные в ходе анализа формулы для вычисления площадей отверстий, присвоив полученные значения переменным S1 и S2.
6. Чтобы увидеть результаты вычислений, введите имя первой из рассчитанных переменных и нажмите клавишу [=]. Затем проделайте то же самое со второй переменной.
S1 = 0.5679 m2 S2 = 1.514 m2
Мы научились производить вычисления с использованием реальных размерных физических величин, а также производить преобразование данных из одной системы единиц в другую. Это позволяет немедленно получать результат в наиболее удобной форме.
Упражнение 18.3. Векторы и матрицы
Задача. Разложить вектор
по нормированным собственным векторам матрицы
Анализ. Первый этап решения задачи состоит в нахождении собственных значений и собственных векторов данной матрицы. Затем необходимо найти вектор Т, такой что ST = V, где S матрица, столбцы которой представляют собой собственные вектора матрицы М.
S<0>
8. В правой части оператора присваивания надо указать собственное значение матрицы. Собственные значения являются элементами вектора L. Номер элемента указывается как нижний индекс. Для ввода нижнего индекса нажмите клавишу [ или воспользуйтесь кнопкой Subscript (Индекс) на панели инструмен тов Matrix. Итоговый оператор для первого собственного вектора будет выглядеть следующим образом:
S<0> := eigenvec(M,L0).
Аналогично задайте операторы для второго и третьего собственных значений.
9. Для нахождения коэффициентов при собственных векторах в разложении необходимо решить систему линейных уравнений. Ее удобно записать в матричной форме. Создайте вектор Тс тремя элементами. Величины этих элементов значения не имеют.
Мы научились производить операции с векторами и матрицами, использовать соответствующие функции, выделять столбцы матриц и отдельные элементы. Матричная запись часто позволяет представить задачу в более удобной форме.
Упражнение 18.4. Аналитические вычисления
Задача 1. На приведенной схеме сопротивление RR является переменным. Определить, как меняется ток между точками Л и В в зависимости от величины этого сопротивления.
Анализ. Перенумеровав сопротивления в указанном порядке и воспользовавшись законами Кирхгофа, получим систему уравнений, позволяющую найти величины токов.
Эту систему надо решить, не подставляя конкретных значений вместо параметров R, RR и Е.
Полученный результат позволяет провести полный анализ схемы.
Задача 2. Найти все корни уравнения:
Анализ. Это уравнение четвертого порядка. Легко подобрать один корень (у = 1). Остающееся уравнение третьего порядка не имеет рациональных корней, так что поиск других корней этого уравнения дело непростое. Неясно даже, сколько еще действительных корней имеет данное уравнение. Результаты численного решения зависят от подбора начального приближения и поэтому не гарантируют отыскания всех корней уравнения. Мы же решим это уравнение аналитически.
Программа MathCad выдаст вектор, элементами которого являются корни данного уравнения.
Мы научились использовать программу MathCad для выполнения аналитических вычислений. Это позволяет получать точные решения задач, содержащих переменные параметры, анализировать полученные результаты, а также получать полный набор решений для некоторых типов уравнений.
Упражнение 18.5. Анализ результатов испытаний
Задача. К пружине последовательно подвешивали грузы массой 1, 2, 3,..., 20 кг. В результате был получен список величин удлинения пружины (в миллиметрах). Определить основные статистические параметры полученного набора измерений. Рассчитать жесткость пружины и массу узла, использованного для крепления грузов к пружине, воспользовавшись методом наименьших квадратов.
Таблица измерений:
Вес, кг |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
Растяжение, мм |
3,4 |
6,8 |
9,1 |
12,2 |
13,4 |
17,2 |
22,1 |
24,2 |
27,8 |
29,5 |
31,7 |
37,6 |
39,5 |
42,8 |
45,5 |
46,5 |
52,1 |
52,4 |
56,6 |
62,4 |
Анализ. Для решения этой задачи достаточно использовать стандартные средства статистических вычислений, имеющиеся в программе MathCad. Теоретически, растяжение пружины определяется формулой kx = (m + m0)g. Если определить статистическими методами коэффициенты a и b в уравнении
х = am + b, то получим:
п := rows(data) n = 20.
4. Вычислите среднее растяжение пружины в ходе эксперимента с помощью функции mean.
Y:=data<1> mean(Y) = 31.645.
5. Вычислите медиану значений растяжения пружины при помощи функции median.
median(Y) = 30.6.
6. Вычислите среднеквадратичное отклонение и дисперсию величины растяжения пружины при помощи функции stdev.
stdev(Y) = 17.4041, stdev(Y)2 = 302.9025.
7. Определите коэффициенты линейного уравнения являющегося наилучшим приближением для данных наборов данных. Функция slope позволяет вычислить коэффициент наклона прямой, а функция intercept свободный член.
X:=data<0>
b0 := intercept(X,Y) b0 = 0.0132
V=slope(X,Y) b1 = 3.0126
8. Определите жесткость пружины:
k = 7.448-105(Н/м).
9. Определите массу узла крепления:
т = 4.3677 (г). 10.
10.Сохраните созданный документ для использования в следующем упражнении.
Мы научились применять функции, используемые для статистического анализа данных. Программа MathCad содержит и другие функции аналогичного назначения, которые можно использовать для интерполяции и экстраполяции данных, а также их сглаживания.
Упражнение 18.6. Построение графиков
Задача. Используя результаты, полученные в предыдущем упражнении, построить график, отображающий экспериментальные данные и аппроксимирующую зависимость. Построить другой график, отображающий величину отклонения экспериментальных значений от аппроксимирующей прямой.
Анализ. Для построения графика можно использовать функцию, заданную набором данных или формулой. Формулы для функций, полученных в результате проделанных расчетов, необходимо определить, прежде чем их можно будет использовать при построении графика.
r(х) := b0 + b1x.
Рис. 18.4. Задание способа отображения линий графика
9. Под столбцом Legend Label (Подпись) введите название графика.
Рис. 18.5. График экспериментальных точек и аппроксимирующей
прямой
16. Постройте график, на котором отображалась бы величина отклонения точек от линии приближения (b0 + b1X Y). Отформатируйте его, используя те же средства, что и в предыдущем случае.
Заголовок и подписи, использующие русские буквы, могут отображаться неправильно. Коррекцию обеспечивает выбор шрифта, правильно воспроизводящего кириллицу. Дайте команду Format > Equation (Формат > Выражение), в раскрывающемся списке Style Name (Имя стиля) выберите пункт Variables (Переменные) и щелкните на кнопке Modify (Изменить). Для задания шрифта используйте поле со списком Шрифт.
Упражнение 18.7. Построение трехмерных графиков
Задача. Изобразить на графике приблизительную форму электронных облаков в атомах.
Анализ. По современным представлениям электронные уровни в атоме определяются четырьмя квантовыми числами. Форма электронного облака определяется двумя из этих чисел:
число l определяет тип орбитали (значения 0-3 соответствуют s-, p-, d- и f- орбиталям);
число т определяет магнитный момент электрона и может изменяться в диапазоне от - l до l.
При т= 0 форма электронного облака определяется на основе многочленов Лежандра первого рода: , где l -степень многочлена.
В этом случае
Параметрическое задание соответствующей поверхности имеет следующий вид:
Углы , изменяются в диапазоне от 0 до 2.
l:=3
3. Построение поверхности будем производить по точкам. Задайте два диапазона, которые будут определять изменение параметров , , задающих поверхность. Удобно определить границы диапазона в целых числах (через точку с запятой, на экране изображаются две точки), а затем произвести перемасштабирование на отрезок [0; 2].
4. Определите двумерные матрицы, определяющие значения координат х, у и z в зависимости от значения параметров. Используйте названия переменных
X0, Y0, Z0.
5. Дайте команду Insert > Graph > Surface Plot (Вставка > График > Поверхность) или воспользуйтесь кнопкой Surface Plot (Поверхность) на панели инструментов Graph (График).
Рис. 18.6. Трехмерное изображение электронной f-орбитали
Мы научились строить трехмерные графики с изображением объемных поверхностей, заданных параметрически. Это фактически означает умение изображать любые фигуры, которые могут потребоваться в ходе практической работы.
Упражнение 18.8. Решение дифференциальных уравнений
Задача. Найти функцию у(х), удовлетворяющую дифференциальному уравнению
и имеющую значение 0 при х = 0.
Анализ. Это простое дифференциальное уравнение допускает точное аналитическое решение, однако в данном упражнении предполагается использование стандартной функции программы MathCad, осуществляющей численное решение данного уравнения. Результат вычислений можно после этого сравнить с точным решением.
Т(х,у) := - y0 + xcos(x).
4. Определите начальное (точка 0) и конечное значение отрезка интегрирования.
а := 0, b := 12.
5. Укажите число шагов интегрирования.
К := 20.
6. Вычислите численное решение уравнения при помощи функции rkfixed.
Z:=rkfixed(y,a,b,K,T).
Рис. 18.7. Графики численного и точного решения дифференциального уравнения
Результат вычислений матрица Z с двумя столбцами, первый из которых содержит значения независимой переменной, а второй соответствующие значения функции.
10. Измените число шагов, на которые делится отрезок интегрирования, и исследуйте, как изменяется результат расчета при уменьшении и увеличении этого параметра.
Мы научились численно решать дифференциальные уравнения первого порядка с помощью программы MathCad. Использованный метод без изменений переносится на системы, содержащие два или большее число дифференциальных уравнений. Увеличение величины шага интегрирования ускоряет получение результата, но снижает его точность. При слишком большой величине шага результат расчетов может вообще не соответствовать реальному решению.
Размещение собственных материалов в Интернете включает два этапа: подготовку материалов и их публикацию. Подготовка материалов состоит в создании документов, имеющих формат, принятый в Интернете, то есть, Web-страниц, написанных на языке HTML Публикация материалов, то есть открытие к ним доступа, осуществляется после решения организационных вопросов, связанных с получением дискового пространства на Web-сервере для их размещения.
Автономные Web-документы используют язык HTML (HyperText Markup Language язык разметки гипертекста). Гипертекст, то есть расширенный текст, включает дополнительные элементы: иллюстрации, ссылки, вставные объекты. Пояразметкой понимается использование специальных кодов, легко отделяемых от смыслового содержания документа и используемых для реализации гипертекста. Применение этих кодов подчиняется строгим правилам, определяемым спецификацией языка HTML.
Особенность описания документа средствами языка HTML связана с принципиальной невозможностью достижения абсолютной точности воспроизведения исходного документа. Предполагается, что документ будет широко доступен в Интернете, и поэтому неизвестно, как будет организовано его воспроизведение. Документ может быть представлен на графическом экране, выведен в чисто текстовом виде или просто «прочитан» программой синтеза речи. Разметка HTML во всех этих случаях должна быть принята во внимание. Поэтому язык HTML предназначен не для форматирования документа, а для его функциональной разметки. Например, документы обычно начинаются с заголовков. Свойство части документа «быть заголовком» это не особенность форматирования документа, а характеристика его содержания. Конкретное средство отображения документа (броузер) выбирает свой способ представления части документа, описанной как заголовок.
Управляющие конструкции языка HTML называются тегами и вставляются непосредственно в текст документа. Все теги заключаются в угловые скобки <...>.
Сразу после открывающей скобки помещается ключевое слово, определяющее тег, например <DIV>. Тега HTML бывают парными, и непарными. Непарные теги оказывают воздействие на весь документ или определяют разовый эффект в месте своего появления. При использовании парных тегов в документ добавляются открывающий и закрывающий теги, которые воздействуют на часть документа, заключенную между ними. Закрывающий тег отличается от открывающего наличием символа «/» (косая черта) перед ключевым словом (</DIV>). Закрытие парных тегов выполняется так, чтобы соблюдались правила вложения.
<В><1> На этот текст воздействуют два тега </1></В>
Эффект применения тега может видоизменяться путем добавления атрибутов. В парных тегах атрибуты добавляются только к открывающему тегу. Атрибуты представляют собой дополнительные ключевые слова, отделяемые от ключевого слова, определяющего тег, и от других атрибутов пробелами и размещаемые до завершающего тег символа «>». Способ применения некоторых атрибутов требует указания значения атрибута. Значение атрибута отделяется от ключевого слова атрибута символом «=» (знак равенства) и заключается в кавычки.
<Н1 ALiGN="LEFT">
Определение HTML как языка разметки основывается на том, что при удалении из документа всех тегов получается текстовый документ, совершенно эквивалентный по содержанию исходному гипертекстовому документу. Таким образом, при отображении документа HTML сами теги не отображаются, но влияют на способ отображения остальной части документа.
Если говорить о создании документов HTML, то можно представить себе два способа их формирования. Первый состоит в разметке существующего (или создаваемого) документа вручную. При этом автор или редактор добавляет в документ теги разметки. Эту работу можно выполнять в текстовом редакторе или редакторе HTML, имеющем специальные элементы управления для упрощения ввода тегов. В обоих этих случаях работа ведется средствами языка HTML, и человек, выполняющий эту работу, должен знать и уметь применять этот язык.
Принципы другого подхода можно понять на основе изучения работы текстовых процессоров. Информацию о форматировании документа также можно рассматривать как «разметку», добавляемую в форматируемый документ. Однако для использования текстового процессора не требуется никаких знаний о формате документа и «языке разметки»: изменения, отображаемые на экране, вносятся в документ автоматически. Такой принцип соответствия экранного изображения реальному получил название WYSIWYG (от английского What You See Is What You Get Что видите, то и получаете). Простейший редактор WYSIWYG для языка HTML, FrontPage Express, входит в состав операционной системы Windows 98.
Первый способ позволяет создавать более универсальные, более качественные и более разнообразные документы. Второй способ проще освоить, так как он не требует знания языка HTML. Однако в этом случае используются средства форматирования вместо средств описания, что может иногда приводить к нежелательным последствиям.
Процесс создания Web-документов сродни программированию и так же подвержен ошибкам. Независимо от того, каким способом создается документ, следует регулярно проверять его соответствие замыслу, просматривая его в различных броузерах. Для художественной оценки получающейся страницы следует обратиться к независимому мнению.
19.2. Применение языка HTML
Структура документа HTML
Все документы HTML имеют одну и ту же структуру, определяемую фиксированным набором тегов структуры. Документ HTML всегда должен начинаться с тега <HTML> и заканчиваться соответствующим закрывающим тегом (</HTML>). Внутри документа выделяются два основных раздела: раздел заголовков и тело документа, идущие именно в таком порядке. Раздел заголовков содержит информацию, описывающую документ в целом, и ограничивается тегами <HEAD> и </HEAD>. В частности, раздел заголовков должен содержать общий заголовок документа, ограниченный парным тегом <TITLE>.
Основное содержание размещается в теле документа, которое ограничивается парным тегом <BODY>. Строго говоря, положение структурных тегов в документе нетрудно определить, далее если они опущены. Поэтому стандарт языка HTML требует только наличия тега <Т1Т1Е> (и, соответственно, </TITLE>). Тем не менее, при создании документа HTML опускать структурные теги не рекомендуется.
Простейший правильный документ HTML, содержащий все теги, определяющие структуру, может выглядеть следующим образом:
<HTML>
<НЕАD><Т1Т1Е>Заголовок документа</NINLE></НЕАD>
<BODY>
Текст документа
</BODY>
</HTML>
Элементы HTML
Для парных тегов область влияния определяется частью документа между открывающим и закрывающим тегом. Такую часть документа рассматривают как элемент языка HTML. Так, можно говорить об «элементе BODY», включающем тег <BODY>, основное содержание документа и закрывающий тег </BODY>. Весь документ HTML можно рассматривать как «элемент HTML». Для непарных тегов элемент совпадает с тегом, который его определяет.
Большинство элементов языка HTML описывает части содержания документа и помещается между тегами <BODY> и </BODY>, то есть, внутрь структурного элемента BODY. Такие элементы делят на блочные и текстовые. Блочные элементы относятся к частям текста уровня абзаца. Текстовые элементы описывают свойства отдельных фраз и еще более мелких частей текста.
Теперь можно сформулировать правила вложения элементов.
Элементы не должны пересекаться. Другими словами, если открывающий тег располагается внутри элемента, то и соответствующий закрывающий тег должен располагаться внутри этого же элемента.
Блочные элементы могут содержать вложенные блочные и текстовые элементы,
Текстовые элементы могут содержать вложенные текстовые элементы,
Текстовые элементы не могут содержать вложенные блочные элементы.
Строго говоря, все правила языка HTML можно рассматривать исключительно как «пожелания». Средство, используемое для отображения Web-документа, сделает все возможное, чтобы истолковать разметку наиболее разумным образом. Тем не менее, гарантию правильного воспроизведения документа дает только неукоснительное следование требованиям спецификации языка.
Функциональные блочные элементы
В большинстве документов основными функциональными элементами являются заголовки и абзацы (рис. 19.1). Язык HTML поддерживает шесть уровней заголовков. Они задаются при помощи парных тегов от <Н1 > до <Н6>. При отображении Web-документа на экране компьютера эти элементы показываются яри помощи шрифтов разного размера.
Рис. 19.1. Форматирование заголовков и абзацев при отображении
Web-страницы, в окне броузера
Обычные абзацы задаются с помощью парного тега <Р>. Язык HTML не содержит средств для создания абзацного отступа («красной строки»), поэтому при отображении на экране компьютера абзацы разделяются пустой строкой. Закрывающий тег </Р> рассматривается как необязательный. Подразумевается, что он стоит перед тегом, который задает начало очередного абзаца документа. Например:
<Н1>Заголовок</Н1>
<Р>Первый абзац <Р> Второй абзац
<Н2>Заголовок второго уровня </Н2>
Следствием наличия специального тега, определяющего абзац, является тот факт, что обычного символа конца строки, вводимого по нажатию клавиши ENTER, для создания абзацного отступа недостаточно. Язык HTML рассматривает символы конца строки и пробелы особым образом. Любая последовательность, состоящая только из пробелов и символов конца строки, при отображении документа рассматривается как одиночный пробел. Это, в частности, означает, что символ конца строки даже не осуществляет перехода на новую строку (для этой цели используется текстовый элемент, задаваемый непарным тегом <BR>).
В качестве ограничителя абзацев может также использоваться горизонтальная линейка. Этот элемент задается непарным тегом <HR>. При отображении документа на экране линейка разделяет части текста друг от друга. Ее длина и толщина задаются атрибутами тега <HR>.
<HR ALIGN="RIGHT" SIZE="10" WIDTH="50%">
Этот тег создает горизонтальную линейку шириной в 10 пикселов, занимающую половину ширины окна и расположенную справа.
Гипертекстовые ссылки
Гипертекстовая ссылка (рис. 19.2) является фрагментом текста документа и потому задается текстовым элементом, определяемым при помощи парного тега <А>. Этот элемент содержит обязательный атрибут, который не может быть опущен. В данном случае обязательным является атрибут HREF= (знак равенства показывает, что необходимо задать значение этого атрибута).
В качестве значения атрибута используется адрес URL документа, на который указывает ссылка. Она может указывать на произвольный документ, располагающийся на любом общедоступном узле сети (Web-узел, архив FTP и прочие). Например, открывающий тег ссылки может иметь вид <А HREF="http://www.site.com/index.htm">.
Адрес URL может быть задан в абсолютной форме, то есть начинаться с указания протокола и адреса Web-узла. Такая запись адреса используется, когда необходимо направить посетителя на другой Web-узел, и рассматривается как внешняя ссылка. При использовании относительного адреса в ссылке задается только относительный путь поиска для документа. В этом случае предполагается использование того же протокола и того же Web-узла, а ссылка рассматривается как внутренняя. Внутренняя ссылка сохраняет свою работоспособность в случае изменения адреса Web-узла как целого (например, в результате его переноса на другой сервер), поэтому при потенциальной возможности такого события следует отказываться от полного задания адресов в гиперссылках.
Гиперссылки можно использовать для ссылки на мультимедийные файлы. Это удобно, так как в этом случае не приходится ждать загрузки мультимедийных файлов при работе с данной страницей. Если же требуется интегрирование объектов мультимедиа в Web-страницу, используют парный тег <OBJECT> или нестандартный непарный тег <EMBED>, который тоже поддерживается наиболее распространенными броузерами.
Рис. 19.2. На Web-странице гипертекстовые ссылки выделяются цветом
и подчеркиванием
Полный формат гиперссылки включает возможность ссылки на определенное место внутри страницы. Но это можно сделать для страниц собственной разработки, пометив соответствующее место при помощи якоря. Якорь задается также при помощи парного тега <А>, но в роли обязательного выступает атрибут NAME=. Значение этого атрибута произвольная последовательность латинских букв и цифр (пробелы недопустимы), рассматриваемая как имя якоря. Для ссылки на якорь его имя указывается в конце адреса URL после символа «#».
<А HREF="http://www.site.com/index.htm#address">
Web-графика
Графические иллюстрации в большинстве случаев являются неотъемлемой частью Web-документов. Сегодня графические элементы Web-страниц используют два основных формата GIF и JPEG (новый формат PNG пока еще нельзя считать общепринятым). Все графические броузеры, предназначенные для отображения Web-страниц на экране компьютера, способны распознавать и отображать файлы этих форматов.
Для подготовки изображений можно использовать любой графический редактор, например стандартное приложение Paint (в Windows 98), которое позволяет сохранять файлы в этих форматах.
Файлы формата GIF (Graphic Interchange Format) имеют расширение .GIF. Изображения в этом формате содержат 256 цветов, заданных индексной палитрой. Файл упакован и может занимать значительно меньше места, чем неупакованный растровый рисунок (например, в формате .BMP).
Спецификация формата GIF89a позволяет создавать файлы .GIF, обладающие специальными возможностями.
Один из цветов изображения может быть объявлен прозрачным. Это означает, что в соответствующих местах сквозь него будет проглядывать фон Web-страницы, что позволяет задать не только прямоугольную форму рисунка, но и делает его более естественным.
Чересстрочные 'изображения при их приеме из Интернета прорисовываются постепенно, вначале грубо, а затем все более и более четко. Это «скрадывает» время, необходимое на их загрузку из Интернета, особенно при приеме информации по медленным линиям.
Gil<-анимация превращает обычный рисунок в небольшой видеоролик. В стандартном файле с расширением .GIF хранится набор кадров, а также сценарий их отображения.
Для создания файлов .GIF, использующих эти расширенные возможности, необходим графический редактор, более мощный, чем программа Paint. Для создания GIF-анимации используют специальные средства.
Файлы формата/РЖС (Joint Photographic Expert Group по названию группы исследователей, предложившей этот формат, читается «джей-пег») могут иметь расширение JPEG или JPG, Формат предназначен для хранения фотографических изображений, использующих 24-разрядный цвет. При конвертировании в формат JPEG происходит потеря части информации, приводящая к некоторому ухудшению качества изображения, обычно незаметному на глаз.
При выборе формата изображения в первую очередь принимают во внимание объем получающегося файла и во вторую качество изображения. При загрузке Web-документа львиную долю времени занимает именно загрузка иллюстраций, так что приветствуется любая экономия. При выборе формата рекомендуется создать два файла: в формате GIF тя. в формате JPEG с минимально приемлемым качеством, после чего выбрать вариант, имеющий меньший объем.
Рисунки хранятся на Web-узлах в отдельных файлах, но отображаются как элементы Web-страниц. Для вставки рисунка используется текстовый элемент, задаваемый непарным тегом <IMG>. Тег <IMG> должен содержать обязательный атрибут SRC=, задающий адрес URL файла с изображением в относительной или абсолютной форме.
<IMG SRC="picture1 .gif">
При отображении рисунка броузер по умолчанию использует его реальные размеры. Если рисунок необходимо отмасштабировать, применяют атрибуты WIDTH= и HEIGHT=, задающие ширину и высоту рисунка (в пикселах), соответственно. Если эти параметры заданы, то броузер может определить, какое место надо выделить для отображения рисунка, еще до того, как рисунок загружен. Это несколько ускоряет отображение загружаемой страницы, так что удобно задавать эти атрибуты всегда.
<IMG SRC="picture2.jpg" WIDTH="100" HEIGHT="40">
Внешний вид Web-страницы зависит от того, как именно рисунок располагается на ней. Так как рисунок задается как текстовый элемент, находящийся внутри какого-то абзаца, по умолчанию он рассматривается как встроенное изображение, включаемое в строку текста. Чтобы изображение отображалось автономно, его включают в отдельный абзац.
Для изображения, которое действительно включено в строку, можно задать режим взаимодействия с текстом с помощью атрибута ALIGN=.
<IMG SRC="picture3.gif" ALIGN="BOTTOM">) Этот атрибут может принимать три значения:
· если задано ALIGN="BOTTOM", то нижняя граница изображения совмещается с основанием текстовой строки;
• если задано ALIGN="MIDDLE", то середина изображения совмещается с серединой текстовой строки;
· если задано ALIGN="TOP", то верхняя граница изображения выравнивается по верхнему обрезу текстовой строки.
Однако более предпочтительно использование «плавающего» изображения, обтекаемого текстом, что также достигается использованием атрибута ALIGN=:
• если задано ALIGN="LEFT", то изображение размещается у левого края страницы, а последующий текст размещается справа от него;
· если задано ALIGN="RIGHT", то изображение размещается у правого края страницы, а последующий текст размещается слева от него.
В этом случае рекомендуется помещать тег <IMG> в самое начало соответствующего абзаца.
Однако нормальный режим обтекания требует, чтобы между текстом и изображением оставался некоторый промежуток (рис. 19.3). Задать величину этого промежутка можно при помощи атрибутов HSPACE= (по горизонтали) и VSPACE'= (по вертикали). Размеры задаются в пикселах.
Создавая иллюстрированные страницы, не следует забывать, что не все смогут увидеть эти иллюстрации. Читателей, не имеющих адекватного средства просмотра, можно ознакомить с содержанием иллюстраций при помощи альтернативного текста. Альтернативный текст задается как значение атрибута ALT= и отображается вместо картинки, если она по каким-то причинам не может быть выведена.
Так как изображение задается как текстовый элемент, оно может быть помещено внутрь другого текстового элемента, например, задающего гиперссылку (тег <А>). В этом случае изображение становится изображением-ссылкой. При отображении документа на экране компьютера такое изображение отличается синей рамкой и изменением формы указателя при наведении.
Еще один способ применения изображений на Web-страницах состоит в использовании их в качестве фонового рисунка. При отображении документа, содержащего фоновый рисунок, на компьютере рабочая область окна заполняется этим рисунком последовательно (как паркетом), считая от верхнего левого угла документа или окна (рис. 19.4). Фоновый рисунок задается с помощью атрибута BACKGROUND= в теге <BODY>. Значением этого атрибута должен быть абсолютный или относительный адрес URL для файла с изображением.
<BODY BACKGROUND="waves.gif" TEXT="YELLOW">
Рис. 19.3. Изображение в тексте, выровненное по левому полю
Форматирование текста
Управление форматированием текста не является основной задачей языка HTML, и поэтому текстовые элементы, выполняющие эту задачу, начиная с версии HTML 4.0 рассматриваются как устаревшие, и их использование не рекомендуется. Однако пока еще они являются наиболее удобным способом управления представлением документа на экране компьютера.
Парный тег <FONT> позволяет управлять параметрами шрифта. Он должен обязательно содержать хотя бы один из трех атрибутов: COLOR=, FACE= или SIZE=.
<FONTSIZE="6">
Атрибут COLOR= задает цвет текста, который может быть задан текстовым значением (например, COLOR="GREEN") или шестнадцатиричным кодом, в котором последовательные байты задают значения красной, зеленой и синей составляющих цвета (COLOR="#00FF00" дает тот же результат, что и COLOR="GREEN"). Атрибут FACE= задает гарнитуру шрифта. Значение этого атрибута сравнивается с именами шрифтов, которые установлены на компьютере. Атрибут SIZE= определяет размер шрифта в относительных единицах (от 1 до 7). Для этого атрибута можно определять значение со знаком (плюс или минус), которое определяет увеличение или уменьшение шрифта относительно текущего размера.
Параметры шрифта, используемые в документе по умолчанию, задают с помощью непарного тега <BASEFONT>, который помещают один раз внутри элемента BODY. Он может использовать те же атрибуты, что и тег <FONT>.
Начертание символов задается при помощи парных тегов <В> (полужирный шрифт), <1> (курсив), <U> (подчеркнутый текст) <S> (вычеркнутый текст). Их использование не рекомендуется. Вместо них следует применять элементы фразы, описывающие функциональные особенности текста, например вместо
<В>Обратите внимание!</В> лучше написать
<STRONG>братитевнимание!</5ТРОМС>
Так, парный тег <СIТЕ> предназначен для отображения цитат (выводятся курсивом). Парные теги <ЕМ> (выделение) и <STRONG> (сильное выделение) являются функциональными аналогами курсивного и полужирного начертаний. Кроме того, язык HTML содержит набор элементов для описания работы компьютерных программ. Для этой цели используют парные теги <CODE> (исходный текст программы), <KBD> (текст, вводимый с клавиатуры), <SAMP> (пример вывода программы) и <VAR> (программные переменные). Для вывода соответствующих элементов используется моноширинный шрифт. Кроме того, переменные выводятся курсивом, а клавиатурный ввод (в некоторых броузерах) полужирным шрифтом.
Списки
Язык HTML поддерживает пять видов списков, из которых два (списки меню и списки каталогов) считаются устаревшими и не рекомендуются к применению. Оставшиеся три типа это упорядоченные списки, неупорядоченные списки и списки определений. Все списки представляют собой блочные элементы.
Упорядоченные (нумерованные) и неупорядоченные (маркированные) списки, примеры которых приведены на рис. 19.5, оформляются одинаково. Они создаются при помощи парных тегов: <OL> для упорядоченного списка и <UL> для неупорядоченного. Эти списки могут содержать только элементы списка, определяемые парным тегом <LI>. Закрывающий тег </LI> можно опускать, так как его местонахождение легко восстановить. Открывающие теги могут содержать атрибуты, определяющие вид маркера (для неупорядоченного списка), способ и последовательность нумерации (для упорядоченного). Разрешается вложение списков друг в друга.
Рис. 19.5. Создание маркированных и нумерованных списков
Спиисок определений задается парным тегом <DL>. Он содержит элементы двух типов: определяемые термины (парный тег <DT>) и определения (парный тег <DD>).
грывающие теги </DT> и </DD> можно опускать. Обычно определяемые термины и определения чередуют, хотя это нигде не оговорено. Определения отображаются на экране с отступом от левого края. Такой список может быть сформирован следующим образом:
<DL>
<ОТ>Поршень
<00>Сплошной цилиндр или диск, который плотно входит внутрь полого цилиндра
</DL>
Таблицы
Таблицы удобны для представления больших объемов данных, а многие Web-дизайнеры используют их также для точного размещения элементов Web-страниц. Таблица в языке HTML задается при помощи парного тега <TABLE>. Она может содержать заголовок таблицы, определяемый парным тегом < CAPTION >, и строки таблицы, задаваемые при помощи парных тегов <TR>. Закрывающие теги </TR> можно опускать.
Каждая строка таблицы содержит ячейки таблицы, которые могут относиться к двум разным типам. Ячейки в заголовках столбцов и строк задают парным тегом <TH>. А обычные ячейки парным тегом <TD>. Закрывающие теги <,ТН> и </TD> можно опускать. Например, «пустая» таблица с двумя строками и двумя столбцами может быть задана следующим образом:
<ТАВLЕ>
<САРТION>Пустаятаблица</САРТЮМ>
<TR><TD><TD>
<TR><TD><TD>
</TABLE>
Каждая ячейка может содержать произвольный текст, а также любые теги HTML, допустимые в «теле» документа. В частности, ячейка таблицы может содержать вложенную таблицу или изображение.
При отображении таблицы на экране компьютера происходит ее автоформатирование с подбором размеров ячеек в соответствии с объемом размещаемой информации и заданными атрибутами. Атрибуты элементов позволяют как угодно причудливо оформить таблицу по своему вкусу. В таблице 19.1 приведена краткая сводка допустимых атрибутов.
Таблица 19.1.
Атрибуты элементов, используемых при создании таблицы
Атрибут |
Элемент |
Назначение |
ALIGN= |
Таблица, заголовок, строка, ячейка |
Выравнивание таблицы по горизонтали; выравнивание данных по горизонтали; размещение заголовка над или под таблицей |
VALIGN= |
Строка, ячейка |
Выравнивание по вертикали |
WIDTH= |
Таблица, ячейка |
Ширина |
HEIGHT= |
Ячейка |
Высота |
COLSPAN= |
Ячейка |
Протяженность в несколько столбцов |
ROWSPAN= |
Ячейка |
Протяженность в несколько строк |
BGCOLOR= |
Таблица, ячейка |
Цвет фона |
CELLSPACING= |
Таблица |
Зазор между ячейками |
CELLPADDING= |
Таблица |
Зазор между содержимым ячейки и ее границей |
BORDER= |
Таблица |
Отображение границ ячеек и внешней рамки таблицы |
Отображение нескольких документов
Язык HTML позволяет в рамках одной Web-страницы отобразить несколько документов. Для этого страница должна быть разбита на несколько областей фреймов. Разбиение страницы описывается документом HTML особого рода, структура которого отличается от обычной. Тело документа заменяется описанием фреймов, задаваемым парным тегом <FRAMESET>. Элемент BODY в таком документе должен отсутствовать, а при наличии игнорируется броузером.
Открывающий тег <FRAMESET> должен содержать обязательный атрибут COLS= или ROWS=, определяющий способ разбиения окна. В первом случае окно разбивается вертикальными линиями, во втором горизонтальными. Если заданы оба атрибута, создается сетка фреймов. Значение любого из этих атрибутов это перечисленные через запятую размеры отдельных фреймов.
<FRAMESET COLS="60%, 40%">
Значения могут быть заданы в пикселах или в процентах от ширины окна. Последняя область может быть определена с помощью символа «*», что означает, что ей выделяется все оставшееся пространство.
<FRAMESET ROWS="40%, 40%,*">
Между тегами <FRAMESET> и </FRAMESET> должно располагаться ровно столько элементов, сколько областей создано с помощью атрибутов COLS= и ROWS=. При этом могут использоваться дополнительные элементы FRAMESET, описывающие дальнейшее разбиение на подобласти еще меньшего размера, или непарные теги <FRAME>, определяющие способ использования области.
Тег <FRAME> должен содержать обязательный атрибут SRC=, с помощью которого указывается, какой документ первоначально загружается в соответствующую область. Значение этого атрибута абсолютный или относительный адрес URL нужного документа.
Среди прочих атрибутов выделяется атрибут NAME=, позволяющий задать «имя» созданной области в виде последовательности латинских букв и цифр, использованной как значение этого атрибута.
<FRAME SRC="text.htm" NAME="left">
Это имя можно использовать, чтобы загружать новые документы в ранее созданную область. Для этого в тег <А>, определяющий гиперссылку, необходимо добавить атрибут TARGET=, значение которого совпадает с ранее определенным именем области. При переходе по данной гиперссылке новый документ загрузится в указанный фрейм.
Например, предположим, что начальная страница Web-узла состоит из двух фреймов: слева располагается навигационная панель, а справа текущая страница. Если правой области присвоено имя, используемое во всех ссылках, имеющихся в левой области, то щелчок на любой ссылке навигационной панели приведет к обновлению информации в соседней области, оставляя навигационную панель без изменений.
Интерактивные Web-страницы
Web-страницы являются интерактивными по самой своей природе, связанной с использованием гиперссылок. Но это пассивная интерактивность, жестко заданная в рамках структуры Web-узла. Подлинная интерактивность, позволяющая получать от посетителей Web-страницы произвольные данные, достигается путем использования форм.
Форма на Web-странице представляет собой лишь набор полей, которые можно также рассматривать как элементы управления (рис. 19.7). Посетитель в процессе работы с Web-страницей заполняет форму, после чего отправляет ее. Далее поступившие данные обычно передают специальной программе, предназначенной для ее обработки (программе или сценарию CGI).
Форма это блочный элемент, описываемый парным тегом <FORM>. Теги, задающие поля формы, можно использовать только внутри этого элемента. Открывающий тег <FORM> определяет способ обработки формы при помощи нескольких атрибутов. Атрибут METHOD= определяет способ передачи представленных пользователем данных. Он может иметь два значения. Значение "GET" указывает, что данные будут переданы программе (или сценарию) CGI. В этом случае атрибут ACTION= содержит адрес URL этой программы. Если указано METHOD="POST", то данные, введенные пользователем, отправляются по электронной почте. Атрибут ACTION= в этом случае должен содержать нужный адрес электронной почты с указанием протокола mailto:. Кроме этих, можно также указать атрибут ENCTYPE=, значение которого определяет тип MIME для отправки информации по электронной почте. По умолчанию используется значение application/x-www-form-urlencoded, но, если форма предназначена для обработки вручную, лучше использовать тип MIME text/plain.
Рис. 19.7. Пример формы на Web-странице
Внутри элемента формы располагаются поля формы. Они задаются при помощи различных тегов. Вот те, которые используются чаще всего.
· Непарный тег <INPUT> позволяет создавать различные элементы управления, в том числе текстовые поля и командные кнопки.
· Парный тег <TEXTAREA> определяет текстовые области.
· Парный тег <SELECT> позволяет создавать обычные и раскрывающиеся списки. Отдельные пункты задаются при помощи парного тега «DPTION >, который допустим только внутри данного элемента (закрывающий тег </OPTION> можно опускать).
Тег <INPUT> должен содержать обязательный атрибут TYPE=, определяющий конкретный тип элемента управления. Вот основные возможные значения этого атрибута:
• "TEXT" создается текстовое поле;
· "PASSWD" создается текстовое поле, но вводимая информация не отображается на экране («текстовое поле для ввода пароля»);
· "CHECKBOX" • создается флажок, который может быть установлен или сброшен;
· "RADIO" создается переключатель (из группы переключателей может быть включен только один);
"SUBMIT" создается кнопка отправки формы;
"IMAGE" создается графическая кнопка отправки;
· "RESET" создается кнопка очистки формы, щелчок на которой возвращает форму к ее исходному состоянию;
Организация передачи данных, введенных в форму, осуществляется следующим образом. Каждый из тегов, задающих поля формы, должен иметь атрибуты NAME= и VALUE-. Атрибут NAME= определяет имя поля формы, атрибут VALUE= значение поля. Для текстового поля и текстовой области атрибут VALUE= приобретает значение, соответствующее содержимому этого поля, заданному пользователем. Для элемента SELECT атрибут VALUE= соответствует содержимому выбранного элемента OPTION. Все переключатели одной группы должны иметь одинаковые значения атрибута NAME= и разные значения атрибута VALUE=.
По щелчку на кнопке отправки данные из формы передаются в виде пар текущих значений атрибутов NAME= и VALUE=, соединенных знаком равенства. Информация о флажке передается только в том случае, если он установлен. Если атрибуты NAME= и VALUE= определены для использованной кнопки отправки, соответствующие данные также передаются (это позволяет включать в форму несколько кнопок отправки). Данные, поступающие в таком виде, удобны как для ручной, так и для автоматической обработки.
Создавая формы, следует иметь в виду, что информацию, передаваемую по электронной почте, нельзя считать конфиденциальной. Большинство броузеров может предупредить пользователя о возможности постороннего доступа к передаваемой информации. Эту особенность надо учитывать как при создании Web-страниц, содержащих формы, так и при заполнении форм на Web-страницах, встретившихся в Интернете.
Начиная работу в редакторе FrontPage Express, следует отдавать себе отчет, что в результате его применения получается документ HTML, построенный по тем же правилам, что и создаваемый вручную. Этот факт сразу же определяет возможности и ограничения в работе этого редактора.
· Все функции редактора FrontPage Express однозначно реализуются тегами HTML.
· Редактор FrontPage Express не имеет средств, которые нельзя было бы представить в виде тегов HTML.
· Пользователь обычно не знает, какие именно средства HTML используются для достижения заданного эффекта и насколько корректно они применяются.
Редактор FrontPage Express «ориентирован» на применение обозревателя Internet Explorer, так что создаваемый им код HTML наиболее адекватно отображается именно в этом броузере. В частности, FrontPage Express позволяет использовать «бегущую строку», средство, которое не входит в стандарт HTML, но поддерживается Internet Explorer. Из числа стандартных средств HTML редактор FrontPage Express не поддерживает фреймы (точнее говоря, создание документов описания фреймов).
Создание и редактирование документа
Окно программы FrontPage Express (рис. 19.8) представляет собой комбинацию окна редактора и окна броузера. Документ HTML отображается редактором, как специфическим броузером, отображающим даже обычно невидимые элементы (такие как якоря). В то же время, этот текст можно редактировать средствами, аналогичными имеющимся в текстовом процессоре.
Рис. 19.8. Окно Web-редактора FrontPage Express
В качестве основного средства форматирования используется Панель инструментов форматирования. Она содержит:
· раскрывающийся список Изменение стиля, позволяющий выбрать стиль оформления абзаца (соответствующий стандартным функциональным элементам HTML);
· раскрывающийся список Изменение шрифта, позволяющий выбрать гарнитуру шрифта (наличие такого же шрифта в ходе просмотра документа через Интернет не гарантируется);
· кнопки увеличения и уменьшения размера текста (в относительных единицах HTML);
· кнопки выбора начертания;
· кнопки выбора выравнивания текста (с помощью атрибута ALIGN=в теге абзаца < Р>);
· кнопки создания маркированных (неупорядоченных) и нумерованных (упорядоченных) списков;
· кнопки задания отступа текста (на основе некорректного использования элементов HTML).
Дополнительные элементы форматирования, не вынесенные на панель инструментов, задаются в отдельных диалоговых окнах. Их можно открыть, например, с помощью команд Формат > Шрифт и Формат > Список.
Для создания гиперссылки надо выделить фрагмент текста, который будет использоваться как ссылка, и дать команду Вставка > Гиперссылка. В открывшемся диалоговом окне Создать гиперссылку выбирают вкладку WWW для создания внешней ссылки, вкладку Открыть страницы для создания ссылки на другую страницу своего узла (используется относительный адрес) и вкладку Новая страница для одновременного создания ссылки и соответствующего документа, который немедленно открывается для редактирования.
Поле Кадр назначения служит для указания имени фрейма, в котором будет открываться страница, а поле Закладка для указания якоря, который при этом используется.
Созданная гиперссылка отображается в окне программы FrontPage Express так же, как и в окне броузера: синим цветом и с подчеркиванием. Чтобы проверить работоспособность ссылки, следует щелкнуть на ней правой кнопкой мыши и выбрать в контекстном меню команду Перейти по ссылке.
Таблицы и формы невозможно создать только форматированием. Чтобы создать таблицу, используют команду Таблица > Вставить таблицу. В открывшемся диалоговом окне указывают размер таблицы (в ячейках), а также дополнительные параметры, реализуемые как атрибуты соответствующих тегов. Чтобы занести информацию в таблицу, следует установить курсор в нужную ячейку и начать ввод. При работе с ячейками таблицы можно применять любые команды форматирования.
Специальной команды создания формы редактор FrontPage Express не имеет. Однако при добавлении поля формы (через меню Вставка > Поле формы) создается и форма, включающая это поле. При добавлении последующих полей следует следить за тем, чтобы они включались в ту же самую форму.
В языке HTML свойства элемента задаются атрибутами тега. Редактор FrontPage Express обеспечивает их задание с помощью специальных диалоговых окон. Чтобы открыть такое диалоговое окно, следует щелкнуть на редактируемом элементе правой кнопкой мыши. В нижней части контекстного меню располагаются команды, относящиеся к элементам документа, рассматриваемым редактором как открытые. Порядок следования команд соответствует порядку вложения элементов. Выбор одной из этих команд приводит к открытию диалогового окна свойств соответствующего элемента. Элементы управления в этом диалоговом окне соответствуют атрибутам открывающего тега для выбранного элемента.
Дополнительные объекты вставляются в редактируемый документ при помощи меню Вставка. Например, для вставки изображения используется команда Вставка > Изображение. Если в диалоговом окне Изображение щелкнуть на кнопке Обзор, можно выбрать файл с изображением. В ходе создания документа различные графические форматы автоматически преобразуются в форматы GIF к JPEG. Сохранение преобразованного файла осуществляется при сохранении документа.
Другие элементы, которые можно разместить на странице, это:
горизонтальная линейка (Вставка > Горизонтальная линия);
« видеозапись (Вставка > Видеозапись);
фоновое звуковое сопровождение (Вставка > Фоновый звук);
• «бегущая строка» (Вставка > Бегущая строка, этот элемент воспроизводится только обозревателем Internet Explorer).
Ограниченность возможностей редактирования при помощи FrontPage Express иногда приводит к необходимости вмешательства непосредственно в создаваемый код HTML. Это можно осуществить двумя способами. Во-первых, можно дать команду Вставка > Разметка HTML. В этом случае открывается диалоговое окно Разметка HTML, в котором можно вводить произвольный текст с разметкой. Редактор FrontPage Express маркирует его особым способом и отображает в виде небольшого значка. Чтобы увидеть результат применения этой разметки, надо открыть документ с помощью броузера.
Второй способ заключается в открытии окна просмотра генерируемого кода при помощи команды Вид > HTML При этом открывается диалоговое окно Просмотр или правка HTML, в котором отображается код HTML, сгенерированный программой FrontPage Express (рис. 19.9). Цветная маркировка позволяет немедленно увидеть ключевые слова тегов (изображены фиолетовым цветом), атрибуты (красным) и значения атрибутов (синим). Этот код можно редактировать вручную, однако после щелчка на кнопке ОК редактор проанализирует внесенные изменения и откорректирует полученный документ в соответствии с собственным внутренним стандартом.
Применение мастеров и шаблонов
Для упрощения и автоматизации создания Web-страниц редактор FrontPage Express позволяет использовать мастера и шаблоны. Для этого надо создать новый документ командой Файл > Создать на экране появится диалоговое окно Новая страница. Выбор в списке Шаблон или мастер любого варианта, кроме пункта Нормальная страница, приводит к использованию мастера или шаблона.
При использовании мастера (Мастер персональных основных страниц или Мастер форм) программа задает ряд вопросов и на основании ответов формирует заготовку документа. Результат представляет собой скорее план страницы, чем законченный продукт, и от пользователя требуется наполнение созданных разделов конкретным содержимым.
Рис. 19.9. Просмотр кода, сгенерированного автоматически
Шаблоны (Форма обозрения или Форма подтверждения) представляют собой готовый документ «общего характера». В тех местах, где должен располагаться текст, соответствующий нуждам конкретного пользователя, вместо этого помещен текст, описывающий принципы заполнения соответствующего раздела. Этот текст заменяется в ходе редактирования документа. В начале документа-шаблона имеется комментарий (не отображаемый в обычном броузере), описывающий общие правила заполнения данного шаблона. Сохранение документа, сформированного на основе шаблона, не изменяет сам шаблон, который может использоваться многократно.
Публикация Web-узла (Web-страниц) состоит в размещении документов HTML и всех сопроводительных файлов (изображений, мультимедиа и прочего) на Web-сервере. Если оставить в стороне организационные вопросы (получение места на Web-сервере, оплата и другие), то остаются две основных проблемы.
· Как подготовить документы Web-узла таким образом, чтобы перенос их на Web-сервер не привел к нарушению целостности структуры узла?
· Как произвести копирование файлов на Web-сервер?
Первый вопрос возникает в том случае, если файлы на Web-сервере предполагается разместить в группе тематических каталогов. Он решается так: при работе над Web-документом необходимо воссоздать на своем компьютере структуру папок Web-узла и сразу же размещать документы в соответствующих папках. Во внутренних ссылках следует использовать только относительные адреса документов. Перенос файлов и папок на Web-сервер с сохранением структуры сохраняет работоспособность ссылок и корректность подключения вставных объектов (иллюстраций и мультимедиа). При таком подходе облегчается также обновление Web-узла в целом или его отдельных файлов.
Для копирования нужных документов на Web-сервер можно применять как передачу данных на съемном носителе, так и прямое копирование данных через Интернет. Последний способ полностью автоматизирован и поэтому более надежен. Чтобы воспользоваться им, следует узнать адреса, используемые при отправке файлов (обычно для публикации Web-страниц применяют протокол FTP).
В этом случае для проведения публикации можно использовать Мастер издания Web, входящий в состав Windows 98 (такое название этот мастер получает после установки обозревателя Internet Explorer 5.0). После запуска мастера и щелчка на кнопке Далее требуется указать имя папки или файла, который должен быть отправлен на Web-сервер. При публикации узла в целом следует выбрать папку, используемую в качестве корневой папки узла, и убедиться в том, что флажок Включая вложенные папки установлен.
После щелчка на кнопке Далее следует задать имя Web-сервера. Это имя может быть произвольным оно используется для упрощения последующих отправок данных на тот же сервер. На следующем этапе работы мастера задается метод отправки. При отсутствии информации следует выбрать вариант Автоматический выбор поставщика услуг. Затем задается адрес, используемый при публикации, и локальная папка. Мастер устанавливает соединение с Интернетом и проверяет правильность указанного адреса. После щелчка на кнопке Готово осуществляется передача данных. По ее завершении обновленный Web-узел доступен любым посетителям в Интернете.
Упражнение 19.1. Создание простейшей Web-страницы
Введите следующий документ:
<HTML>
<HEAD> <Т1Т1Е>Заголовок документа</Т1Т1Е>
</HEAD>
<BODY>
Содержание
документа
</BODY> </HTML>
3. Сохраните этот документ под именем first.htm.
Перед сохранением убедитесь, что сброшен флажок Не показывать расширения для зарегистрированных типов файлов (Пуск > Настройка > Свойства папки > Вид). В противном случае редактор Блокнот может автоматически добавить в конец имени расширение .ТХТ.
Дайте команду Файл > Открыть. Щелкните на кнопке Обзор и откройте файл first.htm.
Посмотрите, как отображается этот файл простейший корректный документ HTML. Где отображается содержимое элемента TITLE? Где отображается содержимое элемента BODY?
Как отображаются слова «Содержание» и «документа», введенные в двух отдельных строчках? Почему? Проверьте, что происходит при уменьшении ширины окна.
В этом упражнении мы создали простейший документ HTML Мы познакомились с особенностями форматирования документов HTML и их отображения при помощи обозревателя Internet Explorer.
Упражнение 19.2. Изучение приемов форматирования абзацев
Запустите обозреватель Internet Explorer (Пуск > Программы > Internet Explorer).
В этом упражнении мы создали документ HTML с разметкой абзацев. Мы определили, как влияют теги HTML на отображение соответствующих частей документа.
Упражнение 19.3. Создание гиперссылок
Введите тег: <А HREF="first.htm">.
Запустите обозреватель Internet Explorer (Пуск > Программы > Internet Explorer).
В этом упражнении мы создали документ HTML, содержащий гиперссылки. Мы увидели, как гиперссылки отображаются в документе, и научились пользоватьтся ими.
Упражнение 19.4. Создание изображения и использование
его на Web-странице
Инструментом Кисть нанесите произвольный красный рисунок на зеленый фон.
Сохраните рисунок под именем picl .gif (в формате GIF).
Сохраните документ под именем picture.htm.
Дайте команду Файл > Открыть. Щелкните на кнопке Обзор и откройте файл picture.htm. Посмотрите на получившийся документ, обращая особое внимание на изображение.
В этом упражнении мы научились вставлять изображения в документ. Мы выяснили, как влияют атрибуты тега <IMG> на способ отображения изображения. Мы узнали, как отображаются GIF-изображения, имеющие прозрачный цвет фона.
Упражнение 19.5. Приемы форматирования текста
Введите теги: <Р> <FONT SIZE="-2" FACE="ARIAL" COLOR="GREEN">.
Дайте команду Файл > Открыть. Щелкните на кнопке Обзор и откройте файл format.htm.
Изучите, как использованные элементы HTML влияют на способ отображения текста.
Вернитесь в программу Блокнот и измените документ так, чтобы элементы, задающие форматирование, были вложены друг в друга. Сохраните документ под тем же именем.
Вернитесь в программу Internet Explorer и щелкните на кнопке Обновить на панели инструментов. Посмотрите, как изменился вид страницы.
Мы познакомились с некоторыми элементами языка HTML, которые могут использоваться для форматирования текста документа. Мы выяснили, как эти элементы воздействуют на отображение документа, и узнали, что такие элементы можно вкладывать друг в друга.
Упражнение 19.6. Приемы создания списков
Запустите обозреватель Internet Explorer (Пуск > Программы > Internet Explorer).
10. Вернитесь в программу Блокнот и установите текстовый курсор после окончания введенного списка.
Мы научились создавать списки средствами языка HTML и определять способ их нумерации (маркировки). Мы установили, как выглядят списки при их отображении в обозревателе Internet Explorer. Мы также научились создавать список определений.
Упражнение 19.7. Создание таблиц
Введите тег <TABLE BORDER="10" WIDTH="100%">.
Введите строку:<CAPTION ALIGN="ТОР">Списоктелефонов</САРТION>.
<TR BGCOLOR="YELLOW" ALIGN="CENTER">
<ТН>Фамилия<ТН>Номер телефона
6. Определите последующие строки таблицы, предваряя каждую из их тегом <TR> и помещая содержимое каждой ячейки после тега <TD>.
7. Последнюю строку таблицы задайте следующим образом:
<TRXTD ALIGN="CENTER" COLSPAN="2">Ha первом этаже здания имеется бесплатный телефон-автомат.
Дайте команду Файл > Открыть. Щелкните на кнопке Обзор и откройте файл toble.htm.
Изучите, как созданная таблица отображается в программе Internet Explorer, обращая особое внимание на влияние заданных атрибутов.
Измените ширину окна обозревателя и установите, как при этом изменяется внешний вид таблицы.
Мы познакомились с приемами создания таблиц средствами языка HTML для представления данных. Мы научились создавать таблицы и изменять их вид при помощи атрибутов тегов HTML,
V
ta^
15 мин
Упражнение 19.8. Создание описания фреймов
Введите следующий документ:
<HTML>
<HEAD>
<Т1Т1Е>Описание фреймов</ТITLЕ>
</HEAD>
<FRAMESET ROWS="60%,*">
<FRAME SRC="table.htm">
<FRAMESET COLS="35%,65%" NORESIZE>
<FRAME SRC="first.htm">
<FRAME SRC="links.htm">
</FRAMESET> </HTML>
Запустите обозреватель Internet Explorer (Пуск > Программы > Internet Explorer).
Дайте команду Файл > Открыть. Щелкните на кнопке Обзор и откройте файл frames.htm.
Изучите представление нескольких созданных ранее документов, в отдельных фреймах.
Проверьте, можно ли изменить положение границ фреймов методом перетаскивания при помощи мыши.
9. Щелкните на ссылке, имеющейся в одном из фреймов, и посмотрите, как будет отображен новый документ.
Мы научились отображать в рамках одной Web-страницы несколько документов при помощи фреймов. Мы узнали, как фреймы отображаются обозревателем Internet Explorer. Мы исследовали особенности навигации с помощью гиперссылок по Web-странице, содержащей фреймы.
Упражнение 19.9. Создание Web-документа с помощью
редактора FrontPage Express
Введите в программе FrontPage Express произвольный текст документа.
С помощью панели инструментов форматирования отформатируйте текст по собственному усмотрению.
Для создания таблицы щелкните на кнопке Вставить таблицу на стандартной панели инструментов.
Для добавления иллюстраций используйте кнопку Вставить изображение на стандартной панели инструментов. Иллюстрации возьмите из папки C:\Windows.
Дайте команду Файл > Сохранить, щелкните на кнопке Как файл и задайте имя файла wysiwyg.htm. Подтвердите сохранение изображений, требующих преобразования формата.
Дайте команду Файл > Открыть. Щелкните на кнопке Обзор и откройте файл wysiwyg.htm.
Убедитесь, что созданный документ правильно отображается обозревателем. Обратите внимание на наличие отличий вида документа при отображении в обозревателе и в программе FrontPage Express.
13. Оцените качество получившегося кода HTML.
В Мы научились использовать редактор FrontPage Express для создания Web-документов. Мы узнали, как с его помощью форматируюттекст документа, создаюттаблицы и вставляют изображения. Мы исследовали полученный при этом код HTML.
Задание 19.1. Исследование методов создания
абзацного отступа в документах HTML
Язык HTML не содержит «официальных» средств для создания абзацных отступов. Все броузеры, предназначенные для вывода текста на экран компьютера, выводят текст без отступа, вставляя пустую строку между отдельными абзацами. Создание абзацного отступа, таким образом, требует использования специальных приемов.
Комбинации символов, начинающиеся со знака «&» (амперсанд) и заканчивающиеся точкой с запятой, служат в языке HTML для задания символов, которые отсутствуют на клавиатуре или не могут включаться в текст документа согласно спецификации языка HTML (например, «<»). Комбинация задает неразбивающий пробел.
9. Вернитесь в программу Internet Explorer и щелкните на кнопке Обновить. Посмотрите на добавленный абзац. Убедитесь, что появился абзацный отступ. Можно ли рекомендовать такой метод создания абзацного отступа? Почему?
Мы познакомились с ограничениями, имеющимися в языке HTML, и некоторыми приемами для их преодоления. Мы выяснили, что некоторые эффекты можно обеспечить путем некорректного или нестандартного применения элементов HTML. Мы также познакомились с возможностью ввода символов, отсутствующих на клавиатуре, с помощью специальных последовательностей кодов.
Компьютерные программы создают программисты люди, обученные процессу их составления (программированию). Мы знаем, что программа это логически упорядоченная последовательность команд, необходимых для управления компьютером (выполнения им конкретных операций), поэтому программирование сводится к созданию последовательности команд, необходимой для решения определенной задачи.
Машинный код процессора
Процессор компьютера это большая интегральная микросхема. Все команды и данные он получает в виде электрических сигналов. Фактически процессор можно рассматривать как огромную совокупность достаточно простых электронных элементов транзисторов. Транзистор имеет три вывода. На два крайних подается напряжение, необходимое для создание в транзисторе электрического тока, а на средний вывод напряжение, с помощью которого можно управлять внутренним сопротивлением транзистора, а значит, управлять и током, и напряжением на его выводах.
В электронике транзисторы имеют три применения: для создания усилителей, в электронных схемах, обладающих автоколебательными свойствами, и в электронных переключателях. Последний способ и применяется в цифровой вычислительной технике. В процессоре компьютера транзисторы сгруппированы в микроэлементы, называемые триггерами и вентилями. Триггеры имеют два устойчивых состояния (открыт закрыт) и переключаются из одного состояния в другое электрическими сигналами. Этим устойчивым состояниям соответствуют математические понятия 0 или 1. Вентили немного сложнее они могут иметь несколько входов (напряжение на выходе зависит от комбинаций напряжений на входах) и служат для простейших арифметических и логических операций.
Команды, поступающие в процессор по его шинам, на самом деле являются электрическими сигналами, но и их тоже можно представить как совокупности нулей и единиц, то есть числами. Разным командам соответствуют разные числа. Поэтому реально программа, с которой работает процессор, представляет собой последовательность чисел, называемую машинным кодом.
Алгоритм и программа
Управлять компьютером нужно по определенному алгоритму. Алгоритм это точно определенное описание способа решения задачи в виде конечной (по времени) последовательности действий. Такое описание еще называется формальным. Для представления алгоритма в виде, понятном компьютеру, служат языки программирования. Сначала всегда разрабатывается алгоритм действий, а потом он записывается на одном из таких языков. В итоге получается текст программы полное, законченное и детальное описание алгоритма на языке программирования. Затем этот текст программы специальными служебными приложениями, которые называются трансляторами, либо переводится в машинный код, либо исполняется.
Что такое язык программирования
Самому написать программу в машинном коде весьма сложно, причем эта сложность резко возрастает с увеличением размера программы и трудоемкости решения нужной задачи. Условно можно считать, что машинный код приемлем, если размер программы не превышает нескольких десятков байтов и нет потребности в операциях ручного ввода/вывода данных.
Поэтому сегодня практически все программы создаются с помощью языков программирования. Теоретически программу можно написать и средствами обычного человеческого (естественного) языка это называется программированием на метаязыке (подобный подход обычно используется на этапе составления алгоритма), но автоматически перевести такую программу в машинный код пока невозможно из-за высокой неоднозначности естественного языка.
Языки программирования искусственные языки. От естественных они отличаются ограниченным числом «слов», значение которых понятно транслятору, и очень строгими правилами записи команд (операторов). Совокупность подобных требований образует синтаксис языка программирования, а смысл каждой команды и других конструкций языка его семантику. Нарушение формы записи программы приводит к тому, что транслятор не может понять назначение оператора и выдает сообщение о синтаксической ошибке, а правильно написанное, но не отвечающее алгоритму использование команд языка приводит к семантическим ошибкам (называемые еще логическими ошибками или ошибками времени выполнения).
Процесс поиска ошибок в программе называется тестированием, процесс устранения ошибок отладкой.
Компиляторы и интерпретаторы
С помощью языка программирования создается не готовая программа, а только ее текст, описывающий ранее разработанный алгоритм. Чтобы получить работающую программу, надо этот текст либо автоматически перевести в машинный код (для этого служат программы-компиляторы) и затем использовать отдельно от исходного текста, либо сразу выполнять команды языка, указанные в тексте программы (этим занимаются программы-интерпретаторы).
Интерпретатор берет очередной оператор языка из текста программы, анализирует его структуру и затем сразу исполняет (обычно после анализа оператор транслируется в некоторое промежуточное представление или даже машинный код для более эффективного дальнейшего исполнения). Только после того как текущий оператор успешно выполнен, интерпретатор перейдет к следующему. При этом, если один и тот же оператор должен выполняться в программе многократно, интерпретатор всякий раз будет выполнять его так, как будто встретил впервые. Вследствие этого, программы, в которых требуется осуществить большой объем повторяющихся вычислений, могут работать медленно. Кроме того, для выполнения такой программы на другом компьютере там также должен быть установлен интерпретатор ведь без него текст программы является просто набором символов.
По-другому, можно сказать, что интерпретатор моделирует некую виртуальную вычислительную машину, для которой базовыми инструкциями служат не элементарные команды процессора, а операторы языка программирования.
Компиляторы полностью обрабатывают весь текст программы (он иногда называется исходный код). Они просматривают его в поисках синтаксических ошибок (иногда несколько раз), выполняют определенный смысловой анализ и затем автоматически переводят (транслируют) на машинный язык генерируют машинный код. Нередко при этом выполняется оптимизация с помощью набора методов, позволяющих повысить быстродействие программы (например, с помощью инструкций, ориентированных на конкретный процессор, путем исключения ненужных команд, промежуточных вычислений и т. д.). В результате законченная программа получается компактной и эффективной, работает в сотни раз быстрее программы, выполняемой с помощью интерпретатора, и может быть перенесена на другие компьютеры с процессором, поддерживающим соответствующий машинный код.
Основной недостаток компиляторов трудоемкость трансляции языков программирования, ориентированных на обработку данных сложной структуры, часто заранее неизвестной или динамически меняющейся во время работы программы. Тогда в машинный код приходится вставлять множество дополнительных проверок, анализировать наличие ресурсов операционной системы, динамически их захватывать и освобождать, формировать и обрабатывать в памяти компьютера сложные объекты, что на уровне жестко заданных машинных инструкций осуществить довольно трудно, а для ряда задач практически невозможно.
С помощью интерпретатора, наоборот, допустимо в любой момент остановить работу программы, исследовать содержимое памяти, организовать диалог с пользователем, выполнить сколь угодно сложные преобразования данных и при этом постоянно контролировать состояние окружающей программно-аппаратной среды, благодаря чему достигается высокая надежность работы. Интерпретатор при выполнении каждого оператора проверяет множество характеристик операционной системы и при необходимости максимально подробно информирует разработчика о возникающих проблемах. Кроме того, интерпретатор очень удобен для использования в качестве инструмента изучения программирования, так как позволяет понять принципы работы любого отдельного оператора языка.
В реальных системах программирования перемешаны технологии и компиляции, и интерпретации. В процессе отладки программа может выполняться по шагам, а результирующий код не обязательно будет машинным он даже может быть исходным кодом, написанным на другом языке программирования (это существенно упрощает процесс трансляции, но требует компилятора для конечного языка), или промежуточным машиннонезависимым кодом абстрактного процессора, который в различных компьютерных архитектурах станет выполняться с помощью интерпретатора или компилироваться в соответствующий машинный код.
Уровни языков программирования
Разные типы процессоров имеют разные наборы команд. Если язык программирования ориентирован на конкретный тип процессора и учитывает его особенности, то он называется языком программирования низкого уровня. В данном случае «низкий уровень» не значит «плохой». Имеется в виду, что операторы языка близки к машинному коду и ориентированы на конкретные команды процессора.
Языком самого низкого уровня является язык ассемблера, который просто представляет каждую команду машинного кода, но не в виде чисел, а с помощью символьных условных обозначений, называемых мнемониками. Однозначное преобразование одной машинной инструкции в одну команду ассемблера называется транслитерацией. Так как наборы инструкций для каждого модели процессора отличаются, конкретной компьютерной архитектуре соответствует свой язык ассемблера, и написанная на нем программа может быть использована только в этой среде.
С помощью языков низкого уровня создаются очень эффективные и компактные программы, так как разработчик получает доступ ко всем возможностям процессора. С другой стороны, при этом требуется очень хорошо понимать устройство компьютера, затрудняется отладка больших приложений, а результирующая программа не может быть перенесена на компьютер с другим типом процессора. Подобные языки обычно применяют для написания небольших системных приложений, драйверов устройств, модулей стыковки с нестандартным оборудованием, когда важнейшими требованиями становятся компактность, быстродействие и возможность прямого доступа к аппаратным ресурсам. В некоторых областях, например в машинной графике, на языке ассемблера пишутся библиотеки, эффективно реализующие требующие интенсивных вычислений алгоритмы обработки изображений.
Языки программирования высокого уровня значительно ближе и понятнее человеку, нежели компьютеру. Особенности конкретных компьютерных архитектур в них
не учитываются, поэтому создаваемые программы на уровне исходных текстов легко переносимы на другие платформы, для которых создан транслятор этого языка. Разрабатывать программы на языках высокого уровня с помощью понятных и мощных команд значительно проще, а ошибок при создании программ допускается гораздо меньше.
Поколения языков программирования
Языки программирования принято делить на пять поколений. В первое поколение входят языки, созданные в начале 50-х годов, когда первые компьютеры только появились на свет. Это был первый язык ассемблера, созданный по принципу «одна инструкция одна строка».
Расцвет второго поколения языков программирования пришелся на конец 50-х начало 60-х годов. Тогда был разработан символический ассемблер, в котором появилось понятие переменной. Он стал первым полноценным языком программирования. Благодаря его возникновению заметно возросли скорость разработки и надежность программ.
Появление третьего поколения языков программирования принято относить к 60-м годам. В это время родились универсальные языки высокого уровня, с их помощью удается решать задачи из любых областей. Такие качества новых языков, как относительная простота, независимость от конкретного компьютера и возможность использования мощных синтаксических конструкций, позволили резко повысить производительность труда программистов. Понятная большинству пользователей структура этих языков привлекла к написанию небольших программ (как правило, инженерного или экономического характера) значительное число специалистов из некомпьютерных областей. Подавляющее большинство языков этого поколения успешно применяется и сегодня.
С начала 70-х годов по настоящее время продолжается период языков четвертого поколения. Эти языки предназначены для реализации крупных проектов, повышения их надежности и скорости создания. Они обычно ориентированы на специализированные области применения, где хороших результатов можно добиться, используя не универсальные, а проблемно-ориентированные языки, оперирующие конкретными понятиями узкой предметной области. Как правило, в эти языки встраиваются мощные операторы, позволяющие одной строкой описать такую функциональность, для реализации которой на языках младших поколений потребовались бы тысячи строк исходного кода.
Рождение языков пятого поколения произошло в середине 90-х годов. К ним относятся также системы автоматического создания прикладных программ с помощью визуальных средств разработки, без знания программирования. Главная идея, которая закладывается в эти языки, возможность автоматического формирования результирующего текста на универсальных языках программирования (который потом требуется откомпилировать). Инструкции же вводятся в компьютер в максимально наглядном виде с помощью методов, наиболее удобных для человека, не знакомого с программированием.
Обзор языков программирования высокого уровня
Fortran (Фортран). Это первый компилируемый язык, созданный Джимом Бэкусом в 50-е годы. Программисты, разрабатывавшие программы исключительно на ассемблере, выражали серьезное сомнение в возможности появления высокопроизводительного языка высокого уровня, поэтому основным критерием при разработке компиляторов Фортрана являлась эффективность исполняемого кода. Хотя в Фортране впервые был реализован ряд важнейших понятий программирования, удобство создания программ было принесено в жертву возможности получения эффективного машинного кода. Однако для этого языка было создано огромное количество библиотек, начиная от статистических комплексов и кончая пакетами управления спутниками, поэтому Фортран продолжает активно использоваться во многих организациях, а сейчас ведутся работы над очередным стандартом Фортрана F2k, который появится в 2000 году. Имеется стандартная версия Фортрана HPF (High Performance Fortran) для параллельных суперкомпьютеров со множеством процессоров.
Cobol (Кобол). Это компилируемый язык для применения в экономической области и решения бизнес-задач, разработанный в начале 60-х годов. Он отличается большой «многословностью» его операторы иногда выглядят как обычные английские фразы. В Коболе были реализованы очень мощные средства работы с большими объемами данных, хранящимися на различных внешних носителях. На этом языке создано очень много приложений, которые активно эксплуатируются и сегодня. Достаточно сказать, что наибольшую зарплату в США получают программисты на Коболе.
Algol (Алгол). Компилируемый язык, созданный в 1960 году. Он был призван заменить Фортран, но из-за более сложной структуры не получил широкого распространения. В1968 году была создана версия Алгол 68, по своим возможностям и сегодня опережающая многие языки программирования, однако из-за отсутствия достаточно эффективных компьютеров для нее не удалось своевременно создать хорошие компиляторы.
Pascal (Паскаль). Язык Паскаль, созданный в конце 70-х годов основоположником множества идей современного программирования Никлаусом Виртом, во многом напоминает Алгол, но в нем ужесточен ряд требований к структуре программы и имеются возможности, позволяющие успешно применять его при создании крупных проектов.
Basic (Бейсик). Для этого языка имеются и компиляторы, и интерпретаторы, а по популярности он занимает первое место в мире. Он создавался в 60-х годах в качестве учебного языка и очень прост в изучении.
С (Си). Данный язык был создан в лаборатории Bell и первоначально не рассматривался как массовый. Он планировался для замены ассемблера, чтобы иметь возможность создавать столь же эффективные и компактные программы, и в то же время не зависеть от конкретного типа процессора.
Си во многом похож на Паскаль и имеет дополнительные средства для прямой работы с памятью (указатели). На этом языке в 70-е годы написано множество прикладных и системных программ и ряд известных операционных систем (Unix).
C++ (Си++). Си++ это объектно-ориентированное расширение языка Си, созданное Бьярном Страуструпом в 1980 году. Множество новых мощных возможностей, позволивших резко повысить производительность программистов, наложилось на унаследованную от языка Си определенную низкоуровневость, в результате чего создание сложных и надежных программ потребовало от разработчиков высокого уровня профессиональной подготовки.
Java (Джава, Ява). Этот язык был создан компанией Sun в начале 90-х годов на основе Си++. Он призван упростить разработку приложений на основе Си++ путем исключения из него всех низкоуровневых возможностей. Но главная особенность этого языка компиляция не в машинный код, а в платформно-независимый байт-код (каждая команда занимает один байт). Этот байт-код может выполняться с помощью интерпретатора виртуальной Java-машины JVM (Java Virtual Machine), версии которой созданы сегодня для любых платформ. Благодаря наличию множества Java-машин программы на Java можно переносить не только на уровне исходных текстов, но и на уровне двоичного байт-кода, поэтому по популярности язык Ява сегодня занимает второе место в мире после Бейсика.
Особое внимание в развитии этого языка уделяется двум направлениям: поддержке всевозможных мобильных устройств и микрокомпьютеров, встраиваемых в бытовую технику (технология Jini) и созданию платформно-независимых программных модулей, способных работать на серверах в глобальных и локальных сетях с различными операционными системами (технология Java Beans). Пока основной недостаток этого языка невысокое быстродействие, так как язык Ява интерпретируемый.
Языки программирования баз данных
Эта группа языков отличается от алгоритмических языков прежде всего решаемыми задачами. База данных это файл (или группа файлов), представляющий собой упорядоченный набор записей, имеющих единообразную структуру и организованных по единому шаблону (как правило, в табличном виде). База данных может состоять из нескольких таблиц. Удобно хранить в базах данных различные сведения из справочников, картотек, журналов бухгалтерского учета и т. д.
При работе с базами данных чаще всего требуется выполнять следующие операции: в создание/модификация свойств/удаление таблиц в базе данных; в поиск, отбор, сортировка информации по запросам пользователей; в добавление новых записей; « модификация существующих записей; в удаление существующих записей.
Первые базы данных появились очень давно, как только появилась потребность в обработке больших массивов информации и выборки групп записей по определенным признакам. Для этого был создан структурированный язык запросов SQL (Structured Query Language). Он основан на мощной математической теории и позволяет выполнять эффективную обработку баз данных, манипулируя не отдельными записями, а группами записей.
Для управления большими базами данных и их эффективной обработки разработаны СУБД (Системы Управления Базами Данных). Практически в каждой СУБД помимо поддержки языка SQL имеется также свой уникальный язык, ориентированный на особенности этой СУБД и не переносимый на другие системы. Сегодня в мире насчитывается пять ведущих производителей СУБД: Microsoft (SQL Server), IBM (DB2), Oracle, Software AG (Adabas), Informix и Sybase. Их продукты нацелены на поддержку одновременной работы тысяч пользователей в сети, а базы данных могут храниться в распределенном виде на нескольких серверах. В Oracle имеется встроенный язык PL/SQL, в Informix INFORMIX 4GL, в Adabas Natural и т. д.
С появлением персональных компьютеров были созданы так называемые настольные СУБД. Родоначальником современных языков программирования баз данных для ПК принято считать СУБД dBase II, язык которой был интерпретируемым. Затем для него были созданы компиляторы, появились СУБД FoxPro и Clipper, поддерживающие диалекты этого языка. Сегодня похожие, но несовместимые версии языков семейства dBase реализованы в продуктах Visual FoxPro фирмы Microsoft и Visual dBase фирмы Inprise.
Языки программирования для Интернета
С активным развитием глобальной сети было создано немало реализаций популярных языков программирования, адаптированных специально для Интернета. Все они отличаются характерными особенностями: языки являются интерпретируемыми, интерпретаторы для них распространяются бесплатно, а сами программы в исходных текстах. Такие языки называют скрипт-языками.
HTML. Общеизвестный язык для оформления документов. Он очень прост и содержит элементарные команды форматирования текста, добавления рисунков, задания шрифтов и цветов, организации ссылок и таблиц. Все Web-страницы написаны на языке HTML или используют его расширения.
Perl. В 80-х годах Ларри Уолл разработал язык Perl. Он задумывался как средство эффективной обработки больших текстовых файлов, генерации текстовых отчетов и управления задачами. По мощности Perl значительно превосходит языки типа Си. В него введено много часто используемых функций работы со строками, массивами, всевозможные средства преобразования данных, управления процессами, работы с системной информацией и др.
Tcl/Tk. В конце 80-х годов Джон Аустираут придумал популярный скрипт-язык Tel и библиотеку Tk. В Tel он попытался воплотить видение идеального скрипт-языка. Tel ориентирован на автоматизацию рутинных процессов и состоит из мощных команд, предназначенных для работы с абстрактными нетипизированными объектами. Он независим от типа системы и при этом позволяет создавать программы с графическим интерфейсом.
VRML. В 1994 году был создан язык VRML для организации виртуальных трехмерных интерфейсов в Интернете. Он позволяет описывать в текстовом виде различные трехмерные сцены, освещение и тени, текстуры (покрытия объектов), создавать свои миры, путешествовать по ним, «облетать» со всех сторон, вращать в любых направлениях, масштабировать, регулировать освещенность и т. д.
Языки моделирования
При создании программ и формировании структур баз данных нередко применяются формальные способы их представления формальные нотации, с помощью которых можно визуально представить (изобразить с помощью мыши) таблицы баз данных, поля, объекты программы и взаимосвязи между ними в системе, имеющей специальизированный редактор и генератор исходных текстов программ на основе созданной модели. Такие системы называются CASE-системами. В них активно применяются нотации IDEF, а в последнее время все большую популярность завоевывает язык графического моделирования UML.
Прочие языки программирования
PL/I (ПЛ/1). В середине 60-х годов компания IBM решила взять все лучшее из языков Фортран, Кобол и Алгол. В результате в 1964 году на свет появился новый компилируемый язык программирования, который получил название Programming Language One. В этом языке было реализовано множество уникальных решений, полезность которых удается оценить только спустя 33 года, в эпоху крупных программных систем. По своим возможностям ПЛ/1 значительно мощнее многих других языков (Си, Паскаля). Например, в ПЛ/1 присутствует уникальная возможность указания точности вычислений ее нет даже у Си++ и Явы. Этот язык и сегодня продолжает поддерживаться компанией IBM.
Smalltalk (Смолток). Работа над этим языком началась в 1970 году в исследовательской лаборатории корпорации XEROX, а закончились спустя 10 лет, воплотившись в окончательном варианте интерпретатора SMALLTALK-80. Данный язык оригинален тем, что его синтаксис очень компактен и базируется исключительно на понятии объекта. В этом языке отсутствуют операторы или данные. Все, что входит в Смолток, является объектами, а сами объекты общаются друг с другом исключительно с помощью сообщений (например, появление выражения 1 + 1 вызывает посылку объекту I сообщения «+», то есть «прибавить», с параметром 1, который считается не числом-константой, а тоже объектом). Больше никаких управляющих структур, за исключением «оператора» ветвления (на самом деле функции, принадлежащей стандартному объекту), в языке нет, хотя их можно очень просто смоделировать. Сегодня версия VisualAge for Smalltalk активно развивается компанией IBM.
LISP (Лисп). Интерпретируемый язык программирования, созданный в 1960 году Джоном Маккарти. Ориентирован на структуру данных в форме списка и позволяет организовывать эффективную обработку больших объемов текстовой информации.
Prolog (Пролог). Создан в начале 70-х годов Аланом Колмероэ. Программа на этом языке, в основу которого положена математическая модель теории исчисления предикатов, строится из последовательности фактов и правил, а затем формулируется утверждение, которое Пролог будет пытаться доказать с помощью введенных правил. Человек только описывает структуру задачи, а внутренний «мотор» Пролога сам ищет решение с помощью методов поиска и сопоставления.
Ada (Ада). Назван по имени леди Августы Ады Байрон, дочери английского поэта Байрона и его отдаленной родственницы Анабеллы Милбэнк. В 1980 году сотни экспертов Министерства обороны США отобрали из 17 вариантов именно этот язык, разработанный небольшой группой под руководством Жана Ишбиа. Он удовлетворил на то время все требования Пентагона, а к сегодняшнему дню в его развитие вложены десятки миллиардов долларов. Структура самого языка похожа на Паскаль. В нем имеются средства строгого разграничения доступа к различным уровням спецификаций, доведена до предела мощность управляющих конструкций.
Forth (Форт). Результат попытки Чарльза Мура в 70-х годах создать язык, обладающий мощными средствами программирования, который можно эффективно реализованным на компьютерах с небольшими объемами памяти, а компилятор мог бы выдавать очень быстрый и компактный код то есть служил заменой ассемблеру. Однако сложности восприятия программного текста, записанного в непривычной форме, сильно затрудняли поиск ошибок, и с появлением Си язык Форт оказался забытым.
Вопросы для самоконтроля
Средства создания программ
В самом общем случае для создания программы на выбранном языке программирования нужно иметь следующие компоненты.
На этом этапе уже возможно получение готовой программы, но чаще всего в ней не хватает некоторых компонентов, поэтому компилятор обычно выдает промежуточный объектный код (двоичный файл, стандартное расширение .OBJ).
3. Исходный текст большой программы состоит, как правило, из нескольких модулей (файлов с исходными текстами), потому что хранить все тексты в одном файле неудобно в них сложно ориентироваться. Каждый модуль компилируется в отдельный файл с объектным кодом, которые затем надо объединить в одно целое.
Кроме того, к ним надо добавить машинный код подпрограмм, реализующих различные стандартные функции (например вычисляющих математические функции sin или In). Такие функции содержатся в библиотеках (файлах со стандартным расширением .LIB), которые поставляются вместе с компилятором. Сгенерированный код модулей и подключенные к нему стандартные функции надо не просто объединить в одно целое, а выполнить такое объединение с учетом требований операционной системы, то есть получить на выходе программу, отвечающую определенному формату.
Объектный код обрабатывается специальной программой редактором связей или сборщиком, который выполняет связывание объектных модулей и машинного кода стандартных функций, находя их в библиотеках, и формирует на выходе работоспособное приложение исполнимый код для конкретной платформы.
Если по каким-то причинам один из объектных модулей или нужная библиотека не обнаружены (например, неправильно указан каталог с библиотекой), то сборщик сообщает об ошибке и готовой программы не получается.
4. Исполнимый код это законченная программа, которую можно запустить на любом компьютере, где установлена операционная система, для которой эта программа создавалась. Как правило, итоговый файл имеет расширение .ЕХЕ или .СОМ.
Интегрированные системы программирования
Итак, для создания программы нужны:
· текстовый редактор;
· компилятор;
· редактор связей;
· библиотеки функций.
Как правило, в стандартную поставку входят как минимум три последних компонента, но хорошая интегрированная система включает в себя и специализированный текстовый редактор, причем почти все этапы создания программы в ней автоматизированы: после того как исходный текст введен, его компиляция и сборка выполняются одним нажатием клавиши. Это очень удобно, так как не требует ручной настройки множества параметров запуска компилятора и редактора связей, указывания им нужных файлов вручную и т. д. Процесс компиляции обычно демонстрируется на экране: показывается, сколько строк исходного текста откомпилировано, или выдаются сообщения о найденных ошибках.
В современных интегрированных системах имеется еще один компонент отладчик, который позволяет анализировать работу программы во время ее выполнения. С его помощью можно последовательно выполнять отдельные операторы исходного текста по шагам, наблюдая при этом, как меняются значения различных переменных. Без отладчика разработать крупное приложение очень сложно.
Среды быстрого проектирования
В последние несколько лет в программировании (особенно в программировании для операционной системы Windows) наметился так называемый визуальный подход. До этого серьезным препятствием для разработки графических приложений была сложность создания различных элементов управления и контроль за их работой. Достаточно взглянуть на окно любой Windows-программы. В нем имеется множество стандартных элементов управления (кнопки, пункты меню, списки, переключатели и т. д.). Очень трудоемко вручную описывать процесс создания этих элементов в соответствии с требованиями Windows, на глазок определять координаты, отслеживать их состояние с помощью специальных команд. Например, для простой программы, складывающей два числа, потребуется один оператор (одна строка исходного текста) для выполнения нужного вычисления и сотни строк кода для подготовки приложения к работе в Windows, создания кнопки и пары полей ввода.
Этот процесс автоматизирован в средах быстрого проектирования (Rapid Application Development, RAD-среды). Все необходимые элементы оформления и управления создаются и обслуживаются не путем ручного программирования, а с помощью готовых визуальных компонентов, которые с помощью мыши «перетаскиваются» в проектируемое окно. Их свойства и поведение затем настраиваются с помощью простых редакторов, визуально показывающих характеристики соответствующих элементов. При этом вспомогательный исходный текст программы, ответственный за создание и работу этих элементов, генерируется RAD-средой автоматически, что позволяет сосредоточиться только на логике решаемой задачи. В результате программирование во многом заменяется на проектирование подобный подход называется еще визуальным программированием.
Компоненты достаточно легко создавать самостоятельно, поэтому в мире сегодня распространяются тысячи бесплатных и платных компонентов для наиболее известных ДАО-сред, из них формируются библиотеки компонентов объектныерепози-тории. Компоненты выступают в роли «строительных кирпичиков», позволяющих собирать готовое приложение с богатыми возможностями, написав всего десяток строк исходного кода, и такой компонентный подход к созданию программ считается очень перспективным, потому что без лишних усилий и на законных основаниях допускает повторное использование чужого труда.
Архитектура программных систем
В то время как большинство автономных приложений: офисные программы, среды разработки, системы подготовки текстов и изображений выполняются на одном компьютере, крупные информационные комплексы (например, система автоматизации предприятия) состоят из десятков и сотен отдельных программ, которые взаимодействуют друг с другом по сети, выполняясь на разных компьютерах. В таких случаях говорят, что они работают в различной программной архитектуре. Она делится на следующие группы.
Автономные приложения. Работают на одном компьютере.
Приложения в файл-серверной архитектуре. Компьютеры пользователей системы объединены в сеть, при этом на каждом из них (на клиентском месте) запущены копии одной и той же программы, которые обращаются за данными к серверу специальному компьютеру, который хранит файлы, одновременно доступные всем пользователям (как правило, это базы данных). Сервер обладает повышенной надежностью, высоким быстродействием, большим объемом памяти, на нем установлена специальная серверная версия операционной системы.
При одновременном обращении нескольких программ к одному файлу, например, с целью его обновления, могут возникнуть проблемы, связанные с неоднозначностью определения его содержимого. Поэтому каждое изменение общедоступного файла выделяется в транзакцию элементарную операцию по обработке данных, имеющую фиксированные начало, конец (успешное или неуспешное завершение) и ряд других характеристик.
Особенность этой архитектуры в том, что все вычисления выполняются на клиентских местах, что требует наличия на них достаточно производительных ПК (это так называемые системы с толстым клиентом программой, которая выполняет всю обработку получаемой от сервера информации).
Приложения в клиент-серверной архитектуре. Эта архитектура похожа на предыдущую, только сервер помимо простого обеспечения одновременного доступа к данным способен еще выполнять программы (обычно выполняются СУБД тогда сервер называется сервером баз данных), которые берут на себя определенный объем вычислений (в файл-серверной архитектуре он реализуется полностью на клиентских местах). Благодаря этому удается повысить общую надежность системы, так как сервер работает значительно более устойчиво, чем ПК, и снять лишнюю нагрузку с клиентских мест, на которых удается использовать дешевые компьютеры. Запускаемые на них приложения реально осуществляют небольшие объемы вычислений, а иногда занимаются только отображением получаемой от сервера информации, поэтому они называются тонкими клиентами.
Приложения в многозвенной архитектуре. Недостаток предыдущей архитектуры в том, что резко возрастает нагрузка на сервер, а если он выходит из строя, то работа всей системы останавливается. Поэтому в некоторых случаях в систему добавляется так называемый сервер приложений, на котором выполняется вся вычислительная работа. Другой сервер баз данных обрабатывает запросы пользователей, на третьем может быть установлена специальная программа монитор транзакций, которая оптимизирует обработку транзакций и балансирует нагрузку на серверы. В большинстве практических случаев все серверы соединены последовательно позвенно, и выход из строя одного звена если и не останавливает всю работу, то по крайней мере резко снижает производительность системы.
Приложения в распределенной архитектуре. Чтобы избежать недостатков рассмотренных архитектур, были придуманы специальные технологии, позволяющие создавать программу в виде набора компонентов, которые можно запускать на любых серверах, связанных в сеть (компоненты как бы распределены по сети). Основное преимущество подобного подхода в том, что при выходе из строя любого компьютера специальные программы-мониторы, которые следят за корректностью работы компонентов и позволяют им «переговариваться» между собой, сразу перезапуская временно пропавший компонент на другом компьютере. При этом общая надежность всей системы становится очень высокой, а вычислительная загрузка распределяется между серверами оптимальным образом. Доступ к возможностям любого компонента, предназначенного для общения с пользователем, осуществляется с произвольного клиентского места. При этом, так как все вычисления происходят на серверах, появляется возможность создавать сверхтонкие клиенты программы, только отображающие получаемую из сети информацию и требующие минимальных компьютерных ресурсов. Благодаря этому доступ к компонентной системе возможен не только с ПК, но и с небольших мобильных устройств.
Частный случай компонентного подхода доступ к серверным приложениям из броузеров через Интернет.
Сегодня наиболее популярны три компонентные технологии CORBA консорциума OMG, Java Beans компании Sun и СОМ+ корпорации Microsoft. Эти технологии будут определять развитие информационной индустрии в ближайшие десятилетия.
Основные системы программирования
Из универсальных языков программирования сегодня наиболее популярны следующие:
Бейсик (Basic) для освоения требует начальной подготовки (общеобразовательная школа);
Паскаль (Pascal) требует специальной подготовки (школы с углубленным изучением предмета и общетехнические ВУЗы);
Си++ (C++), Ява (Java) требуют профессиональной подготовки (специализированные средние и высшие учебные заведения).
Для каждого из этих языков программирования сегодня имеется немало систем программирования, выпускаемых различными фирмами и ориентированных на различные модели ПК и операционные системы. Наиболее популярны следующие визуальные среды быстрого проектирования программ для Windows:
· Basic: Microsoft Visual Basic
· Pascal: Borland Delphi
· C++: Borland C++Bulider
· Java: Symantec Cafe
Для разработки серверных и распределенных приложений можно использовать систему программирования Microsoft Visual C++, продукты фирмы Inprise под маркой Borland, практически любые средства программирования на Java.
В дальнейшем будут рассматриваться возможности, характерные для Бейсика, Паскаля и Си++.
Вопросы для самоконтроля
Алгоритм это формальное описание способа решения задачи путем разбиения ее на конечную по времени последовательность действий (элементарных операций). Под словом «формальное» подразумевается, что описание должно быть абсолютно полным и учитывать все возможные ситуации, которые могут встретиться по ходу решения. Под элементарной операцией понимается действие, которое по заранее определенным критериям (например, очевидности) не имеет смысла детализировать.
Основная идея алгоритмического программирования разбиение программы на последовательность модулей, каждый из которых выполняет одно или несколько действий. Единственное требование к модулю чтобы его выполнение всегда начиналось с первой команды и всегда заканчивалось на самой последней (то есть, чтобы нельзя было попасть на команды модуля извне и передать управление из модуля на другие команды в обход заключительной).
Алгоритм на выбранном языке программирования записывается с помощью команд описания данных, вычисления значений и управления последовательностью выполнения программы.
Переменные и константы
Реальные данные, с которыми работает программа, это числа, строки и логические величины (аналоги 1 и 0, «да» и «нет», «истина» и «ложь»). Эти типы данных называют базовыми.
Каждая единица информации хранится в ячейках памяти компьютера, имеющих свои адреса. На практике заранее неизвестно, в каких конкретно ячейках памяти во время работы программы будут записаны ее данные, поэтому в языках программирования введено понятие переменной, позволяющее отвлечься от конкретных адресов и обращаться к содержимому памяти с помощью идентификатора или имени как правило, последовательности, содержащей английские буквы, цифры, символы подчеркивания и начинающейся не с цифры. Например:
Hello
_SumOfReal
xl
H8_G7_F6
Это имя будет указывать на значение, о реальном адресе и способе хранения которого можно забыть. В процессе работы программы содержимое соответствующих ячеек можно менять, обращаясь к переменной по имени. Лучше выбирать такие названия, которые отражают назначение данной переменной.
Кроме имени и значения, переменная обычно имеет тип, определяющий, какая информация хранится в данной переменной (число, строка и т. д.). В зависимости от объема памяти, отведенного для хранения значения переменной, оно должно укладываться в допустимый диапазон. Например, значение типа «байт» имеет диапазон от 0 до 255.
Переменные с указанием их типа можно вводить в программу с помощью специальных команд описания {объявления, декларации). Это позволяет компилятору организовать эффективное хранение и обработку данных и повышает ясность исходных тестов. Каждый тип описывается своим ключевым словом.
Значения переменных разных типов допускается преобразовывать друг в друга в соответствии с соглашениями языка программирования. Такой процесс называется приведением типов.
Переменные могут существовать на всем протяжении работы программы тогда они называются статическими, а могут создаваться и уничтожаться на разных этапах ее функционирования такие переменные называются динамическими.
Все остальные данные в программе, значение которых не меняется на протяжении ее работы, называются константами или постоянными. Константы, как и переменные, обычно имеют тип. Данные можно указывать явно:
123
2.87
"это строка"
или для удобства обозначать их идентификаторами. Например, число я, равное 3,1416, можно обозначить как pi и везде вместо числа применять идентификатор. Только изменять значение pi нельзя, так как это не переменная, а константа.
Числовые данные
Числа обычно бывают двух видов: целые и дробные. Если число отрицательное, перед ним ставится знак «-», если положительное, то знак «+» можно ставить, а можно и опускать. Вычисления над целыми числами выполняются точно, вычисления над дробными числами приближенно. При записи дробных чисел в качестве десятичного разделителя используется точка:
1.28
3.333321
Очень большие или очень маленькие числа записываются специальным образом. Для них дополнительно указывается мантисса число со знаком, являющееся степенью числа 10. Мантисса записывается справа от числа через букву е (или Е). Пробелы в такой записи не допускаются.
Например, число 100 (единица, умноженная на 10 во второй степени) запишется так:
1е+2
число 0,003 (тройка, умноженная на 10 в минус третьей степени) так:
Зе-3
число со 120 нулями так:
1Е+120
Допускается дробная запись числа с мантиссой:
31.4е-1
Тип числа |
Бейсик |
Паскаль |
Си++ |
целое |
INTEGER |
integer |
int |
дробное |
DOUBLE |
real |
float |
Арифметические операции
Для записи арифметических действий используются арифметические операторы. В некоторых языках программирования они считаются не операторами, а операциями, предназначенными для вычисления значения выражения, но не влияющими на другие значения и не сказывающимися на ходе выполнения программы.
К основным арифметическим операциям относятся:
+ (сложение)
- (вычитание)
* (умножение)
/ (деление)
Такая форма записи отвечает общепринятым соглашениям и принята в большинстве языков программирования.
Каждая арифметическая операция имеет свой приоритет. Операции с более высоким приоритетом (умножение и деление) будут выполняться раньше, чем операции с более низким приоритетом (сложение и вычитание). Изменить порядок вычисления выражения можно с помощью круглых скобок.
b*2 + с/3
b* (2 + с) - 3
Скобки допускается вкладывать друг в друга произвольное число раз. При этом использование квадратных или фигурных скобок, как правило, не допускается.
( (у+2)*3 + 1) / 2
Арифметические выражения
С помощью арифметических операций формируются арифметические выражения, которые состоят из операций и операндов (переменных и констант).
Выражение
i1 + 2
состоит из одной операции «+» и двух операндов переменной И и числовой константы 2.
Каждое выражение имеет значение, которое определяется в момент выполнения оператора, содержащего это выражение. Если на момент вычисления выражения i1+2 в переменной i1 хранится число 3, то значение этого выражения будет равно 5 (3+2).
Логические выражения
При создании программ не обойтись без логических выражений. Они отличаются тем, что результат их вычислений может принимать только одно из двух допустимых значений true (истина, да, включено) и false (ложь, нет, выключено). Чаще всего значение false ассоциируется с нулем, а значение true с числом 1 или просто ненулевым значением.
При записи логических выражений используются операции сравнения и логические операции. Операции сравнения сличают значения правого и левого операндов. Результатом сравнения является true, если оно удачно, и false в противном случае.
В таблице даны примеры записи операций сравнения для разных языков.
Операция |
Варианты написания |
|
Бейсик, Паскаль |
Си++ |
|
Равно |
= |
== |
Не равно |
<> |
!= |
Меньше |
< |
< |
Меньше или равно |
<= |
<= |
Больше |
> |
> |
Больше или равно |
>= |
>= |
Pi == 3.14
х > 0 al <> b1
В одном выражении может потребоваться проверка нескольких подобных условий. Например, надо определить, больше ли значение переменной X чем 0 и меньше ли чем 10. Условия могут быть связаны с помощью логических операций, наиболее активно используемые из которых это И и ИЛИ. В компьютерной графике также часто применяется так называемое исключающее ИЛИ и операция отрицания НЕ. Для нее требуется только один операнд, указывающийся справа от знака операции. Эта операция просто меняет значение своего операнда на противоположное.
1 операнд |
2 операнд |
И |
ИЛИ |
исключающее ИЛИ |
HE (только первый операнд) |
true |
true |
true |
true |
false |
false |
true |
false |
false |
true |
true |
false |
false |
true |
false |
true |
true |
true |
false |
false |
false |
false |
false |
true |
В следующей таблице приведен синтаксис записи логических операций.
Логическая операция |
Бейсик |
Паскаль |
Си++ |
И |
AND |
and |
&& |
ИЛИ |
OR |
or |
II |
НЕ |
NOT |
not |
! |
Приоритеты всех логических операций ниже, чем приоритеты операций сравнения, поэтому сравнения всегда выполняются первыми. А логические операции вычисляются в следующем порядке: сначала НЕ, потом И, потом ИЛИ. При необходимости этот порядок может быть изменен с помощью скобок.
Примеры логических выражений:
x1 >= 1 && x1 <= 10
(R > 3.14) and (R < 3.149)
(Value < Oldvalue) OR (Value <> 0)
Логический тип
Бейсик |
Паскаль |
Си++ |
Базового типа нет. Используется числовой тип INTEGER |
boolean |
bool |
Строчные выражения
Строки в языках программирования всегда заключаются в кавычки. В Си++ и Бейсике для этого используются двойные кавычки, в Паскале одинарные.
"это строка Бейсика или Си++"
'это строка Паскаля'
Строка может быть пустой не содержать ни одного символа. Например:
Как правило, строки можно сравнивать друг с другом на эквивалентность (равно и не равно). В некоторых языках программирования допускаются также сравнения типа «больше» или «меньше» при этом происходит последовательное сравнение значений символов (каждый символ представляется в компьютере конкретным числом).
Кроме того, часто допускается также операция сцепления строк, записываемая с помощью символа «+». Например:
"123" + "4567" -получится "1234567"
"абв " + "abc " + " эюя" получится "абв abc эюя"
Тип «строка»
Бейсик |
Паскаль |
Си++ |
STRING |
string |
Базового типа «строка» нет |
Указатели
Некоторые языки программирования допускают в явном виде работу с указателями адресами физической памяти. При этом в них имеется специальная операция получения адреса конкретной переменной, что позволяет работать с памятью напрямую, примерно так, как это происходит в языках ассемблера. Такая возможность позволяет добиваться высокой эффективности работы программы, но часто приводит к ошибкам, если указатель вдруг получает неверное значение и при его использовании начинает портиться область памяти, предназначенная совсем для других целей.
Сложные данные
Структуры. До сих пор рассматривались базовые типы данных: числа, строки, логические величины и операции над базовыми данными. Однако для повышения производительности труда программистов и повышения качества их работы необходимо, чтобы язык программирования имел средства, позволяющие описывать данные в виде, максимально приближенном к их реальным аналогам. Например, чтобы организовать обработку данных по студентам, в программе удобно не просто описать десяток различных переменных, а объединить их в структуру (или запись) «студент», состоящую из полей разного типа «имя», «пол», «год рождения», «группа» и т. д.
Современные языки программирования позволяют применять такие сложные типы данных, составляющиеся из базовых и определенных ранее сложных типов. В результате удается организовывать структуры данных произвольной сложности: списки, деревья и т. п. При этом структура объединяет группу разных данных под одним названием.
Получить доступ к отдельным составляющим (полям) этой структуры можно по их именам. В рассматриваемых языках программирования такой доступ осуществляется указанием имени структуры и имени поля через точку. Если подобным способом происходит обращение к полю, которое само является структурой, то выделение нужного поля продолжается приписыванием справа имени вложенного поля через точку.
Синтаксис описания структуры
Бейсик |
Паскаль |
Си++ |
TYPE имя-структуры поле AS тип END TYPE |
record поле: тип; end; |
struct имя { тип поле; }; |
Вот примеры описания структур.
Бейсик:
TYPE Student
Name AS STRING
Sex AS INTEGER
BirthYear AS INTEGER
END TYPE
Паскаль:
record
Name: string;
Sex: boolean;
BirthYear: integer;
end;
Си++:
struct Student {
bool Sex; int BirthYear; };
Доступ к содержимому структуры: Student.BirthYear = 1980;
Массивы. Доступ к элементам структуры осуществляется по имени ее составляющих. В одних случаях это значительно повышает наглядность исходных текстов и упрощает процесс программирования, но имеется немало ситуаций, когда надо организовать обработку больших объемов данных одного типа, при этом создавать структуры с сотнями и тысячами полей неразумно. Поэтому в дополнение к структурам в языки программирования введено понятие массива, сложного типа данных, доступ к элементам которого происходит по их положению, по номеру или индексу. Например, можно описать массив, состоящий из тысячи элементов численного типа, и затем обратиться к десятому или сотому элементу по его номеру.
При описании массива обычно указывается ею размер (число элементов) или верхняя и нижняя границы диапазон, в рамках которого можно обращаться к элементам массива.
Синтаксис описания массива
Бейсик |
DIM имя (число элементов) AS тип |
Паскаль |
аггау[ нижняя_граница .. верхняя_граница ] of тип; |
Си++ |
тип имя[ число-элементов ]; |
В Бейсике нижней границей считается 1, в Си++ 0, в Паскале она указывается явно.
Вот примеры описания массивов.
Бейсик:
DIM IntArray(lOOO) AS INTEGER
Паскаль:
array[1..1000] of integer
Си++:
int IntArray[1000];
Доступ к элементу массива осуществляется по его номеру. Этот номер указывается в круглых (Бейсик) или квадратных (Паскаль, Си++) скобках сразу за именем массива (такое действие называется индексированием):
IntArray( 12 ) IntArray[ i+1 ]
Массивы, границы которых явно заданы в команде описания, называются статическими. Их размер известен заранее и не меняется на всем протяжении работы программы.
В последних версиях компилируемых языков программирования реализуются так называемые динамические массивы, размер которых может меняться во время выполнения программы. В ряде случаев это весьма удобно, так как позволяет экономно расходовать память, захватывая ее по мере необходимости. Недостаток динамических массивов в том, что организовать эффективную работу с ними, используя компиляторы, сложно. Приходится выполнять множество проверок, связанных с расходованием памяти компьютера, что понижает общую эффективность приложения. Динамические массивы в Паскале начали поддерживаться совсем недавно, с активным распространением новых мощных ПК, а в интерпретируемых языках типа Бейсика это было сделано довольно давно.
Во многих языках программирования строки рассматриваются как массивы символов. Их допускается индексировать как обычные массивы.
Правила работы со сложными типами
Отличие базовых типов от сложных в том, что в базовых типах нельзя выделить составные части. При этом поле структуры или элемент массива считаются обычными переменными, и их использование в любых операторах ничем не отличается от использования переменных базовых типов.
В развитых языках программирования допускаются массивы, состоящие из структур, и структуры, состоящие из массивов. При этом возможны достаточно сложные формы записи, например:
а[0].Items.Strings[4].value
Массив а состоит из структур, в описании которых есть поле Items, являющееся тоже структурой, имеющей поле Strings, которое, в свою очередь, представляет собой массив структур, имеющих поле value.
Описание переменных
Чтобы переменную можно было использовать в программе, ее надо предварительно описать, указав ее тип. Пока переменная не описана, обращаться к ней нельзя (хотя в некоторых языках, например в Бейсике и Фортране, считается, что все переменные, не объявленные явно, имеют числовой тип). После того как переменная описана, к ней можно обращаться, но она обычно исходно имеет неопределенное значение, поэтому ее надо предварительно инициализировать присвоить ей начальное значение.
Синтаксис команд описания данных
Бейсик |
Паскаль |
Си++ |
DIM имя AS тип |
var имя: тип; |
тип имя; |
Вот примеры описания переменных.
Бейсик:
DIM X AS DOUBLE
Паскаль:
var x: real; var Str: record
PI: integer;
S: string;
end;
Си++:
float x; int a[20] ;
При описании переменных одного типа в Паскале и Си++ их можно указывать через запятую.
Паскаль:
var xx, z2: integer; Си++:
int xx, yy[10], z2;
Новые типы данных
При определении нескольких переменных со сложной структурой удобно описывать каждую переменную, многократно используя одну и ту же запись структуры. Если, например, в нее потребуется внести изменение (добавить новое поле, изменить тип существующего и т. д.), то придется делать это несколько раз, рискуя ошибиться и пропустить одно из описаний, особенно если они сделаны в разных местах программы.
Чтобы избежать этой проблемы и позволить программистам активно применять нужные структуры данных, в современных языках программирования разрешено определять собственные типы данных, которые допускается использовать в командах описания наравне с базовыми типами.
Синтаксис описания нового типа
Бейсик |
Паскаль |
Си++ |
Аналогичен описанию структуры, которое уже является описанием нового типа |
type имя = описание; |
typedef struct имя-структуры { поля-структуры; } имя; Имя структуры надо указывать только из-за требований синтаксиса. Реально оно нигде не применяется |
Название нового типа можно использовать во всех последующих командах описания переменных.
Паскаль:
type TMyArray = array[0..99] of integer;
type TMyRecord = record
Iteml: integer;
Item2: string;
end;
var MyArray: TMyArray;
var R: TMyRecord;
Си++:
typedef struct namel
{
int i;
float x;
} TNewStruct;
TNewStruct NewStruct
Разделение операторов
Если записать подряд несколько операторов и не указать, где кончается один и начинается другой, то в процессе компиляции возникнет множество проблем с выделением отдельных операторов. Поэтому операторы в Паскале и Си++ отделяются друг от друга точкой с запятой «;» (каждый оператор в этих языках должен заканчиваться таким символом), а в Бейсике двоеточием «> или переходом на новую строку.
Блок операторов
Часто в программе возникает необходимость выполнить группу операторов (например, в зависимости от какого-либо условия). Такая группа объединяется в блок с помощью специальных скобок начала и конца блока, называемых логическими скобками.
В Бейсике явного понятия «блок операторов» нет, в Паскале для этого используются ключевые слова begin и end, а в Си++ фигурные скобки «{» и «}».
Область действия переменных
Команды описания переменных могут встречаться в разных местах программы. При этом считается, что объявленные в них переменные являются локальными и их область действия текущий блок, в котором они описаны. Как только встречается логическая скобка, закрывающая блок (например,«}»), соответствующая переменная перестает существовать, а выделенная для нее память освобождается.
Некоторые переменные описываются вне блоков и доступны из любого места программы.
Оператор присваивания
Оператор присваивания позволяет изменять текущее значение переменной. Синтаксис его очень простой. В левой части оператора присваивания указывается имя переменной, значение которой изменяется, а справа выражение, значение которого будет записано в переменную. При этом старое значение, хранившееся в ней, безвозвратно пропадет.
Сам оператор присваивания записывается знаком «=» в Бейсике и Си++ и комбинацией двух знаков «:=» в Паскале (пробел между ними не допускается).
Например:
Result = 5
В переменную Result запишется число 5. Знак «=» означает именно присваивание, а не сравнение, которое может использоваться только в логических выражениях.
Другой пример:
X = X + 1
Сначала вычисляется значение выражения Х+1, и затем оно заносится в переменную X. Допустима и такая запись:
X = X = X
Прежде всего выполняется сравнение в правой части (X = X), его значение всегда будет true, и значением переменной X, соответственно, тоже станет true. Для повышения наглядности оператора присваивания в Паскале принята специальная форма его записи:
X. := X = X
Примеры.
Бейсик:
а23 = а22(12) + 1: b1 = b1 - 1
Паскаль:
а := b*2 + с; d := (е[8] - f)*2.2;
Си++:
х[5] = у/3.33; у = z[0] - 0.001;
Комментарии
При составлении программы очень полезно комментировать различные участки кода, чтобы потом, обратившись к ним, сразу понять, что конкретно выполняется в том или ином месте программы. Забыть смысл того, что было сделано совсем недавно, можно очень быстро за несколько недель, а в больших проектах и за несколько дней. Эта проблема становится особенно актуальной, когда группой специалистов разрабатывается объемное приложение, и разобраться в сотнях тысяч строк своего и чужого исходного текста очень сложно.
Языки программирования допускают использование комментариев частей исходных текстов, выделяемых с помощью специальных обозначений и пропускаемых компилятором при анализе текста программы. Комментарии могут начинаться и заканчиваться особыми символами и охватывать несколько строк кода, а могут записываться только в конце строки при этом считается, что весь остаток строки является комментарием.
Для обозначения комментариев в одном и том же языке программирования могут использоваться разные символы, поэтому возможно возникновение вложенных комментариев. Допустимость такого вложения задается, как правило, в настройках компилятора.
Синтаксис комментария
Бейсик |
Паскаль |
Си++ |
|
Однострочный комментарий |
REM или ' |
II |
// |
Многострочный комментарий |
нет |
{ } или (* *) |
/**/ |
X = 5 'комментарий до конца строки
X : = 5; // комментарий до конца строки
/*
это комментарий
языка Си++
*/
{
это комментарий
языка Паскаль
(* а это вложенный комментарий *)
}
Условный оператор (условные вычисления)
С помощью одного оператора присваивания можно создавать достаточно сложные расчетные программы, однако реализовать абсолютное большинство алгоритмов, просто последовательно выполняя операторы присваивания, невозможно. Постоянно приходится изменять порядок выполнения последовательности вычислений в зависимости от определенных деловым. Эти условия записываются в виде логических выражений и всегда принимают одно из двух значений true или false (истинно или ложно). При этом происходит разветвление программы выполнение в дальнейшем может продолжиться с разных операторов.
Синтаксис условного оператора примерно одинаков во всех языках программирования он представляет собой конструкцию:
если условие истинно
то выполнить оператор-1
иначе выполнить оператор-2
После ключевого слова IF (если) следует условие, и если оно истинно, то выполняется оператор или блок операторов, следующих за ключевым словом THEN (mo), если же оно ложно, то выполняется оператор или блок операторов, следующих за ключевым словом ELSE (иначе).
Синтаксис условного оператора
Бейсик |
Паскаль |
Си++ |
IF условие THEN оператор- 1 ELSE оператор-2 END IF |
if условие then оператор- 1 else оператор-2; |
if( условие ) оператор- 1 else оператор-2; |
Примеры.
Бейсик:
IF А < > THEN
А = О
ELSE
А = -1
END IF
Паскаль:
if а <> 0 then a := О
else a := -1;
Си++:
if( а <> 0 ) а = 0
else a = -1;
Вторую часть условного оператора, выполняющуюся в случае, если условие ложно, всегда можно опускать.
Бейсик:
IF x < О THEN
у = х / 2
х = 1
END IF
Паскаль:
if х < 0 then
begin
у := х / 2;
х := 1;
end
Си++:
if( х < 0 )
{
у = х / 2;
х = 1;
};
Повторяющиеся вычисления (операторы цикла)
С помощью условных операторов и операторов присваивания теоретически можно реализовать сколь угодно сложный алгоритм. Однако на практике при необходимости организовать обработку тысяч элементов массива (например, присвоить каждому элементу начальное значение) вручную набирать тысячу операторов присваивания крайне тяжело.
Поэтому в языках программирования имеются средства для организации повторных вычислений, называемые операторами цикла. Они бывают двух видов: с фиксированным числом повторений и условные операторы цикла.
Каждый оператор цикла состоит из заголовка цикла, определяющего число повторений, и тела цикла повторяемого оператора или блока операторов.
Первый вид оператора цикла
При решении задачи примерно в половине случаев заранее известно, сколько раз понадобится выполнить тело цикла. Так бывает, как правило, при обработке массивов, размер которых всегда или известен заранее, или легко определяется.
Заголовок такого оператора состоит из трех частей инициализации переменной-счетчика или параметра цикла (присваивания ей начального значения), определения конечного значения счетчика, по достижении которого тело цикла надо выполнить в последний раз, и приращения счетчика, определяющего, на сколько будет меняться значение счетчика после каждого выполнения тела цикла.
Синтаксис оператора цикла
Бейсик |
FOR счетчик = начальное_значение ТО конечное_значение STEP приращение тело цикла группа операторов NEXT Если приращение не указывать, то считается, что оно равно 1 |
Паскаль |
for счетчик := начальное_значение to конечное_значение do оператор или блок операторов; Приращение всегда равно 1 |
Си++ |
for( счетчик = начальное_значение; условие_завершения; счетчик = счетчик + приращение) оператор или блок операторов; |
Примеры инициализации тысячи элементов массива а.
Бейсик:
FOR I = 1 ТО 1000
А(1) = О
NEXT
Паскаль:
for i := 1 to 1000 do
a[i] := 0;
Си++:
for( i = 0; i < 1000; i = i + 1 )
a[i] = 0;
В последнем примере счетчик будет принимать значения от 0 до 999, потому что нумерация элементов массива в Си++ начинается с нуля.
Второй вид оператора цикла
Не менее часто встречаются ситуации, когда число повторений заранее неизвестно надо выполнять цикл, пока не произойдет некоторое событие (пользователь нажмет на кнопку, точность вычислений уложится в заданный порог и т. д.). В таких ситуациях заголовок цикла упрощается. В нем указывается только условие (логическое выражение) пока его значение равно true, цикл будет выполняться.
Синтаксис оператора цикла
Бейсик |
Паскаль |
Си++ |
DO WHILE условие группа операторов LOOP |
while условие do оператор или группа операторов; |
while( условие ) оператор или группа операторов; |
Бейсик:
DO WHILE A > В
А = А - 0.01
LOOP
Паскаль:
while a > b do
а := а - 0.01;
Си++:
while( а > b )
а = а - 0.01;
Зацикливание
При использовании условных операторов цикла программиста подстерегает одна опасность. Как показывает практика, достаточно легко сделать ошибку и неверно задать условие окончания цикла, которое всегда будет истинным, при этом тело цикла станет выполняться бесконечно. Подобная ситуация называется зацикливанием.
Например:
а = 0; b = 1;
while(а < b )
a = a - 0.01;
Так как исходное значение переменной а меньше, чем значение переменной b, и это значение будет только уменьшаться, то подобный цикл никогда не закончится.
В некоторых случаях программисты специально применяют подобный трюк, чтобы организовать бесконечный цикл, в котором будут приниматься и обрабатываться внешние сообщения (события). Тогда использование условного оператора цикла может выглядеть так:
while true do
begin // тело цикла
end;
Контроль за выходом из цикла при наступлении определенного события при этом полностью возлагается на программиста.
В Бейсике есть специальная форма оператора цикла, позволяющая явно описывать такие бесконечные циклы:
DO
' тело цикла
LOOP
Исключения
Управление порядком выполнения программы может происходить не только с помощью условных операторов и операторов цикла, но и при возникновении исключений ситуаций в программе или операционной системе, требующих немедленного реагирования. Например, при выполнении оператора присваивания и вычислении выражения произошло деление на ноль. Программа остановилась, так как не знает, что ей делать дальше, ведь получено ошибочное значение. Чаще всего выполнение программы просто прекращается по ошибке, но современные системы разработки позволяют программисту явно контролировать возникновение самых разных исключений (они еще называются исключительными ситуациями, требующими немедленного вмешательства) и указывать, какие операторы следует выполнять при их возникновении.
Параллельные вычисления
Еще одна область программирования, в которой возможно изменение явно указанного порядка выполнения операторов, это область параллельных вычислений. С появлением недорогих ПК с несколькими процессорами возникла возможность распараллеливания программы одновременного выполнения ее независимых частей на разных процессорах, что теоретически позволяет получить выигрыш в быстродействии, линейно зависящий от числа процессоров. Однако на практике это очень сложная задача, которая требует правильного выделения независимых модулей кода (так называемых процессов), выполнение которых не скажется на результатах работы других процессов. Так как момент окончания работы того или иного процесса заранее неизвестен, то в программе надо предусмотреть действия, связанные с синхронизацией обработки получаемых результатов. Их выполнение может потребоваться в самые неожиданные моменты, поэтому изменение линейной последовательности работы операторов неизбежно.
Ввод и вывод
Чтобы получать от человека информацию для обработки и показывать результаты своей работы, программа должна иметь средства для организации интерактивного общения с пользователем (общения в реальном масштабе времени человек щелкнул мышкой на кнопке и сразу получил ответ) и средства для ввода данных из файлов и сохранения данных в файлах. Интерактивное общение реализуется с помощью /МО-систем, позволяющих быстро спроектировать пользовательский интерфейс. Ввод и вывод информации осуществляется в разных языках по-разному. В Паскале и Бейсике есть операторы для такой работы, в Си++ они выделены в специальные библиотеки. Введен также специальный тип данных «файл» (FILE).
Работа с файлами всегда происходит в три этапа.
Каждый из этих пунктов реализуется в каждом из языков программирования по-своему. Некоторые пункты требуют для своей реализации нескольких операторов.
Вопросы для самоконтроля
Напишите формулу для вычисления среднего арифметического и среднего геометрического значений двух переменных.
Подпрограммы
В предыдущем разделе рассматривались основные операторы и типы данных, необходимые для составления программ. При этом предполагалось, что текст программы представляет собой линейную последовательность операторов присваивания, цикла и условных операторов. Таким способом можно решать не очень сложные задачи и составлять программы, содержащие несколько сот строк кода. После этого понятность исходного текста резко падает из-за того, что общая структура алгоритма теряется за конкретными операторами языка, выполняющими слишком детальные, элементарные действия. Возникают многочисленные вложенные условные операторы и операторы циклов, логика становится совсем запутанной, при попытке исправить один ошибочный оператор вносится несколько новых ошибок, связанных с особенностями работы этого оператора, результаты выполнения которого нередко учитываются в самых разных местах программы. Поэтому набрать и отладить длинную линейную последовательность операторов практически невозможно.
При создании средних по размеру приложений (несколько тысяч строк исходного кода) используется структурное программирование, идея которого заключается в том, что структура программы должна отражать структуру решаемой задачи, чтобы алгоритм решения был ясно виден из исходного текста. Для этого надо иметь средства для создания программы не только с помощью трех простых операторов, но и с помощью средств, более точно отражающих конкретную структуру алгоритма. С этой целью в программирование введено понятие подпрограммы набора операторов, выполняющих нужное действие и не зависящих от других частей исходного кода. Программа разбивается на множество мелких подпрограмм (занимающих до 50 операторов критический порог для быстрого понимания цели подпрограммы), каждая из которых выполняет одно из действий, предусмотренных исходным заданием. Комбинируя эти подпрограммы, удается формировать итоговый алгоритм уже не из простых операторов, а из законченных блоков кода, имеющих определенную смысловую нагрузку, причем обращаться к таким блокам можно по названиям. Получается, что подпрограммы это новые операторы или операции языка, определяемые программистом.
Возможность применения подпрограмм относит язык программирования к классу процедурных языков.
Нисходящее проектирование
Наличие подпрограмм позволяет вести проектирование и разработку приложения сверху вниз такой подход называется нисходящим проектированием. Сначала выделяется несколько подпрограмм, решающих самые глобальные задачи (например, инициализация данных, главная часть и завершение), потом каждый из этих модулей детализируется на более низком уровне, разбиваясь в свою очередь на небольшое число других подпрограмм, и так происходит до тех пор, пока вся задача не окажется реализованной.
Такой подход удобен тем, что позволяет человеку постоянно мыслить на предметном уровне, не опускаясь до конкретных операторов и переменных. Кроме того, появляется возможность некоторые подпрограммы не реализовывать сразу, а временно откладывать, пока не будут закончены другие части. Например, если имеется необходимость вычисления сложной математической функции, то выделяется отдельная подпрограмма такого вычисления, но реализуется она временно одним оператором, который просто присваивает заранее выбранное значение (например, 5). Когда все приложение будет написано и отлажено, тогда можно приступить к реализации этой функции.
Немаловажно, что небольшие подпрограммы значительно проще отлаживать, что существенно повышает общую надежность всей программы.
Очень важная характеристика подпрограмм это возможность их повторного использования. С интегрированными системами программирования поставляются большие библиотеки стандартных подпрограмм, которые позволяют значительно повысить производительность труда за счет использования чужой работы по созданию часто применяемых подпрограмм.
Рассмотрим пример, демонстрирующий методику нисходящего проектирования. Имеется массив Ocenki, состоящий из N (N > 2) судейских оценок (каждая оценка положительна). В некоторых видах спорта принято отбрасывать самую большую и самую маленькую оценки, чтобы избежать влияния необъективного судейства, а в зачет спортсмену идет среднее арифметическое из оставшихся оценок. Решим эту задачу, постепенно детализируя алгоритм (без привязки к конкретному языку программирования).
1. Процесс решения наиболее просто описывается подпрограммами:
Ввести_оценки_в_массив;
Удалить_самую_большую_оценку;
Удалить_самую_маленькую_оценку;
Рассчитать_среднее_арифметическое_оставшихся_оценок;
Вывести_результаты;
Теперь можно приступить к детализации каждой их этих подпрограмм.
2. Удалить_самую_большую_оценку;
Как удалить самую большую оценку из статического массива? Вместо нее можно просто записать значение 0, а при подсчете среднего арифметического нулевые значения не учитывать.
I = Номер_самого_большого_элеменша_в_массиве;
Ocenki[ I ] =0;
3. Удалить_самую_маленькую_оценку;
I = Номер_самого_маленького_элемента_в_массиве;
Ocenki( I ) = 0;
При реализации подпрограммы Номер_самого_маленького_элемента_в_массиве надо учесть, что искать придется самое маленькое из положительных значений (больших нуля).
4. Рассчитать_среднее_арифметическое_оставшихся_оценок;
Здесь потребуется оператор цикла, вычисляющий сумму всех элементов массива Ocenki.
SUM = О
FOR I = 1 ТО N
SUM = SUM + Ocenki( I )
NEXT
SUM = SUM / (N - 2)
В последнем операторе происходит вычисление среднего арифметического всех оценок. Сумма элементов массива делится на число элементов, уменьшенное на 2, потому что две оценки, самую большую и самую маленькую, учитывать не надо.
Если бы эта задача решалась последовательно, то уже на этапе удаления оценок могли возникнуть определенные проблемы.
Реализацию подпрограмм Номер_самого_большого_элемента_в_массиве и Номер_ самого_маленького_элемента_в_массиве выполните самостоятельно.
Процедуры и функции
Подпрограммы бывают двух видов процедуры и функции. Отличаются они тем, что процедура просто выполняет группу операторов, а функция вдобавок вычисляет некоторое значение и передает его обратно в главную программу (возвращает значение). Это значение имеет определенный тип (говорят, что функция имеет такой-то тип).
В Си++ понятия «процедура» нет там имеются только функции, а если никакого значения функция не вычисляет, то считается, что она возвращает значение типа «никакое» (void).
Параметры подпрограмм
Чтобы работа подпрограммы имела смысл, ей надо получить данные из внешней программы, которая эту подпрограмму вызывает. Данные передаются подпрограмме в виде параметров или аргументов, которые обычно описываются в ее заголовке так же, как переменные.
Управление последовательностью вызова подпрограмм
Подпрограммы вызываются, как правило, путем простой записи их названия с нужными параметрами. В Бейсике есть оператор CALL для явного указания того, что происходит вызов подпрограммы.
Подпрограммы активизируются только в момент их вызова. Операторы, находящиеся внутри подпрограммы, выполняются, только если эта подпрограмма явно вызвана. Пока выполнение подпрограммы полностью не закончится, оператор главной программы, следующий за командой вызова подпрограммы, выполняться не будет.
Подпрограммы могут быть вложенными допускается вызов подпрограммы не только из главной программы, но и из любых других подпрограмм.
В некоторых языках программирования допускается вызов подпрограммы из себя самой. Такой прием называется рекурсией и потенциально опасен тем, что может привести к зацикливанию бесконечному самовызову.
Структура подпрограммы
Подпрограмма состоит из нескольких частей: заголовка с параметрами, тела подпрограммы (операторов, которые будут выполняться при ее вызове) и завершения подпрограммы.
Локальные переменные, объявленные внутри подпрограммы, имеют областью действия только ее тело.
Функции
Бейсик |
Паскаль |
Си++ |
|
Заголовок функции |
FUNCTION имя (список_параметров) Тип возвращаемого значения определяется специальным символом после имени функции |
function имя (список_параметров) : тип_функции; |
тип_функции имя(список_параметров) |
Тело |
Последовательность операторов |
begin последовательность операторов end; |
{ последовательность операторов }; |
Завершение |
END FUNCTION |
нет |
нет |
Процедуры
Бейсик |
Паскаль |
Си++ |
|
Заголовок процедуры |
SUB имя (список_параметров) |
procedure имя (список_параметров) ; |
void имя(список_ параметров) |
Тело |
Последовательность операторов |
begin последовательность операторов end; |
{ последовательность операторов }; |
Завершение |
END SUB |
нет |
нет |
Как функция возвращает значение
После того как функция рассчитала нужное значение, ей требуется явно вернуть его в вызывающую программу. Для этого может использоваться специальный оператор (return в Си++) или особая форма оператора присваивания, когда в левой части указывается имя функции, а справа возвращаемое значение.
Далее приведены примеры функции, вычисляющей значение квадрата аргумента.
Бейсик:
FUNCTION SQR% (X AS INTEGER)
SQR% = X*X
END FUNCTION
Паскаль:
function SQR(X: integer): integer;
begin
SQR := X*X
end;
Си++:
int SQR(int x)
{
return x*x;
};
Формальные и фактические параметры
Во время создания подпрограммы заранее неизвестно, какие конкретно параметры она может и будет получать. Поэтому в качестве переменных, выступающих в роли ее аргументов в заголовке, могут использоваться произвольные допустимые названия, даже совпадающие с уже имеющимися. Компилятор все равно поймет, что это не одно и то же.
Параметры, которые указываются в заголовке подпрограммы, называются формальными. Они нужны только для описания тела подпрограммы. А параметры (конкретные значения), которые указываются в момент вызова подпрограммы, называются фактическими параметрами. При выполнении операторов подпрограммы формальные параметры как бы временно заменятся на фактические.
Пример.
int a, у;
а = 5;
у = SQR(a);
Программа вызывает функцию SQR() с одним фактическим параметром а. Внутри подпрограммы формальный параметр х получает значение переменной а и возводится в квадрат. Результат возвращается обратно в программу и присваивается переменной у.
Событийно-ориентированное программирование
С активным распространением системы Windows и появлением визуальных RAD-сред широкую популярность приобрел событийный подход к созданию программ событийно-ориентированное программирование.
Идеология системы Windows основана на событиях. Щелкнул человек на кнопке, выбрал пункт меню, нажал на клавишу или кнопку мыши в Windows генерируется подходящее сообщение, которое отсылается окну соответствующей программы.
Структура программы, созданной с помощью событийного программирования, следующая. Главная часть представляет собой один бесконечный цикл, который опрашивает Windows, следя за тем, не появилось ли новое сообщение. При его обнаружении вызывается подпрограмма, ответственная за обработку соответствующего события (обрабатываются не все события, их сотни, а только нужные), и подобный цикл опроса продолжается, пока не будет получено сообщение «Завершить работу».
События могут быть пользовательскими, возникшими в результате действий пользователя, системными, возникающими в операционной системе (например, сообщениями от таймера), и программными, генерируемыми самой программой (например, обнаружена ошибка, и ее надо обработать).
Событийное программирование является развитием идей нисходящего проектирования, когда постепенно определяются и детализируются реакции программы на различные события.
Вопросы для самоконтроля
Понятие объекта
Развитие идей структурного и событийного программирования существенно подняло производительность труда программистов и позволило в разумные сроки (несколько месяцев) создавать приложения объемом в сотни тысяч строк. Однако такой объем уже приблизился к пределу возможностей человека, и потребовались новые технологии разработки программ.
В середине 80-х годов в программировании возникло новое направление, основанное на понятии объекта. До того времени основные ограничения на возможность создания больших систем накладывала разобщенность в программе данных и методов их обработки.
Реальные объекты окружающего мира обладают тремя базовыми характеристиками: они имеют набор свойств, способны разными методами изменять эти свойства и реагировать на события, возникающие как в окружающем мире, так и внутри самого объекта. Именно в таком виде в языках программирования и реализовано понятие объекта, как совокупности свойств (структур данных, характерных для этого объекта), методов их обработки (подпрограмм изменения свойств) и событий, на которые данный объект может реагировать и которые приводят, как правило, к изменению свойств объекта.
Появление возможности создания объектов в программах качественно повлияло на производительность труда программистов. Максимальный объем приложений, которые стали доступны для создания группой программистов из 10 человек, за несколько лет увеличился до миллионов строк кода, при этом одновременно удалось добиться высокой надежности программ и, что немаловажно, повторно использовать ранее созданные объекты в других задачах.
Класс
Объекты могут иметь идентичную структуру и отличаться только значениями свойств. В таких случаях в программе создается новый тип, основанный на единой структуре объекта (по аналогии с тем, как создаются новые типы для структур данных). Он называется классом, а каждый конкретный объект, имеющий структуру этого класса, называется экземпляром класса.
Описание нового класса
Описание нового класса похоже на описание новой структуры данных, только к полям (свойствам) добавляются методы подпрограммы.
В Си++ и Паскале для описания класса используется ключевое слово class.
Паскаль:
class TMyClass
Iteml: integer;
Item2: string;
function GetSum(n: integer): integer;
procedure Initialize;
end;
Си++:
class TMyClass
{
int Iteml;
int Item2;
int GetSum(int n) ;
void Initialize();
При определении подпрограмм, принадлежащих конкретному классу, его методов, в заголовке подпрограммы перед ее названием явно указывается, к какому классу она принадлежит. Название класса от названия метода отделяют специальные символы (точка в Паскале или два двоеточия в Си++).
Паскаль:
procedure TMyClass.Initialize;
begin
Iteml := 1;
Item2 := "";
end;
Си++:
void TMyClass::Initialize()
{
Iteml = 1;
Item2 = 0;
}
Класс это тип данных, такой же, как любой другой базовый или сложный тип. На его основе можно описывать конкретные объекты (экземпляры классов).
Паскаль:
var Cl, C2: TMyClass;
Си++:
TMyClass Cl, C2;
Доступ к свойствам объектов и к их методам осуществляется так же, как к полям записей, через точку:
Cl.Iteml := 5;
С2.Initialize;
х := Cl.GetSum(21);
Объединение данных с методами в одном типе (классе) называется инкапсуляцией.
Наследование
Важнейшая характеристика класса возможность создания на его основе новых классов с наследованием всех его свойств и методов и добавлением собственных. Класс, не имеющий предшественника, называется базовым.
Например, класс «животное» имеет свойства «название», «размер», методы «идти» и «размножаться». Созданный на его основе класс «кошка» наследует все эти свойства и методы, к которым дополнительно добавляется свойство «окраска» и метод «пить».
Наследование позволяет создавать новые классы, повторно используя уже готовый исходный код и не тратя времени на его переписывание.
Полиморфизм
В большинстве случаев методы базового класса у классов-наследников приходится переопределять объект класса «кошка» выполняет метод «идти» совсем не так, как объект класса «амеба». Все переопределяемые методы по написанию (названию) будут совпадать с методами базового объекта, однако компилятор по типу объекта (его классу) распознает, какой конкретно метод надо использовать, и не вызовет для объекта класса «кошка» метод «идти» класса «животное». Такое свойство объектов переопределять методы наследуемого класса называется полиморфизмом.
Визуальное программирование
Технологии объектного, событийного и структурного программирования сегодня объединены в .RAD-системах, которые содержат множество готовых классов, представленных в виде визуальных компонентов, которые добавляются в программу одним щелчком мыши. Программисту надо только спроектировать внешний вид окон своего приложения и определить обработку основных событий какие операторы будут выполняться при нажатии на кнопки, при выборе пунктов меню или щелчках мышкой. Весь вспомогательный исходный код среда сгенерирует сама, позволяя программисту полностью сосредоточиться только на реализации алгоритма.
Вопросы для самоконтроля
Опишите использование принципов объектно-ориентированного программированиия в средах быстрого проектирования.
Программирование как вид деятельности
Появление первых компьютеров породило программирование как науку. Разрабатывались первые математические теории обработки информации, средства доказательства правильности программ, оптимизации кода, создания эффективных компиляторов, формального тестирования и т. д. Затем, с появлением универсальных языков программирования третьего поколения, эти аспекты стали менее актуальными исследования шли и идут в основном в области автоматической генерации исходных текстов и повышения эффективности компиляторов. Программирование превратилось в искусство миллионы людей, не имевших специального образования, получили возможности применять компьютеры для решения собственных прикладных задач, что потребовало от них мастерства создавать правильно работающие программы. Искусством программирование остается и сегодня для профессиональных разработчиков и любителей, создающих программы в одиночку или в небольших компаниях, где все решает индивидуальное мастерство.
Вместе с тем, при росте спроса со стороны государственных и частных организаций на все более и более сложные системы автоматизации предприятий, надежные операционные среды, комплексы глобального телекоммуникационного управления, возникла необходимость в постановке процесса разработки программного обеспечения (ПО) на поток, превращения программирования в ремесло. Было разработано несколько методологий и стандартов, позволивших эффективно организовывать труд сотен программистов средней квалификации, точно укладываться в отпущенные сроки и средства и не зависеть от настроения нескольких талантливых ведущих специалистов. Отрицательная сторона подобных методологий отсутствие творческого элемента в работе и своеобразная конвейерная «потогонная» система промышленного производства программ, которая, будучи внедренной в организации, в условиях жесточайшего дефицита программистов во всем мире может только отпугнуть сотрудников.
Потенциальные возможности человека
Объем проекта, строк исходного кода |
Тип программы |
Время создания |
Вероятность успешного завершения |
Число программистов |
100 |
Утилиты для временных нужд |
1 день |
100% |
1 |
1000 |
Небольшие приложения и дополнения, вносимые в готовые системы |
до1 месяца |
100% |
1 |
10000 |
Типичная средняя программа, разрабатываемая на заказ |
до 6 месяцев |
85% |
1 (предел возможностей среднего программиста) |
100000 |
Большинство современных коммерческих автономных и небольших клиент-серверных приложений |
1 год |
85% для групп, 35% для одиночки |
10 |
1 млн |
Крупные системы автоматизации |
1 ,5-5 лет |
50% для группы, 0% для одиночки |
100 |
10 млн |
Операционные системы (Microsoft Windows, IBM VMS), большие военные комплексы. Предел сегодняшних возможностей. Стоимость подобной разработки может равняться стоимости большого стадиона или крупного корабля |
5-8 лет |
35% |
до тысячи |
Экономические аспекты программирования
Когда на свет появились первые компьютеры, одна минута их работы стоила очень дорого, а задачи решались достаточно простые, поэтому в расходах на подготовку программ труд разработчиков составлял небольшую часть. С появлением ПК и ростом спроса на большие программные системы практически всю расходную часть проекта стала составлять зарплата программистов. Как видно из таблицы, большой процент таких проектов заканчивается неудачно, а расходы на них очень велики, поэтому проблемы создания качественного программного обеспечения точно в срок и в рамках бюджета сегодня самые важные, и над созданием эффективных методологий производства ПО трудятся специалисты во всех развитых странах.
Этапы разработки программ
Программы небольшого и среднего размера (несколько тысяч строк) создаются, как правило, в два этапа. Сначала необходимо точно установить, что надо сделать, продумать соответствующий алгоритм, определить структуры данных, объекты и взаимодействие между ними (это этап системного анализа), а затем выразить этот алгоритм в виде, понятном машине (этап кодирования). Если же разрабатывается крупный проект объемом от десятков тысяч до миллионов строк кода, тогда приходится применять специальные методологии проектирования, охватывающие период разработки ПО.
Период разработки ПО
Рассмотрим классический период разработки ПО.
1. Формируются и анализируются требования к проекту. Этот этап самый важный, так как неправильное формулирование требований приводит к выполнению ненужной работы, а недооценка сложности вызывает перерасход средств и времени. Сегодня около 60 % крупных проектов завершаются неудачей именно из-за ошибок на стадии подготовки требований.
На основе требований по различным методикам определяется примерный объем проекта и его трудоемкость, рассчитываются будущие трудозатраты и определяется его стЪимостъ. Так как требования к проекту во время работы над ним могут уточняться и меняться, а выполнение требований надо отслеживать, применяются специальные программы для управления требованиями.
Часто заказчик не в состоянии точно выразить, чего он хочет, и задача специалистов по системному анализу помочь ему выразить свои требования в виде, пригодном для формализации. После согласования требований подписывается контракт на разработку ПО. В дальнейшем любые отклонения от сформулированных требований к продукту (как со стороны заказчика, так и со стороны исполнителя) рассматриваются как нарушение контракта.
Каждый этап требует от заказчика вложения собственных трудозатрат и привлечения высокопрофессиональных специалистов, поэтому он обязательно должен оплачиватьсябесплатно выполнять сложную работу никто не будет. Однако, хотя первый этап самый важный, заказчик редко понимает эту важность и не готов платить достаточно большие суммы. Примерный объем работ на этом этапе 5 % от объема всего проекта.
2. Начинается предпроектное обследование объекта автоматизации. С помощью CASЕ-средств составляется формальная модель его работы, модель базы данных, объектов и потоков информации. На этом этапе привлекаются специалисты заказчика и эксперты, хорошо знакомые с предметной областью, для которой составляется задача.
Примерный объем работ второго этапа 10 % от общего.
3. На основе формальной модели составляется подробное техническое задание для программистов, спецификации отдельных модулей, таблицы баз данных, другая сопроводительная документация. Готовится подробный календарный план работ, где указываются все сроки, конкретные исполнители и выполняемые объемы работ (понедельно, помесячно). Для составления планов работ имеется немало хороших программ, ориентированных как на небольшие группы программистов, так и на коллективы из сотен сотрудников, выполняющих тысячи различных работ в рамках общего плана.
Примерный объем работ третьего этапа 10 % от общего.
4. Выбирается методология разработки ПО и начинается разработка (кодирование). Крупные компании имеют собственные методологии, ориентированные на конкретные задачи (как правило, это задачи автоматизации предприятий), однако все методологии имеют общие черты и более-менее серьезно различающихся известно около двух десятков.
Мы коснулись, в частности, методологий структурного (нисходящего) и объектного проектирования. Хотя объектный подход, безусловно, один из самых передовых, он подразумевает высокую квалификацию всех исполнителей без исключения и поэтому распространен не очень широко.
Достаточно популярна методология итерационного проектирования, ориентированная на использование RAD-средств и систем автоматической генерации исходных текстов на основе созданной формальной модели. Такой подход хорош тем, что позволяет быстро создать первый работающий прототип программы, когда еще требования к ней окончательно не определены, а в дальнейшем, на следующих итерациях (их обычно требуется от двух до пяти), постепенно детализировать и реализовывать конкретные возможности, пропущенные по каким-то причинам на предыдущей итерации. Эта методология немного отличается от нисходящего проектирования тем, что применяется, когда окончательные требования неизвестны и могут меняться, а основные работающие функции нужны заказчику как можно быстрее (заказчик чаще хочет получить приложение, законченное на 80 %, сегодня, чем законченное на 100 % завтра). При нисходящем проектировании основная структура задачи должна быть определена заранее.
Принятие решения о выборе подходящей методологии очень ответственный процесс. Человек, принимающий такое решение, должен обладать богатым опытом и знаниями в области создания ПО. Многое зависит от инфраструктуры заказчика какие у него компьютеры, операционные системы, каковы их ресурсы. В соответствии с этим выбираются и средства разработки. Иногда бывает, что лучше всего подходит, например, итерационная методология, но для операционной системы заказчика нет хорошей RAD-среяы, и приходится остановиться на менее эффективной методологии.
В процессе разработки необходимо:
непрерывно поддерживать обратную связь с заказчиком, чтобы следить за правильностью реализации требований;
непрерывно контролировать ход работ в соответствии с планом и при отклонениях от него принимать экстренные меры.
Примерный объем этих работ 10 % от общего объема проекта.
5. Когда программа закончена (готова работоспособная альфа-версия), она поступает к тестерам компании-исполнителя, которые начинают проверять ее на наличие ошибок и сообщать о найденных ошибках программистам. Анализируется, в частности, устойчивость работы программы при вводе недопустимых или критических значений, при отсутствии информации, при неверных действиях, при сбоях аппаратуры, в стрессовых режимах и т. п. Когда число ошибок, выявляемых за определенный срок (неделя, месяц), снижается ниже экспериментально подобранного уровня (на основе аналогичных проектов), начинается бета-тестирование программы у заказчика. К такому тестированию привлекается максимально возможное число сотрудников, и программа уже начинает частично функционировать в рабочем режиме.
Примерный объем этих работ 10 % от общего объема проекта.
Примерный объем трудозатрат на обучение 5 % от общего объема проекта.
8. После того как заказчик подписывает акт приемки, проект считается завершенным, но связь с исполнителем не теряется. Особенно в первое время у пользователей системы постоянно будет возникать множество вопросов по работе с ней. Неизбежно и возникновение ошибок, которые требуется устранять. Кроме того, исполнитель может выпускать новые версии системы, и старая система потребует обновления. Сотрудничество с заказчиком по обслуживанию системы называется сопровождением. Оно бесплатно на определенный гарантийный срок (например, год).
Реально объем непосредственного программирования и отладки (тестирования) в цикле разработки невелик. Он составляет 10-20 % от общего объема работ.
Контроль качества
Чем крупнее проект, тем больше в нем ошибок. При этом слишком затягивать этап тестирования нельзя нарушаются сроки, растет недовольство потребителей, и на рынок выпускается «сырая» система с множеством ошибок, которые устраняются уже в процессе эксплуатации выпуском многочисленных «заплаток».
Современные технологии создания надежного ПО предусматривают непрерывный сквозной контроль качества разрабатываемого продукта на всех этапах жизненного цикла от анализа требований до внедрения и сопровождения, а не только на этапе тестирования. Качество каждой работы в плане формализуется числовой величиной с помощью специальных методик, но его можно контролировать, только оптимальным образом организовав работу большой группы аналитиков и программистов. Для этого надо иметь возможность отслеживать вносимые в проект изменения изменения требований, формальных моделей, сопроводительной документации, версий исходных текстов, хода выполнения календарного плана по разработке, тестированию, внедрению, сопровождению, а также контролировать и управлять всеми этапами периода создания программы процессом разработки ПО. Для этого предназначены системы конфигураииотого управления сложные и дорогие (десятки и сотни тысяч долларов) продукты, однако без них крупный проект скорее всего обречен на неудачу.
Системы не очень сложного конфигурационного управления, охватывающие контроль версий исходных текстов и ряд других аспектов работы группы программистов, встроены, в частности, в такие системы, как Delphi 5 и Visual C++ 6.0.
Стандарты качества ПО
Компания может организовать у себя очень эффективный процесс разработки ПО, однако заказчик вполне обоснованно может ей не поверить. Существует международная система сертификации компаний по стандарту качества /50 9000, которая гарантирует, что данная компания выполняет программные проекты в срок и с высоким качеством. Процесс сертификации сложен и требует подготовительной работы в течение нескольких лет.
Сертификация по стандарту /50 9000 может выполняться организациями, имеющими подобное право, либо на весь мир, либо на ограниченные территории (например, Восточную Европу). К 1999 году организацией, имеющей право на международную сертификацию, в России был выдан один стандарт качества /50 9000.
В США несколько лет назад была разработана специальная методология СММ (Capability Maturity Model for Software), позволяющая сертифицировать компании по одному из 5 уровней «зрелости» процесса разработки ПО. Согласно результатам 20-летних исследований Министерства обороны США оказалось, что главная причина слишком частых неудач при разработке крупных информационных проектов заключается прежде всего в неумении менеджеров управлять процессом создания качественного ПО.
В отличие от стандарта ISO 9000, который просто подтверждает качественную работу компании на основании достаточно общих критериев, методология СММ ориентирована именно на качество управления процессом разработки и имеет множество конкретных рекомендаций и указаний по способам организации всех этапов создания ПО. Сегодня в США невозможно получить крупный государственный или военный заказ на создание программного продукта стоимостью более 2 млн долларов, если компания не сертифицирована как минимум по третьему уровню СММ. А по пятому уровню в мире сертифицировано менее 10 организаций.
Повышение индивидуального мастерства
На основе методологии СММ была создана методология PSP (Personal Software Process), ориентированная на индивидуальных разработчиков. Она позволяет в несколько раз повысить качество создания программ, значительно поднять собственную производительность и научиться предсказывать сроки выполнения работ.
Методология PSP состоит из 7 этапов самосовершенствования, и, чтобы хорошо ее освоить, надо закончить специальные курсы. Однако даже простое знакомство с ее идеологией позволит любому программисту значительно улучшить свою работу.
Перед началом проекта составляется подробный календарный план работ и производится попытка оценить его объем в строках кода и рабочих днях. Весь процесс работы детально хронометрируется, а найденные ошибки подробно описываются накапливается статистика. По окончании проекта весь процесс тщательно анализируется и делаются выводы о том, что можно улучшить в своей работе, каких ошибок надо стараться избегать, какова реальная производительность труда и т. п. Сегодня лучшая характеристика программиста это не просто знание Си++ или Delphi, a способность планировать свой труд, разрабатывать программу точно в срок и без ошибок.
Методы маркетинга программного обеспечения
Коммерческое ПО. При создании программного продукта издатель, выполнив анализ рынка, заказывает у исполнителя разработку такого ПО, которое должно пользоваться на рынке спросом, и выделяет на его создание деньги. По окончании работ издатель получает все имущественные права на созданный продукт (право на тиражирование, продажу под собственной торговой маркой, право на получение дохода от программы любым способом). При этом может быть оговорено получение исполнителем некоторого процента (роялти) с каждой проданной копии (как правило, для программ, издающихся сотнями тысяч или миллионами копий, роялти составляет 1-3 %) тогда он получает меньшую сумму на разработку или вообще создает программу за свой счет. Если же отчисления не предусмотрены, то все расходы по подготовке программы издатель берет на себя. Он также вкладывает средства в упаковку, рекламную кампанию, организации сетей сбыта и т. д. Издатель обеспечивает расходы, связанные с сопровождением продукта и технической поддержкой пользователей.
За исполнителем навечно остаются авторские права на программу право указывать свое имя или логотип своей фирмы на начальной заставке, в документации, на упаковочной коробке.
Крупные компании имеют и подразделения разработки ПО, и отделы, занимающиеся его распространением, что помогает эффективно организовать весь процесс от производства программ до доставки их потребителю.
Условно-бесплатное ПО (shareware). В связи с активным развитием Интернета огромное число индивидуальных разработчиков получили возможность распространения своих программ по всему миру. Не имея средств на рекламные кампании, они предоставляют возможность получения ознакомительных версий их программ (демонстрационных или имеющих искусственные ограничения) через Интернет, Если человеку эта программа нравится, он оплачивает небольшую сумму и получает полную работоспособную версию.
В Интернете есть немало узлов, которые предлагают бесплатные услуги по размещению таких программ.
Бесплатное ПО (freeware, public domain). Такие программы не имеют никаких ограничений, однако автор может попросить заплатить ему некоторую сумму, не настаивая, впрочем, на этом (это метод freeware). Некоторые программы авторы называют «общественным достоянием» (public domain), ничего взамен не требуют и нередко распространяют такое ПО в исходных текстах.
Как правило, стимулом к созданию freeware/public domain-программ служит стремление повысить собственную квалификацию, установить контакты с коллегами, а в случае удачно созданной программы получить известность и, как правило, приглашение на хорошую работу.
Вопросы для самоконтроля
20.7. Пример на Бейсике. Разведение кроликов
В данном и последующих разделах рассматриваются три примера, реализованные с помощью разных систем программирования: QBasic корпорации Microsoft (интерпретирующая версия Бейсика для операционной системы MS-DOS), Borland Delphi 4 (система визуального программирования на Паскале) и Borland C++Builder 4 (система визуального программирования на Си++) компании Inprise. Эти примеры включают в себя описание основных приемов работы с данными системами.
Постановка задачи
Итальянский математик Леонардо Фибоначчи придумал оригинальную числовую последовательность, названную в его честь, которая описывает рост численности поколений кроликов. Считается, что каждый год каждая пара животных приносит приплод новую пару (самца и самку), которые в свою очередь начинают давать приплод через два года (смертность не учитывается). То есть каждый следующий член последовательности равен сумме двух предыдущих, а классическая последовательность Фибоначчи выглядит так:
1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, ...
Надо определить, через сколько лет будет достигнута популяция в N особей.
Запуск QBasic
Интерпретатор QBasic входит в стандартную поставку MS-DOS и расположен обычно в каталоге \DOS. Программа-интерпретатор называется qbasic.exe. После ее запуска на экране появится приветствие, которое пропускается нажатием на клавишу ENTER, после чего QBasic вызывает встроенную справочную систему на английском языке. Она закрывается нажатием клавиши ESC.
Рабочая область экрана (рис. 20.1) поделена на две части. В нижней части, в окне Immediate (Немедленное выполнение) можно вводить операторы Бейсика и тут же их выполнять.
Рис. 20.1. Окно программы Qbasic
Вывод на экран
Каждый язык программирования имеет оригинальные средства вывода информации, сильно зависящие от операционной системы. В Бейсике реализован оператор PRINT, который выводит значение следующего за ним выражения на экран, в новую строку.
Для перехода в окно Immediate (Немедленное выполнение) надо нажать клавишу F6. Чтобы сразу получить ответную реакцию от QBasic, достаточно набрать оператор
PRINT 2+2
и нажать клавишу ENTER, чтобы этот оператор выполнился.
На экране вывода появится число 4 (результат вычисления выражения 2+2), а в нижней строке сообщение Press any key to continue (Нажмите любую клавишу для продолжения). Чтобы вернуться в QBasic, надо это сделать.
В операторе вывода можно указывать несколько значений через запятую, тогда они будут выведены в одной строке. Ранее веденный оператор можно изменить, добавив к нему текстовую подсказку:
PRINT "Сумма =” 2+3
Если теперь нажать клавишу ENTER, то на экране вывода в новой строке (под ранее напечатанной четверкой) появится фраза
Сумма = 5
Редактор программы
Таким образом можно познакомиться с работой разных операторов Бейсика, однако выполнять их удастся только по одному. Чтобы выполнить группу операторов, их надо объединить в программу.
Набор и редактирование исходного текста программы осуществляется в верхнем окне интерпретатора. Для перехода в него используется клавиша F6.
Решать данную задачу удобнее всего с помощью нисходящего метода. В программе будет бесконечный главный цикл, в котором осуществляется ввод очередного значения количества особей, происходит расчет числа лет, необходимых для размножения, полученный результат печатается, и цикл повторяется снова. Если человек вводит ноль, это будет означать, что программу надо завершить.
Ввод информации от пользователя
В Бейсике ввести в переменную значение с экрана можно с помощью оператора INPUT. Сначала указывается необязательная текстовая подсказка, а потом имя переменной. Например, оператор
INPUT "Введите число: ", х
при выполнении напечатает в новой строке подсказку
Введите число:
и будет ожидать, когда пользователь введет число и нажмет клавишу ENTER. В результате в переменную х запишется новое, введенное с клавиатуры значение.
Главная часть программы
Ввод и редактирование текста программы осуществляется во встроенном редакторе QBasic, правила работы с которым аналогичны правилам работы с большинством известных текстовых редакторов.
Главная часть программы набирается в этом редакторе и должна выглядеть так (комментарии вводить не обязательно):
описание переменной N числа особей
DIM N AS INTEGER
' начало бесконечного цикла
DO
1 ввод числа особей в переменную N
INPUT "Введите количество особей: ", N
если введен 0, то
IF N = О THEN
' закончить программу
END
END IF
' напечатать результат:
PRINT "Требуемое число лет: ", Years%(N)
' продолжить цикл с начала
LOOP
В тексте используется оператор END, который предназначен для немедленного завершения работы программы. Операторы, вложенные в цикл и в условные операторы, выделяются отступами, чтобы структура текста была более понятной и наглядной.
Основная, глобальная часть алгоритма реализована. Осталось «спуститься вниз» и запрограммировать функцию Years%(), которая в качестве аргумента получает количество особей и возвращает число лет, требуемое для их разведения.
Типы данных в Бейсике
В конце названия функции Years% указан символ %. Таким образом в Бейсике описывается тип возвращаемого функцией значения. Допустимые символы приведены в таблице.
Тип переменной |
Символ в конце имени переменной |
INTEGER |
% |
STRING |
$ |
DOUBLE |
# |
Добавление новой функции
В QBasic имеется удобная возможность добавить в программу новую функцию, избежав при этом дополнительного ручного кодирования. Это делает команда Edit > New Function (Правка > Создать функцию). В появившемся диалоговом окне надо ввести название функции Years% и нажать клавишу ENTER. Основной текст программы временно пропадет, и появится автоматически сгенерированное описание новой функции:
FUNCTION Years%
END FUNCTION
Для того чтобы вернуться обратно к главному тексту, а из него к любой введенной подпрограмме, необходимо использовать клавишу F2. При ее нажатии на экран выводится список всех созданных подпрограмм, а в первой строке имя главного модуля.
Функции Years% надо указать список аргументов. В данном случае он будет состоять из одного параметра:
FUNCTION Years%(X AS INTEGER)
Расчет популяции
Так как для определения нового члена последовательности Фибоначчи требуется знать значения двух предыдущих членов, прежде всего надо описать три локальных переменных F1, F2 и F3, хранящие три очередных значения последовательности. Исходно первые три значения 1,1 и 2 запишутся в переменные F1, F2 и F3 явно, а в дальнейшем новые значения будут вычисляться программно.
Сам расчет представляет собой условный цикл, который выполняется до тех пор, пока очередное значение не превысит заданное количество особей. Число таких циклов число лет будет подсчитываться в локальной переменной-счетчике YearsNum, первоначально имеющей значение 3.
FUNCTION Years%(X AS INTEGER)
' описание переменных
DIM Fl AS INTEGER, F2 AS INTEGER, F3 AS INTEGER
DIM YearsNum AS INTEGER
' задание начальных значений
Fl = 1: F2 = 1: F3 = 2: YearsNum = 3
1 цикл, пока число кроликов меньше заданного
DO WHILE F3 < X
1 определяем новый член последовательности
Fl = F2: F2 = F3
F3 = Fl + F2 ' увеличиваем число лет на 1:
YearsNum = YearsNum + 1 ' повторяем цикл
LOOP
' в качестве возвращаемого значения
' используется значение переменной YearsNum
Years% = YearsNum
END FUNCTION
Сохранение текста программы в файле
После того как текст программы набран, его желательно сохранить в файле, чтобы потом снова обращаться к нему, улучшать, изменять или просто повторно запускать готовую программу.
Сохранение текста программы в файле осуществляется командой File > Save (Файл > Сохранить), в результате чего на экране показывается диалоговое окно выбора каталога и имени файла. В качестве такого имени можно указать kroliki, выбрать нужный каталог и нажать клавишу ENTER. По умолчанию к названию kroliki припишется расширение .BAS. В дальнейшем эту программу можно снова загрузить в QBasic командой File > Open (Файл > Открыть).
Запуск программы
Для запуска программы надо перейти к ее главной части (с помощью клавиши F2) при этом в самом ее начале автоматически добавится строка с объявлением только что определенной функции:
DECLARE FUNCTION Years% (X AS INTEGER)
Теперь надо нажать клавишу F5 (Запуск). Программа начинает работать. Возможный вариант диалога:
Введите количество особей: 10 Требуемое число лет: 7 Введите количество особей: 100 Требуемое число лет: 12 Введите количество особей: 1000 Требуемое число лет: 17 Введите количество особей: 10000 Требуемое число лет: 21 Введите количество особей: О
Первую сотню кроликов надо разводить довольно долго, зато потом их приплод будет увеличиваться стремительными темпами.
Постановка задачи
В рабочем окне программы должны находиться: изображение круга, поле ввода с подписью, кнопки Закрасить и Закрыть. В поле ввода шестью символами (шестнад-цатеричными цифрами от 0 до F) задается новый цвет круга. Первые два символа определяют интенсивность синего цвета, третий и четвертый интенсивность зеленого, пятый и шестой интенсивность красного. Чистый синий опишется строкой ffOOOO, чистый зеленый строкой OOffOO, чистый красный строкой OOOOff, черный строкой 000000, белый строкой ffffff и т. д.
В самой программе надо дополнительно проверить, правильно ли введена эта строка. При нажатии на кнопку Закрасить цвет круга должен измениться.
Знакомство с Delphi
Для работы со средой Delphi необходимо, чтобы она была предварительно установлена на компьютере.
После ее запуска (например, Пуск > Программы > Borland Delphi 4) на экране появятся следующие окна (рис. 20.2).
Рис. 20.2. Рабочие окна программы Delphi 4
Главное окно Delphi 4. Здесь расположено основное меню, командные кнопки, а в правой части палитра компонентов, состоящая из набора панелей, на которых компоненты сгруппированы по решаемым задачам: панель Standard (Стандартная) стандартные элементы управления, панель Win32 элементы версии Windows 95/98, панель Internet (Интернет) компоненты для организации работы в Интернете и т. д.
Визуальный проектировщик. С его помощью проектируется будущее окно программы. Оно представлено в виде формы, у которой можно менять свойства и размеры. На ней будут располагаться нужные элементы управления.
Редактор исходных тестов. Предназначен для набора и редактирования текстов программы. Ключевые слова и различные идентификаторы выделяются в этом редакторе особыми цветами и разным шрифтом. Принцип его работы аналогичен принципам работы большинства редакторов Windows.
Инспектор объектов. Используется для визуальной (без программирования) настройки свойств различных объектов на этапе проектирования.
Заголовок окна
Понять, как работает Инспектор объектов, лучше всего на примере. Пока что автоматически создана только одна пустая форма (называющаяся Form"!), но она обладает множеством различных свойств. Заголовок формы (будущего окна программы) задается в свойстве Caption (Заголовок). Чтобы его изменить, надо в Инспекторе объектов найти строку, в левой части которой написано Caption, и в правой части этой строки, небольшом поле ввода, указать новое название, например Раскрашивание. Тут же изменится и заголовок формы в визуальном проектировщике.
Аналогично меняются и любые другие свойства. Сначала в выпадающем списке в верхней части Инспектора выбирается нужный объект (или он выделяется на форме щелчком мыши), затем находится название свойства и в правой части его значение меняется на новое. Изменение может происходить как путем простого ввода нового значения с клавиатуры, так и выбором одного из предопределенных значений из списка. В некоторых случаях для редактирования свойства вызывается специальный редактор.
Свойства могут быть многосоставными, например, свойство Font (Шрифт) слева от названия такого свойства ставится символ «+». Двойным щелчком мыши на его названии оно раскрывается и показывает все свои вложенные подсвойства.
Размещение компонентов на форме
Прежде всего разместим на форме поле ввода. Для этого на палитре компонентов с помощью закладки выбирается панель Standard (Стандартная) и нажимается кнопка с всплывающей подсказкой Edit (выбран компонент «поле ввода»). Затем надо щелкнуть мышкой на форме, и в месте щелчка появится элемент управления Editl. Его можно перетаскивать по форме и менять размеры.
В свойстве Text (Содержимое) этого объекта исходно надо задать пустую строку, чтобы при запуске программы в данном поле ничего не показывалось.
Рядом с полем ввода надо разместить свободное поле с комментарием. Для этого на панели компонентов выбирается компонент, называющийся Label (Подпись), и помещается на форме так, как это было сделано с полем ввода. Новый объект автоматически получит название Label 1. Чтобы указать в нем текст «Цвет», его надо ввести в свойство Caption.
Изменить название любого объекта на форме можно, изменив его свойство Name в Инспекторе объектов.
В нижней части форма надо разместить кнопку компонент Button (Кнопка) на панели Standard (Стандартная). Название этой кнопки (Закрасить) задается в свойстве Caption.
На панели Additional (Дополнительно) имеется компонент Shape (Фигура). Этот компонент помещается в центр формы. Он получит название Shape"! и исходно примет форму квадрата, закрашенного белым цветом. Чтобы превратить его в круг, надо значение свойства Shape изменить на stCircle.
Теперь осталось только добавить кнопку, закрывающую форму. Это действие стандартное, поэтому в Delphi 4 имеется специальный компонент BitBtn (Кнопка с картинкой) на панели Additional (Дополнительно), позволяющий автоматизировать такие действия, не прибегая к программированию.
После размещения такой кнопки на форме (она получит название BitBtn 1) значение ее свойства Kind (Вид выполняемого действия) надо установить в bkClose (Закрыть окно). При этом на кнопке появится изображение стандартной картинки, символизирующей действие закрытия.
В завершение надо изменить заголовок этой кнопки (свойство Caption) с английского слова Close на русское слово Закрыть, и на этом процесс проектирования приложения можно считать законченным.
Сохранение проекта
Перед тем как приступить к программированию, проект надо сохранить. Это действие выполняется командой File > Save All (Файл > Сохранить все), после чего сначала выбирается каталог и указывается имя файла, в котором хранится программное описание (на Паскале) структуры и работы спроектированной формы. Имя файла будет иметь расширение PAS по умолчанию. Далее Delphi 4 спросит, куда и под каким именем сохранить файл проекта, содержащий всю информацию об используемых формах и модулях (их может быть в одном проекте сколько угодно, но одна форма всегда будет главной) и всевозможные настройки. Название файла проекта не должно совпадать с названием файла с исходным текстом программы.
Обработка нажатия кнопки
В создаваемой программе вручную придется запрограммировать фактически только одно событие нажатие на кнопку Закрасить. Чтобы создать первоначально пустую подпрограмму, вызываемую при нажатии на эту кнопку, надо просто дважды щелкнуть на ней мышкой. При этом Delphi 4 вызовет редактор, автоматически сгенерирует нужный текст и разместит курсор именно в том месте, где можно начать описание нужного алгоритма.
procedure TForml.ButtonlClick(Sender: TObject);
begin
end;
Обработчик события Нажатие на кнопку Button 1 это обычная подпрограмма, метод класса TForm 1 (этот класс описывает главную форму Form 1). Единственный параметр Sender характеризует источник сообщения о случившемся событии. Его практически всегда можно игнорировать.
Алгоритм работы данного метода будет следующим. Первоначально надо убедиться, что длина введенной в поле Editl строки равна б символам и каждый из этих символов шестнадцатеричная цифра. Если это не так, то выполнение обработчика надо сразу завершить (для этого предназначена стандартная процедура Паскаля Exit, мгновенно завершающая работу текущей подпрограммы).
Если же введенные данные корректны, их надо:
Содержимое поля ввода Editl хранится в виде строки в его свойстве Text. Доступ к этому свойству осуществляется с помощью конструкции Editl Text.
Длина строки определяется стандартной функцией length() со строкой в качестве параметра.
Стандартная функция Pos(), получая две строки как аргументы, проверяет, не содержится ли первая строка во второй, и если содержится, то возвращает номер начальной позиции. В противном случае Pos() возвращает ноль. Эта функция потребуется для определения, все ли символы во введенной строке допустимы.
Стандартная функция UpperCase() преобразует строку к верхнему регистру. Такое преобразование требуется, чтобы разрешить ввод значений цветов на любых регистрах.
Преобразование строки в число выполняет стандартная функция StrTolnt().
Объект Shape"! имеет свойство Brush (Кисть для фона), которое, в свою очередь, имеет вложенное свойство Color (Цвет заливки). Его и надо в конечном счете изменить. Как только это произойдет, цвет круга в окне автоматически изменится на новый.
procedure TForml.ButtonlClick(Sender: TObject);
var i: integer;
s: string;
begin
// если длина введено строки не равна 6,
// то закончить работу
if length(Editl.Text)<> 6 then exit;
// в локальную переменную s заносится строка,
// содержащая допустимые символы
s := "0123456789ABCDEF";
// проверяется каждый символ во введенной строке
for i := 1 to 6 do
// если очередной символ не найден в строке s, значит,
// он недопустим, и работу требуется прекратить
if pos(Uppercase(Editl.Text[i]), s) = 0 then exit;
// все нормально в переменной s
// готовим промежуточную строку
s := "$00"+Editl.Text;
// Устанавливаем значение цвета заливки круга равным
// числу, преобразованному из строки в переменной s
Shapel.Brush.Color := StrToInt (s);
end;
Запуск программы
Программа запускается нажатием на клавишу F9. Так как Delphi 4 это компилирующая система, сначала автоматически выполнится компиляция и только потом программа запустится. Задавая различные строки (FFOFFF, abcdef, 987654 и т. п.), можно наглядно увидеть соответствующие им цвета (рис. 20.3).
Рис 20.3. Программа закраски в работе
Система C++Builder по своей структуре практически ничем не отличается от системы Delphi, только программа в ней составляется на языке Си++. Поэтому с принципами визуального проектирования можно познакомиться в предыдущем разделе.
Постановка задачи
Некоторая подпрограмма задает зависимость значения функции от аргумента. Надо нарисовать в окне график, показывающий эту зависимость.
Принципы рисования в C++Builder
Перерисовывать экран в Windows приходится по самым разным причинам. Например, окно было закрыто другими приложениями, свернуто или оказалось временно заслоненным своими вспомогательными окнами. При этом перерисовывать приходится или все содержимое, или только часть. Программа, созданная с помощью C++Builder, сама определяет, что и когда ей надо перерисовать, и все элементы управления тоже это «понимают». Особое требование к организации перерисовки возникает, только когда программист напрямую использует функции рисования. Все эти функции в таком случае надо размещать в обработчике события OnPaint, которое вызывается автоматически.
Технология рисования
Каждая форма в C++Builder имеет свойство Canvas (Холст), представляющее собой достаточно сложный класс с набором методов, позволяющих рисовать точки, линии, фигуры, заполнять их цветом и т. д. Для создания графика потребуются два метода этого класса метод MoveTo(x,y), устанавливающий новое начальное положение точку (х,у) для следующих операций рисования, и метод LineTo(x,y), проводящий линию из предыдущей точки в новую.
Метод отрисовки
После того как программа C++Builder запущена, она автоматически открывает новый проект. Дополнительные компоненты на форме размещать не надо требуется только переопределить метод, ответственный за перерисовку изображения на форме.
Для этого в Инспекторе объектов надо выбрать закладку Events (События), на ней найти строку с названием OnPaint и дважды щелкнуть на ней мышкой. C++Builder автоматически сгенерирует соответствующий программный код обработки события перерисовки:
void fastcall TForml::FormPaint(TObject *Sender)
{
}
Алгоритм отображения графика несложен. Он умещается в нескольких операторах.
Переменные Width (Ширина) и Height (Высота) свойства формы, определяющие ее текущую ширину и длину в пикселах. Координату по оси Y нельзя взять непосредственно из переменной у, а надо вычислять по формуле Height-y, потому что в C++Builder считается, что точка с координатами (0,0) расположена в верхнем левом углу окна, а ось Y направлена вниз. Для удобства восприятия эту ось надо перевернуть.
void fastcall TForml::FormPaint(TObject *Sender)
{
int x,y;
// начальные координаты
х = 0; у = 0;
// начальная точка графика
Canvas->MoveTo(0,Height);
// цикл, пока каждая координата очередной точки
// укладывается в размер экрана
while ( х < Width && у < Height )
{
// следующая точка по оси X
х = х + 1;
// соответствующее значение по оси Y
У = f (x) ;
// в новую точку (x,Height-y) рисуется линия
Canvas->LineTo(x,Height-y);
}
}
Чуть выше метода Form Paint надо определить функцию f(), не привязанную ни к какому классу. В ней происходит вычисление значения анализируемой математической функции по заданному аргументу. Для примера она может выглядеть так:
int f(int x)
{
int у;
у = floor(50*log(x));
return у;
}
Стандартная функция log() вычисляет значение логарифма. Коэффициент 50 нужен, чтобы кривая пропорционально размещалась в окне. Функция floor() вычисляет целую часть аргумента (преобразовывает его в целое число), потому что в методах рисования надо указывать координаты только в целых числах (пикселах).
Исходно функции log(), floor() и ряд других не подключены к текущему проекту. Чтобы они стали доступными, библиотеку, в которой они хранятся, необходимо явно указать компилятору. Делается это с помощью командной строки
#include "Math.h"
которую можно поместить в самое начало текущего файла.
Далее проект надо сохранить, выполнить компиляцию и запустить, нажав клавишу F9. В дальнейшем, изменив один оператор присваивания в функции f() и подобрав подходящие коэффициенты, с помощью этой программы можно строить самые разные графики.
Задание 1
Дано натуральное число. Составить программу, которая представляет данное число в виде суммы квадратов натуральных чисел, содержащей минимальное число слагаемых. Например:
9=32
12=22+22+22
23=32+32+22+12
Задание 2
Дан массив, содержащий N элементов.
Написать подпрограммы, выполняющие следующие действия:
перестановку элементов массива в обратном порядке;
вычисление суммы А[ 1 ] + А[2] *А[2] + А[3] *А[3] *А[3]...;
определение элементов массива, разность модулей которых имеет наибольшее значение;
определение значения, которое встречается среди элементов массива максимальное число раз, и вычисление количества таких вхождений;
упорядочение элементов массива по возрастанию.
Задание 3
Дан двумерный массив, содержащий NN элементов. Написать подпрограммы, выполняющие следующие действия:
вычисление среднего арифметического для элементов каждой строки массива;
замену нулями всех элементов, расположенных на главной диагонали матрицы;
определение наибольшего элемента и его положения в массиве.
Задание 4
Дана текстовая строка.
Написать подпрограммы, выполняющие следующие действия:
подсчет количества слов в строке (в качестве границ слов рассматриваются пробелы);
подсчет количества цифр в строке;
определение десятичного числа, которому соответствует строка, если она представляет запись этого числа в шестнадцатеричной системе;
проверку соответствия содержимого строки правилам записи идентификаторов языков программирования.
Андердал Б. Самоучитель Windows 98. Изд. 2-е. СПб.: Питер, 1999, 400 с.
СОДЕРЖАНИЕ
[1] Введение [2] Глава 1 Информация и информатика [2.1] 1.1. Информация в материальном мире [2.2] 1.2. Данные [2.3] 1.3. Файлы и файловая структура [2.4] 1.4. Информатика [2.5] Подведение итогов [2.6] Вопросы для самоконтроля [3] Глава 2 Вычислительная техника [3.1] 2.1. История развития средств вычислительной [3.2] техники [3.3] 2.2. Методы классификации компьютеров [3.4] 2.3. Состав вычислительной системы [3.5] Вопросы для самоконтроля [4] Глава 3 Устройство персонального компьютера [4.1] 3.1. Базовая аппаратная конфигурация [4.2] 3.2. Внутренние устройства системного блока [4.3] Системы, расположенные на материнской [4.4] плате [4.5] Периферийные устройства персонального [4.6] компьютера [4.7] Практическое занятие [5] Глава 4 Функции операционных систем персональных компьютеров [5.1] 4.1. Обеспечение интерфейса пользователя [5.2] 4.2. Обеспечение автоматического запуска [5.3] 4.3. Организация файловой системы [5.4] 4.4. Обслуживание файловой структуры [5.5] Управление установкой, исполнением и [5.6] удалением приложений [5.7] Обеспечение взаимодействия с аппаратным [5.8] обеспечением [5.9] 4.7. Обслуживание компьютера [5.10] 4.8. Прочие функции операционных систем [5.11] Вопросы для самоконтроля [6] Глава 5 Основы работы операционной системы WINDOWS 98 [6.1] 5.1. Основные объекты и приемы управления [6.2] Windows [6.3] 5.2. Файлы и папки Windows [6.4] 5.3. Операции с файловой структурой [6.5] 5.4. Использование Главного меню [6.6] 5.5. Установка и удаление приложений Windows [6.7] 5.6. Установка оборудования [6.8] Практическое занятие [6.9] Исследовательская работа [7] Глава 6 Настройка операционной [8] системы Windows 98 [8.1] 6.1. Настройка средств ввода-вывода данных [8.2] 6.2. Настройка элементов оформления Windows 98 [8.3] 6.3. Настройка элементов управления Windows 98 [8.4] 6.4. Настройка средств автоматизации Windows 98 [8.5] 6.5. Настройка шрифтов [8.6] 6.6. Прочие настройки Windows 98 [8.7] 6.7. Справочная система Windows 98 [8.8] Практическое занятие [8.9] Самостоятельная работа [9] Глава 7 Стандартные приложения [10] Windows 98 [10.1] 7.1. Стандартные прикладные программы [10.2] 7.2. Принципы внедрения и связывания объектов [10.3] 7.3. Служебные приложения Windows 98 [10.4] 7.4. Стандартные средства мультимедиа [10.5] Средства обеспечения совместимости с [10.6] приложениями MS-DOS [10.7] Практическое занятие [11] Глава 8 Компьютерные сети, Интернет, компьютерная безопасность [11.1] 8.1. Компьютерные сети [11.2] 8.2. Интернет. Основные понятия [11.3] 8.3. Подключение к Интернету [11.4] 8.4. Вопросы компьютерной безопасности [11.5] Практическое занятие [12] Глава 9 Получение информации [13] из Интернета [13.1] 9.1. Основные понятия World Wide Web [13.2] 9.2. Работа с программой Internet Explorer 5.0 [13.3] 9.3. Поиск информации в World Wide Web [13.4] 9.4. Отправка и получение сообщений [13.5] Практическое занятие [14] Глава 10 Создание простых текстовых документов [14.1] 10.1. Общие сведения о текстовом процессоре [14.2] Microsoft Word [14.3] 10.2. Приемы работы с текстами в процессоре [14.4] Microsoft Word [14.5] 10.3. Приемы и средства автоматизации [14.6] разработки документов [14.7] Практическое занятие [15] Глава 11 Создание комплексных [16] текстовых документов [16.1] 11.1. Ввод формул [16.2] 11.2. Работа с таблицами [16.3] 11.3. Работа с диаграммами [16.4] 11.4. Работа с графическими объектами [16.5] Практическое занятие [17] Глава 12 Обработка данных средствами электронных таблиц [17.1] Создание электронных таблиц Microsoft [17.2] Excel [17.3] 12.2. Применение электронных таблиц для [17.4] расчетов [17.5] Практическое занятие [18] Глава 13 Работа с базами данных [18.1] 13.1. Основные понятия баз данных [18.2] 13.2. Проектирование баз данных [18.3] 13.3. Работа с СУБД Microsoft Access 2000 [18.4] Практическое занятие [19] Глава 14 Приемы и методы работы [20] со сжатыми жанными [20.1] 14.1. Теоретические основы сжатия данных [20.2] 14.2. Программные средства сжатия данных [20.3] Практическое занятие [20.4] Исследовательская работа [20.5] 14.3. Программные средства уплотнения [20.6] носителей [20.7] Практическое занятие [20.8] Исследовательская работа [21] Глава 15 Введение в компьютерную графику [21.1] Основы представления графических данных [21.2] 15.2. Представление графических данных [21.3] Практическое занятие [21.4] 15.3. Средства для работы с растровой графикой [21.5] 15.4. Средства для работы с векторной графикой [21.6] Практическое занятие [21.7] Исследовательская работа [21.8] Практическое занятие [21.9] Исследовательская работа [22] Глава 16 Векторный редактор [23] CORELDROW 9 [23.1] 16.1. Особенности CorelDraw [23.2] 16.2. Настройка параметров CorelDraw [23.3] Совместное использование панелей [23.4] инструментов, свойств, интерактивных средств [23.5] Работа с графикой и текстом [23.6] Практическое занятие [24] Глава 17 Автоматизация обработки [25] документов [25.1] 17.1. Преобразование документов [25.2] в электронную форму [25.3] Практическое занятие [25.4] 17.2. Автоматизированный перевод документов [25.5] Практическое занятие [26] Глава 18 Средства автоматизации [27] научно-исследовательских работ [27.1] 18.1. Компьютер как инструмент научной работы [27.2] 18.2. Приемы работы с системой MathCad [27.3] Практическое занятие [28] Глава 19 Публикация WEB-документов [28.1] 19.1. Создание Web-документов [28.2] 19.3. Работа в редакторе FrontPage Express [28.3] 19.4. Публикация Web-документов [28.4] Практическое занятие [28.5] Исследовательская работа [29] Глава 20 Основы программирования [29.1] 20.1. Языки программирования [29.2] 20.2. Системы программирования [29.3] Алгоритмическое (модульное) [29.4] программирование [29.5] 20.4. Структурное программирование [29.6] Объектно-ориентированное [29.7] программирование [29.8] 20.6. Проектирование программ [29.9] 20.7. Пример на Бейсике. Разведение кроликов [29.10] 20.8. Пример на Паскале. Раскрашивание круга [29.11] 20.9. Пример на Си++. Рисование графиков [29.12] Практические задания по программированию [30] Рекомендуемая литература |
Под редакцией С. В. Симоновича
Информатика.
Базовый курс
Главный редактор Е. Строганова
Заведующий редакцией И. Корнеев
Ведущий редактор К. Быстрое
Научные редакторы Г. Евсеев, С. Симонович
Литературные редакторы В. Мураховский, И. Симонович
Художник Н. Биржаков
Верстка А. Алексеев
Корректор Н.. Солнцева
Лицензия ИД № 05784 от 07.09.01.
Подписано в печать 05.11.02. Формат 70xlOO'/](i.
Усл. п. л. 40. Доп. тираж 10 000 экз. Заказ № 1721.
ООО «Питер Принт».
196105, Санкт-Петербург, ул. Благодатная, д. 67в.
Налоговая льгота-общероссийский классификатор продукции
ОК 005-93, том 2; 953005-литература учебная.
Отпечатано с фотоформ в ФГУП «Печатный двор» им. А. М. Горького Министерства РФ по делам печати, телерадиовещания
и средств массовых коммуникаций.
197110, Санкт-Петербург, Чкаловский пр., 15.