тема Принтер Сканер

Работа добавлена на сайт samzan.net:

121

Системный блок.

Монитор.
Клавиатура.
Мышь.
Аудиосистема.
Принтер.
Сканер.
Цифровая фотокамера
………

…………

Базовая
конфигурация

Расширенная конфигурация

Рис. 2.1 Внешняя конфигурация ПК

CPU

Видеокарта

Монитор

Звуковая карта

Аудиосистема

даптер

Устройство

RAMMMM

Рис. 2.2 Функциональная конфигурация ПК

Блок
питания

Московская финансово-юридическая академия

Информатика в МФЮА. Базовый курс.

для студентов экономико-управленческих, финансовых,
юридических и гуманитарных специальностей

под ред. Байкова А.Ю.

Москва – 2006

Учебное пособие «Информатика в МФЮА. Базовый курс» рекомендовано к публикации и к использованию в учебном процессе на заседании кафедры
«Общих математических и естественнонаучных дисциплин».

Протокол № 1/1 от 30 августа 2006 года.

Практикум по информатике / Под ред. А.Ю. Байкова. – М.: МФЮА, 2006. – 148 с.

Авторы Байков А.Ю., Галактионов С.В., Прокофьев М.Н., Цибанов А.В.

Учебное пособие содержит основной теоретический материал по курсу Информатика для студентов экономико-управленческих, финансовых, юридических и гуманитарных специальностей Московской финансово-юридической академии.

Материал курса соответствует ГОС ВПО по дисциплине Информатика для этих специальностей и предназначен для студентов всех форм обучения, включая очно-заочную и заочную формы.

Пособие представляется полезным и для преподавателей, ведущих дисциплину Информатика, а также для лиц, изучающих эту дисциплину самостоятельно.

Пособие не содержит практических заданий для выполнения на компьютере – эти задания вынесены в отдельно издаваемый Практикум по информатике, являющийся необходимым дополнением к настоящему пособию.

Предисловие

Настоящее учебное пособие написано на основе опыта чтения лекций и ведения семинарских занятий по учебной дисциплине Информатика в Московской финансово-юридической академии для студентов специальностей Менеджмент организации, Финансы и кредит, Бухгалтерский учет, анализ и аудит, Государственно-муниципальное управление, Мировая экономика, Реклама, Таможенное дело и других финансовых, экономических и гуманитарных специальностей.

Материал пособия соответствует ГОС ВПО указанных специальностей, а также Программе учебной дисциплины Информатика для экономико-управленческих и финансовых специальностей.

Учебное пособие состоит из 8 разделов, разделенных на главы.

Первый раздел посвящен описанию основных подходов и определению основных понятий, используемых в курсе. Здесь вводятся такие базовые понятия как система счисления, данные, методы обработки данных, команды, программы, информация, информационные объекты.

Во втором разделе рассматриваются принципы построения компьютерных систем и подробно – аппаратная конфигурация настольного персонального компьютера (ПК).

В третьем разделе на примере настольного ПК рассматривается программная конфигурация компьютерной системы.

Раздел 4 посвящен описанию работы в среде MS Windows.

Разделы 5-7 посвящены работе с офисными программами, входящими в пакет MS Office – MS Word, MS Excel, MS Power Point.

Раздел 8 посвящен математическим вычислениям и элементам программирования в среде MathCAD.

Необходимым дополнением к настоящему пособию является Практикум по информатике, посвященный практической части курса и составляющий вместе с настоящим пособием единый учебно-методический комплекс.

Важные для лучшего усвоения материала термины выделены в тексте подчёркиванием.

Ссылки на клавиши клавиатуры и кнопки различных меню выделены полужирным начертанием, например, «нажмите на клавишу Shift», «щёлкните на кнопке Далее».

Ссылки на подаваемые команды, названия меню, панели инструментов, диалоговые окна, флажки в окнах и т.д. выделены курсивом, причём в указании длинных команд отдельные их части разделены наклонной чертой. Например, «выбрать команду Вставка/Имя/Вставить», «выбрать вкладку Списки и ввести в поле Элементы списка требуемый список».

Авторы надеются, что данное пособие окажется полезным как для студентов всех форм обучения при изучении курса информатики, так и для преподавателей, ведущих этот курс.

Раздел 1. Базовые понятия информатики

Глава 1.1. Информация, информатика, информационное общество

Рассматривая историю человеческого общества с точки зрения развития и смены основных технологий, которые люди использовали в своей деятельности, можно выделить три больших исторических периода.

1) Первобытное общество. Основными видами деятельности в первобытном обществе являлись охота и собирательство. Соответственно, основные технологии обеспечивали эту деятельность (например, технологии изготовления копья или лука, методы выслеживания и загона добычи, методы поиска съедобных растений и т.д.).

2) Аграрное общество, к которому можно отнести рабовладельческий и феодальный периоды развития общества. Основным видом деятельности в аграрном обществе являлась сельскохозяйственная деятельность, соответственно, основными технологиями были сельскохозяйственные технологии.

3) Индустриальное общество, в котором основным видом деятельности становится промышленная деятельность. Соответственно, основными технологиями становятся промышленные технологии, основным предметом труда становятся запасы недр Земли (руды, нефть, газ и т.д.), основными объектами собственности становятся промышленные предприятия, предприятия энергетики, транспортные предприятия и т.д.

Развитие индустриального общества привело к единой системе мирового хозяйства, основанного на общемировом разделении труда, имеющего общемировые энергетическую и транспортную инфраструктуры, общемировую интеграцию товарных и хозяйственных рынков. Все это в совокупности образовало единую общемировую индустриальную среду, являющуюся основой современного общества.

Однако сейчас, по мнению многих специалистов, человечество стоит на пороге нового качественного изменения состояния общества. Это изменение началось в результате научно-технической революции (НТР) в ХХ веке и проявилось в неуклонно возрастающей роли информации в любой сфере деятельности. Появилась возможность, используя научно-технические достижения, постоянно модернизировать производство, создавать новые виды товаров и услуг, формировать новые сегменты рынков и за счет этого побеждать в конкурентной борьбе. В результате оказалось, что конкурентоспособность товаров и услуг напрямую зависит от их "интеллектуальности", информационной насыщенности. При этом роль информационной составляющей возрастала для всех элементов бизнес-процессов, включая исследование рынка, материальное и финансовое обеспечение производства, технологию производства, продвижение товара и т.д.

Процесс резкого увеличения информационной составляющей всех товаров и услуг начался в середине ХХ века. Примерно в то же время появляются первые электронно-вычислительные машины (ЭВМ) и начинается процесс развития вычислительной техники. Первые ЭВМ использовались в основном для решения научных задач. Дальнейшее развитие вычислительной техники приводит к появлению компьютера в современном понимании этого слова - универсального устройства для хранения и обработки информации любого типа.

На начальном этапе процесс "информатизации" бизнеса и процесс развития компьютерной техники не были напрямую связаны между собой. Однако, со временем эти процессы объединились, формируя экономико-информационную среду совершенно нового типа. Все возрастающая информационная часть экономики становилась все более мощной, все более независимой от материальных носителей и требовала специфической (информационной) среды для своего существования и развития. И инфраструктура, появившаяся в результате развития компьютерной техники, как раз и оказалась такой идеальной средой, в которой оказалось возможным реализовывать технологии нового типа – информационные технологии, результатом которых является создание новых информационных объектов. Появившись, такие объекты тоже становятся частью общей информационной среды. Количество и разнообразие информационных объектов, формирующих общемировую информационную среду, неуклонно возрастает. Это электронные документы, базы данных, экспертные системы, почтовые сообщения, электронные платежи и т.д. Основными компонентами информационных объектов являются файлы данных различных форматов и программы, обрабатывающие эти данные, причем информационный объект возникает только как результат работы соответствующей программы.

В процессе развития глобальной информационной среды стали появляться информационные объекты, относящиеся ко всем аспектам человеческой жизни – к культуре, быту, спорту, отдыху и т.д. Все это позволило говорить о появлении "виртуальной реальности" – цельного информационного мира – аналога реального мира и дополнения к нему.

Со временем все большее количество людей оказывается вовлеченными в этот виртуальный мир, используя его для работы, быта, отдыха и т.д. Основным ресурсом этого мира является информация. Результатом работы в виртуальном мире также является информация. Соответственно, объектом собственности в виртуальном мире также является информация. Когда доля "виртуального мира" окажется основной в жизни и деятельности людей, можно будет говорить о переходе человеческого общества в новое состояние - в информационное общество, определяемое следующим образом.

Информационное общество – это общество, в котором основным предметом труда, основным результатом труда и объектом собственности является информация. Основными технологиями в информационном обществе становятся информационные технологии. В процессе перехода к информационному обществу работа с компонентами глобальной информационной среды становится основной работой для всё увеличивающегося количества людей. Этот фактор можно считать основополагающим, поэтому возможно другое определение: информационное общество – это общество, в котором большая часть трудоспособного населения занимается получением, преобразованием, транспортировкой и хранением информации.

В связи с возрастающей ролью информационных технологий в современном обществе возрастает и роль информационных наук. К информационным наукам относятся науки связанные с разработкой и эксплуатацией компьютерной техники, с системным и прикладным программированием, с компьютерным моделированием различных процессов, с формированием и эксплуатацией различных баз данных, с разработкой и эксплуатацией систем автоматизированного управления и т.д. Большинство информационных наук имеет прикладную направленность. Однако, в связи с бурным развитием информационных технологий, появилась необходимость создания единой фундаментальной научной основы всех информационных наук.

В любой области знания есть фундаментальные науки, которые исследуют основные базовые закономерности этой области знания, и есть прикладные науки, которые обеспечивают решение конкретных задач. Например, в области математических наук есть фундаментальная математика, и есть прикладные дисциплины, занимающиеся применением математики в различных сферах человеческой деятельности (для экономико-финансовой сферы это экономико-математические методы, эконометрика, теория массового обслуживания, финансовая математика и др.).

В области информационных наук в настоящее время формируется общая фундаментальная дисциплина, которая называется информатикой, и краткое знакомство с которой составляет главную цель данного пособия.

В отличие от многих других областей знаний, структура которых сложилась десятилетиями и даже веками, структура информатики пока жестко не сформировалась. Информатика – очень молодая наука, находящаяся в процессе формирования.

«Информатика» - это французское слово, составленное из двух слов – «информация» и «автоматика». Такое название дисциплины появилось во Франции и закрепилось в восточноевропейских странах и в России. В англоязычных странах используется другое название этой дисциплины – computer science (компьютерная наука).

Таким образом, информатика – это наука об общих принципах обработки информации при помощи компьютерных средств.

Информатика – это практическая дисциплина. Изучение информатики включает освоение работы с компьютером, с основными системными (операционная система) и с прикладными (офисные приложения и др.) программами. Поэтому существенную часть учебного времени дисциплины занимает компьютерный практикум и приемы практической работы с различными информационными объектами.

Но прежде чем рассматривать практические приемы компьютерной обработки информации, необходимо разобраться с тем, а что же собственно мы будем обрабатывать, т.е. ответить на вопрос «Что такое информация?».

Глава 1.2. Данные, объем данных, биты и байты

Прежде чем давать определение информации, определим более простое понятие, которое также широко используется в информационных науках – понятие данных.

Предположим, что нужно сохранить (скажем, записать на бумаге) или передать кому-то какие-либо сведения.

Рассмотрим самый простой вариант - сведения включают единственную величину, имеющую количественное выражение (например, рост или вес человека, температуру воздуха, стоимость автомобиля, время встречи и т.д.). Каким образом было получено число, выражающее эту величину? Если это вес, то его измерили при помощи весов, если это температура, то ее измерили при помощи термометра, если это время, то его измерили при помощи часов и т.д.

Таким образом, количественная величина чаще всего появляется в результате того или иного измерения. Но любой измерительный прибор, будь то линейка, весы, часы или термометр имеет, во-первых, диапазон измерения, а во вторых, - конечную точность измерения, определяющую дискретный шаг изменения измеряемой величины, поэтому в результате измерения всегда получается одно значение из конечного дискретного набора значений. Например, время в течение суток можно грубо измерить с точностью до часа, в результате чего получится одно из 24-х возможных значений. Это же время можно измерить с точностью до минуты – получится одно из 24·60 возможных значений. Можно измерить время и с точностью до секунды – получится одно из 24·60·60 возможных значений.

Величину, принимающую значение из конечного набора значений будем далее называть дискретной величиной.

Любой набор дискретных величин будем называть данными. Для данных можно ввести понятие объема данных. Рассмотрим некоторую дискретную величину P, принимающую значения в диапазоне от A до B с шагом h. Обозначим через K(P) количество возможных значений дискретной величины P. Очевидно, что . Например, если P – это температура, измеренная градусником в диапазоне от –50º до + 50º с шагом 1º, то K(P) = 101. Величина K(P) как раз и характеризует информационный объем величины P. Однако под объемом данных V(P) для величины P понимают не саму величину K(P), а ее логарифм по основанию 2, округленный сверху до ближайшего целого числа. Это связано с тем, что любые данные в памяти компьютера или любого другого информационного устройства (телефона, фотокамеры, принтера и т.д.) представляются в виде двоичных чисел (более подробно об этом будет рассказано далее). Под объемом данных, соответствующим величине P, понимается минимальная длина двоичного числа, достаточная для представления любого возможного значения этой величины.

Таким образом, объём данных V(P) определяем по формуле

, (1.1)

где черта означает округление сверху до ближайшего целого. Приведенная формула дает результат в единицах, которые называются, битами (bits). Т.е., объем данных V(P), соответствующий дискретной величине P, измеряется в битах.

Можно дать несколько другое по форме определение объема данных. Рассмотрим количество значений K(P) дискретной величины P. Найдем целое число m, удовлетворяющее двойному неравенству

. (1.2)

Тогда объем данных величины P будет равен V(P) = m бит.

Объем данных – это аддитивная величина, т.е. объем данных для нескольких величин равен сумме объемов данных каждой из этих величин:

Один бит – это минимальное значения для объёма данных, соответствующее двум возможным значениям дискретной величины (например, 0 и 1). Мельчайшие электронные элементы (триггеры, емкостные ячейки и т.п.), из которых состоит память любых информационных устройств, как раз имеют два возможных состояния («включено» или «выключено»), поэтому каждая такая ячейка представляет один бит данных.

Обычно в представлении данных используются более крупные, чем бит единицы. Так, набор из восьми бит называется байтом. Если через B(P) обозначит объем данных величины P в байтах, то B(P) и V(P) будут связаны следующим соотношением

, (1.3)

где, как и ранее, черта означает округление сверху до ближайшего целого. Байт обычно обозначается английской буквой B, т.е. записи 5B, 17B, 128B означают 5 байт, 17 байт и 128 байт соответственно.

Одному байту соответствует возможных значений, т.е. при помощи одного байта можно представить значения от 0 до 255.

Еще более крупные единицы объема данных – килобайт (kB), мегабайт (MB), гигабайт (GB), терабайт (TB) определяются соотношениями

(1.2.4)

Примеры различных дискретных величин и соответствующих объемов данных представлены в следующей таблице.

Величина P	Ед. изм.	Диапазон	шаг	K(P)	V(P)	B(P)
Рост человека	см	0 - 300	1	301	9	2
Вес человека	кг	0 - 500	1	501	9	2
Время суток	мин	0 - 24·60	1	1441	11	2
	сек	0 - 24·60·60	1	86401	17	3
Символ	ASCII - код	0 - 255	1	256	8	1
Цвет точки	RGB - код	0 - 224	1	224	24	3

Глава 1.3. Битовое и байтовое представление чисел. Системы счисления

Мы выяснили, сколько необходимо бит или байт, чтобы записать любое значение некоторой дискретной величины. Выясним теперь, как записать какое-либо конкретное значение этой величины в виде последовательности бит.

Пусть, например, дискретная величина – рост человека и мы хотим записать конкретное значение этой величины, скажем, p = 175.

Мы определили (см. таблицу в конце предыдущей Главы), что для записи роста человека нам потребуется 9 бит. Но в какие значения нужно установить каждый из этих 9 бит, чтобы получилось именно 175 ?

Чтобы понять, как представляются числа в виде бит, проанализируем сначала представление чисел в хорошо всем знакомой десятичной системе счисления (строгое определение системы счисления дадим ниже). Запись 175 – состоит из 3-х символов – “1”, “7” и “5” записанных в строго определенном порядке (751 или 517 – это совсем другие числа). Эти символы называются цифрами и выбираются из фиксированного набора десяти цифр “0”, “1”, “3”, “4”, “5”, “6”, ”7”, “8”, “9”.

Способ записи чисел при помощи фиксированного набора символов (цифр) называется системой счисления. Если в записи числа важен порядок расположения цифр, то система счисления называется позиционной. Далее мы будем рассматривать только позиционные системы счисления.

Суть преобразования последовательности цифр в число в любой позиционной системе счисления заключается в соглашении о разрядах. Разряды нумеруются справа налево, начиная с 0, цифра стоящая в k-ом разряде означает количество единиц этого разряда.

Чтобы понять, что такое разряд, рассмотрим следующий пример интерпретации того же числа 175. Пусть у нас есть 175 каких-либо элементов, например, 175 яблок. Предположим, что у нас есть коробки фиксированных размеров, в которые мы можем эти яблоки упаковывать, причем, в самые маленькие коробки помещается ровно 10 яблок, в коробки побольше помещается ровно 10 маленьких коробок и т.д. Будем упаковывать яблоки в коробки следующим образом. Начнем укладывать яблоки в маленькие коробки, как только у нас наберется 10 маленьких коробок – уложим их в одну большую и т.д. В результате этого процесса у нас получится 1 заполненная большая коробка, 7 заполненных маленьких коробок и еще 5 оставшихся яблок. Это и есть значения десятичных разрядов. Наш результат можно записать в следующем виде: 175 = 1·102+ 7·10+ 5.

Предположим теперь, что в маленькую коробку помещается не 10, а 8 яблок, а в большую не 10, а 8 маленьких коробок и т. д. Если мы проведем процесс упаковки яблок в эти коробки, то получится следующее. Т.к. полностью заполненная большая коробка должна включать 8 маленьких, т.е. 8·8 = 64 яблока, то 2 полностью заполненных больших коробки будут содержать 2·64 = 128 яблок, а для того, чтобы полностью заполнить 3 больших коробки потребовалось бы 3·64 = 192 яблока. Т.к. яблок у нас 175 < 192, то заполненных больших коробок будет 2. Оставшиеся 175 – 128 = 47 яблок упакуются в 5 маленьких коробок и еще останется 47 - 5·8 = 7 яблок. В результате получатся 2 больших коробки, 5 маленьких и еще 7 яблок. Процедура, которую мы проделали, соответствует представлению числа 175 в восьмеричной, системе счисления. Наш результат записывается так 175 = (257)8 или 175 = 2·82+ 5·8+ 7. Ясно, что в восьмеричной системе могут быть только 8 цифр: “0”, “1”, “2”, “3”, “4”, “5”, “6”, “7”.

Как видим, для представления числа 175 в десятичной, и в восьмеричной системах счисления необходимо 3 разряда (2 типа коробок + 1 разряд для оставшихся яблок).

Аналогично можно представить число 175 в двоичной системе счисления – для этого нужно упаковать яблоки в коробки с емкостями, последовательно увеличивающимися в 2 раза: в маленькую коробку должно помещаться 2 яблока, в коробку следующего размера – 2 маленьких коробки и т.д. При этом 3-х разрядов уже не хватит, необходимо будет использовать 8 разрядов:

175 = (10101111)2 = 1·27+0·26+1·25+0·24+1·23+1·22+1·21+1.

Дадим теперь строгое определение системы счисления с основанием q.

Будем считать, что задана система счисления с основанием q, если задано натуральное число q > 1 и набор из q символов {ei}, причем, каждому из символов ei поставлено в соответствие численное значение 0 до q-1, так что между множеством символов {ei} и множеством чисел {0, 1, 2, … q-1} установлено взаимнооднозначное соответствие. При этом q называется основанием системы счисления, а символы {ei} - цифрами.

Любое натуральное число p при этом можно представить в виде

(1.3.1)

или в позиционной записи

(1.3.2).

Рациональные числа также могут быть представлены в виде (1.3.1), если использовать кроме положительных еще и отрицательные степени q, при этом в записи (1.3.2) появится разделитель (запятая или точка), отделяющий целую часть от дробной.

Несколько слов о соглашениях при позиционной записи чисел. Основание 10 опускается, поэтому вместо (187)10 пишут просто 187. Вместо основания 16 часто используется значок “#”, т.е. #187 = (187)16. Часто также основание опускается, когда из контекста ясно, какая именно система счисления используется.

Рассмотрим преобразование чисел из системы счисления с основанием q в десятичную систему счисления и обратно.

Перевод в десятичную систему дает формула (1.3.1), если значения ei и q выражены в десятичной системе. Например,

Перевод числа десятичного числа p в систему счисления с основанием q производится несколько сложнее, т.к. необходимо вместо умножения на q использовать деление. Из выражения (1.3.1) следует, что деление нацело p/q дает в результате целое число и остаток e0. Деление нацело p1 на q дает и остаток e2 и т.д. Таким образом, цифрами для представления числа p в системе счисления с основанием q являются остатки, получающиеся при последовательном делении нацело на q сначала числа p, потом результата деления p1 и т.д. При записи числа эти остатки необходимо расположить справа налево.

Например, переведем число 483 в восьмеричную запись

Таким образом, 483 = (743)8.

Рассмотрим теперь две основные системы счисления, используемые в компьютерных системах – двоичную и шестнадцатеричную.

В двоичной системе q = 2, ei={0, 1}. Каждый двоичный разряд представляет 1 бит данных. Биты почти всегда группируются в байты по 8 бит, т.е. каждый байт состоит из 8 двоичных разрядов с номерами от 0 до 7. Младший (нулевой) разряд – самый правый. Перевод конкретного значения дискретной величины в набор бит сводится к переводу записи числа в двоичную систему счисления. Например, задача записи числа 175 в виде битовой последовательности решается следующим образом:

т.е. 175 = (10101111)2. Битовая последовательность из 9 бит, представляющая число 175 будет выглядеть в виде схемы , где затемненными квадратиками обозначены биты, установленные в 1, а пустыми квадратиками – биты установленные в 0. Приведенная схема соответствует компьютерному представлению числа 175.

В шестнадцатеричной системе счисления q =16, поэтому должно быть 16 цифр. В качестве первых десяти цифр (от 0 до 9) можно использовать обычные десятичные цифры, но для последних шести (имеющих значения от 10 до 15) необходимо использовать какие-то дополнительные символы. В качестве таких символов используются первые 6 букв латинского алфавита A, B, C, D, E, F, при этом считается, что A=10, B=11, C=12, D=13, E=14, F=15. Таким образом, набор цифр шестнадцатеричной системы счисления ei={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F}.

В шестнадцатеричной системе счисления очень удобно записывать значения байт, т.к. один байт всегда представляется двузначным шестнадцатеричным числом.

Приведем примеры перевода чисел из шестнадцатеричной системы в десятичную.

Примеры обратного перевода

В заключение отметим, что любой перевод чисел между четырьмя основными системами счисления – десятичной, восьмеричной, двоичной и шестнадцатеричной можно легко осуществлять при помощи стандартной программы Калькулятор, входящей в состав операционной системы Windows. Для этого Калькулятор нужно перевести в инженерный вид (Вид/Инженерный), после чего точечным переключателем выбрать исходную систему счисления (Dec-десятичная, Hex-шестнадцатеричная, Bin-двоичная, Oct-восьмеричная) и ввести число. Затем изменить переключателем систему счисления – число окажется записанным в новой системе.

Глава 1.4. Методы обработки данных. Элементарные методы (команды)

Мы выяснили, как представляются любые данные в виде двоичной последовательности. Может быть, эта последовательность и есть информация, и мы, таким образом, определили основной предмет изучения информатики? Оказывается – нет. Информация содержит кроме данных еще один очень важный компонент – методы обработки данных.

Рассмотрим, например книгу, написанную на каком-либо языке. Для человека – носителя языка в книге может содержаться много полезной информации. Для человека, плохо владеющего языком, информации там содержится гораздо меньше. Если язык книги человеку неизвестен вообще – он не получит никакой информации (здесь используется понятие «информация» в интуитивном смысле, строгое определение будет дано позже).

Этот пример показывает, что для получения информации недостаточно просто получить данные – необходимо их правильно обработать, т.е. применить адекватные методы обработки данных. Для того, чтобы прочитать книгу, нужно знать язык, на котором она написана, т.е. другими словами, владеть методом понимания языка. Но это не единственный метод, необходимый для того, чтобы извлечь из книги информацию. Необходимо также владеть методом зрительного восприятия, и желательно – методом правильного осознания прочитанного. Если более детально проанализировать процесс извлечения информации из книги, то найдется еще достаточно много методов, которые для этого необходимы, например, способ (метод) освещения, метод переворачивания страниц и т.д.

Из одного и того же объекта можно получить разную информацию, если использовать разные методы доступа к данным. Например, если дать ту же книгу собаке, то она, скорей всего, обнюхает ее (применит метод обнюхивания) и получит информацию о том, что книга несъедобна, о том принадлежит ли она хозяину или кому-то другому и т.д., т.е. получит много информации, но совсем не той, которую закладывал в книгу автор.

Аналогичных примеров можно привести много, и доказывают они одно – без метода доступа к данным нет информации.

Методы, которые используют люди для обработки данных – многочисленны и весьма разнообразны, эти методы исследуют не только точные, но и гуманитарные науки, а также литература и искусство. Вряд ли в настоящее время возможно построение единой системы классификации этих методов.

Однако задача информатики не стоит так широко. Для нас достаточно понять, как строятся методы обработки данных в компьютерных системах. Эта задача значительно проще. Оказывается, все компьютерные методы обработки данных строятся по общим законом.

В любой компьютерной системе существует фиксированный набор элементарных методов, которые называются командами. Выполнение всех команд происходит в специальном устройстве компьютера, которое называется процессором, поэтому элементарные команды называются командами процессора.

В принципе, разные процессоры (и, соответственно, разные компьютерные системы) могут иметь разные наборы команд. Однако в настоящее время широко используемых наборов процессорных команд не так много и разработчики компьютеров всегда стараются добиться совместимости различных систем команд между собой.

Команды процессора реализуются аппаратно, т.е. заданы при изготовлении процессора.

Каждая команда процессора имеет свой код, т.е. число, которое необходимо загрузить в специальную ячейку (регистр) процессора, для того, чтобы команда выполнилась. Большинство команд выполняются над данными и без данных теряют смысл. Например, чтобы сложить 2 числа A и B, нужно загрузить в один из регистров код команды сложения, но в другие регистры при этом должны быть загружены сами числа A и B, иначе команда сложения не будет иметь смысла.

Любой метод компьютерной обработки данных состоит из элементарных методов, т.е. из команд процессора. Однако, как было сказано, многие команды без данных теряют смысл, поэтому при построении сложного метода обработки данных часть данных встраивается в метод.

Такой сложный метод обработки данных, построенный из команд процессора и частично – из встроенных данных, называется компьютерной программой.

Если компьютерная программа записана и хранится на каком-либо носителе данных (на жестком диске, сменном носителе и т.п.), то он ничем не отличается от простого набора данных, т.к. записанные коды команд – данные. Но любая программа обладает одной особенностью – ее можно активизировать (запустить). Для этого программу нужно сначала загрузить в оперативную память компьютера, а затем загрузить в регистр процессора адрес первой команды программы. После этого все команды программы начнут выполняться последовательно. Строгая последовательность выполнения команд программы может нарушаться специальными командами перехода. Это позволяет организовывать ветвление по условию, циклическое многократное выполнение некоторых блоков в программе и в результате – реализовывать алгоритмы любой степени сложности.

Отметим, что, строго говоря, программой следует считать метод, построенный только из элементарных команд, и использующий данные в качестве обрабатываемого материала. Однако современное развитие информационных технологий приводит к тому, что все труднее разделить данные и методы их обработки. Они срастаются в единое целое, формируя единые структуры – информационные объекты (о них мы поговорим в следующей теме).

Глава 1.5. Информационные объекты. Свойства и примеры

Понятие информации является одним из самых сложных и фундаментальных понятий в современной науке. Существующие в настоящее время подходы к трактовке этого понятия можно разбить на 3 большие группы.

1) Технократический или энтропийный подход, которого придерживались родоначальники кибернетики и информатики К.Шеннон, Д. фон Нейман и Н. Винер заключается в отождествлении информации с данными. При этом игнорируется субъективный компонент информации, связанный с разными результатами обработки одних и тех же данных разными методами. Недостатки такого подхода обсуждались в предыдущей теме.

2) Прямо противоположный – гуманитарный подход к трактовке понятия информации был сделан представителями гуманитарных областей знаний – историками, обществоведами и т.д. С точки зрения такого подхода информация – это сведения, которые могут быть использованы человеком. Такой подход ставит во главу угла субъективную ценность информации. Одни и те же сведения могут иметь разную ценность для разных субъектов. Недостатки такого подхода заключаются в том, что, во-первых, теряется объективная составляющая информации, во-вторых, теряется какая-либо возможность измерить или количественно оценить информацию, в третьих, становятся необъяснимы информационные процессы, которые происходили не только без участия человека, но и задолго до его появления, например, процессы формирования и накопления генетической информации в биологических организмах.

3) Агностический подход, объявляющий информацию фундаментальной категорией, которая не требует определения и не может быть определена. Такой подход, по сути, приводит к отказу от анализа проблемы. Хотя он отражает важную часть истины – действительно понятие информации – одно из самых фундаментальных в современной системе знаний.

Эти три подхода отражают только часть истины. Более адекватное и продуктивное определение понятия информации можно дать, используя понятие информационного объекта.

Для введения этого понятия сделаем несколько замечаний.

Во-первых, окружающий нас мир состоит из объектов, и мы без труда можем отличить один из них от другого. Например, мы вряд ли перепутаем стол со стулом или компьютер с настольной лампой. Это означает, что объекты реального мира обладают свойством качественной определенности.

Во-вторых, мы ничего бы не узнали о каком-либо объекте и не смогли бы отличить один объект от другого, если бы каждый объект не обладал свойствами. Свойствами стола являются его цвет, размеры, форма, масса и т.д.

В-третьих, свойства объектов не равноценны. Можно выделить простые свойства, которые выражаются числом (например, длина, ширина, масса) и более сложные свойства, которые сами являются объектами. Например, столешница и ножки являются с одной стороны свойствами стола, а с другой они являются объектами и имеют свои свойства (свои размеры, форму, массу и т.д.).

Из сказанного следует, что любой объект можно представить в виде иерархии его свойств: выделить сначала основные свойства, которые сами являются объектами, затем рассмотреть свойства этих свойств и т. д., пока не дойдем до элементарных свойств, представляемых числами.

Представление объекта в виде иерархии его свойств будем называть информационным образом объекта.

Аналогично мы можем определить информационный образ процесса.

Информационный образ объекта или процесса допускает четкое алгоритмическое описание и поэтому может быть реализован при помощи компьютерных программ и данных. В этом случае можно говорить, что информация об объекте реализована в виде компьютерной модели. Получение, передача и изменение такой модели – это соответственно получение, передача и преобразование информации.

Отметим теперь, что можно создать объект, похожий на информационный образ реального объекта, но не являющийся таковым. Например, документ Microsoft Word похож на информационный образ реальной книги, но может не иметь никакого реального прототипа. Окно программы в Windows не имеет реального прототипа, но строится по тем же принципам, что и информационный образ реального объекта.

Все объекты такого типа мы будем называть информационными объектами. Любая компьютерная информация существует в виде тех или иных информационных объектов.

Теперь мы можем дать следующее определение информации.

Информация существует в виде информационных объектов.
Информационный объект включает данные и из методы обработки этих данных.
Информационный объект имеет, как правило, иерархическую структуру.
Информационный объект может быть информационным образом реального объекта или процесса. В этом случае он представляет иерархию свойств реального объекта.

Запись любого информационного объекта на любом носителе информации представляет собой совокупность данных, т.е. набор бит или байт. В этом смысле можно говорить, что на носителе записана некоторая информация. Однако в действительности информация существует только во время реализации методов, которые заложены в объекте. Например, документ MS Word существует только во время обработки соответствующего файла программой Microsoft Word. То же самое можно сказать про электронную таблицу, про мультимедийный или графический документ – информационный объект возникает только в тот момент, когда файлы документов начинают обрабатываться соответствующими программами.

Главная цель дальнейшего изучения курса – знакомство с основными информационными объектами и изучение их свойств. Следует помнить, что все документы, программы, окна, ярлыки, меню, панели инструментов и т.д. – это все различные информационные объекты.

Перечислим некоторые основные свойства информации, сформулировав их как свойства информационных объектов.

Достоверность – степень соответствия информационного образа реального объекта или процесса своему прототипу.
Полнота – степень наполненности информационного объекта конкретными данными.
Адекватность – степень соответствия данных методам их обработки.
Избыточность. Если необходим информационный подобъект, но он является неотъемлемой частью большого информационного объекта, то передается весь объект. Так, например, чтобы осознать пару-тройку глубоких философских истин, нужно прочитать целую книгу.
Объективность/субъективность информации. Это свойство говорит о том, насколько одинаково информационный объект обрабатывается разными субъектами.
Доступность информации. Характеризует степень затрат, необходимых для получения данного информационного объекта.
Полезность информации. Характеризует степень необходимости информационного объекта для данного субъекта.
Актуальность информации. Характеризует степень полезности информации именно в данный момент времени.

Подводя итог данного раздела, можно дать следующую формулировку.

Основная задача информатики - изучение и разработка методов создания и изменения различных информационных объектов при помощи компьютерных средств.

Раздел 2. Компьютерные системы.
Аппаратная конфигурация ПК

Глава 2.1. История развития компьютерной техники.

2.1.1. От абака до первых ЭВМ.

Современные компьютеры – это результат многовековой эволюции развития вычислительных устройств. Перечислим основные этапы этого процесса.

Наиболее древним вычислительным устройством следует считать абак, появившийся в Азии в четвертом тысячелетии но н.э. Он представлял глиняную пластину с желобами, в которые раскладывались камни.

Более совершенное устройство, похожее на абак, появилось в России – это всем известные русские счеты.

В средневековой Европе вместо абака стали использовать разграфленные таблицы (table), которые обычно наносили на поверхность стола.

Идея первого автоматического вычислительного устройства принадлежит гениальному итальянцу Леонардо да Винчи (1452-1519). В его дневниках был обнаружен ряд рисунков, которые оказались эскизным наброском суммирующей вычислительной машины на зубчатых колесах, способной складывать 13-разрядные десятичные числа.

В 1641-1642 гг. французский ученый Блез Паскаль, на основе зубчатых колес создает действующую суммирующую машину («паскалину»), способную складывать шести- и восьмиразрядные десятичные числа. Было создано примерно 50 образцов машин.

В 1673 г. немецкий математик и философ Г.В. Лейбниц (1646-1717) создал первый механический калькулятор, который мог выполнять операции умножения и деления.

Чарльз Беббидж (1791-1871) в 1836-1848 годах разработал проект «аналитической машины», которая явилась механическим прототипом появившихся спустя столетие ЭВМ. В ней предполагалось иметь те же, что и в современных ЭВМ, пять основных устройств: арифметическое, памяти, управления, ввода, вывода. Для арифметического устройства Ч. Беббидж использовал зубчатые колеса. Программа выполнения вычислений записывалась на перфокартах (пробивками), на них же записывались исходные данные и результаты вычислений. В число операций, помимо четырех арифметических, была включена операция условного перехода и операции с кодами команд. Автоматическое выполнение программы вычислений обеспечивалось устройством управления.

Живший в те же годы, – Джордж Буль (1815-1864) разработал алгебру логики (алгебра Буля) нашедшую применение, когда понадобился математический аппарат для проектирования схем ЭВМ, использующих двоичную систему счисления.

В 1936 году выдающийся математик Алан Тьюринг опубликовал статью « О вычислимых числах», в которой предложил схему абстрактной математической машины (машины Тьюринга), позволяющей решать самые разнообразные теоретические вопросы информатики. Во время Второй мировой войны Тьюринг принял участие в разработке первых в мире вычислительных устройств на электронных лампах. Эти работы проводились в режиме строжайшей секретности, поэтому об их результатах стало известно значительно позже. Была построена и успешно эксплуатировалась первая в мире специализированная цифровая вычислительная машина «Колоссус» на электронных лампах (2000 ламп). Одновременно А. Тьюринг совместно с Г. Уэлчманом и Г. Кином создал дешифровочную машину «Бомба» для расшифровки секретных радиограмм немецких радиостанций.

После войны А. Тьюринг принял участие в создании универсальной ламповой ЭВМ. В память об А. Тьюринге установлена премия его имени за выдающиеся работы в области математики и информатики

В 1937г. немецкий математик (тогда еще студент) Конрад Цузе (1910-1985) ничего не знавший о машине Беббиджа, разработал механическую машину Z1 с использованием двоичной системы счисления. Через год он ее усовершенствовал, создав машину Z2, в которой вместо механического арифметического устройства было применено устройство на телефонных реле. Наконец, в 1941 г. Цузе с участием Г. Шрайера создает первую в мире полностью релейную цифровую вычислительную машину Z3, содержащую около 2000 реле. Во время Второй мировой войны К. Цузе создал две специализированные релейные машины S1 и S2 военного назначения – для расчета крыльев самолетов-снарядов и для управления этими снарядами.

В 1944г. в США ученый Гарвардского университета Говард Айкен (1900-1973) создает первую в США (тогда считалось первую в мире) релейно-механическую цифровую вычислительную машину МАРК-1. По своим характеристикам (производительность, объем памяти) она была близка к Z3. В машине использовалась десятичная система счисления. Как и в машине Беббиджа, в счетчиках и регистрах памяти использовались зубчатые колеса. Управление и связь между ними осуществлялась с помощью реле, число которых превышало 3000. Г. Айкен не скрывал, что многое в конструкции машины он заимствовал у Ч. Беббиджа.

В 1945 г. в Пенсильванском университете в США была завершена работа по созданию первой вычислительной машины на электронных лампах для управления артиллерийскими орудиями. Руководил работами физик Джон Мочли (1907-1986). Устройство, названное ЭНИАК, содержало 20 тысяч электронных ламп, его размеры составляли 26 м в длину, 6 м в высоту, вес 35 тонн, производительность устройства в 1000 раз превышала производительность МАРК1.

В 1945 г. в процессе разработки на основе ЭНИАК более совершенного устройства ЭДВАК к работам в Пенсильванском университете подключился выдающийся математик Джон фон Нейман (1903-1957), который сформулировал в отчете по ЭДВАК (июнь 1946 г.) основные принципы построения электронных вычислительных машин, получившие название архитектуры фон Неймана.

Создание ЭДВАК и формулировку принципов фон Неймана в 1946 г. принято считать началом эры электронной вычислительной техники, т.к. все последующие вычислительные устройства состояли из электронных элементов и строились в соответствии с архитектурой фон Неймана. Эти устройства стали называться электронно-вычислительными машинами (ЭВМ) или компьютерами.

Первая в СССР и континентальной Европе вычислительная машина – МЭСМ (малая электронно-счетная машина) была разработана в Киеве, в Институте электротехники, под руководством и при непосредственном участии академика С. А. Лебедева в 1951 г.

МЭСМ имела скорость 50 операций в секунду, содержала 6000 электронных ламп и занимала несколько комнат.

2.1.2. Поколения ЭВМ.

После 1946г. начался процесс развития электронной вычислительной техники. Для характеристики этого процесса принято выделять поколения ЭВМ. Деление компьютерной техники на поколения весьма условно, но хорошо помогает проследить процесс ее развития.

К первому поколению обычно относят машины, созданные в с 1946 г. до середины 50-х годов 20 века. Основу их схем составляли электронные лампы. Эти компьютеры были огромными и очень дорогими машинами, приобрести их могли только крупные корпорации и правительства. Быстродействие их составляло 10-20 тысяч операций в секунду. Программу для такой машины было необходимо подготовить в виде последовательности кодов команд процессора, поэтому разработка и отладка программ были очень трудоемкими, длительными процессами, доступными только высококвалифицированным математикам. Отечественные машины первого поколения: МЭСМ, Стрела, Урал, М-20.

Второе поколение компьютерной техники – машины, сконструированные с середины 50-х до середины -60-х годов 20 века. Электронные лампы в этих машинах постепенно вытесняются полупроводниковыми элементами – транзисторами, которые значительно меньше по объему, потребляют в сотни раз меньше энергии и, следовательно, позволяют значительно увеличить вычислительную мощность, существенно уменьшив габариты и энергопотребление. Быстродействие – до сотен тысяч операций в секунду, ёмкость памяти – до нескольких килобайт. Появились так называемые языки высокого уровня, значительно облегчающие процесс составления и отладки программ. Для перевода программ, написанных на языках высокого уровня, в набор команд процессора появились специальные программы-трансляторы. Появился широкий набор библиотечных программ для решения разнообразных математических задач. Появились мониторные системы, управляющие режимом трансляции и исполнения программ. Из мониторных систем в дальнейшем выросли современные операционные системы. Пример отечественной ЭВМ второго поколения – БЭСМ-6.

Машины третьего поколения созданы с середины 60-х до середины 70-x годов. Это семейства машин с единой архитектурой, поэтому, программы, разработанные для одной из таких машин, могли запускаться и на других (программная совместимость). На смену отдельным транзисторам в этих машинах приходят интегральные схемы (микросхемы, чипы), каждая из которых включает до нескольких тысяч транзисторов. Это позволило на порядок по сравнению с ЭВМ второго поколения увеличить вычислительную мощность, уменьшив габариты и энергопотребление. Машины третьего поколения имеют развитые операционные системы. Они способны работать в мультизадачном режиме, т.е. одновременно выполнять нескольких программ. Многие задачи управления памятью, устройствами и ресурсами стала брать на себя операционная система. Примеры машин третьего поколения – семейства IBM-360, IBM-370, ЕС ЭВМ, СМ ЭВМ. Быстродействие машин внутри семейства изменяется от нескольких десятков тысяч до миллионов операций в секунду. Ёмкость оперативной памяти достигает нескольких мегабайт.

Четвёртое и последующие поколения характеризуется, в первую очередь, возрастанием степени интеграции микросхем, т.е. количества транзисторов в единице объема. Четко разделить эти компьютеры на поколения не представляется возможным, т. к. появляется огромное количество различных их типов. Это и многопроцессорные суперкомпьютеры, и универсальные персональные компьютеры, и графические станции, и сетевые серверы и т.д. Классификацию современных компьютеров мы рассмотрим в следующей теме.

Глава 2.2. Современные компьютерные системы.

Вначале сделаем несколько терминологических замечаний.

Слова «ЭВМ» и «компьютер» - синонимы. Однако в русском языке сначала появилось слово «ЭВМ» и только значительно позже (примерно в 80-х годах 20 века) слово «компьютер». В соответствии с этим компьютерами мы будем называть только современные устройства, а для более ранних машин использовать аббревиатуру «ЭВМ».

Любое устройство, способное хранить и/или обрабатывать данные будем называть информационным устройством. Основной вид информационных устройств – это, безусловно, компьютеры. Но, например, принтер, маршрутизатор, хаб, сотовый телефон, цифровой фотоаппарат или стиральная машина с программным управлением также являются информационными устройствами.

Любую систему, состоящую из связанных между собой информационных устройств и включающую хотя бы один компьютер, будем называть компьютерной системой.

2.2.1.Классификация компьютерных систем.

Основными техническими характеристиками компьютера являются его быстродействие и объем оперативной памяти. Также очень важной характеристикой является объем постоянной внешней памяти.

Объем памяти, как мы выяснили, измеряется в единицах, производных от байта (МБ, ГБ, ТБ). Быстродействие же определяется количеством элементарных операций, совершаемых компьютером в единицу времени. При этом рассматриваются наиболее трудоемкие элементарные операции, так называемые операции с плавающей точкой, - сложение или умножение чисел, имеющих дробную часть. Для характеристики быстродействия используются специальные единицы – мегафлоп (МФлп – миллион операций с плавающей точкой в секунду), гигафлоп (ГФлп – миллиард операций с плавающей точкой в секунду), терафлоп (ТФлп – триллион операций с плавающей точкой в секунду). Например, быстродействие 10 ТФлп означает, что компьютер способен сложить или перемножить 10 триллионов пар нецелых чисел за одну секунду.

Можно, конечно, проводить классификацию компьютерной техники по основным техническим характеристикам, но, из-за того, что технологии производства компьютеров развиваются с очень большой скоростью, такая классификация очень быстро устаревает. Поэтому, положим в основу классификации такие нетехнические характеристики как назначение, условия эксплуатации, характер использования и стоимость.

С точки зрения назначения и условий эксплуатации компьютерные системы можно разделить на 2 больших класса

универсальные;
специальные.

Специальные компьютеры и компьютерные системы служат для решения конкретного узкого класса задач или даже одной задачи. Многие из них функционируют в особых условиях эксплуатации. Специальные компьютеры управляют технологическими установками, работают в операционных или машинах скорой помощи, на ракетах, самолётах и вертолётах (бортовые компьютеры), вблизи высоковольтных линий передач или в зоне действия радаров, радиопередатчиков, под водой на глубине, в условиях пыли, грязи, вибраций, взрывоопасных газов и т.п. Проводить классификацию более подробную классификацию специальных компьютерных систем мы не будем.

Универсальные компьютеры предназначены для решения широкого класса задач при нормальных условиях эксплуатации. Типичным примером универсального компьютера является настольный персональный компьютер (ПК), с которым мы будем подробно знакомиться. Рассмотрим классификацию универсальных компьютеров на основе характера использования и стоимости. С этой точки зрения можно выделить 3 класса универсальных компьютеров.

Суперкомпьютеры – это компьютеры максимальной вычислительной мощности стоимостью от нескольких сотен тысяч долларов до десятков миллионов долларов, предназначенные для решения эксклюзивных задач, например, моделирования и расчета сложных технических устройств, научных исследований, управления сверхбольшими базами данных, моделирования и прогноза погоды, сложного видеомонтажа и т.д. Практически все суперкомпьютеры – это многопроцессорные системы, включающие от нескольких десятков до сотен тысяч процессоров. На сегодняшний день (март 2006г.) наибольшее количество процессоров – 130 тыс. имеет суперкомпьютер Blue Gene/L фирмы IBM. Он же является и рекордсменом по быстродействию (около 300 ТФлп). Список из 500 наиболее быстродействующих компьютеров можно найти в Интернете по адресу http://www.top500.org. Суперкомпьютеры можно разделить на несколько типов.
1. Мэйнфреймы – большие машины, обладающие очень высокой надежностью и устойчивостью работы в многопользовательском режиме. Типичными представителями мэйнфреймов являются, машины, выпускающиеся фирмой IBM на протяжении 40 лет - IBM S/360, IBM S/390, z Series. Последний из этой линейки – компьютер z9 заявлен к выпуску весной 2006г. Количество процессоров в мэйнфреймах, как правило, не превосходит нескольких десятков. Мэйнфреймы используются в качестве многопользовательских станций, мощных и высокоэффективных серверов, или мощных вычислительных станций для решения сложных научных и технических задач. Иногда майнфреймы не относят к суперкомпьютерам, выделяя в отдельный класс. Стоимость майнфреймов колеблется от ста тысяч до 1-2 миллионов долларов.
2. Кластерные системы – это системы, состоящие из большого количества автономных блоков. Каждый блок кластерной системы имеет процессор, оперативную память, систему ввода и вывода данных и является, по сути, отдельным компьютером. Быстродействие кластерной системы обеспечивается за счет параллельной работы всех блоков. Кластерные системы – наиболее простой и гибкий способ построения мощных компьютерных систем из готовых стандартных узлов. По этой технологии можно построить суперкомпьютер, соединив несколько сотен стандартных узлов ПК высокопроизводительными шинами.
3. Распределенные многопроцессорные системы – наиболее эффективный способ построения суперкомпьютера. Как и в кластерной системе, большое количество блоков, каждый из которых включает процессор и оперативную память, соединяются между собой с целью параллельной работы. Отличие от кластерной системы заключается в том, что блоки неоднородны и неравноправны, а связи между ними построены по сложной структурной схеме. Можно сказать, что отдельные процессоры и блоки памяти такой системы являются элементами построенного из них огромного суперпроцессора, способного совершать одновременно очень много операций. Именно по такой схеме построен рекордсмен быстродействия – суперкомпьютер Blue Gene/L
Средние компьютеры – это компьютеры стоимостью обычно в десятки тысяч долларов. Границы стоимостного диапазона средних компьютеров – от нескольких тысяч долларов до 100-200 тысяч. Большинство компьютеров этого класса используются как сетевые или файловые серверы в компьютерных сетях. Например, Web-серверы, на которых размещена информация в Интернете, – это в большинстве именно такие машины. Средние компьютеры также используются в качестве мощных графических станций, систем оцифровки звуковой и видеоинформации, систем видеомонтажа, а также в составе вычислительных комплексов для проведения научных и технических расчетов. Средние компьютеры, как правило, также являются многопроцессорными системами с количеством процессоров от 2-х до нескольких десятков.
Персональные компьютеры (ПК). Это наиболее массовый тип компьютеров стоимостью от 1-2 сотен долларов до нескольких тысяч долларов. В большинстве своем персональные компьютеры однопроцессорные, но есть и двухпроцессорные. Персональные компьютеры можно разделить на 3 класса.
1. Настольный компьютер (desktop). Это основной тип ПК, наиболее интересный и актуальный для массового пользователя. Именно устройство настольного ПК мы далее будем подробно изучать.
2. Переносной компьютер (notebook, ноутбук) значительно меньше настольного ПК по массе и размерам, имеет автономный источник питания и может всегда находиться при владельце. Вычислительная мощность ноутбука, как правило, ниже, чем у настольного ПК, а стоимость – существенно выше, чем у настольного ПК с близкими характеристиками.
3. Карманные компьютеры (КПК) – это самый молодой, но очень быстро развивающийся класс компьютеров стоимостью не более 1 тыс. долларов. Вычислительные ресурсы этих компьютеров невелики, но этот недостаток компенсируется возможностями Интернет-связи: при помощи КПК можно управлять любым другим компьютером, используя его ресурсы. По-видимому, в недалеком будущем КПК возьмут на себя функции сотовых телефонов и превратятся в универсальное мобильное средство связи, получения и обработки информации. После широкого распространения электронных денег КПК превратятся и в универсальное средство для платежей и управления финансами.

2.2.2 Архитектура компьютерной системы. Аппаратное и программное обеспечение.

Для общей характеристики компьютерной системы вводится понятие архитектуры.

Архитектура компьютера – это общее описание его структуры и функций, не включающее технические детали. К архитектуре компьютера относятся структура памяти, способы доступа к памяти и внешним устройствам, возможность изменения конфигурации, система команд процессора, форматы данных, организация интерфейса.

Основные принципы построения ЭВМ были сформулированы Д. фон Нейманом в 1946г. и с тех пор являются основой архитектуры всех компьютеров. Они включают следующие положения.

Любую ЭВМ образуют три основные компоненты: процессор, память (ОЗУ) и устройства ввода-вывода.
Данные, с которыми работает ЭВМ делится на два типа:

набор команд по обработке данных (программы);
данные подлежащие обработке.

И команды, и обрабатываемые данные на момент обработки находятся в ОЗУ.
Процессор последовательно выбирает команды из ОЗУ и выполняет эти команды, т.е. проводит необходимые арифметические и логические операции над данными.
Загрузка программ и данных в ОЗУ и выгрузка результатов осуществляется устройством ввода-вывода по команде процессора.

Все элементы аппаратуры, из которых состоит компьютерная система, а также способы соединения и взаимодействия этих элементов составляют аппаратную конфигурацию (аппаратное обеспечение) компьютерной системы. Можно изменить аппаратную конфигурацию, отсоединив какие-либо элементы и подключив новые. В современных компьютерах реализован принцип открытой архитектуры, позволяющий легко менять конфигурацию компьютерной системы и производить модернизацию компьютера. Суть этого принципа заключается в том, что все функционально-однотипные элементы аппаратуры должны быть взаимозаменяемыми. Реализация этого принципа в современных ПК дает возможность заменить, например, принтер, монитор, жесткий диск или любую другую часть компьютерной системы на другой аналогичный элемент.

Для того чтобы компьютерная система выполняла свою основную задачу - обработку информации – только аппаратного обеспечения недостаточно, необходимо, чтобы на компьютере были установлены соответствующие программы.

Все программы, установленные в компьютерной системе, а также способы взаимодействия этих программ с аппаратным обеспечением, друг с другом и с пользователем составляют программную конфигурацию (программное обеспечение) компьютерной системы.

Аппаратное и программное обеспечение – две неразрывные составляющие любой компьютерной системы. Любая компьютерная система покупается, конфигурируется и настраивается под решение определенных задач, именно характером этих задач определяется необходимое и аппаратное, и программное обеспечение. Как правило, в окончательно сконфигурированной под определенные задачи компьютерной системе стоимость программного обеспечения превышает стоимость аппаратного. С развитием информационных технологий эта тенденция проявляется все заметнее – доля стоимости программного обеспечения по отношению к стоимости аппаратного обеспечения неуклонно возрастает.

Далее мы будем рассматривать сначала аппаратное, а затем программное обеспечение настольного ПК.

Глава 2.3. ПК как пример компьютерной системы.
Аппаратная конфигурация ПК. Аппаратные интерфейсы.

Аппаратную конфигурацию настольного ПК можно рассмотреть с двух точек зрения.

Внешняя конфигурация. Элементом компьютерной системы считается устройство, выполненное в отдельном корпусе.
1. Функциональная конфигурация. Элементом компьютерной системы считается устройство, выполняющее определенную функцию, независимо от его конструктивного выполнения.

Рассмотрим сначала внешнюю конфигурацию настольного ПК (рис. 2.1).

Базовую конфигурацию составляют 4 основных элемента: системный блок, монитор, клавиатура и мышь. Все остальные элементы относятся к расширенной конфигурации. Многоточие на рис.2.3.1 означает любые другие допустимые устройства, например, плоттер, дигитайзер, MIDI-клавиатуру, модем и т.д.

Рассмотрим теперь функциональную конфигурацию (рис. 2.2). Основу функциональной конфигурации ПК составляет материнская плата, которую будем обозначать MB (main board, motherboard). Материнская плата устанавливается в системном блоке, все остальные устройства ПК подключаются к ней.

Основными устройствами, которые обязательно должны быть подключены к материнской плате являются процессор (CPU – Central Processing Unit) и оперативная память (RAM – Random Access Memory). Все остальные устройства подключаются к материнской плате через соответствующие адаптеры. Например, адаптером монитора является видеокарта, адаптером аудиосистемы – звуковая карта. Большинство адаптеров включают в себя контроллеры, управляющие работой устройств. Контроллер способен осуществлять некоторые операции по управлению устройством и по передачи данных без обращения к CPU, в этом смысле каждый контроллер можно считать дополнительным к CPU узкоспециализированным процессором. При необходимости контроллер может записывать/считывать данные из RAM. Процедура прямого (минуя CPU) обмена данными между устройством и RAM называется прямым доступом к памяти или DMA (Direct Memory Access). Если устройству требуется DMA, ему выделяется для этого специальная область памяти (диапазон адресов).

Для подключения адаптеров устройств на материнской плате установлены специальные разъемы (слоты). Часто используется термин «порт» - это более широкое понятие, включающее, кроме типа разъема, еще и тип аппаратного интерфейса - набор соглашений о передаче сигналов. Видеокарта подключается к специальным высокоскоростным портам AGP (Accelerated Graphic Port) или PCIE, звуковая карта, сетевая карта и многие другие устройства – к порту PCI (Peripheral Component Interconnect).

Адаптеры некоторых устройств входят в состав материнской платы (так называемые интегрированные адаптеры) – в этом случае на материнской плате есть разъем для подключения самого устройства. Так, например, жесткий диск можно подключить непосредственно к порту IDE, а клавиатуру и мышь – к портам PS/2.

В настоящее время для подключения периферийных устройств разработаны универсальные адаптеры USB (Universal Serial Bus) и FireWire (IEEE 1394, i-Link). Через порт USB можно подключать самые разные устройства – клавиатуру, мышь, принтер, сканер, сотовый телефон, цифровой фотоаппарат, а также внешние носители данных – флэш-накопители и переносные жесткие диски (такие устройства желательно подключать через высокоскоростной порт USB 2.0). Порт FireWire обычно используется для подключения цифровых телекамер, работающих в режиме реального времени.

В последнее время все чаще используется беспроводное подключение устройств к материнской плате – обмен сигналами при этом происходит при помощи электромагнитных волн. Для такого подключения существуют специальные адаптеры Blue Tooth, которые подсоединяются к USB порту. При помощи такого адаптера можно, например, установить беспроводную связь компьютера с сотовым телефоном, подключить компьютер к Интернету, связать настольный компьютер с ноутбуком и т.д. Более подробно особенности подключения различных устройств мы рассмотрим в следующей Главе.

Обмен данными между различными устройствами компьютера происходит при помощи электрических сигналов. Для того чтобы обмен электрическими сигналами действительно приводил к обмену данными, необходимо, чтобы взаимодействующие устройства одинаковым образом интерпретировали эти сигналы. Способы интерпретации электрических сигналов в качестве данных составляют основу аппаратных интерфейсов, в соответствии с которыми устройства взаимодействуют друг с другом.

Различают последовательные интерфейсы и параллельные интерфейсы.

В соответствии с последовательным интерфейсом данные передаются, как последовательная цепочка бит, каждый последующий передаваемый бит следует по времени после предыдущего. Передающая шина при этом может состоять из двух проводников. Примеры последовательных интерфейсов: COM, USB, FireWire, SATA.

Параллельный интерфейс передает несколько бит одновременно. Количество одновременно передаваемых бит называется разрядностью интерфейса (употребляются также термины «разрядность шины» или «ширина шины», обозначающие то же самое). Число проводников в передающей шине должно превышать разрядность шины как минимум на 1 (обычно проводников в шине еще больше для обеспечения коррекции, синхронизации и других служебных функций). Примеры параллельных интерфейсов: ISA, PCI, SCSI, IDE (ATA).

Реализованные в компьютерной системе аппаратные интерфейсы являются логической основой компьютерной системы, связывающей аппаратное и программное обеспечение в единое целое. Аппаратные интерфейсы принимаются в виде стандартов и остаются постоянными в течение 10-20 лет для широкого класса выпускаемых компьютерных компонент (т.е. очень долго по сравнению со всеми остальными характеристиками компьютерной аппаратуры).

Эволюцию аппаратного обеспечения современных компьютерных систем можно проследить с точки зрения изменения базовых аппаратных интерфейсов. Так, для подключения периферийных устройств к настольным ПК за последние 20 лет сменилось 3 поколения интерфейсов

ISA, EISA, COM, LPT
PCI, AGP, IDE
PCIE, USB, FireWire, SATA..

В настоящее время преобладает тенденция перехода от параллельных интерфейсов к последовательным многоканальным интерфейсам, таким как USB, FireWire, SATA.

Глава 2.4. Материнская плата, процессор и оперативная память
- основные компоненты ПК.

2.4.1. Материнская плата.

Материнская плата, является основным устройством ПК, обеспечивающим подключение и взаимодействие всех других устройств друг с другом. Именно материнская плата обеспечивает реализацию аппаратных интерфейсов. В составе материнской платы можно выделить следующие элементы.

Микропроцессорный набор (чипсет, chipset);
Энергонезависимую память, называемую также ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) или ROM (Read Only Memory);
Интегрированные устройства;
Генератор тактовой частоты;
Системные шины;
Слоты (разъемы) для подключения устройств;
Автономный источник питания.

Рассмотрим назначение этих элементов.

Чипсет – это набор микросхем, из которых собственно и построена материнская плата. Именно чипсет реализует необходимые аппаратные интерфейсы, на основе которых работает компьютер. Все остальные устройства материнской платы можно считать дополнением к чипсету. Однако необходимо иметь в виду, что на основе одного и того же чипсета разными производителями разрабатываются различные материнские платы, поэтому типов материнских плат значительно больше, чем базовых чипсетов.

Энергонезависимая память является необходимым дополнением к чипсету. Она содержит набор базовых программ (BIOS – Basic Input and Output System), поддерживающих аппаратные интерфейсы, выполняющих проверку работоспособности компьютера при его включении, загружающих операционную систему и т.д. Основное содержимое энергонезависимой памяти записывается при изготовлении материнской платы и не изменяется в процессе эксплуатации компьютера, однако часть этого содержимого (настройки BIOS) можно изменить через специальную программу BIOS Setup, которая также записана в энергонезависимую память. Современные материнские платы поддерживают и процедуру перезаписи всего содержимого энергонезависимой памяти (перезапись BIOS, прошивка BIOS), но это очень критичная процедура – при неудаче компьютер окажется полностью неработоспособным.

Кроме чипсета в состав материнской платы могут входить микросхемы других устройств, выполняющих функции, не относящиеся к функциям материнской платы. Например, в материнскую плату может быть встроена звуковая карта, сетевая карта или видеокарта. Такие устройства называются интегрированными в материнскую плату. Наличие интегрированной видеокарты означает, например, что монитор можно подключать непосредственно к соответствующему разъему материнской платы.

Генератор тактовой частоты также является необходимым элементом материнской платы, задающим частоту прохождения всех электрических импульсов (частоту системной шины) и, следовательно – скорость обмена данными между всеми устройствами компьютера. Если частота системной шины равна , то минимальное временное расстояние между импульсами . Если от одного устройства передается другому одновременно n бит, то максимальная (пиковая) скорость передачи денных между этими устройствами бит/с. Это же относится и к передаче данных внутри устройств, за исключением процессора – в нем внутренняя скорость передачи данных гораздо выше. В процессоре действует другая, более высокая тактовая частота , где Кп – коэффициент умножения частоты. Величина Kп находится в диапазоне от 2 до 21. Поэтому - тактовая частота процессора - может значительно превышать тактовую частоту системной шины .

Системные шины – это системы проводников, обеспечивающие прохождение электрических сигналов между устройствами. Таким образом, устройства обмениваются данными друг с другом именно через системные шины. Микросхемы чипсета связаны друг с другом и со слотами устройств через шины, выполненные в виде электрической разводки платы. Основной характеристикой шины является разрядность (ширина шины) – количество бит, которые могут передаваться по шине одновременно. Тип и разрядность шины определяются аппаратным интерфейсом, который эта шина должна поддерживать, поэтому, говоря о разрядности шины, имеют в виду именно тип интерфейса.

Для подключения различных устройств к материнской плате используются слоты – специальные разъемы, соединенные через соответствующие шины с микросхемами чипсета. Каждый слот предназначен для передачи данных в соответствии с определенным интерфейсом, поэтому слоты обозначаются теми же аббревиатурами, что и интерфейсы, например, PCI, AGP, USB.

Последний элемент списка автономный источник питания представляет собой стандартный маленький аккумулятор, предназначенный для поддержания работы энергонезависимой памяти и генератора тактовой частоты в то время, когда компьютер выключен. При выходе автономного источника питания из строя происходит сбой системных часов и настроек BIOS, что может привести к сбоям в работе программ. Вышедший из строя автономный источник питания, как правило, несложно заменить.

2.4.2. Процессор (CPU).

Процессор или CPU (Central Processing Unit) – это устройство, в котором, собственно, и происходит обработка информации, т.е. реализуется основная функция компьютера. Процессор получает данные из оперативной памяти, обрабатывает их и возвращает обратно в оперативную память. Обменом данными между процессором и оперативной памятью управляет контроллер памяти, входящий в состав чипсета. В последнее время появились ПК, использующие высокопроизводительный интерфейс Hypertransport, успешно использовавшийся ранее в суперкомпьютерах и позволяющий эффективно реализовать многопроцессорные системы. При такой архитектуре контроллер памяти является составной частью процессора, что позволяет процессору взаимодействовать с памятью напрямую.

Данные из памяти передаются процессору в специальные ячейки – регистры. Для того чтобы процессору запросить какие-либо данные из оперативной памяти, ему необходимо указать, где именно в оперативной памяти эти данные находятся. Местонахождение данных в оперативной памяти указывается с помощью адреса – порядкового номера байта оперативной памяти. Данные, расположенные в оперативной памяти, могут быть двух видов – собственно данные или коды команд процессора. Хотя в обоих случаях в памяти записано какое-то двоичное число, интерпретируется это число по-разному – команды и данные передаются по разным шинам на разные регистры. Для передачи адресов также предусмотрена отдельная шина и отдельная группа регистров. Таким образом, в обмене данными между процессором и памятью используется системная шина, состоящая из трех частей - адресной шины, шины команд и шины данных. Разрядность каждой из этих шин в значительной степени определяет производительность компьютера, но наиболее важна разрядность адресной шины, т.к. она определяет максимально возможное значение адреса оперативной памяти и, следовательно, максимальный объем оперативной памяти, с которой может работать процессор (объем адресуемой памяти). Если разрядность адресной шины равна , то объем адресуемой памяти равен байт, т.е. для 16-разрядной шины B = 64 kB, для 32-разрядной шины B = 4 GB, для 64-разрядной шины объем адресуемой памяти составляет 16 млн. терабайт – больше, чем суммарный объем памяти всех компьютеров мира. Кроме разрядности шины (внешней разрядности) важна и емкость внутренних регистров (внутренняя разрядность процессора), определяющая количество бит, обрабатываемых любым автономным блоком процессора за 1 такт. В настоящее время большинство персональных компьютеров 32-разрядные, но появляются и 64-разрядные.

Для повышения эффективности работы в современных процессорах используется встроенная быстродействующая память – кэш-память, выполняющая функцию буфера между оперативной памятью и ядром процессора, в котором происходит выполнение команд. Данные из оперативной памяти сначала попадают в кэш-память процессора и только затем подвергаются дальнейшей обработке. При этом реализуется пакетный способ передачи данных – данные из оперативной памяти в кэш-память передаются сразу большим блоком (пакетом).

Производительность процессора зависит в первую очередь от его тактовой частоты , определяющей количество элементарных операций совершаемых процессором в единицу времени. Современные ПК характеризуются значениями от 2 ГГц до 4 ГГц. Использование более высоких тактовых частот связано со значительными техническими трудностями, главными из которых являются проявление волновых свойств электрических импульсов на высоких частотах (что приводит к искажениям сигналов) и увеличение тепловыделения с ростом частоты (что приводит перегреву микросхем или к необходимости делать сложную и громоздкую систему охлаждения). Поэтому в настоящее время разработчики процессоров стремятся увеличить производительность процессоров, не увеличивая существенно тактовую частоту.

Производительность процессора зависит также от числа элементарных операций, выполняемых процессором одновременно (за один такт). В этом случае говорят, что операции выполняются параллельно и что процессор поддерживает параллельные вычисления. Рассмотрим основные способы организации параллельных вычислений внутри процессора.

Конвейерная обработка данных. Применяется почти во всех современных процессорах. В основу конвейерной обработки положен тот факт, что тактовые (т.е. выполняющиеся за один такт частоты процессора) элементарные операции, на которые разбивается каждая команда, выполняются разными независимыми блоками процессора. Эти операции могли бы выполняться одновременно, но для одной команды это невозможно – каждая следующая операция использует результат предыдущей. Зато одновременные вычисления можно организовать для группы однородных независимых между собой команд. Пусть, например, процессору нужно выполнить последовательность из большого количества независимых однотипных команд. Для упрощения рассуждений будем считать, что процессор состоит из n блоков, а каждая команда состоит из последовательности n тактовых операций, причем, i-ю операцию выполняет i-й блок. После того, как 1-й блок выполнит 1-ю операцию 1-й команды (за 1-й такт), он освободится и сможет сразу выполнить 1-ю операцию 2-й команды. Одновременно с ним 2-й блок будет выполнять 2-ю операцию 1-й команды. Все это произойдет за 2-й такт. За 3-й такт 1-й блок выполнит 1-ю операцию 3-й команды, 2-й блок – 2-ю операцию 2-й команды, а 3-й блок – 3-ю операцию 1-й команды и т.д. Таким образом, каждая очередная команда процессора начинает выполняться не после окончания предыдущей команды (на это в нашем примере ушло бы n тактов), а через один такт после начала предыдущей. Эффективность конвейерной обработки зависит от конструкции процессора, объема кэш-памяти, и от специфики обрабатываемого программного кода.

Конвейерная обработка данных, позволяющая одновременно обрабатывать любые (не обязательно однотипные) команды называется суперскалярной.

Технология Hyperthreading (гипертрединг, многоконвейерная обработка данных) – дальнейшее развитие идеи конвейерной обработки. В этом случае процессор снабжается двойным набором регистров и воспринимается программным обеспечением как 2 параллельно работающих процессора. На самом деле процессор один и имеет одно ядро, в котором собственно происходят вычисления, но одновременно могут выполняться команды от 2-х различных задач. Наибольший эффект дает использование такого процессора, если компьютер работает в многозадачном режиме (это характерно для всех современных ПК), причем, одновременно выполняющиеся программы носят существенно разный характер. Например, если сложная вычислительная задача выполняется одновременно с компьютерной игрой, процессор с Hyperthreading даст максимальный выигрыш – обе программы почти не заметят друг друга. Если же одновременно работают две вычислительных задачи, то использование процессора с Hyperthreading практически не даст выигрыша по сравнению с таким же процессором без этой технологии.

Двухядерные процессоры. Это по сути дела выполнение двух процессоров в одной микросхеме, т.е. одновременное использование двух параллельно работающих процессоров. Использование двухядерного процессора повышает производительность работы в 2 раза практически для любого многозадачного режима работы компьютера. Не дает выигрыша такой процессор только в однозадачном режиме (например, в операционной системе DOS). Дальнейшее развитие этой технологии, по-видимому, приведет к созданию многоядерных процессоров для ПК.

Конструктивно любой процессор для ПК выполняется в виде микросхемы, которая вставляется в специальный (процессорный) слот материнской платы. Т.к. работа процессора сопровождается выделением большого количества тепла, для его охлаждения используются радиатор и специальный вентилятор, которые плотно прижимаются к корпусу процессора. В настоящее время есть несколько стандартов процессорных слотов, поэтому необходимо, чтобы процессор и материнская плата соответствовали друг другу.

Микросхема процессора состоит из огромного количества (сотен миллионов) мельчайших полупроводниковых элементов – транзисторов. Количество транзисторов в единице объема процессора называется степенью интеграции и определяет удельную производительность. Увеличение степени интеграции позволяет либо уменьшить объем при данной производительности, либо увеличить производительность при заданном объеме. Вместо степени интеграции часто пользуются другой величиной – средним размером одного транзистора. В этом случае говорится, что микросхема изготовлена по технологии … - и далее указывается средний размер транзистора в микронах (1мкм = 10-6 м) .или в нанометрах ( 1 нм = 10-9 м). Современные микросхемы изготавливаются по технологии 50 – 90 нм, что близко к технологическому пределу.

Наиболее крупный производитель процессоров для ПК - патриарх разработки компьютерных микрочипов - фирма Intel. На протяжении последних 20 лет она выпускала процессоры 8086, 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium-MMX, Pentium-2, Pentium-3, Pentium-4, Pentium-D, Core Solo, Core Duo (приведены в хронологической последовательности). Одновременно с Pentium-2 была также запущена линейка аналогичных, но несколько более дешевых (бюджетных) процессоров Celeron. Кроме того, выпускается линейка дорогих процессоров Xeon для серверов.

Кроме Intel, крупным производителем процессоров является фирма AMD. Ее последние разработки – 64-х разрядные процессоры Athlon64, двухядерные 64-х разрядные процессоры Athlon64 X2, серверные одноядерные и двухядерные процессоры Opteron, бюджетная линейка Sempron.

Выпускаются и другие типы процессоров. Например, во многих ПК Макинтош фирмы Apple используются процессоры PowerPC – совместная разработка фирм Motorola, Apple и IBM.

4.2.3. Оперативная память (RAM).

Оперативная память, называемая также ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) или RAM (Random Access Memory, память с произвольным доступом) – это устройство, в котором находятся работающие в данный момент программы и данные для них. Любая программа перед выполнением должна быть загружена в оперативную память, после чего процессор сможет последовательно извлекать из памяти команды этой программы и выполнять их. Оперативная память, как и процессор, является необходимым устройством – без нее компьютер работать не сможет.

Данные в оперативной памяти хранятся только во время работы компьютера, при его выключении оперативная память очищается.

Оперативная память для ПК выполняется в виде модулей, представляющих собой набор микросхем закрепленных на специальной плате с контактами. Модули памяти вставляются в специальные слоты на материнской плате. Тип модулей памяти должен быть согласован с типом материнской платы и с типом процессора.

Модули памяти отличаются как по конструктивному исполнению (форм-фактор), так и по функциональному типу.

Форм-фактор - это стандарт, определяющий размеры модуля памяти, а также количество и расположение контактов. Существует несколько физически несовместимых форм-факторов памяти: SIMM (30 или 72 контактов, в настоящее время почти не используются), DIMM(168, 184, 200 или 240 контактов), SODIMM (72, 144, 168 или 200 контактов, уменьшенный размер), MicroDIMM (60 контактов, уменьшенный размер), RIMM (168, 184 или 242 контакта, для памяти типа Rambus).

Любая микросхема (чип) модуля памяти состоит из большого количества одинаковых элементарных ячеек, каждая ячейка способна хранить 1 бит данных, т.е. может находиться в одном из 2-х состояний: 0 (выключено) или 1 (включено), переход из одного состояния в другое осуществляется подачей управляющего импульса на эту ячейку. В настоящее время используются 2 типа элементарных ячеек памяти.

Триггеры. Это ячейки, состоящие из 6-7 транзисторов каждая. Триггер способен удерживать состояние 0 или 1 неограниченно долго, пока на него подано напряжение питания.
Емкостные ячейки. Каждая такая ячейка состоит из одного транзистора и одного микроконденсатора. Емкостные ячейки значительно меньше и проще по структуре, чем триггеры, но они обладают одним существенным недостатком – сохраняют свое состояние очень ограниченное время.

В соответствии с используемыми типами ячеек, строятся различные функциональные типы памяти.

1) Статическая память SRAM (Static RAM) строится из триггеров это наиболее надежный, но и наиболее дорогой, громоздкий и энергоемкий тип памяти. Статическая память используется для построения кэш-памяти, буфера жесткого диска и для других наиболее ответственных узлов.

2) Динамическая память DRAM (Dynamic RAM) строится из емкостных ячеек. Однако ограничиться только емкостными ячейками нельзя – такая память сможет хранить данные только в течение долей секунды. Поэтому, необходимым элементом динамической памяти является буфер, состоящий из триггеров, а необходимым условием работы такой памяти - процесс регенерации, состоящий в постоянном автоматическом считывании в буфер данных из различных блоков емкостных ячеек и перезаписи этих данных обратно. Таким образом, в динамической памяти реализуется непрерывный процесс перезаписи данных через буфер, что и объясняет ее название.

В модулях памяти ПК используется синхронная динамическая память. Синхронность памяти означает, что выборки данных из памяти происходят синхронно с тактовыми импульсами системной шины. На сегодняшний день существует четыре основных типа оперативной памяти: SDRAM (Synchronous DRAM), DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM), DDR2 SDRAM, RDRAM (Rambus DRAM). Первые 3 типа – результат развития одного технического направления. В DDR скорость выборки данных увеличена в 2 раза по сравнению с SDRAM (при той же частоте) за счет передачи реализации 2-х операций за один такт, в DDR2 скорость выборки данных удвоена по сравнению с DDR. RDRAM – память, разработанная фирмой Rambus, ее модули могут вставляться только в слоты RIMM. В настоящее время RDRAM используется редко.

Объем оперативной памяти, установленной в ПК – это одна из главных характеристик, определяющих производительность компьютера. Быстродействие компьютера зависит от объема оперативной памяти не меньше (а часто и больше!), чем от тактовой частоты процессора. Это объясняется тем, что современное программное обеспечение характеризуется большим объемом кода программ, а для эффективной работы компьютера необходимо, чтобы все выполняющиеся в данный момент программы и все данные к ним находились в оперативной памяти. Если выполняющаяся программа не помещается в оперативную память, сбоя не происходит – вся программа или ее часть выгружается на жесткий диск,- но работа компьютера при этом резко замедляется. Таким образом, объем оперативной памяти должен быть достаточным с точки зрения используемого программного обеспечения. Например, для офисного компьютера при использовании в основном программ пакета Microsoft Office (MS Word, MS Excel, MS Power Point, MS Access) под операционной системой Windows XP необходимо не менее 256 MB оперативной памяти. При использовании же компьютера в качестве графической станции, для видеомонтажа или для трехмерных игр потребуется уже не менее 1 GB памяти.

Следует отметить, что если объем оперативной памяти таков, что всегда все выполняющиеся программы помещаются в оперативную память, дальнейшее увеличение объема памяти не приведет к повышению производительности компьютера. Поэтому объем памяти всегда нужно выбирать оптимальным, исходя из тех задач, для которых будет использоваться компьютер.

Еще одним важным параметром памяти является ее пиковое быстродействие (пропускная способность), т.е. максимальная скорость, с которой могут происходить операции чтения/записи данных. Эта величина определяется типом памяти, который, в свою очередь, определяется типом материнской платы. Пропускная способность обозначается количеством передаваемых в секунду бит, например, PC-4200 (4200 Mб/с), PC-6000 (6000 Mб/с).

Глава 2.5. Устройства хранения данных. Жесткие диски и сменные носители.

Оперативная память хранит только те данные, которые необходимы компьютеру в данный момент, и очищается при выключении компьютера. Поэтому в состав компьютерной системы должны входить устройства долговременного хранения данных, т.е. те устройства, в которых хранятся все программы и данные независимо от того, включен компьютер или выключен.

Устройства долговременного хранения данных можно классифицировать разными способами.

По функциональному назначению и степени автономности можно различают два типа таких устройств.

Жесткий диск.
Сменные носители.

Жесткий диск, HDD (Hard Disk Driver) является внутренним устройством компьютера, он расположен в системном блоке. Это основное устройство долговременного хранения данных. Любой укомплектованный настольный ПК имеет хотя бы один жесткий диск. Подключается жесткий диск к материнской плате через интерфейсы IDE(ATA), Serial ATA(SATA) или SCSI. Сейчас идет процесс постепенного перехода от старого параллельного интерфейса IDE(Integrated Drive Electronics) к более новому последовательному интерфейсу SATA(Serial Advanced Technology Attachment). Интерфейс SATA по сравнению с IDE обладает двумя основными преимуществами – более высокой скоростью передачи данных и отсутствием необходимости использовать громоздкие передающие шлейфы. При этом важно, что скорость передачи данных по SATA может еще увеличиваться в последующих разработках, а скорость передачи по IDE уже достигла своего теоретического предела. Интерфейс SCSI используется в том случае, когда необходимо организовать параллельную работу нескольких жестких дисков. Это очень актуально для серверов, для ПК такая необходимость возникает редко.

Основной характеристикой жесткого диска является его объем, измеряемый в гигабайтах (GB). Существуют жесткие диски объемом от 40 GB до 500 GB и выше.

В серверных системах часто используют набор из нескольких жестких дисков, объединенных в так называемый RAID-массив, управляемый специальным RAID-контроллером. Объем RAID-массива равен суммарному объему входящих в него жестких дисков, причем, весь RAID массив образует единое дисковое пространство, т.е. работает с данными, как один очень большой жесткий диск.

Жесткий диск может быть выполнен и в виде переносного устройства. В этом случае он выполняется в отдельном корпусе и подключается к компьютеру через интерфейсы USB-2 или FireWire. Такое устройство относится уже к сменным носителям данных.

Все устройства долговременного хранения данных, кроме внутреннего жесткого диска, являются сменными носителями данных. Примеры этих устройств мы рассмотрим далее.

По способу записи данных устройства хранения данных делятся на 4 типа.

Магнитные.
Оптические.
Электронные.
Магнитооптические.

Магнитные устройства хранения данных. Примером такого устройства является уже рассмотренный жесткий диск. Все такие устройства состоят из диска или пакета соосных дисков и считывающей/записывающей головки (системы считывающих/записывающих головок). Каждый диск покрыт ферромагнитным веществом, состоящим из отдельных зерен (доменов). Каждый домен или группу доменов можно намагнитить (установить значение 1) или размагнитить (установить значение 0). Таким образом, каждая магнитная ячейка, состоящая из одного домена или из нескольких доменов, может хранить 1 бит данных. Запись или чтение данных происходит при помощи магнитной головки. В процессе работы диск раскручивается до большой скорости (5400, 7200, 10000, 12000 или 15000 оборотов в минуту, обозначается 5400 rpm, 7200 rpm и т.д.), а головка может двигаться вдоль радиуса от периферии к центру и обратно.

Перемещения головки дискретны, каждому ее положению соответствует часть поверхности диска в виде узкого кольца. Такое кольцо называется магнитной дорожкой. При фиксированном положении головки можно считать данные с фиксированной дорожки (или записать на нее). Если в носителе используется не один диск, а система дисков, то возникает понятие цилиндра – совокупности дорожек разных дисков, находящихся друг под другом. Кроме деления на дорожки диск делится радиальными линиями на равные угловые секторы диска. Пересечение дорожки с таким угловым сектором образует сектор дорожки или блок – ему соответствует минимальный объем данных, который может быть считан с диска или записан на диск (использование терминов «сектор диска» и «сектор дорожки» иногда приводит к путанице, словом «сектор» обычно обозначается именно сектор дорожки, т.е. блок). Сектор (блок) включает в себя несколько тысяч или несколько десятков тысяч магнитных ячеек. Для увеличения скорости обмена данными используется электронный буфер, состоящий из элементов SRAM.

Наиболее важной характеристикой носителя данных является его объем, поэтому самая важная задача при разработке таких устройств – максимальное увеличение плотности записи данных. Для этого необходимо увеличить количество магнитных ячеек на единицу поверхности диска, т.е. максимально уменьшить размер каждой ячейки, определяемый размером домена, размером наконечника головки и расстоянием между наконечником головки и поверхностью диска. Наиболее сложно обеспечить очень малое (и строго определенное!) расстояние между наконечником головки и поверхностью диска. В современных HDD для этого используется принцип «парящей головки»: поток воздуха от вращающегося диска приподнимает головку на насколько микрон от поверхности, и она постоянно удерживается в таком положении.

Кроме HDD к магнитным носителям данных FDD, ZIP, JAZ, стримеры с магнитными лентами и некоторые другие устройства.

FDD(Floppy Disk Driver) – устройства хранения данных на дискетах диаметром 3,5 дюйма (3,5” = 8,4 см) емкостью 1,44 МБ. FDD состоит из привода, располагаемого в системном блоке, и съемных дискет. Для подключения привода FDD к материнской плате используется специальный интерфейс и соответствующий шлейф. Несмотря на очень маленькую емкость каждой дискеты и малую скорость доступа к данным, эти устройства до сих пор широко используются из-за своей дешевизны (стоимость дискеты – несколько центов, стоимость привода – несколько долларов).

Устройства ZIP и JAZ аналогичны FDD, но используют диски значительно большей емкости (от 100МБ до 1ГБ), однако в настоящее время эти устройства вытеснены перезаписываемыми оптическими накопителями и электронными флэш-накопителями.

Стримеры – устройства записи на магнитную ленту используются для резервного хранения больших объемов данных. Стримеры в отличие от большинства других носителей данных это – устройства последовательного доступа: для того, чтобы прочитать n-ю запись на магнитной ленте, нужно сначала прочитать n-1 предыдущих. Такая особенность не позволяет использовать стримеры для каких-либо целей, кроме резервного хранения данных или хранения их при транспортировке, но для этих целей стримеры весьма эффективны. Выпускаются стримеры, записывающие данные на магнитные ленты емкости от 40 ГБ до 800 ГБ. Стримеры для записи на ленты большой емкости (200 – 800 ГБ) - это очень дорогие устройства, их стоимость может во много раз превышать стоимость среднего ПК.

Оптические устройства хранения данных используют для считывания или записи данных лазерный луч. Рассмотрим различные типы оптических носителей данных.

1) CD (оптический Compact Disk). Обычно используют одно и то же обозначение и для устройства чтения/записи и для самих съемных носителей. Различают CD ROM (CD Read Only Memory – не перезаписываемый носитель), CD-R (CD-Recordable, однократно записываемый носитель), CD-RW (CD- ReWritable, многократно перезаписываемый носитель). Оптический носитель, на который записываются данные, представляет собой съемный диск, состоящий из 2-х плотно соединенных пластиковых дисков с тонким оптическим информационным слоем между ними. На информационном слое располагается спиральная дорожка, состоящая из чередующихся темных (поглощающих свет) и светлых (отражающих свет) точек. Каждая такая точка представляет 1 бит данных.

Тип CD зависит от способа реализации информационного оптического слоя.

В промышленно выпускаемых CD ROM темные точки представляют собой выемки (питы) глубиной около 1 мкм, в одном из двух соединенных пластиковых дисков. На этот (перфорированный) диск наносится тонкий слой отражающего металла (алюминия или золота).

В CD-R и CD-RW отражатель наносится на неперфорированный диск, а между ним и вторым диском помещается тонкий (около 1 мкм) слой специального светочувствительного вещества. В CD-R используется прозрачное вещество, темнеющее под воздействием мощного лазерного луча. В CD-RW используется вещество, имеющее 2 кристаллических состояния 1-прозрачное, 2-непрозрачное, под воздействием мощного лазерного луча происходит переход из 1-го состояние во 2-е и обратно. Количество циклов перезаписи RW-диска ограничено. Следует также отметить, что диски CD-RW читаются не на всех устройствах CD-ROM

В процессе работы (при считывании и записи данных) оптический диск раскручивается до угловой скорости около 10000 об/мин. Считывание данных происходит при помощи радиально перемещающейся оптической головки, содержащей маломощный лазер, освещающий диск, и датчик, анализирующий отраженный луч, и таким образом, распознающий темные и светлые точки. Запись данных происходит аналогично, но при этом используется гораздо более мощный лазер.

Стандартным считается CD-диск диаметра 5,25” (около 13 см). Емкость таких дисков составляет 600-800 МБ. Есть и диски меньшего диаметра и, соответственно меньшего объема. Скорость обмена данными с CD диском измеряется (так исторически сложилось) по отношению к скорости 150 кБ/с. Например, скорость 50х означает на самом деле скорость 150 кБ/с 50 = 7,5 МБ/с. В стандартных CD – дисководах скорость чтения составляет 52х, а скорость записи (для CD-R и CD-RW) обычно не превышает 8х.

Привод CD располагается в системном блоке компьютера и подключается к материнской плате через интерфейс IDE.

2) DVD (Digital Video Disk или Digital Versatile Disk). В DVD используются те же физические принципы записи и чтения данных, что и в CD, но по сравнению с CD, формат DVD значительно усовершенствован. Можно выделить следующие преимущества DVD по сравнению с CD.

более высокая плотность записи данных за счет меньшего расстояния между питами;
возможность использования 2-х информационных слоев (1-й – полупрозрачный);
возможность двухсторонней записи;
встроенная возможность защиты данных от несанкционированного использования и копирования.

Выпускаются следующие типы DVD дисков.

DVD-5 - односторонний однослойный диск емкостью 4,7 Гб;
DVD-9 - односторонний двухслойный диск емкостью 8,5 Гб;
DVD-10 - двухсторонний однослойный диск емкостью 9,4 Гб;
DVD-14 - двухсторонний диск: на одной стороне - один слой, на другой - два; емкость - 13,2 Гб;
DVD-18 - двухсторонний двухслойный диск емкостью 17 Гб.

Наиболее распространенные типы DVD-5 и DVD-10. Остальные значительно дороже, поэтому встречаются сравнительно редко.

По внешнему виду CD-диски и DVD-диски почти не отличаются. Любое устройство чтения DVD читает также и CD-диски.

Запись на DVD также происходит аналогично записи на CD. Однако необходимо отметить одну особенность. Есть устройства, способные записывать только однослойные DVD диски (обозначаются DVD-R, DVD-RW), а есть устройства, способные записывать и двухслойные диски (обозначаются DVD+R, DVD+RW). Если устройство может перезаписывать диски RW, то оно способно и записывать диски R (но не наоборот). Кроме стандартов DVD-R, DWD-RW, DVD+R, DVD+RV существует еще один несовместимый с ними стандарт DVD-RAM (DVD-Random Access Memory). Диски DVD-RAM несовместимы с другими DVD-устройствами, но зато такие диски можно перезаписать намного больше раз, чем DVD-RW и DVD+RW - не менее 100000 раз. Информация на DVD-RAM может храниться до 30 лет.

Подключаются DVD-приводы так же как и CD-приводы, причем любой DVD-привод может читать и CD-диски.

Дальнейшее развитие оптических носителей данных ожидается в виде появления форматов HD-DVD, Blue-Ray и EVD. В HD-DVD плотность записи составляет 15 ГБ на один слой. В Blue-Ray емкость оптического диска увеличивается до 30 ГБ на слой за счет использования коротковолнового (синего) лазера. Стандарт EVD разработан в Китае и рассчитан только для видео.

Электронные устройства в качестве сменных носителей данных появились сравнительно недавно, но за очень короткое время 3-4 года заняли значительную часть рынка. Это объясняется явными потребительскими преимуществами таких устройств – малыми размерами, отсутствием движущихся частей, высоким быстродействием и т.д. Подавляющее число этих устройств строится на использовании элементов флэш-памяти.

Флэш-память - особый вид энергонезависимой (не требующей энергии для хранения данных) перезаписываемой полупроводниковой памяти.

Ячейка флэш-памяти, не относится к двум, рассмотренным ранее типам ячеек RAM, она представляет третий тип, и состоит из одного полевого транзистора или из двух полевых транзисторов с особой электрически изолированной областью – плавающим затвором (floating gate), способным хранить заряд до нескольких лет. Наличие или отсутствие заряда кодирует один бит информации. Существуют ячейки флэш-памяти, хранящие более одного бита данных. Флэш-память не может использоваться в RAM по двум причинам: флэш-память работает существенно медленнее SRAM и DRAM и имеет ограничение по количеству циклов перезаписи (от 10.000 до 1.000.000 для разных типов).

Благодаря низкому энергопотреблению, компактности, долговечности и относительно высокому быстродействию, флэш-память идеально подходит для использования в качестве накопителя в любых малогабаритных электронных устройствах

Существуют несколько типов накопителей на основе флэш-памяти.

1) USB флэш накопители – миниатюрные устройства емкостью от 64 МБ до нескольких ГБ, подключающиеся к компьютеру через интерфейс USB. Размеры такого устройства не превышают размеры небольшого брелка. USB флэш-накопитель очень удобен для хранения и транспортировки небольших и средних объемов данных, он, например, позволяет, постоянно иметь при себе всю наиболее ценную информацию.

2) Флэш-карты – миниатюрные носители данных, размеры которых по длине и ширине не превышают 2-3 см, а толщина – 1-2 мм. Существуют различный типы флэш-карт, например, CF(Compact Fllash), CD(Secure Digital) и др. Объем памяти у флэш-карт находится в пределах от 16 МБ до нескольких ГБ, скорость обмена данными от 1 МБ/с до 20 МБ/с . Флэш-карты используются в таких портативных устройствах, как: цифровые фото- и видео камеры, сотовые телефоны, портативные компьютеры, MP3-плееры, цифровые диктофоны, и т.п. Для использования флэш-карт с настольным ПК, к нему подключается специальное устройство – Card Reader. Обычно занести данные в компьютер с флэш-карты, установленной в цифровом фотоаппарате, MP3- плеере и в других подобных устройствах, можно и непосредственно – через USB - порт.

Магнитооптические устройства (МО) появились в результате объединения двух технологий - лазерной и магнитной. В МО для размагничивания доменов ферромагнитного покрытия используется лазер, а для намагничивания и считывания – магнитная головка. Преимуществом магнитооптических дисков является сравнительно большой объем (1 – 3 ГБ) при диаметре 3,5” (как у обычной дискеты). Устройства магнитооптической записи являются весьма дорогими, что сдерживает их широкое распространение. В настоящее время такие устройства вытесняются оптическими и электронными носителями.

Глава 2.6. Видеоподсистема. Основные характеристики видеокарт и мониторов

Видеоподсистема состоит из монитора (дисплея) – основного устройства вывода графической информацию и его адаптера – видеокарты. Ввиду того, что видеоподсистема является важнейшей частью современного ПК мы ее рассмотрим отдельно от других устройств ввода/вывода информации.

Мониторы различаются по принципу действия, по размеру, по техническим характеристикам и по стандарту безопасности.

На экране монитора любого типа изображение формируется в виде набора цветных точек, называемых пикселями. В зависимости от принципа действия монитора пиксели формируются по-разному.

По принципу действия мониторы подразделяются на мониторы с электронно-лучевой трубкой, жидкокристаллические мониторы и плазменные мониторы.

В мониторах с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ), называемых также CRT(Cathode Ray Tube) изображение формируется с помощью зерен люминофора – вещества, которое светится под воздействием электронного луча. Различают три типа люминофоров в соответствии с цветами их свечения: красный, зеленый и синий. Цвет каждой точки экрана определяется одновременным свечением трех разноцветных точек (красной, зеленой и синей), объединенных в триады. Каждая триада образует одно цветное зерно, представляющее один пиксель. Яркость соответствующего цвета меняется в зависимости от мощности электронного пучка, попавшего в соответствующую точку.

Управление пучком электронов осуществляется отклоняющей и фокусирующей системой, которые состоят из набора катушек и пластин, воздействующих на электронный пучок с помощью магнитного и электрического полей. В соответствии с сигналами развертки, подаваемыми на электронную пушку, электронный луч побегает по каждой строчке экрана, последовательно высвечивая соответствующие точки люминофора. Дойдя до последней точки, луч возвращается к началу экрана.

ЭЛТ – это наиболее старый тип мониторов, его историю можно отсчитывать с создания первых электронно-лучевых трубок для телевизоров в 40-х годах 20 века. В течение нескольких десятков лет ЭЛТ-мониторы были единственным типом устройств вывода видеоинформации. За это время технология создания таких мониторов была отработана и доведена до совершенства, поэтому выпускающиеся сейчас ЭЛТ-мониторы отличаются хорошим качеством и невысокой ценой. Однако у таких мониторов есть существенный принципиальный недостаток: из-за необходимости использования ускоренного электронного луча неизбежно рентгеновское излучение, опасное для здоровья человека. Кроме того, конструкция электронно-лучевой трубки не позволяет сделать толщину монитора существенно меньше его поперечных размеров, в связи с чем ЭЛТ-монитор является весьма громоздким и массивным устройством.

Жидкокристаллические мониторы (ЖК-панели), называемые также LCD- панелями (Liquid Crystal Display) – наиболее распространенный в настоящее время и наиболее быстро развивающийся тип мониторов. Принцип отображения на жидкокристаллических мониторах основан на поляризации света. Источником излучения здесь служат лампы подсветки, равномерно освещающие слой жидких кристаллов (жидкокристаллическую матрицу). Свет от источника света однородным потоком проходит через слой жидких кристаллов. В зависимости от того, в каком состоянии находится кристалл, проходящий луч света поляризуется в том или другом направлении. Далее свет проходит через специальное покрытие, которое пропускает свет только определенной поляризации. Там же происходит цветовая селекция, обеспечивающая цветное изображение. Состояние каждого жидкого кристалла устанавливается подачей на него соответствующего электрического импульса, эти импульсы вырабатываются управляющей схемой монитора в соответствии с сигналами, поступающими от видеокарты.

Жидкокристаллические мониторы имеют малую толщину (всего несколько сантиметров), поэтому они являются весьма компактными устройствами по сравнению с ЭЛТ-мониторами. Только после появления ЖК-панелей стало возможно появление переносных и карманных компьютеров. Вторым преимуществом ЖК-мониторов является абсолютно плоский экран без краевых искажений изображения ( ЭЛТ-мониторы со сравнительно плоским экраном удалось создать только в результате очень сложных конструкторских ухищрений). Наконец, ЖК-панели практически не производят вредного для человека излучения. Перечисленные преимущества обуславливают постепенное вытеснение ЭЛТ-мониторов ЖК-панелями. Однако у ЖК-мониторов есть некоторые недостатки, которые еще предстоит преодолеть. Во-первых, ЖК-панели несколько дороже ЭЛТ-мониторов такого же размера, хотя цена на ЖК-панели неуклонно снижается со временем. Во-вторых, у ЖК-монитора ограничен угол обзора, если смотреть на него под углом, изображение сильно искажается. Наконец, из-за инерционности процесса переполяризации жидких кристаллов в ЖК-мониторах трудно получить высокую частоту смены изображения – а это один из наиболее важных технических параметров, определяющий комфортность работы с монитором. Впрочем, нет сомнений, что перечисленные недостатки будут со временем преодолены, т.к. технические параметры ЖК-мониторов очень быстро улучшаются, а цена – падает.

Плазменные панели используются в качестве больших выносных экранов

Принцип работы плазменной панели заключается в следующем. Пространство между двумя плоскими поверхностями, расположенными на небольшом расстоянии друг от друга, заполнено газом. Первая поверхность - прозрачный экран, на второй поверхности размещена матрица из очень тонких коротких проводников, расположенных перпендикулярно поверхности. При подаче потенциала на любой из этих проводников вблизи его острия возникает разряд, видный через экран как светящаяся точка. Каждая такая точка является пикселем изображения. Соответственно, изображение состоит из сотен тысяч таких элементов. Плазменная панель, также как и ЖК-панель – это плоское устройство небольшой толщины. Кроме того, плазменные панели лишены таких недостатков ЖК-панелей как малый угол обзора и инерционность. Однако есть один существенный недостаток – трудно обеспечить малый размер разрядной ячейки и, соответственно, малый размер пикселя. В этой связи плазменные панели выпускаются обычно в виде широкоформатных телевизоров (добавление схемы телевизора лишь незначительно удорожает панель, зато существенно увеличивает потребительскую привлекательность товара). Размеры выпускающихся плазменных панелей – от 40” до 200” по диагонали. С ПК плазменная панель обычно используется в качестве дополнительного экрана для показа изображения большой аудитории.

Основными техническими характеристиками мониторов являются размер экрана, размер зерна, максимальное разрешение и частота обновления экрана.

Размер экрана - это длина диагонали экрана, выраженная в дюймах (1” = 2,54см). Наиболее распространенными размерами для экрана монитора являются 15", 17", 19", 20", 21". При работе с монитором прослеживается очень простая закономерность: чем больше монитор, тем комфортнее за ним работа. На экране большего размера можно увидеть более крупный фрагмент документа или одновременно открыть большее число окон. С другой стороны, чем больше монитор, тем больше места он занимает на столе (особенно, если это ЭЛТ-монитор). Для нормальной работы за компьютером минимальный размер экрана - 15 дюймов для ЖК или 17 дюймов для ЭЛТ. Для работы с графикой или версткой желательно выбирать монитор от 19 дюймов и выше.

Размер зерна – это размер цветной точки, т.е. минимальный размер пикселя. Чем меньше размер зерна, более четкое и контрастное изображение можно получить на мониторе. Нормальный размер зерна современных мониторов составляет 0,22 – 0,24 мм, у качественных профессиональных мониторов с обычным размером экрана размер зерна составляет 0,12 – 0,14 мм. В широкоформатных мониторах (с размером экрана более 30”) размер зерна увеличивается. Это оправдывается тем, что такие мониторы предназначены для обзора с большого расстояния.

Максимальное разрешение - это общее число цветных точек, т.е. максимально возможное число пикселей, выражаемое как произведение количества пикселей по ширине и высоте экрана. Например, разрешение 1024 x 768 означает, что изображение формируется из 1024768 = 786432 пикселей, составляющих 768 горизонтальных рядов по 1024 пикселя в каждом ряду. Максимальное разрешение монитора определяется размером экрана и размером зерна: если ширину экрана разделить на размер зерна, то получится максимальное разрешение по ширине, если высоту экрана разделить на размер зерна, то получится максимальное разрешение по высоте. Следует отметить, что максимальное разрешение, обеспечиваемое видеоподсистемой, определяется не только характеристиками монитора, но и параметрами видеокарты. Для реализации очень высокого разрешения необходим не только высококачественный монитор, но и соответствующая видеокарта. Впрочем, ситуация, когда видеокарта не обеспечивает доступное монитору разрешение, встречаются редко.

Частота обновления экрана выражается в герцах (Гц, Hz) и обозначает количество перерисовок экрана в секунду. Это один из наиболее важных параметров монитора, определяющих степень его вредного воздействия на глаза. В настоящее время гигиенически допустимый минимум частоты обновления экрана считается равным 80 Гц, у профессиональных мониторов этот параметр составляет 120 - 150 Гц. Особенно важна высокая частота обновления экрана при работе с ЭЛТ монитором, т.к. изображение на таком мониторе прорисовывается последовательно – пиксель за пикселем. В ЖК – мониторах все пиксели изменяют свое состояние одновременно, поэтому для них допустимо чуть более низкое значение этого параметра. Для различных типов мониторов значение частоты обновления определяется разными факторами. В ЭЛТ мониторах можно повысить частоту обновления, понизив разрешение, т.к. в таких мониторах при изменении режима произведение этих параметров остается примерно постоянным. В ЖК мониторах частота обновления определяется инерционностью жидких кристаллов, поэтому для таких мониторов часто используют обратную величину – время отклика, выражаемое в миллисекундах.

Стандарт безопасности определяет допустимый уровень тех параметров, которые непосредственно влияют на здоровье человека. Это уровни излучений разных типов, уровень электробезопасности, яркость, контрастность, мерцание, наличие бликов и т.д. Стандарты безопасности периодически пересматриваются в сторону добавления и ужесточения, поэтому при покупке монитора необходимо убедиться, что он соответствует наиболее свежему стандарту. В настоящее время, как для монитора, так и для компьютера в целом, общепринятыми (и наиболее жесткими!) считаются принятые в Швеции стандарты MPR, MPR-II, TCO’92, TCO’95, TCO’99, TCO’03. В стандартах TCO цифрами обозначается год принятия. Стандарты MPR, MPR-II, TCO’92, TCO’95 следует считать устаревшими. Для ЭЛТ мониторов в настоящее время достаточным можно считать стандарт TCO’99, для ЖК мониторов следует ориентироваться на стандарт TCO’03. Кстати последние стандарты устанавливают минимально допустимые нормы на все параметры монитора, включая разрешение при заданном размере экрана и допустимый угол обзора. Для стандартов TCO предполагается обновление раз в 4 года.

Видеокарта (видеоадаптер) – это устройство, выполняющее роль посредника между материнской платой и монитором. Видеокарта подключается к материнской плате через интерфейс AGP (Accelerated Graphics Port) или PCIE (PCI Express). PCIE – наиболее мощный интерфейс, обеспечивающий очень высокую скорость передачи данных. Наиболее производительные видеоподсистемы используют именно этот интерфейс.

Современная видеокарта включает в себя, видеоконтроллер, обеспечивающий управление монитором и взаимодействие с RAM, видеопроцессор, выполняющий графические операции без участия CPU, собственную встроенную видеопамять и встроенный видео BIOS.

Основное назначение видеокарты – извлекать из RAM данные и преобразовывать их во входные сигналы монитора, для отображения на экране. Однако такая схема привела бы к весьма медленной работы видеоподсистемы, т.е. к большим запаздываниям вывода изображения на экран. Для ускорения работы видеоподсистемы используются встроенный графический процессор и встроенная видеопамять.

Графический процессор, называемый также графическим ускорителем (или графическим акселератором) состоит из 2-х частей: 2D-ускорителя (ускорителя двумерной графики) и 3D-ускорителя (ускорителя трехмерной графики).

Суть работы этих ускорителей рассмотрим на примере 2D-ускорителя. Пусть, на экране монитора необходимо изобразить окружность с центром в данной точке и данного радиуса. Если бы в видеокарте не было 2D ускорителя, то для решения поставленной задачи необходимо было бы рассчитать (при помощи CPU) координаты всех точек, составляющих окружность, сформировать из этих координат массив данных в RAM и дать команду видеоконтроллеру, который должен взять эти данные из RAM и преобразовать их в управляющие сигналы монитора. При наличии видеопроцессора этого не потребуется – достаточно передать ему код команды изображения окружности, значения координат центра, радиуса и цвета – все остальное видеопроцессор сделает сам.

Аналогичная, только более сложная ситуация с 3D – графикой: 3D-ускоритель не только сам обрабатывает команды изображения сфер, параллелепипедов, пирамид и других 3-х мерных фигур, но и производит гораздо более сложные действия - удаление невидимых поверхностей, градиентное закрашивание, расчет освещения, фильтрацию, сглаживание, установку частичной прозрачности и т.д.

При обработке видеоизображений видеопроцессор использует встроенную видеопамять, но ее объема часто бывает недостаточно, поэтому видеопроцессору выделяется и часть оперативной памяти для хранения базовых массивов, так называемых текстур. Для обработки видеоизображений, работы с программами 3-х мерной графики и для современных компьютерных игр 3D-ускоритель совершенно необходим, для работы с офисными и вычислительными программами, его наличие не обязательно. Объем встроенной видеопамяти является одной из важнейших характеристик видеокарты. В современных видеокартах ее объем составляет от 128МБ до 1ГБ.

Для того чтобы эффективно пользоваться всеми функциями графического процессора (особенно, функциями 3D-ускорителя), необходимо чтобы прикладные программы могли к этим функциям обращаться. Такие возможности обеспечиваются соответствующими программными интерфейсами. В настоящее время действуют 2 типа таких интерфейсов – DirectX, разработанный фирмой Microsoft, и OpenGL, разработанный фирмой Silicon Graphics. Для реализации этих интерфейсов в операционной системе должны быть установлены соответствующие библиотеки. Эти библиотеки постоянно дополняются и совершенствуются, появляются более новые их версии. Для нормальной работы программ с графикой необходимо, чтобы версия графической библиотеки, установленной в операционной системе, была не ниже версии библиотеки, использованной в программе. Например, если программа разработана с использованием DirectX 9.0, а в операционной системе установлена DirectX 8.1, то такая программа может не запуститься или работать неправильно.

Видео BIOS – это набор низкоуровневых программ, обеспечивающих работу видеопроцессора и видеоконтроллера. Программы видео BIOS записаны в специальном ПЗУ на видеокарте, являющимся обязательным компонентом всех современных видеокарт.

Глава 2.7. Устройства ввода-вывода

Ввод и вывод данных – неотъемлемая функция любого устройства, входящего в состав компьютерной системы. Однако человек не может непосредственно воспринимать эти данные, для этого их необходимо превратить в доступную человеческому восприятию информацию - перевести в форму текста, картинок или звука. Аналогично, для того, чтобы сообщить компьютеру что-либо необходимо преобразовать информацию в набор данных, понятных компьютеру.

Устройства, которые преобразуют компьютерные данные в доступную для непосредственного восприятия человеком информацию, будем называть устройствами вывода информации.

Устройства, которые преобразуют доступную непосредственному восприятию информацию в компьютерные данные, будем называть устройствами ввода информации.

Совокупность всех устройств того и другого вида будем называть устройствами ввода/вывода.

Большинство устройств ввода/вывода являются периферийными, т.е. они являются отдельными устройствами, подключающимися к системному блоку.

Устройства ввода/вывода можно разделить на 3 вида, в соответствии с видом вводимой/выводимой информации.

Управляющие устройства.
Устройства ввода/вывода графической информации.
Устройства ввода/вывода акустической информации.

Управляющие устройства – это, как правило, устройства ввода к ним относятся хорошо известные клавиатура и мышь, а также трекбол, джойстик, миди - клавиатура и т.д. Эти устройства передают команды от человека компьютеру (каждое нажатие клавиши на клавиатуре при наборе текста можно также рассматривать как команду «написать такую-то букву!»).

Клавиатура (keyboard) – это стандартное устройство, предназначенное для ручного ввода информации. Работой клавиатуры управляет контроллер клавиатуры, расположенный на материнской плате и подключаемый к ней через разъем на задней панели компьютера. При нажатии пользователем клавиши на клавиатуре, контроллер клавиатуры преобразует код нажатой клавиши в соответствующую последовательность битов и передает их компьютеру. Обычная современная клавиатура имеет, как правило, 101 - 104 клавиши, среди которых выделяют алфавитно-цифровые клавиши, необходимые для ввода текста, клавиши управления курсором и ряд специальных и управляющих клавиш. Существуют беспроводные модели клавиатуры, в них связь клавиатуры с компьютером осуществляется посредством инфракрасных лучей.

Наиболее важными характеристиками клавиатуры являются чувствительность ее клавиш к нажатию, мягкость хода клавиш и расстояние между клавишами. На долговечность клавиатуры определяется количеством нажатий, которые она рассчитана выдержать. Клавиатура проектируется таким образом, чтобы каждая клавиша выдерживала 30-50 миллионов нажатий.

Мышь используется для управления компьютером через графический экранный интерфейс (GUI), перемещение мыши по столу синхронизируется с перемещением по экрану специального экранного указателя - курсора мыши. Большинство современных мышей имеют 2 клавиши (левую и правую), между которыми расположено колесико – скрол, позволяющее осуществлять прокрутку документов вверх-вниз и другие дополнительные функции. Скрол также может использоваться как клавиша. Мыши делятся на механические и оптические.

Механическая мышь состоит из пластикового корпуса, сверху находятся кнопки, соединенные с микропереключателями. Внутри корпуса находится обрезиненный металлический шарик, нижняя часть которого соприкасается с поверхностью стола или коврика. При движении манипулятора шарик вращается и переедает движение на соединенные с ним датчики продольного и поперечного перемещения, которые в свою очередь передают данные контроллеру. Эти данные затем передаются операционной системе, которая перерисовывает курсор мыши в новом положении.

Оптическая мышь устроена аналогично, только вместо шарика в ней расположен лазер, направляющий световой луч на поверхность стола, оптический приемник, регистрирующий отраженный сигнал и анализатор, обрабатывающий принятый сигнал. По степени совпадения текущего сигнала с предыдущим анализатор делает вывод о величине и направлении смещения мыши.

В настоящее время механические мыши вытесняются оптическими.

Трекбол по функциям близок мыши, но шарик в нем больших размеров, и перемещение указателя осуществляется вращением этого шарика руками. Трекбол удобен тем, что его не требуется перемещать по поверхности стола, которого может не быть в наличии. Поэтому, по сравнению с мышью, он занимает на столе меньше места. Большинство переносных компьютеров оснащаются встроенным трекболом.

Джойстик представляет собой основание с подвижной рукояткой, которая может наклоняться в продольном и поперечном направлениях. Рукоятка и основание снабжаются кнопками. Внутри джойстика расположены датчики, преобразующие угол и направление наклона рукоятки в соответствующие сигналы, передаваемые операционной системе. В соответствии с этими сигналами осуществляется перемещение и управление графических объектов на экране.

Устройства ввода графической информации – это сканер, цифровая камера, дигитайзер.

Сканер – устройство ввода графических изображений в компьютер. В сканер закладывается лист бумаги с изображением. Устройство считывает его и пересылает компьютеру в цифровом виде. Во время сканирования вдоль листа с изображением плавно перемещается мощная лампа и линейка с множеством расположенных на ней в ряд светочувствительных элементов. Обычно в качестве светочувствительных элементов используют фотодиоды. Каждый светочувствительный элемент вырабатывает сигнал, пропорциональный яркости отраженного света от участка бумаги, расположенного напротив него. Яркость отраженного луча меняется из-за того, что светлые места сканируемого изображения отражают гораздо лучше, чем темные, покрытые краской. В цветных сканерах расположено три группы светочувствительных элементов, обрабатывающих соответственно красные, зеленые и синие цвета. Таким образом, каждая точка изображения кодируется как сочетание сигналов, вырабатываемых светочувствительными элементами красной, зеленой и синей групп. Закодированный таким образом сигнал передается на контроллер сканера в системный блок.

Различают сканеры ручные, протягивающие и планшетные. В ручных сканерах пользователь сам ведет сканер по поверхности изображения или текста. Протягивающие сканеры предназначены для сканирования изображений на листах только определенного формата. Протягивающее устройство таких сканеров последовательно перемещает все участки сканируемого листа над неподвижной светочувствительной матрицей. Наибольшее распространение получили планшетные сканеры, которые позволяют сканировать листы бумаги, книги и другие объекты, содержащие изображения. Такие сканеры состоят из пластикового корпуса, закрываемого крышкой. Верхняя поверхность корпуса выполняется из оптически прозрачного материала, на который кладется сканируемое изображение. После этого изображение закрывается крышкой и производится сканирование. В процессе сканирования под стеклом перемещается лампа со светочувствительной матрицей.

Главные характеристики сканеров – это скорость считывания, которая выражается количеством сканируемых станиц в минуту (pages per minute – ppm), и разрешающая способность, выражаемая числом точек получаемого изображения на дюйм оригинала (dots per inch – dpi).

Цифровые фото- и видеокамеры, это устройства по принципу действия аналогичные сканеру. Отличие состоит в том, что изображение фокусируется системой линз на специальную матрицу из элементов ПЗС (Приборы с Зарядовой Связью). Каждый элемент ПЗС регистрирует 1 пиксель, поэтому количество элементов ПЗС выражается в мегапикселях (миллионах пикселей). Наличие матрицы ПЗС позволяет сразу получить моментальный кадр, а наличие фокусирующей системы – получить снимок удаленного объекта. Видеокамера делает такие снимки непрерывно с частотой от 15 до 30 кадров в секунду, что позволяет, прокручивая их с такой же скоростью получать движущее изображение. В большинстве своем фото- и видеокамеры – это автономные устройства с собственной памятью, которые, обмениваются данными с компьютером через интерфейсы USB или FireWire.

Дигитайзер – это устройство для ввода графических данных, таких как чертежи, схемы, планы и т. п. Он состоит из планшета, соединенного с ним визира или специального карандаша. Перемещая карандаш по планшету, пользователь рисует изображение, которое выводится на экран.

Устройства вывода графической информации – это монитор, видеопроектор, принтер, плоттер.

Мониторы уже были подробно рассмотрены в качестве части видеподсистемы.

Видеопроекторы выполняют ту же функцию, что и мониторы, но они проецируют изображение на большой удаленный экран, роль которого может выполнять просто гладкая белая стена. Видеопроектор является компактной альтернативой широкоформатному монитору для публичных выступлений, презентаций, показа видеофильмов и т.д.

Видеопроектор подключается к выходу видеокарты точно так же как и монитор. Изображение формируется на пиксельной матрице видеопроектора, а затем через систему линз проецируется на внешний экран. В зависимости от способа формирования пиксельной матрицы различают типы видеопроекторов CRT(матрица формируется из зерен люминофора), LCD (используется жидкокристаллическая матрица), DLP(используется микрозеркальная матрица), LDT(используется светодиодная или лазерная матрица). В настоящее время наиболее распространены LCD и DLP проекторы. Развитие технологии LDT позволило создать очень малогабаритные видеопроекторы, в настоящее время эта технология интенсивно развивается.

Принтеры – второй по степени распространенности после мониторов тип устройств вывода. Их можно классифицировать по различным признакам.

по способу получения изображения: литерные (практически исчезли), матричные, струйные, лазерные и термические;
по способу формирования изображения: последовательные, строчные, страничные;
по способу печати: ударные, безударные;
по цветности: чёрно-белые, цветные.

Наиболее распространены принтеры матричные, лазерные и струйные принтеры.

Матричные принтеры схожи по принципу действия с печатной машинкой. Печатающая головка перемещается в поперечном направлении и формирует изображение из множества точек, ударяя иголками по красящей ленте. Полиграфическое качество изображения, получаемого с помощью матричных принтеров низкое и они шумны во время работы. Основное достоинство матричных принтеров – низкая цена расходных материалов и невысокие требования к качеству бумаги. Матричные принтеры сейчас используются в кассовых аппаратах и в других аналогичных устройствах.

Струйный принтер относится к безударным принтерам. Изображение в нем формируется с помощью чернил, которые распыляются через капилляры печатающей головки.

Лазерный принтер также относится к безударным принтерам. Он формирует изображение постранично. Первоначально изображение создается на фотобарабане, который предварительно электризуется статическим электричеством. Луч лазера в соответствии с изображением снимает статический заряд на белых участках рисунка. Затем на барабан наносится специальное красящее вещество – тонер, который прилипает к фотобарабану на участках с неснятым статическим зарядом. Затем тонер переносится на бумагу и нагревается. Частицы тонера плавятся и прилипают к бумаге.

Для ускорения работы, принтеры имеют собственную память, в которой они хранят образ информации, подготовленной к печати.

К основным характеристикам принтеров относятся:

ширина каретки, которая обычно соответствую бумажному формату А3 или А4;
скорость печати, измеряемая количеством листов, печатаемы в минуту;
качество печати, определяемое разрешающей способностью принтера – количеством точек на дюйм линейного изображения. Чем разрешение выше, тем лучше качество печати.
расход материалов: лазерным принтером – порошка, струйным принтером – чернил, матричным принтером – красящих лент.

Плоттер (графопостроитель) – это устройство для отображения векторных изображений на бумаге, кальке, пленке и других подобных материалах. Плоттеры снабжаются сменными пишущими узлами, которые могут перемещаться вдоль бумаги в продольном и поперечном направлениях. В пишущий узел могут вставляться цветные перья или ножи для резки бумаги. Графопостроители могут быть миниатюрными, и могут быть настолько большими, что на них можно вычертить кузов автомобиля или деталь самолета в натуральную величину.

Устройства ввода/вывода акустической информации – образуют так называемую акустическую систему, включающую микрофон, акустические колонки и адаптер этих устройств – звуковую карту.

Микрофон – это акустическое устройство ввода, позволяющее, преобразовывать, человеческую речь, музыку и вообще любые звуки в электрические сигналы, которые затем превращаются звуковой картой в набор байт. Основные технические характеристики микрофона – чувствительность и направленность.

Акустические колонки осуществляют обратную процедуру – преобразуют сгенерированные звуковой картой электрические импульсы в звук. Внутри одной из колонок расположен акустический усилитель, позволяющий получить требуемую мощность звука. В высококачественных акустических системах усилитель представляет отдельное устройство с широкими возможностями регулировки. Принципы кодирования звука будут рассмотрены далее.

Глава 2.8. Компьютерные сети. Интернет.

Компьютеры объединяются в сети для обмена данными между собой и для использования общих ресурсов. Для подключения ПК к сети используется специальный адаптер – сетевая карта, которая подключается к слоту PCI на материнской плате. К сетевой карте подключается сетевой кабель (обычно витая пара). Сетевая карта обеспечивает передачу и прием данных по сети. Одним из основных характеристик сети является скорость передачи данных, измеряемая в мегабитах в секунду (Мб/с) или в гигабитах в секунды (Гб/с). В настоящее время стандартная скорость передачи данных в небольших (локальных) сетях составляет 100 Мб/с но есть и сети со скоростью передачи данных более 1 Гб/с.

Кроме подключения через сетевую карту компьютер может быть подключен к сети через телефонную линию при помощи специального устройства – модема. Скорость передачи данных для модемных соединений невелика – до 52 кб/с для обычного модема и до 8 Мб/с по технологии ADSL.

Еще один способ подключения ПК к сети – беспроводное подключение. Например, компьютер можно подключить к удаленной сети при помощи, например, сотового телефона, который подключается к компьютеру через USB-порт или при помощи устройства Blue Tooth. Существуют и специализированные устройства беспроводного подключения к сети. Через такое устройство можно подключить к сети несколько близко расположенных ПК, не используя соединительных кабелей.

Следует также отметить, что можно соединить несколько компьютеров и других устройств через USB-порты – такое соединение также можно рассматривать как своеобразную сеть.

В настоящее время большинство компьютеров мира имеют возможность обмениваться данными через всемирную глобальную сеть Интернет. Фактически, Интернет состоит из множества локальных и глобальных сетей, принадлежащих различным компаниям и предприятиям, связанных между собой различными линиями связи, физически передающих данные по телефонным проводам, оптоволокну, через спутники, радиомодемы и т.д. Интернет в целом не является чей-то собственностью (также как не являются чьей-то собственностью вся мировая пресса или все мировое телевидение), хотя каждый конкретный технический или информационный ресурс или пакет услуг имеет своего владельца. Структура Интернет напоминает паутину, в узлах которой находятся компьютеры, связанные между собой линиями связи.

Более подробная информация о технической и организационной структуре компьютерных сетей и Интернета содержится в учебном пособии по дисциплине «Современные средства ЭВМ и телекоммуникаций».

Раздел 3. Программная конфигурация ПК

Глава 3.1. Классификация программного обеспечения ПК.

Программная конфигурация (программное обеспечение, ПО, software, софт) – это все программы, установленные в компьютерной системе, а также способы взаимодействия этих программ с аппаратным обеспечением, друг с другом и с пользователем. В состав ПО входят также все данные, с которыми работают установленные программы.

Для нормального решения задач на компьютере нужно, чтобы любая использующаяся программа была отлажена, не требовала доработок и имела соответствующую документацию – это необходимые условия того, чтобы программа могла рассматриваться как часть ПО компьютера.

Программное обеспечение ПК можно разделить на следующие группы.

Системное ПО.
Прикладное ПО.
Системы разработки ПО.

Системное ПО – это совокупность программ, обеспечивающих работу компьютера и возможность работы прикладного ПО. Системное ПО можно разделить на базовое ПО, операционную систему и сервисное ПО.

Базовое системное ПО – это набор базовых программ, встроенных в элементы аппаратуры на этапе ее изготовления и хранящихся в соответствующих ПЗУ. Основная часть базового ПО – это система BIOS (Basic Input and Output System), записанная в ПЗУ на материнской плате. Можно выделить следующие основные функции BIOS.

Поддержка аппаратных интерфейсов
Тестирование аппаратных компонентов ПК при его включении.
Загрузка операционной системы.

При включении компьютера, программы BIOS автоматически запускаются и начинают проверять аппаратную конфигурацию компьютерной системы и работоспособность ее компонент. С работоспособными устройствами устанавливается связь в рамках соответствующих аппаратных интерфейсов. Если обнаружится неработоспособность основных устройств – процессора, RAM или видеокарты, работа автоматически прекращается. Если обнаружится неработоспособность других устройств, например, жесткого диска или CD-привода, работа не прекращается, но выдается соответствующее предупреждение и запрос на продолжение работы, а связь с неработающим устройством не устанавливается. Если ошибок не обнаружено, то начинается загрузка операционной системы.

Настройка системы BIOS возможна через программу BIOS Setup, являющуюся частью BIOS. Для запуска этой программы необходимо нажать клавишу Delete после включения компьютера, но до начала загрузки операционной системы (в течение нескольких секунд после включения компьютера). Одна из настроек BIOS, которая используется наиболее часто, – указание загрузочного устройства операционной системы, т.е. указание, на каком носителе данных находится операционная система. Как правило, в BIOS устанавливается список из 3-х носителей, которые просматриваются по очереди, если на каком-либо из них обнаруживается установленная операционная система, то эта система загружается. Если ни на одном из устройств списка не обнаружено операционной системы, то выдается соответствующее сообщение и запрос на ввод идентификатора какого-нибудь другого устройства. Без операционной системы совершать на компьютере какие-либо программные действия, кроме настройки BIOS, невозможно. Если используемая операционная система установлена на жестком диске и нет необходимости эту систему менять, то в загрузочном списке целесообразно поставить этот жесткий диск на первое место. Если же есть необходимость загружать операционную систему с CD-привода (при установке новой операционной системы), то в загрузочном списке CD-привод должен стоять раньше жесткого диска. Многие настройки BIOS нет необходимости менять через программу BIOS Setup – их можно установить через соответствующие утилиты операционной системы. Например, системные часы можно установить через раздел Дата и время Панели управления Windows (при этом произойдет именно перенастройка соответствующего параметра BIOS). Современные ПЗУ BIOS как правило построены на основе флэш-памяти, поэтому для них возможна функция перезаписывания (прошивки) – для этого в состав BIOS входят соответствующие программы. Перезаписывание BIOS – очень критичная процедура - если на этапе перезаписывания произойдет сбой, компьютер окажется полностью неработоспособным.

Операционная система (ОС) – это основная часть системного программного обеспечения. Операционная система обеспечивает нормальную работу компьютера в нужном режиме, запуск и работу прикладных программ, взаимодействие всех элементов аппаратного и программного обеспечения между собой и с пользователем. Более подробно состав и функции операционной системы рассмотрены в следующей главе.

Сервисное ПО - это набор вспомогательных программ, предназначенных для диагностики и настройки аппаратного и программного обеспечения, для оптимизации обмена данными и для выполнения других специальных задач. Многие программы сервисного ПО являются частью операционной системы, но это не обязательно – значительное число сервисных программ существуют и отдельно от ОС.

Выделим некоторые важные типы сервисных программ.

Утилиты – это программы, выполняющие какие-либо отдельные вспомогательные функции для обеспечения работы других программ или элементов аппаратуры с целью исправления ошибок или расширения возможностей работы с компьютером. Например, программы диагностики и настройки аппаратуры, форматирования носителей данных, записи и чтения данных, архивации данных, антивирусного сканирования и т.д. являются утилитами. Утилиты, как правило, имеют пользовательский интерфейс, т.е., запускаются и управляются пользователями.

Рассмотрим некоторые типы утилит.

Программы-архиваторы позволяют за счет применения специальных алгоритмов упаковки информации сжимать информацию на дисках, т.е. создавать копии файлов меньшего размера, а также объединять копии нескольких файлов в один архивный файл. Применение программ-архиваторов очень полезно при создании архива файлов, так как в большинстве случаев значительно удобнее их хранить, предварительно сжав программами-архиваторами. Представители данных программ –WinRar и WinZip.

Программы для создания резервных копий информации позволяют периодически копировать важную информацию, находящуюся на жестком диске компьютера, на дополнительные носители. Представители программ резервного копирования – APBackUp, Acronis True Image.

Антивирусные программы предназначены для предотвращения заражения компьютерными вирусами и ликвидации последствий заражения вирусом. Представители антивирусного семейства программ – McAfee, Kaspersky Antivirus, DrWeb, Norton Antivirus.

Программы для диагностики компьютера позволяют проверить конфигурацию компьютера (количество памяти, ее использование, типы дисков и т. д.), проверить работоспособность устройств компьютера, оценить его производительность. Представители программ диагностики компьютеров – Sisoft Sandra, Norton System Information.

Программы для оптимизации дисков позволяют обеспечить более быстрый доступ к информации на диске за счет оптимизации размещения данных на диске. Эти программы перемещают все участки каждого файла друг к другу (устраняют фрагментацию), собирают все файлы в начале диска и т.д., за счет чего уменьшается число перемещений головок диска (т.е. ускоряется доступ к данным) и снижается износ диска. Представители программ для оптимизации дисков – Norton Disk Doctor, Microsoft Scandisk.

Программы для печати экрана бывают весьма полезны при использовании графических программ для вывода на печать содержимого экрана, так как отнюдь не всегда это можно сделать с помощью самой графической программы. Представители программ для печати экрана – SnagIt, HyperSnap-DX.

Рассмотрим теперь программы, относящиеся к сервисному ПО, но не являющиеся утилитами.

Оболочки – это программы, реализующие пользовательский интерфейс, т.е. предназначенные для обмена данными между компьютером и пользователем. Например, ОС Windows содержит встроенную оболочку – программу Проводник (Explorer). Но вместо нее можно пользоваться другими оболочками, например, программой Windows Commander, которая в ОС Windows не входит.

Драйверы – программы управления устройствами. Предназначены для осуществления взаимодействия между устройством и операционной системой. Драйвер является программным дополнением к устройству и разрабатывается изготовителем устройства. Драйверы многих устройств входят в состав операционной системы.

Системное ПО обеспечивает работу компьютера, но не решает каких-либо задач по обработке интересной для пользователя информации. Эти функции выполняет следующий уровень программного обеспечения – прикладное ПО – наиболее важный для пользователя класс компьютерных программ.

Прикладное ПО – это все программы, предназначенные для решения задач, необходимых пользователю. С точки зрения пользователя компьютер вместе с установленным на нем системным ПО является инструментом для решения прикладных задач. Прикладные программы называют также приложениями. Они включает в себя:

текстовые процессоры;
табличные процессоры;
базы данных;
интегрированные пакеты;
системы иллюстративной и деловой графики (графические процессоры);
экспертные системы;
обучающие программы;
программы математических расчетов, моделирования и анализа;
игры;
коммуникационные программы.

В настоящем пособии подробно рассматриваются некоторые прикладные программы. Так, разделы 5-7, посвящены программам пакета MS Office, раздел 8 – пакету MathCAD.

Системы разработки ПО (системы программирования) – это особая группа ПО не относящаяся ни к системному, ни к прикладному ПО. Системы программирования – это совокупность программ для разработки, отладки и внедрения новых программных продуктов. Системы программирования обычно содержат:

трансляторы;
среду разработки программ;
библиотеки справочных программ (функций, процедур);
отладчики;
вспомогательные программы.

Подробное рассмотрение систем разработки ПО выходит за рамки настоящего пособия.

Глава 3.2. Операционные системы

Операционная система (ОС) – это комплекс программ, обеспечивающих управление работой компьютера и его взаимодействие с пользователем.

С точки зрения человека операционная система служит посредником между человеком, электронными компонентами компьютера и прикладными программами. Она позволяет человеку запускать программы, передавать им и получать от них всевозможные данные, управлять работой программ, изменять параметры компьютера и подсоединённых к нему устройств, перераспределять ресурсы.

Можно выделить следующие основные задачи, которые решает операционная система.

Обеспечение работы компьютера.
Запуск и обеспечение работы любых программ, входящих в ПО.
Обеспечение взаимодействия между всеми компонентами программного и аппаратного обеспечения (реализация межпрограммных и аппаратно-программных интерфейсов).
Обеспечение взаимодействия пользователя с программным и аппаратным обеспечением (реализация пользовательского интерфейса).

Первые две функции являются важнейшими, за их выполнение отвечает особая защищенная часть операционной системы, называемая ядром. К функциям ядра относятся также базовые интерфейсные функции, например, базовая поддержка файловой системы. После того как ядро ОС загрузилось в оперативную память и взяло на себя управление компьютером ни одна программа не может изменить содержимое этого ядра. Это необходимо для обеспечения надежности работы системы как с точки зрения защиты от случайных сбоев, так и для защиты от несанкционированного доступа. Защита ядра обеспечивается на аппаратном уровне процессором – после загрузки операционной системы определенная область RAM – первое кольцо защиты блокируется от изменения данных любыми командами, находящимися вне этого кольца. Кроме первого кольца защиты существуют второе (менее защищенное, чем первое) и третье (незащищенное). Прикладные программы располагаются в третьем кольце, они менее защищены от сбоев и от атак деструктивных программ, но все равно каждое приложение выполняется в собственном адресном пространстве, доступ в которое для других программ закрыт. Это защищает приложения от ошибок друг друга. При сбое в работе одного приложения другие продолжают нормально функционировать. Сбойное же приложение можно завершить.

Разбивка оперативной памяти на кольца защиты поддерживается процессором на аппаратном уровне. Такая возможность была не всегда – ранее, до появления процессора 80386, защищенный режим в ПК отсутствовал.

Вторая часть операционной системы – оболочка ОС – это большое количество программ, выполняющих в первую очередь интерфейсные функции. Это обмен данными с устройствами, запись и чтение файлов, поддержка интерфейса пользователя и др.

Операционные системы для ПК различаются по нескольким параметрам. В частности, ОС бывают:

однозадачные и многозадачные;
однопользовательские и многопользовательские;
сетевые и несетевые.
16 – разрядные, 32 –разрядные, 64 – разрядные.

Операционная система может иметь командный или графический многооконный интерфейс (или оба сразу).

Однозадачные операционные системы позволяют в каждый момент времени решать только одну задачу. Такие системы обычно позволяют запустить одну программу в основном режиме. Примером однозадачной ОС является система MS DOS.

Многозадачные системы позволяют запустить одновременно несколько программ, которые будут работать параллельно. Следует отметить, что «параллельность» работы программ здесь понимается в следующем смысле – все программы находятся в оперативной памяти, и в течение достаточно большого с точки зрения компьютера времени (например, за 1 сек) каждая программа успевает на какую-то долю выполниться. Для обеспечения многозадачности на однопроцессорном компьютере операционная система последовательно выделяет каждой программе небольшой промежуток времени для работы (один или несколько квантов). Выделяемые промежутки времени могут быть различными для различных программ - это определяется приоритетом программы, устанавливаемом при ее запуске. Многозадачность предоставляет возможность параллельной работы с несколькими приложениями. Пока одно из них занимается, например, печатью документа на принтере или приемом электронной почты из сети Интернет, другое может пересчитывать электронную таблицу или выполнять другую полезную работу. Дальнейшим развитием принципа многозадачности является многопоточность – разбивка каждого приложения на несколько независимых процессов с возможностью одновременного выполнения всех процессов. Например, работая с многопоточной электронной таблицей, пользователь сможет делать перерасчет в одной таблице в то время как будет выполняться печать другой и загрузка в память третьей. Пока один поток находится в состоянии ожидания, например, завершения операции обмена данными с медленным периферийным устройством, другой может продолжать выполнять свою работу. Все современные операционные системы для ПК являются многозадачными и многопоточными.

Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей. Следует заметить, что не всякая многозадачная система является многопользовательской, и не всякая однопользовательская ОС является однозадачной.

Разрядность ОС определяется разрядностью процессора (CPU), с которым может работать эта операционная система. Процессор большей разрядности всегда может работать в режиме меньшей разрядности или эмулировать такую работу. Поэтому, например, 16-разрядная ОС может быть установлена на компьютере с 32-разрядным процессором, но эффективность работы будет при этом весьма низкой – все преимущества процессора окажутся незадействованными. Верно и обратное – ОС большей разрядности, как правило, может работать с процессором меньшей разрядности, но при этом окажутся неиспользуемыми возможности операционной системы, хотя под эти возможности будут задействованы компьютерные ресурсы (RAM, дисковое пространство). Из сказанного следует, что для эффективной работы компьютера разрядность операционной системы должна соответствовать разрядности процессора.

В последние годы фактическим стандартом стал графический многооконный интерфейс (GUI), где любые объекты представляются в виде графических образов, а требуемые действия выбираются из оконных и контекстных меню или нажатием экранных кнопок. Однако иногда возникает необходимость пользоваться и командным интерфейсом , при котором управление компьютером осуществляется набором соответствующих команд на клавиатуре. Как правило, современные ОС обеспечивают обе эти возможности.

В настоящее время широкое распространение получили два типа ОС для ПК.

К первому типу относятся достаточно похожие ОС семейства Windows компании Microsoft. Они многозадачные и имеют многооконный графический интерфейс. Операционная система Windows выросла из системы MS DOS и долгое время использовала MS DOS в качестве своей основы. До 1995 года Windows собственно и не была операционной системой, т.к. она не загружалась, а запускалась из-под MS DOS в качестве задачи. Эра ОС Windows началась с появления Windows-95 в 1995 г. – это уже была полноценная многозадачная операционная система. На смену Windows-95 в 1998 г. пришла Windows-98, а затем - не получившая распространения Windows Millennium. Одновременно с Windows-95 для ПК компания Microsoft разработала ОС Windows NT для серверов. Windows NT не использовала MS DOS в качестве основы, поэтому была достаточно надежной и производительной системой. В ней впервые была реализована высокопроизводительная файловая система NTFS. Однако Windows NT была слишком ресурсоемкой для ПК того времени и плохо поддерживала многие важные для пользователя интерфейсные функции (преобразование шрифтов, работа с периферийным оборудованием и т.д.). Важным этапом в развитии ОС семейства Windows стало появление Windows-2000 в 2000г., совместившей преимущества Windows-98 и Windows NT. Хотя ресурсоемкость Windows-2000 возросла по сравнению с Windows NT, эта система начала активно устанавливаться на ПК – производительность ПК росла гораздо быстрее. На смену Windows-2000 пришли Windows XP (наиболее распространенная в настоящее время ОС для ПК) и серверная ОС Windows 2003 Server.

Операционные системы семейства Windows представляет собой 32-разрядные операционные системы, обеспечивающую многозадачную и многопоточную обработку приложений. Они поддерживает удобный графический пользовательский интерфейс, возможность работы в защищенном режиме, совместимость с программами реального режима и сетевые возможности. В Windows реализована технология поддержки самонастраивающейся аппаратуры Plug and Play, допускаются длинные имена файлов и обеспечиваются повышенные характеристики устойчивости.

На рынке персональных компьютеров с Windows конкурируют ОС типа UNIX. Это также многозадачная многопользовательская ОС. В настоящее время разработаны расширения UNIX, обеспечивающие многооконный графический интерфейс. UNIX развивалась в течение многих лет разными компаниями, но до недавнего времени она не использовалась на персональных компьютерах, т.к. требует очень мощного процессора, весьма дорога и сложна, её установка и эксплуатация требуют высокой квалификации. В последние годы ситуация изменилась. Компьютеры стали достаточно мощными, появилась некоммерческая, бесплатная версия системы UNIX для персональных компьютеров - система Linux. По мере роста популярности этой системы в ней появились дополнительные компоненты, облегчающие установку и эксплуатацию. Немалую роль в росте популярности Linux сыграла мировая компьютерная сеть Internet. Хотя освоение Linux гораздо сложнее освоения систем типа Windows, Linux - более гибкая и в то же время бесплатная система, что и привлекает к ней многих пользователей.

Существуют и другие ОС. Известная компания Apple производит компьютеры Macintosh с современной ОС MacOS X. Эти компьютеры используются преимущественно издателями и художниками. Фирма IBM производила ОС OS/2, во многом похожую на Windows NT.

Глава 3.3. Хранение данных. Файлы.
Физическая и логическая структура файловой системы.

3.3.1. Файлы. Физическая файловая система.

Любые данные хранятся на любом носителе в виде файлов.

Файл – это именованная (имеющая имя) область памяти носителя, в которую записана определенная совокупность данных, так что для переноса этих данных в оперативную память или на другой носитель достаточно знать только имя файла. Область памяти, в которой расположен файл не обязательно непрерывная – она может состоять из многих частей, находящихся в разных частях носителя. В этом случае говорят, что файл фрагментирован. Однако независимо от того, фрагментирован файл или нет, обращение к файлу по имени дает доступ ко всем его данным.

Возможность работать с файлами – записывать, хранить, копировать в память или на другой носитель, удалять – обеспечивает файловая система.

Файловая система – это часть операционной системы, назначение которой состоит в том, чтобы поддерживать определенный порядок создания, хранения, копирования, изменения и удаления файлов. Файловая система призвана обеспечить пользователю удобный интерфейс при работе с данными, хранящимися на диске, обеспечить совместное использование файлов несколькими пользователями и процессами.

В широком смысле понятие "файловая система" включает следующие компоненты.

Совокупность всех файлов на диске.
Специальные структуры данных, обеспечивающие определенный порядок размещения файлов на диске и возможности доступа к файлам.
Комплекс системных программ, обеспечивающих создание, уничтожение, чтение, запись, именование, поиск и другие операции над файлами.
Способы доступа к файлам в рамках межпрограммных и пользовательских интерфейсов.

Первые 2 компонента являются базовыми, они составляют так называемую физическую основу файловой системы. Последний компонент наиболее важен для пользователя, он составляет логическую организацию файловой системы.

Та или иная физическая организация файловой системы устанавливается процедурой форматирования носителя данных. Процедура форматирования уничтожает все данные на носителе (если они там были) и превращает носитель в «чистый лист», на который можно записывать файлы.

По способу физической организации существует несколько различных файловых систем. Рассмотрим наиболее распространенные из них.

Файловая система FAT (File Allocations Table) – это одна из наиболее старых файловых систем для ПК, разработанная Биллом Гейтсом и Марком МакДональдом в 1977г. Система FAT может реализовываться на логических дисках HDD, на FDD и на других аналогичных носителях. При использовании системы FAT все пространство данного диска делится на равные последовательно расположенные области – кластеры. Как было указано ранее, существует минимальный объем данных, называемый сектором (блоком), который может быть записан на жесткий диск или прочитан с жесткого диска. Объем кластера должен составлять целое число секторов. Каждый файл может состоять из одного или из нескольких кластеров в зависимости от своего размера. Минимальный размер файла на диске – один кластер. Весь диск делится на 5 разделов - загрузочный сектор (1-й сектор 1-й дорожки), область FAT-таблицы, область копии FAT-таблицы, область каталога, область файлов. Первые 4 раздела занимают небольшой объем и содержат системную информацию.

В загрузочном секторе находится загрузочная запись, указывающая системе BIOS местонахождение на данном носителе загружаемой операционной системы. Если загрузочная запись отсутствует или в ней есть ошибка, BIOS считает, что на данном носителе загружаемая операционная система отсутствует.

В FAT-таблице хранится информация обо всех кластерах логического диска. Каждому кластеру в FAT соответствует отдельная запись, которая показывает, свободен ли он, занят ли данными файла, или помечен как сбойный (испорченный). Если кластер занят под файл, то в соответствующей записи в таблице размещения файлов указывается адрес следующего кластера этого файла. В записи, соответствующей последнему кластеру данного файла, вместо адреса следующего кластера ставится специальная метка. Отметим, что в FAT-таблице не содержатся имена файлов. Копия FAT-таблицы идентична самой FAT-таблице. Она используется для восстановления файлов в случае сбоев.

Каталог (корневая папка) содержит все имена файлов и подкаталогов (вложенных папок) со ссылкой на запись в FAT-таблице, указывающей на первый кластер данного файла. Кроме того, в каталоге указываются дополнительные характеристики (атрибуты) файла: дата и время создания, размер, дополнительные атрибуты (архивный, скрытый, системный, “только для чтения”).

Поскольку FAT изначально проектировалась для однопользовательской операционной системы DOS, то она не предусматривает хранения такой информации, как сведения о владельце или полномочия доступа к файлу/каталогу. Кроме того, т. к. DOS – 16-разрядная операционная система, то, соответственно, FAT – также 16-разрядная файловая система. Это означает, что максимальное количество кластеров на диске составляет 216 (примерно 64000 тыс.). Это совсем немного. Еще один недостаток FAT-системы – сильное уменьшение скорости поиска файлов, при увеличении объема носителей. Наконец, FAT не может поддерживать диски объемом более 2 ГБ.

В настоящее время FAT используется в основном для магнитных дискет (FDD).

Файловая система VFAT (Virtual FAT), реализованная в Windows 95/98 - это система FAT, дополненная поддержкой длинных имен файлов в кодировке UNICODE (каждый символ имени кодируется 2 байтами). VFAT использует ту же самую схему распределения дискового пространства, что и файловая система FAT. В VFAT имя может быть длиной до 255 символов, в имя можно включать несколько пробелов и точек, текст после последней точки рассматривается как расширение, регистр символов в именах не различается, но сохраняется. Длинные имена по частям хранятся в специальных записях каталога. Для каждого файла и подкаталога в VFAT хранится два имени: длинное и короткое. Короткое имя генерируется файловой системой автоматически в формате 8.3 (имя из 8 символов, точка, расширение из 3-х символов).

Файловая система FAT32 - это 32-разрядная файловая система, которая пришла на смену VFAT, сохранив основные черты и принципы организации последней. FAT32 поддерживает жесткие диски объемом до 2 терабайт. Впервые файловая система FAT32 была включена в состав ОС Windows 95 OSR 2. В FAT32 были расширены атрибуты файлов, позволяющие теперь хранить время и дату создания, модификации и последнего доступа к файлу или каталогу. В FAT32 адрес каждого кластера стал 32 разрядным, что позволило иметь на диске до 232 = 4 млрд. кластеров. В FAT32 объем кластера должен быть не менее 4 кБ, а объем диска – не менее 512 МБ. Корневой каталог в FAT32 больше не располагается в определенном месте, вместо этого хранится указатель на начальный кластер корневого каталога. В результате снимается ранее существовавшее ограничение на число записей в корневом каталоге. Кроме того, для учета свободных кластеров, в зарезервированной области на разделе FAT32 имеется сектор, содержащий число свободных кластеров и номер самого последнего использованного кластера. Это позволяет системе при выделении следующего кластера не перечитывать заново всю таблицу размещения файла. FAT32 поддерживается в Windows 98, Windows ME, Windows 2000 и Windows XP.

Файловая система NTFS (New Technology File System) - наиболее предпочтительная файловая система при работе с ОС Windows 2000 и Windows XP.

Каждый файл на томе NTFS представлен записью в специальном файле – главной файловой таблице - метафайле MFT (Master File Table). В отличие от файловой таблицы и каталога FAT метафайл является иерархической базой данных, позволяющей очень быстро осуществлять поиск нужного файла

NTFS является 64-разрядной файловой системой, что дает возможность иметь 264 кластеров, каждый размером до 64 Кбайт. Как и в FAT размер кластера может меняться, но необязательно возрастает пропорционально размеру диска. NTFS позволяет хранить файлы размером до 16 эксабайт (264 байт).

Файловая система NTFS является журналируемой – все изменения в файловой системе записываются в специальный журнал транзакций (log file), что позволяет восстанавливать файловую систему после сбоев системы.

В NTFS значительно расширены возможности по управлению доступом к отдельным файлам и каталогам, введено большое число атрибутов, реализована отказоустойчивость, средства динамического сжатия файлов. NTFS позволяет использовать имена файлов длиной до 255 символов, при этом она использует тот же алгоритм для генерации короткого имени, что и VFAT. .Начиная с NTFS 5.0 введена возможность динамического шифрования файлов и каталогов, повышающая надежность хранения информации.

Файловые системы UFS (Unix File System) – это семейство файловых систем для операционных систем UNIX. Существует много различных версий ОС UNIX, разработанных разными фирмами, соответственно существуют и различные виды UFS, в том числе 32-разрядные и 64-разрядные USF. Так же как и в других файловых системах, в UFS файл записывается в один или несколько (а может быть и в несколько сотен тысяч) кластеров. Особенностью USF является иерархическая кластерная структура файла, включающая кластеры, содержащие адреса других кластеров данного файла. Еще одной особенностью UFS является очень мощная и разветвленная система защиты файлов от несанкционированного доступа – для этого файловая система содержит большое количество атрибутов. Классическая UFS поддерживает 14-буквенные имена файлов, современные UFS позволяют создавать длинные имена (до 255 символов).

Перечислим еще несколько современных файловых систем, близких по принципам построения к NTFS и USF.

Файловая система HPFS (High Performance File System) была разработана вместе с операционной системой OS/2. По структуре и возможностям близка к NTFS. В настоящее время используется редко.

Файловые системы Linux ext, Linux ext2, Linux ext3 (extended file system) специально разработаны под операционную систему Linux. Они обладают высокой надежностью и производительностью. Начиная с ext3 файловая система становится журналируемой.

Файловая система XFS — высокопроизводительная 64-разрядная журналируемая файловая система, созданная компанией Silicon Graphics и поддерживаемая операционными системами Linux (начиная с версии 2.4.25) и. FreeBSD. Позволяет эффективно работать с данными на RAID-массивах и других носителях очень большого объема.

Для персональных компьютеров Mac под Mac OS X используются файловые системы HFS (Hierarchical File System), HFS Plus. Недавно для этих компьютеров была разработана высокопроизводительная 64- битная сетевая файловая система Xsan.

Одной из неприятностей, возникающих при работе с файловой системой, является фрагментация файлов – в процессе удаления файлов (очистки кластеров) и записи новых файлов (заполнения кластеров) неизбежно оказывается, что многие файлы состоят из кластеров, находящихся в разных частях диска. В результате сильно понижается скорость работы с диском (для чтения или записи фрагментированного файла магнитной головке необходимо последовательно перемещаться на все дорожки, содержащие кластеры этого файла). Для избежания этого необходимо периодически проводить процедуру дефрагментации диска – запускать специальную утилиту, которая собирает данные из всех кластеров каждого файла и записывает их в компактную область диска (насколько это возможно). Для эффективной работы процедуры дефрагментации необходимо, чтобы диск не был полностью занят, желательно, чтобы не менее 20 – 30% диска было свободно. Особенно это важно для файловой системы NTFS. Процедуру дефрагментации лучше проводить, не дожидаясь сильной фрагментации диска, т.к. время на эту процедуру резко возрастает с увеличением фрагментации. Для сильно фрагментированного диска процедура дефрагментации может потребовать несколько часов. Для проведения дефрагментации в состав ОС Windows входит утилита, которая так и называется Дефрагментация диска.

Некоторые из современных файловых систем не требуют запуска процедуры дефрагментации, а поддерживают возможность постоянной дефрагментации операционной системой в автоматическом режиме (дефрагментация «на лету»). Такая возможность предусмотрена, например, в файловой системе XFS.

3.3.2. Логическая файловая система.

Логическая файловая система – это файловая структура с точки зрения прикладных программ и пользователя. Пользователю не очень важно как именно физически расположен файл на диске, из каких кластеров он состоит и как к этим кластерам получить доступ – ему нужно просто получить данные, находящиеся в файле или записать туда новые данные. На жестком диске современного ПК может храниться много тысяч файлов и, если бы не было четкой логики их размещения, разобраться в этом наборе данных было бы невозможно. Такая логика и обеспечивается логической файловой структурой.

С этой точки зрения файловая система представляет собой иерархическую структуру, состоящую из файлов и контейнеров – папок (каталогов, директорий). Каждая папка может включать в себя файлы и другие папки, которые в этом случае называются вложенными. Каждая папка, кроме одной, самой верхней папки, называемой корневой папкой (корневым каталогом), оказывается вложенной в какую-либо другую папку. Логическая иерархия папок повторяет логическую иерархию каталогов, заложенную на уровне физической файловой системы.

Логическая файловая структура приводит к понятию полного имени файла (пути к файлу) – символьному имени, уникальному для каждого файла. Полные имена любых двух файлов диска не могут совпадать (в отличие от просто имен).

Полное имя файла формируется следующим образом. Корневой каталог обозначается идентификатором диска с двоеточием после него, например c:, d:, e: и т.д. Далее указывается вся цепочка имен вложенных папок, приводящая к данному файлу, в конце указывается имя файла. Для отделения имени файла от имени папки и имен папок в цепочке друг от друга используется разделитель. В Windows это обратный слеш \, в UNIX – просто слеш / (впрочем, сейчас многие оболочки допускают оба этих разделителя). Таким образом, запись c:\Windows\System32\cmd.exe означает, что файл с именем cmd.exe находится в папке System32, которая вложена в папку Windows, которая, в свою очередь, вложена в корневую папку диска c: (находится в корневом каталоге диска c:). При этом запись c:\Windows\System32\cmd.exe можно рассматривать как одно уникальное имя – полное имя файла cmd.exe.

Кроме структуры вложенных папок и формирования полного имени, логическая файловая структура включает в себя обработку атрибутов и расширений файлов. Например, для файла могут быть указаны атрибуты «системный», «скрытый», «только для чтения». Расширение файла обозначает его тип: txt – простой текстовой документ, doc – документ MS Word, mp3 – мультимедийный файл и т.д. В функцию логической файловой системы входит установка, обработка и интерпретация всех этих значений в соответствии с командами пользователя или запросами программ.

Глава 3.4. Интерфейс пользователя. Графическая оболочка Windows 95/98/ME/NT/2000/XP.

Одна из важнейших задач, возникающих при работе с компьютером – обеспечение удобного и эффективного взаимодействия компьютера и пользователя. Эту задачу решает пользовательский интерфейс, включающий, во-первых, набор соглашений о представлении входной и выходной информации, а во-вторых, набор программ, обеспечивающих эти соглашения.

В настоящее время фактическим стандартом стал многооконный графический пользовательский интерфейс (GUI – Graphic User Interface), управляемый мышью. В рамках этого интерфейса каждый информационный объект представляется на экране в виде некоторого графического образа. Графический образ меняется в зависимости от состояния объекта. Существует 2 основных типа стандартных графических образов объектов – значок и окно. Значок обычно используется для неактивных объектов, а окно – для активных, работающих в данный момент и ведущих диалог с пользователем. Структура окна такова, чтобы наиболее эффективно обеспечить диалог объекта с пользователем.

Программы, обеспечивающие пользовательский интерфейс, называются программами-оболочками. В состав большинства современных операционных систем входят встроенные оболочки. Однако не обязательно пользоваться именно встроенной оболочкой операционной системы – можно и любой другой программой-оболочкой, если для данной операционной системы такая программа существует.

Рассмотрим кратко реализацию GUI в оболочке ОС Windows.

Основное управляющее устройство при работе с GUI – это мышь. При работе с мышью в рамках GUI действуют следующие соглашения. Если поместить курсор мыши попал в область, занятую графическим образом какого-либо объекта, то становятся доступными свойства этого объекта и методы, связанные с этим объектом. Для каждого объекта выделяется основной метод (запуск), который для большинства объектов реализуется двойным щелчком левой кнопки мыши. Для тех объектов, у которых основной метод является единственным (например, для пунктов меню) достаточно одиночного нажатия левой кнопкой. Дополнительные свойства и методы реализуются при помощи контекстного меню, которое запускается нажатием правой кнопки мыши. Для перемещения графического образа объекта по экрану используется перемещение мыши с нажатой левой или правой клавишей. При этом графический образ как бы «прилипает» к курсору мыши. Если в процессе перемещения графический образ оказался в области, занятой графическим образом другого объекта, то реализуется «вставка» первого объекта во второй (если такая операция определена). Для изменения размеров графического образа объекта (если такое возможно) также используется перемещение мыши с нажатой левой клавишей, но при этом курсор мыши должен быть установлен в строго определенное место – на маркер изменения размеров или на границу. Доступные действия при нахождении курсора мыши в данном месте можно определить по изменению вида курсора (простая белая стрелка, двойная тонкая черная стрелка, перекрестие черных стрелок и т.д.).

Базовый объект GUI – Рабочий стол, он занимает весь экран и представляет собой поле, на котором расположены графические образы наиболее важных объектов (значки и ярлыки) и Панель задач с кнопкой Пуск.

Панель задач предназначена для отображения (в виде значков) всех активных в данный момент прикладных информационных объектов, т.е. на ней отображаются все открытые документы, запущенные приложения и т.д. Обычно, на панели задач находится ярлыки панелей настройки системных часов и переключения раскладки клавиатуры (RU – русская, EN – английская). Следует отметить, что большинство системных программ и процессов не отображается на Панели задач – для того, чтобы их увидеть, необходимо запустить Диспетчер задач комбинацией клавиш Ctrl+Alt+Delete и перейти во вкладку Процессы. На Панели задач можно также организовать панель быстрого запуска, расположив на ней наиболее часто использующиеся объекты. Обычно Панель задач расположена в нижней части экрана, но можно передвинуть мышью и в другое место.

Кнопка Пуск (Start), расположена на Панели задач, при ее нажатии вызывается главное меню Windows, через которое возможен доступ к любым программам, документам и другим ресурсам компьютера.

Окно – это один из основных элементов графического интерфейса. При запуске любой программы, открытии любого документа и вообще при активизации любого прикладного объекта, использующего GUI, появляется соответствующее окно. Обычно окно приложения состоит из заголовка (верхняя панель, содержащая название окна; за эту панель можно окно переместить в другое место), кнопок сворачивания, развёртывания и закрытия окна (справа от заголовка), значка системного меню (слева от заголовка), границ окна (двигая которые можно изменять его размер), главного меню (под заголовком), панели инструментов (под главным меню), строки состояния (нижняя строчка окна). Остальное – рабочая область окна. В рабочей области отображается в текстовом и графическом виде вся необходимая пользователю информация. Если пользователю необходимо ввести текстовые данные в программу, это также делается через рабочую область окна. Рабочая область может также содержать дополнительные меню и панели, она может быть разбита на автономные области – фреймы и включать в себя вложенные окна. Окно, с которым пользователь работает в данный момент, является активным, и выделено другим цветом заголовка и кнопки на панели задач.

Меню – тоже часть графического интерфейса. Меню состоит из списка команд, представленного в виде набора пунктов меню. Нужный пункт меню выбирается мышью. Меню может включать команды, которые сами являются списками команд, выбор соответствующего пункта приводит к появлению нового (вложенного) меню.

Контекстные меню вызываются нажатием правой кнопки мыши на какой-нибудь объект (например, рабочий стол или файл). С их помощью можно изменять свойства объектов и запускать связанные с ними программы и команды.

Диалоговые панели - специальные окна, позволяющие пользователю вводить информацию. Могут состоять из нескольких страниц – вкладок. Могут содержать кнопки, раскрывающиеся списки, ползунки, флажки, переключатели, текстовые поля и счётчики.

Папки представляют элементы логической файловой системы. В исходном виде папка представляется в виде значка. Если папку открыть (двойным щелчком мыши), то она представится в виде окна, в рабочей области которого будут отображены, находящиеся в этой папке файлы и вложенные папки. Любую из вложенных папок можно открыть аналогично.

Ярлык объекта – это указатель на данный объект. Ярлык можно создать в любой папке (или на Рабочем столе) для того, чтобы получить доступ к объекту из этой папки. Двойной щелчок по ярлыку позволяет запустить объект. Ярлык – это графический образ специального маленького файла, содержащего адрес (полное имя) объекта

Более подробно работа с графическим интерфейсом Windows рассмотрена в разделе 4.

Глава 3.5. Кодирование текста, цвета и звука.

При формировании информационных объектов весьма важным является ответ на вопрос как те или иные свойства объекта представляются в виде данных. Например, объект представляет текст, состоящий из символов (букв, цифр, знаков препинания). Как этот текст представить в виде набора данных, т.е. набора чисел? Аналогичные вопросы можно задать и по поводу изображения, и по поводу и звука.

Рассмотрим сначала пример с текстом. Текст состоит из символов, но сами символы уже ни из чего не состоят – они являются элементарными объектами. Причем символов конечное количество. Например, в русском языке 33 заглавных и 33 строчных буквы, вместе со знаками препинания – чуть больше 70 символов. Самый простой способ превратить символы в числа (данные) – просто перенумеровать их, т.е. поставить в соответствие каждому числу его порядковый номер и далее работать с этими номерами. Более общий способ – поставить в соответствие каждому символу какое-либо число (код) с одним обязательным условием – разным символам должны соответствовать разные коды. Это и есть кодировка символов.

Вообще, представление однородной группы элементарных объектов или элементарных свойств объекта в виде чисел (кодов), так что каждый объект (или свойство) представляется одним кодом и разным объектам (или свойствам) соответствуют разные коды, называется кодированием этой группы объектов.

3.4.1. Кодирование текста.

Для кодирования символов применяются две основных кодировки (системы кодирования):

ASCII (однобайтовая кодировка)
UNICODE (двухбайтовая кодировка).

Исторически сложилось, что сначала текст начали кодировать, присваивая символам номера от 0 до 255 (256 значений). При этом код любого символа укладывается в один байт, поэтому такая кодировка была названа однобайтовой. Таблица соответствия символов и кодов, называется кодировочной таблицей. Для однобайтовой кодировки символов кодировочную таблицу считают состоящей из двух частей – нижней (символы с кодами от 0 до 127) и верхней (символы с кодами от 128 до 255). Нижняя часть кодировочной таблицы соответствует стандарту ASCII (American Standard Code for Information Interchange).

Нижняя часть кодировочной ASCII – таблицы.
0	16 ►	32пробел	48 0	64 @	80 P	96 `	112 p
1 ☺	17 ◄	33 !	49 1	65 A	81 Q	97 a	113 q
2 ☻	18 ↕	34 «	50 2	66 B	82 R	98 b	114 r
3 ♥	19 ‼	35 #	51 3	67 C	83 S	99 c	115 s
4 ♦	20 ¶	36 $	52 4	68 D	84 T	100 d	116 t
5 ♣	21 §	37 %	53 5	69 E	85 U	101 e	117 u
6 ♠	22 ▬	38 &	54 6	70 F	86 V	102 f	118 v
7 •	23 ↨	39 '	55 7	71 G	87 W	103 g	119 w
8 ◘	24 ↑	40 (	56 8	72 H	88 X	104 h	120 x
9 ○	25 ↓	41 )	57 9	73 I	89 Y	105 i	121 y
10 ◙	26 →	42 *	58 :	74 J	90 Z	106 j	122 z
11 ♂	27 ←	43 +	59 ;	75 K	91 [	107 k	123 {
12 ♀	28 ∟	44 ,	60 <	76 L	92 \	108 l	124 \|
13 ♪	29 ↔	45 -	61 =	77 M	93 ]	109 m	125 }
14 ♫	30 ▲	46 .	62 >	78 N	94 ^	110 n	126 ~
15 ☼	31 ▼	47 /	63 ?	79 O	95 _	111 o	127

В приведенной таблице в каждой ячейке слева расположен код символа, а справа - сам символ. Первые 32 кода (от 0 до 31) не используются при кодировании символов – они являются управляющими. Эти символы используются для форматирования текста и для других служебных надобностей. Например, в редакторе Microsoft Word символ с кодом 20 обозначает конец абзаца. В таблице приведены принятые графические обозначения для управляющих символов. Для собственно кодировки символов используются коды с 32 по 126 (коду 127 не соответствует никакой символ). Отметим, например, что символ ‘1’ имеет код 49, т.е. если мы при наборе текста введем символ ‘1’, то в текстовой файл запишется код 49 или в двоичной записи код 110001 ( 49 =(110001)2 ).

Для того чтобы ввести символ по его коду достаточно в режиме ввода текста при нажатой клавише Alt ввести код символа на правой части клавиатуры. При этом должен быть включен режим Num (переключается клавишей Num/Lock).

Нижняя часть ASCII таблицы является общепринятым мировым стандартом, который поддерживают фактически все компьютеры в мире. Это означает, что если написать текст, используя только символы этой приведенной таблице на любом компьютере, этот текст правильно отобразится на любом другом компьютере. Так как в нижней части ASCII таблицы есть только латинские буквы, то этот текст должен быть на латинице. Таким образом, текст на английском языке будет правильно прочитан везде.

А как быть с текстом на других языках? В рамках однобайтной кодировки для этого предусмотрена верхняя часть кодировочной таблицы (коды с 128 по 255), т. е. тоже 128 кодов. Для кодировки символов любого языка (кроме японского и китайского) - это вполне достаточное количество кодов. Но языков много, а для того чтобы закодировать все символы всех языков 128 кодов недостаточно. Поэтому, при однобайтовой кодировке для каждого языка существует своя верхняя часть кодировочной таблицы, а для некоторых языков используется даже насколько таких таблиц. Такие таблицы называются кодовыми страницами, им присваиваются номера и названия. Например, для русского языка широко используется 3 кодировочных таблицы - ГОСТ- альтернативная (866), КОИ-8 и Windows (1251). Если при записи текста использовалась одна кодировка, а при отображении другая, то текст отобразится неправильно (на экране появится «китайская грамота»).

Ответим теперь на следующий вопрос. Если в текстовой файл записываются только коды символов, то откуда берутся сами символы (т.е. графические образы) при отображении текста на экране? Ответ следующий. Эти графические образы хранятся операционной системой в специальных файлах шрифтов. Каждый такой файл содержит таблицу соответствия кодов символов и графических образов этих кодов. Естественно, содержимое такого файла должно соответствовать той или иной кодировочной таблице, но даже файлы соответствующие одной таблице могут различаться между собой – по величине символов, по их начертанию, насыщенности и т.д. Поэтому различных шрифтов, установленных в операционной системе, может оказаться очень много.

Неудобство использования ASCII кодировки очевидно – для каждого национального алфавита требуется своя расширенная таблица. Поэтому была предложена универсальная двухбайтовая система кодирования символов Unicode.

Стандарт Unicode был разработан с целью создания единой кодировки символов. Каждый символ в этом стандарте кодируется 16 битами, что позволяет ему охватить до 65,536 кодов – этого вполне достаточно для присваивания уникального кода каждому символу каждого языка, включая японский, китайский, а также древние письменные языков. В настоящее время Unicode содержит более 29000 неиспользованных кодов для расширения, позволяющие включить новые знаки. В будущем это может позволить включить в стандарт исторические знаки типа иероглифов и возможные расширения существующих алфавитов и/или наборов символов. Кроме того, Unicode резервирует более чем 6000 кодов, которые разработчики программного обеспечения и аппаратных средств могут использовать для собственных знаков и символов. Отметим, что первые 127 значений кодов Uncode соответствуют кодам ASCII, что обеспечивает полную совместимость этих кодировок. Подробное описание стандарта Unicode можно найти по адресу http://www.unicode.org/ .

Единственный недостаток двухбайтовой кодировки по сравнению с однобайтовой – объем данных для записи текста возрастает в 2 раза, - но это для современных компьютерных систем становится некритичным.

3.4.2. Кодирование цвета.

Любой графический объект можно считать состоящим из цветных точек или из цветных линий, который в этом случае следует рассматривать как элементарные объекты. Рассмотрим для определенности экранную цветную точку (пиксель). У пикселя 3 основных свойства – координата по высоте, координата по ширине и цвет. Первые 2 свойства без труда представляются в виде чисел. А как быть с цветом? Как присвоить всем возможным оттенкам различные коды, учитывая, что человеческий глаз различает несколько миллионов оттенков?

Выход из этого положения дает одно замечательное свойство человеческого глаза – любой цвет на сетчатке глаза раскладывается в суперпозицию 3-х базовых цветов - красного, зеленого и синего и в таком виде поступает в мозг. Поэтому человек не различает собственно оттенок цвета (свет определенной длины волны) и тот же оттенок, составленный из базовых цветов (смешение 3-х длин волн с определенными интенсивностями). В связи с этим любому устройству, выводящему изображения, будь то монитор, проектор или принтер достаточно работать только с 3-мя базовыми цветами, меняя оттенки изменением соотношения интенсивностей этих цветов. Соответственно и задать цвет можно в виде 3-х чисел – значений интенсивностей базовых цветов. Такой способ задания цвета используется в RGB-кодировке – основной кодировке цвета.

Согласно стандарту RGB (Red, Green, Blue, т.е. Красный, Зеленый, Синий) для записи значения цвета отводится 3 байта (24 бита) – в первый байт записывается интенсивность красного, во второй байт интенсивность зеленого, в третий байт – интенсивность синего цвета. Т.к. в один байт можно записать любое значение от 0 до 255 (т.е. одно из 256 значений), то каждый базовый цвет может иметь 256 градаций интенсивности. Соответственно, в рамках RGB-стандарта возможно 256 256256 = 16777216 (более 16 млн.) различных значений оттенков. Это перекрывает возможности любого человеческого глаза.

Записывать RGB-код цвета принято в виде 6-значного шестнадцатеричного числа, состоящего из 3-х двузначных шестнадцатеричных чисел, первое из которых обозначает интенсивность красного, второе интенсивность зеленого, третье интенсивность синего (т.е. в виде #rrggbb). Например, #FF0000 означает красный цвет, #00FF00 –зеленый, #0000FF –синий, #000000 –черный (отсутствие цвета), #FFFFFF белый (смешение максимальных интенсивностей базовых цветов), #808080 – серый (смешение половинных интенсивностей всех базовых цветов). При интерпретации значения RGB-кода удобно представить, что источником цвета является светильник, состоящий из 3-х лампочек – красной, зеленой и синей, причем яркость каждой лампочки определяется значением соответствующего двузначного шестнадцатеричного числа (00 – лампочка выключена, FF-лампочка включена с максимальной яркостью).

Кроме RGB используется еще одна общепринятая кодировка цветов CMYK.

Кодировка CMYK (Cyan -голубой, Magenta -розовый, Yellow -желтый и blacK -черный) является дополнительной к RGB. Коды базовых CMYK-цветов записываются в RGB как

Cyan = #00FFFF,

Magenta = #FF00FF,

Yellow = #FFFF00,

Black = #000000.

Таким образом, Cyan + Red = Magenta + Green = Yellow + Blue = #FFFFFF (белый цвет).

CMYK кодировка полностью эквивалентна RGB (дает столько же различных оттенков), но для ее реализации необходимо 4 байта (32 бита). Лишний байт необходим для дополнительного черного цвета, который не создает новых оттенков, а только меняет общую интенсивность цвета. Необходимость в дополнительном черном цвете возникает из-за невозможности получить черный смешением голубого, розового и желтого. Хотя теоретически такой результат должен получаться, на практике, при смешивании красок или при смешивании света точечных источников чистого черного цвета (т.е. полного отсутствия цвета) не получается.

Кодировка RGB позволяет наилучшим образом задать цветную точку на черном фоне, например изображение на экране монитора (при отсутствии какого-либо изображения монитор представляет собой черный экран). Кодировка CMYK более удобна при представлении изображения на белом фоне (например, изображения и текста на бумаге). Поэтому для любых печатающих устройств более удобна кодировка CMYK. Идея CMYK использовалась в полиграфии задолго до появления компьютеров при печати цветных изображений с помощью набора из 4-х базовых красок.

3.4.3. Кодировка звука.

Звук – это аналоговый процесс, который можно описать одной (но очень сложной!) функцией P(t), выражающей зависимость давления от времени в какой-либо точке пространства.

Человек различает две основные характеристики звука – громкость и тональность.

Громкость определяется как среднее значение функции P(t) за время  - маленькое с точки зрения человеческого восприятия, но достаточное для того, чтобы за это время произошло много пульсаций функции P(t) и можно было бы говорить о частотах этих пульсаций (например, величина  может составлять 1-2 десятых долей секунды). Тональность звука определяется частотами пульсаций функции P(t) за то же время . Количественно охарактеризовать тональность можно при помощи разложения функции P(t) в ряд Фурье на временном отрезке . В результате получится набор частотных гармоник – составляющих звукового спектра. Амплитуда каждой гармоники определяет громкость соответствующей частоты.

Любое кодирование звука заключается в представлении функции P(t) в виде набора данных, т.е. чисел. Существует много различных способов кодирования звука. Рассмотрим некоторые из них.

Формат MIDI (Musical Instrument Digital Interface) – цифровой интерфейс музыкальных инструментов. Создан в 1982 году ведущими производителями электронных музыкальных инструментов - Yamaha, Roland, Korg, E-mu и др. При этой кодировке считается, что звук создается набором музыкальных инструментов. Для каждого инструмента определяется набор возможных действий (например, нажатие определенной клавиши на фортепиано) и результат каждого действия (спектр звука). Каждому действию каждого инструмента присваивается код. MIDI – файл и состоит из последовательности таких кодов. Можно считать, что MIDI-формат является электронным аналогом нотной записи. Преимуществом MIDI-формата является очень маленький объем получающихся файлов. Одним из недостатков MIDI-формата является зависимость воспроизводимого звука от аппаратно-программного обеспечения, при помощи которого воспроизводится данный MIDI файл (точно так же, как исполняемое «вживую» музыкальное произведение зависит не только от нот, но и от исполнителя). Вторым (основным) недостатком этого формата является невозможность записать звук, не создаваемый музыкальными инструментами, например, человеческий голос.

Формат WAV (от слова wave – волна). Это формат, основанный на непосредственном табулировании функции P(t), т.е. на представлении этой функции в виде последовательности числовых значений Pi, в моменты времени ti, отстоящие друг от друга на очень маленькую величину t (t = ti+1 – ti ), называемую квантом дискретизации. За время t функция P(t) должна измениться незначительно, - это означает, что величина t должна быть существенно меньше периода самого высокочастотного звукового колебания из спектра функции P(t). Величина обратная t ( = 1/t) называется частотой дискретизации (частотой оцифровки). Числовые значения функции Pi дискретны, общее количество этих значений определяется разрядностью кодирования звука – 8 бит (256 значений), 16 бит (64 тыс. значений), 32 бита ( 4 млрд. значений) и т.д. Чем выше частота дискретизации и разрядность кодирования, тем более точно представляется записываемый звук. Достаточными являются значения этих параметров 44 кГц и 16 бит.

Формат WAV позволяет записывать любой звук с любой необходимой точностью. Главным недостатком этого формата является очень большой объем получающихся звуковых файлов. Даже при использовании процедуры сжатия данных объем таких файлов составляет несколько МБ на минуту звука, а объем 5-минутной музыкальные композиции составляют 30-50 МБ. Именно поэтому для записи музыкальных композиций формат WAV используется редко – его вытеснили форматы семейства MPEG. Формат WAV используется для записи коротких звуков, а также в тех случаях, когда важна точность записи звука, например, при снятии данных с акустических датчиков.

Форматы MPEG ,включая MP3 и MP4 – это семейство мультимедийных форматов для записи видеоизображения и звука. Принципы кодирования звука в рамках этих форматов основаны на том факте, что человеческое ухо не совершенно и на самом деле точное воспроизводство функции P(t) дает много избыточной информации, которую органы слуха не в состоянии обработать.

Рассмотрим кодирование звука на примере формата MP3 (сокращение от MPEG Layer 3). Перед кодированием исходный сигнал (функция P(t)) разбивается на участки длительности , называемые звуковыми фреймами. Каждый звуковой фрейм раскладывается в ряд Фурье, после чего он обрабатывается на основе так называемой психоакустической модели, учитывающей особенности восприятия звука человека. В рамках этой модели учитывается, например, что если в спектре присутствует сильный звук на частоте 1000 Гц, то более слабый звук на частоте 1100 Гц уже не будет слышен, что будет ослаблена чувствительность уха на период в 100 мс после и 5 мс до возникновения сильного звука и т.д. Все неслышимые с точки зрения психоакустической модели звуки из спектра удаляются, это и позволяет значительно уменьшить объем звукового файла. При этом качество звука не ухудшается, а иногда, например, при оцифровке зашумленного звука, может даже улучшится по сравнению с оригиналом. В целом качество звука для рассматриваемых форматов определяется суммарным объемом получаемого кода на единицу времени звучания, т.е. количеством бит, затрачиваемых на кодирование 1 секунды звучания. Эта величина называется битрейтом и измеряется в килобитах в секунду (кб/с, kbs). Наивысшее для формата MP3 качество обеспечивается битрейтом 320 кб/с, достаточное качество – битрейтом 128 кб/с, это около 1 МБ на одну минуту звучания.

Алгоритмы кодирования звука могут различаться даже в рамках одного формата. Например, можно использовать MP3-кодирование с разными психоакустическими моделями. Непосредственное преобразование данных из звукового файла в звук (т.е. в аналоговый сигнал), а также обратное преобразование осуществляется специальными программными компонентами, которые называются кодеками (от слов КОдировщик и ДЕКодировщик). Для того чтобы успешно воспроизводить музыкальные файлы и видеофайлы, необходимо установить набор кодеков, соответствующих всем возможным алгоритмам кодирования.

Существуют и другие форматы кодирования звука, использующие те же идеи, что и MPEG. Например, формат VQF позволяем уменьшить размер файла по сравнению с MP3 примерно на 25% за счет использования более сложных алгоритмов кодирования.

Глава 3.6. Прикладной уровень программного обеспечения.
Основные объекты, программы и форматы файлов.

Пользователь ПК работает в основном с информационными объектами прикладного уровня. Это различные документы, электронные таблицы, базы данных, презентации, музыкальные композиции, видеофильмы и т.д. Информационный объект возникает только в процессе обработки данных соответствующей программой. Например, результатом обработки текстового файла программой Блокнот является текстовой документ, а результатом обработки MP3-файла программой Windows Media – музыкальная композиция или видеофильм. Если же обработать MP3-файл программой Блокнот, то никакого осмысленного результата не получится, т.к. этот процесс не соответствует никакому информационному объекту.

Из сказанного следует, что основные компоненты прикладного информационного объекта – прикладная программа и обрабатываемый файл данных – должны соответствовать друг другу. Это соответствие достигается при помощи определенного порядка размещения данных в файле, называемого форматом файла. Для отображения формата файла в его названии используется расширение – последняя часть имени файла, отделенная от остального имени точкой. Часто для краткого указания формата файла называют его расширение. Например, mp3-файл означает мультимедийный файл формата mp3, txt – файл –простой текстовой документ, doc – файл – файл документа текстового процессора MS Word и т.д.

Рассмотрим наиболее часто встречающиеся прикладные информационные объекты, соответствующие прикладные программы и форматы файлов.

Текстовые документы – это документы, имеющие текстовую основу, т.е. содержащие основную информацию в виде текста. Кроме текста такой документ может содержать и другие (нетекстовые) объекты – изображения, графики, диаграммы, таблицы, ссылки и т.д., но эти объекты в текстовом документе являются дополнительными.

Простейший текстовой документ содержит только текст и обрабатывается программами, которые называются текстовыми редакторами. Примером текстового редактора является программа Блокнот.

В настоящее время гораздо чаще встречаются более сложные текстовые документы, включающие значительную долю графических и других нетекстовых объектов. Программы, работающие с такими документами, называются текстовыми процессорами. Они позволяют использовать различные шрифты символов, абзацы произвольной формы, автоматически переносят слова на новую строку, позволяют делать сноски, включать рисунки, автоматически нумеруют страницы и сноски и т.д. Примером текстового процессора является Microsoft Word (MS Word). Файлы документов MS Word имеют формат doc (только для MS Word) или rtf (более универсальный формат, поддерживаемый большинством текстовых редакторов и процессоров). Подробно текстовой процессор MS Word рассматривается в разделе 5.

Другим широко используемым форматом текстовых документов является формат pdf, разработанный фирмой Adobe. Особенностью этого формата является возможность защиты – соответствующий документ можно отобразить на экране или распечатать только при помощи одной специальной программы – Adobe Acrobat Reader, которая не дает возможности изменить текст или скопировать текст в другой файл в другом формате. Это означает, что документ может распространяться только в том виде, в котором его подготовил автор, внесение изменений в документ или копирование его частей невозможны. Таким образом, формат pdf обеспечивает техническую возможность защиты авторских прав. Поэтому многие публикации, распространяемые на электронных носителях или размещенные в сети Интернет, используют формат pdf.

Электронные таблицы – это документы позволяющие хранить и обрабатывать большие объемы текстовых и числовых данных, представленных в виде прямоугольных таблиц. Программы, работающие с электронными таблицами, называются табличными процессорами. Примером такой программы является MS Excel. При работе с табличным процессором на экран выводится прямоугольная таблица, в клетках которой могут находиться числа, пояснительные тексты и формулы для расчета значения в клетке по именующимся данным. Все распространенные табличные процессоры позволяют вычислять значения элементов таблиц по заданным формулам, строить по данным в таблицах различные графики и т.д. Файлы электронных таблиц процессора MS Excel имеют расширение xls. Подробно табличный процессор MS Excel рассматривается в разделе 6.

Графические объекты – это различные изображения, фотографии, рисунки и т.д. Существует большое количество программ, работающих с графическими объектами, и большое количество различных форматов графических файлов. Рассмотрим некоторые, наиболее важные из них.

Форматы графических файлов можно разделить на 2 большие группы – растровые форматы и векторные форматы.

Растровый формат представляет изображение как набор цветных точек – пикселей. Т.к. все пиксели имеют одинаковый размер, а длина и ширина изображения заданы, то в файл достаточно записать только цвет каждого пикселя, координаты его определятся автоматически по порядковому номеру в файле. Указанная схема кодирования изображения соответствует наиболее простому и универсальному графическому формату bmp (Bit Map Pixels). Главный недостаток этого формата – большой объем получающихся файлов. Причем, этот объем не зависит от информативности изображения – и для фотографии с большим количеством мелких деталей, и для одноцветного тона он будет одним и тем же при одинаковом количестве пикселей, формирующих изображение. Однако этот формат можно рассматривать как базисный, т.к. он соответствует непосредственной записи пиксельной матрицы, которая собственно и отображается на экране монитора при выводе изображения. Усилия по разработке более компактных растровых графических форматов привели к появлению форматов jpeg (jpg), , png, tiff, djvu, gif и др. Все эти форматы основаны на предварительной обработке пиксельной матрицы с целью уменьшения объема данных без существенной потери качества. Так, формат jpg позволяет уменьшить в несколько раз даже объем достаточно сложного рисунка. Это наиболее распространенный в настоящее время формат для хранения фотографий, он широко используется, например, для изображений в сети Интернет. Формат png был разработан после jpg, похож на него, но предоставляет более широкие возможности, например, возможность внутренней анимации. Форматы tiff и djvu используются для хранения отсканированных текстов. Особенно большие возможности представляет формат djvu, разработанный специально для хранения электронных копий старых книг. Формат gif является очень компактным, т.к. основан не на записи RGB-кодов пикселей, а на записи так называемых индексов цвета – номеров цвета в используемом наборе цветов (палитре). Для записи индекса цвета требуется не 3 байта, как для RGB кода, а всего 1 байт. Однако это уменьшение объема достигается за счет уменьшения (до 256) количества возможных оттенков, поэтому фотографии в формате gif получаются низкого качества. Для изображений маленького объема, а также для изображений, использующих фиксированный набор цветов (графики, диаграммы, географические карты и т.д.) формат gif подходит очень хорошо. Формат gif позволяет создавать анимированное изображение, что также обеспечивает его популярность.

Векторный графический формат представляет изображение в виде набора цветных линий. В простейшем случае все линии – отрезки, но чаще используется более широкий набор линий – дуги окружностей, эллипсов, гипербол и парабол и т.д. С точки зрения возможностей масштабирования и редактирования векторный формат имеет значительные преимущества перед растровым – изображения можно выводить в любом масштабе без потери качества, удалять или вносить сложные элементы как единое целое и т.д. Но, векторный формат менее универсален, чем растровый - перевод фотографии или отсканированного рисунка в векторный формат (так называемая трассировка) – достаточно сложная задача, поэтому векторный формат имеет ограниченное применение. Он используется в основном для объектов, которые создаются на компьютере – чертежей, рисованных изображений и т.д. Особенно широко векторный формат используется в профессиональных художественных, дизайнерских и конструкторских системах, таких как Corel Draw, AutoCAD, 3D Studio Max. Форматы соответствующих файлов - cdr, dwg, 3ds.

Программы, работающие с графическими объектами, подразделяются на отображающие программы, графические редакторы и утилиты. Отображающие программы позволяют увидеть графический объект на экране и распечатать на принтере. Примером является программа ACDSee, при помощи которой удобно создавать и просматривать альбомы фотографий. Графические редакторы позволяют не только отображать графический объект, но и изменять (редактировать) его. Для этого в графические редакторы включаются различные управляемые мышью виртуальные инструменты – карандаши, ластики, кисти, распылители и т.д. Наиболее простой графический редактор, работающий с растровыми изображениями, - это редактор MS Paint, входящий в ОС Windows. Более широкие возможности предоставляет растровый графический редактор Photoshop фирмы Adobe. Пример векторного графического редактора – уже упомянутый Corel Draw. Графические утилиты позволяют осуществить важные дополнительные функции. Например, программы - конверторы переводят файлы из одного графического формата в другой. Часто графические утилиты входят в состав графических редакторов.

Гипертекстовые объекты – это Web-страницы и сайты, при помощи которых информация размещается во Всемирной Паутине (WWW), представляющей главный ресурс сети Интернет. Одними из главных элементов гипертекстового объекта являются гиперссылки, создающие связь между различными гипертекстовыми объектами, расположенными на разных компьютерах.

Основу формата гипертекстовых файлов составляет язык разметки гипертекста HTML (Hyper Text Markup Language), но в такой файл могут быть включены также фрагменты кода на других языках программирования (Java, Java Script, PHP, Visual Basic и др.). Гипертекстовые файлы похожи по структуре на файлы текстовых процессоров, но являются гораздо более универсальными.

Программы, работающие с гипертекстовыми объектами – это браузеры (обозреватели), позволяющие запросить и отобразить гипертекстовой объект. Другой тип программ – гипертекстовые редакторы, позволяющие изменить гипертекстовой объект или создать новый объект. Примером браузера является программа Internet Explorer, примером гипертекстового редактора – программа Front Page.

Мультимедийные объекты – это цифровые видеоклипы, видеофильмы и музыкальные композиции. Основные форматы файлов для таких объектов – это уже рассмотренные форматы MPEG (MP3, MP4). Основные программы, работающие с мультимедийными объектами – это программы, проигрывающие мультимедийные файлы. Примерами таких программ являются Microsoft Media Player и Quick Time. Существуют также программы, позволяющие создавать и редактировать мультимедийные объекты, например, программа Звукозапись, позволяющая осуществить запись звука с микрофона или программа Windows Mover Maker, позволяющая смонтировать видеоклип.

Базы данных – это специальные информационные структуры, содержащие большой объем однородной информации и предоставляющие доступ к этой информации, включая эффективные средства поиска. Примерами баз данных является база абонентов МГТС содержащая адреса и номера телефонов всех абонентов Московской городской телефонной сети. Базы данных управляются специальными программами, которые называются СУБД (Системы управления базами данных). База данных и соответствующая СУБД составляют неразрывное целое. СУБД позволяют обрабатывать на компьютере массивы информации, обеспечивают ввод, поиск, сортировку выборку записей, составление отчетов и т.д. Пример СУБД для ПК – Microsoft Access. Соответствующий формат файлов – mdb.

Правовые базы данных содержат тексты нормативных документов и предоставляют возможности справки, контекстного поиска, распечатки и т.д. Представители правовых баз данных – пакеты Гарант и Консультант Плюс.

Системы автоматизированного проектирования (САПР) позволяют осуществлять черчение и конструирование различных предметов и механизмов с помощью компьютера. Среди систем малого и среднего класса в мире наиболее популярна система AutoCAD фирмы AutoDesk. Отечественный пакет с аналогичными функциями – система Компас.

Интегрированные офисные системы сочетают в себе возможность системы управления базами данных, табличного процессора, текстового редактора, системы деловой графики, а иногда и другие возможности. Как правило, все компоненты интегрированной системы имеют схожий интерфейс, что облегчает обучение работе с ними. Представители интегрированных систем – пакет Microsoft Office и его бесплатный аналог Open Office.

Бухгалтерские системы предназначены для ведения бухгалтерского учета, подготовки финансовой отчетности и финансового анализа деятельности предприятий. Из-за различий отечественного бухгалтерского учета с зарубежным в нашей стране используются почти исключительно отечественные бухгалтерские программы. Наиболее распространены системы 1C: Бухгалтерия, 1С Предприятие, Инфо-бухгалтер.

Корпоративные информационные системы (КИС) обеспечивают единую информационную среду предприятия (организации), доступ каждого сотрудника ко всем информационным ресурсам, необходимым для работы, структурированную защиту информации, электронный документооборот и электронную систему управления. Такие системы специально разрабатываются для каждого предприятия с учетом специфики его работы и функционируют в рамках корпоративной компьютерной сети.

Приведенный перечень объектов прикладного уровня является далеко не полным. Современное развитие информационных технологий приводит к тому, что практически в каждой области человеческой деятельности формируется виртуальная составляющая, основанная на работе с информационными объектами, специфическими для этой области. Например, в технических отраслях создаются модели сложных технических устройств – самолетов, автомобилей, радиотехнических систем, в метеорологии – модели атмосферных явлений, в биологии – модели клеток и организмов и т.д. Все такие модели, реализованные в виде компонентов прикладного ПО, являются прикладными информационными объектами.

Глава 3.7. Основные методы защиты информации.
Криптография. Понятие об электронной цифровой подписи.

Владелец любой информации (информационного объекта) может установить набор правил, касающихся порядка доступа к этой информации и порядка работы с ней. Умышленное нарушение таких установленных правил классифицируется как атака на информацию.

Выделим основные параметры, обеспечение которых является целью защиты информации:

конфиденциальность – гарантия того, что конкретная информация доступна только тому кругу лиц, для кого она предназначена; нарушение этой категории называется хищением либо раскрытием информации;
целостность – гарантия того, что информация сейчас существует в ее исходном виде, то есть при ее хранении или передаче не было произведено несанкционированных изменений; нарушение этой категории называется фальсификацией сообщения;
аутентичность – гарантия того, что источником информации является именно то лицо, которое заявлено как ее автор; нарушение этой категории также называется фальсификацией, но уже автора сообщения;
апеллируемость – гарантия того, что при необходимости можно будет доказать, что автором сообщения является именно заявленный человек, и не может являться никто другой; отличие этой категории от предыдущей в том, что при подмене автора, кто-то другой пытается заявить, что он автор сообщения, а при нарушении апеллируемости – сам автор пытается "откреститься" от своих слов, подписанных им однажды.

Для защиты информации используются разные методы – организационные, технические, программные. Наиболее важный класс методов защиты информации сегодня – это программные криптографические методы, основанные на шифровании данных. Алгоритм шифрования данных называется криптоалгоритмом. Можно выделить три класса криптоалгоритмов.

Закрытые криптоалгоритмы (тайнопись) Отправитель и получатель производят над сообщением преобразования, известные только им двоим. Сторонним лицам неизвестен сам алгоритм шифрования. Для широкого использования при защите информации этот способ не применим.
Симметричные криптоалгоритмы (алгоритмы с закрытым ключом).
Алгоритм шифрования известен, но для расшифровки требуется специальный блок данных – ключ, известный только отправителю и получателю.
Асимметричные криптоалгоритмы (алгоритмы с открытым ключом).
В этом случае для зашифровки сообщения используется один (открытый) ключ, известный всем желающим, а для расшифровки – другой (закрытый), существующий только у получателя. Обращение асимметричного криптоалгоритма, т.е. использование закрытого ключа для зашифровки, а открытого для расшифровки приводит к механизму электронной цифровой подписи (ЭЦП).

Асимметричные криптоалгоритмы позволяют обеспечить все четыре основные параметра информационной безопасности – конфиденциальность, целостность, аутентичность и апеллируемость, причем, в условиях массового использования, поэтому этот класс криптоалгоритмов является в настоящее время основным.

Рассмотрим, суть работы механизма электронной цифровой подписи, позволяющего рамках асимметричного шифрования решить проблему обеспечения целостности и аутентичности информации.

Предположим, что вам нужно передать какой-либо текст, не обязательно секретный, но важно то, чтобы в него при передаче по незащищенному каналу не были внесены изменения. Вычислим от нашего текста так называемую хеш-функцию – число, которое более или менее уникально характеризует данный текст. В принципе, можно найти другой текст, который дает то же самое значение хеш-функции, но изменить в нашем тексте десять-двадцать байт так, чтобы текст остался полностью осмысленным, да еще и изменился в нужную сторону (например, уменьшил сумму к оплате в два раза) – невозможно. Зашифруем теперь хеш-функцию закрытым ключом и приложим результат к исходному документу. Это и будет электронная цифровая подпись. Для проверки подлинности и целостности полученного текста получатель вычислит от текста ту же самую хеш-функцию, затем при помощи вашего открытого ключа (этот ключ общедоступен) расшифрует приложенную к тексту зашифрованную хеш-функцию и сравнит результаты. Если две полученные хеш-функции различаются, то либо текст документа был изменен, либо документ является подделкой.

В описанном алгоритме вычисление хеш-функции является необязательным элементом – можно было бы зашифровывать весь текст закрытым ключом и прикладывать результат к исходному документу, но в этом случае значительно увеличится объем отправляемого документа.

В настоящее время криптотехнологии на основе асимметричного шифрования широко используются для защиты информации в локальных сетях и в сети Интернет. На основе этих алгоритмов разработаны методы виртуального денежного обращения - электронные деньги.

Современные криптоалгоритмы обладают очень высокой криптостойкостью - гарантией крайне высокой трудоемкости несанкционированного подбора закрытого ключа. Количественно крипкостойкость выражается в объеме компьютерных ресурсов, которые потребовались бы для такого подбора, и составляет десятки тысяч лет непрерывной согласованной работы всех мировых компьютерных систем.

Раздел 4. Работа с операционной системой Windows 98/2000/XP

Глава 4.1. Основные объекты и приемы управления Windows

Windows имеет удобный графический пользовательский интерфейс (GUI). В отличие от систем текстовым интерфейсом, Windows не требует знания команд операционной системы и их точного ввода с клавиатуры. Подавляющее большинство операций по управлению работой персонального компьютера выполняются мышью с графическими объектами Windows, либо короткими комбинациями клавиш (горячими клавишами) на клавиатуре.

Пользовательский интерфейс – это методы и средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами компьютера. Стартовый экран Windows представляет собой системный объект, называемый рабочим столом ( Рис. 4.1.).

Рис. 4.1. Рабочий стол.

Рабочий стол – это графическая среда, на которой отображаются объекты и элементы управления Windows. На рабочем столе можно видеть значки (пиктограммы, иконки), ярлыки и панель задач (основной элемент управления). При запуске Windows на рабочем столе присутствуют, как минимум, три значка: Мой компьютер, Сетевое окружение, Корзина. На рабочем столе могут быть расположены и другие значки. Его можно использовать и как временное хранилище своих файлов, но по окончании работы в учебном классе они должны быть либо удалены, либо перемещены в собственные папки.

Значки (Рис. 4.2.) являются графическим изображением объектов и позволяют управлять ими. Значок – это графическое представление объекта в свернутом виде, соответствующее папке, программе, документу, сетевому устройству или компьютеру. Значки, как правило, имеют метки – надписи, которые располагаются под ними. Щелчок левой кнопкой мыши по значку позволяет выделить его, а двойной щелчок – открыть (запустить) соответствующее этому значку приложение.

Ярлык является указателем на объект. Ярлык – это специальный файл, в котором содержится ссылка на представленный им объект (информация о месте расположения объекта на жестком диске). Двойной щелчок мыши по ярлыку позволяет запустить (открыть) представляемый им объект. При его удалении сам объект не стирается, в отличие от удаления значка. Достоинство ярлыков в том, что они обеспечивают быстрый доступ к объекту из любой папки, не расходуя на это памяти. Отличить ярлык от значка можно по маленькой стрелке в левом нижнем углу пиктограммы.

Рис. 4.2. Значок и ярлык

Панель задач является инструментом для переключения между открытыми папками или приложениями. В левой части панели задач расположена кнопка Пуск, в правой – панель индикации. На самой панели изображаются все открытые в данный момент объекты.

Кнопка Пуск открывает Главное меню (Рис. 4.3.). С его помощью можно запустить все программы, зарегистрированные в операционной системе, получить доступ ко всем средствам настройки операционной системы, к поисковой и справочной системам и другим функциям.

Рис. 4.3. Окно «Главное меню».

Центральным понятием Windows является окно. Окно – структурный и управляющий элемент пользовательского интерфейса, представляющий собой ограниченную рамкой прямоугольную область экрана, в которой может отображаться приложение, документ или сообщение.

Из других понятий Windows следует отметить понятия каталога и папки.

Каталог – поименованная группа файлов, объединенных по какому-либо признаку.

Папка – понятие, которое используется в Windows вместо понятия каталог в более ранних операционных системах. Понятие папка имеет расширенное толкование, так как наряду с обычными каталогами папки представляют и такие объекты, как Мой компьютер, Проводник, Принтер, Модем и др.

Через главное меню и панель управления можно получить доступ к различным объектам Windows, например, к информации о системе (Рис. 4.4).

Рис. 4.4. Окно Свойства системы.

Там же можно получить информацию об оборудовании компьютера, удалить, добавить или обновить драйверы устройств и т.д.

Если в процессе работы в Windows возникают какие-либо вопросы, можно обратиться в Центр справки и поддержки и, задав для поиска требуемый контекст, получить нужную подсказку (Рис. 4.5).

Рис. 4.5. Окно Центр справки и поддержки.

Глава 4.2. Основные действия над объектами

Что можно делать с объектами в Windows? Прежде всего, заметим, что довольно часто существует несколько путей реализовать то или иное действие.

Для инициирования действия над объектами Windows используется мышь, а именно, однократный или двойной щелчок левой или правой кнопкой мыши, а также сочетание нажатия кнопок с перемещением мыши. Особо упомянем в связи с перемещением мощный принцип "Drag and drop" – Перетащи и оставь, широко используемый в Windows. Суть его состоит в том, что к объекту подводится указатель мыши, нажимается одна из кнопок (какая именно – зависит от конкретной ситуации), а затем, не отпуская кнопки, объект переносится на новое место. После того, как перемещение завершено, кнопка отпускается. Так осуществляется копирование объекта, открытие документа с помощью данной программы и т.д.

Рассмотрим теперь действия над объектами.

Выделение (пометка) объектов

Прежде чем произвести действие над объектом, необходимо как-то указать системе на него. Естественно, выделить для дальнейшей обработки (пометить) можно не только отдельный объект, но и несколько разных объектов. Таким образом, имеется потенциальная возможность воздействия одной операции на целую группу объектов, например, разрешается скопировать одним приемом сразу несколько документов, программ и папок.

Для того чтобы пометить объект, достаточно подвести к нему указатель мыши и щелкнуть один раз левой кнопкой. При этом для визуальной индикации объект будет выделен цветом. Для отмены пометки можно просто щелкнуть по свободному месту окна или выделить другой объект – предыдущая пометка автоматически снимется.

Иногда, наоборот, хочется выделить еще один объект, не снимая отметки с предыдущего. В этом случае каждый последующий объект выделяется при нажатой клавише Ctrl. Проделав описанную операцию требуемое число раз, получим выделенную группу объектов, причем на расположение объектов в пределах окна не накладывается никаких ограничений.

Открытие (просмотр) объекта

Суть этого действия проста: мы просим систему показать нам, что представляет собой выбранный объект. Реакция системы, конечно, существенным образом будет зависеть от того, что именно мы хотим открыть. Если это диск или папка, то Windows выведет окно с их содержимым. Если это программа, то система ее запустит. В случае, когда нас заинтересовал документ, действия Windows будут более сложными: документ будет загружен в программу, для которой он предназначен. Так, картинка будет открыта с помощью породившего ее графического редактора, текст окажется "внутри" текстового редактора и т.д. Возможна ситуация, когда система не знает, как открыть данный "незнакомый ей" объект. В этом случае она предлагает пользователю выбрать программу, с помощью которой обрабатывается данный объект. Если пользователь это сделает, система запомнит новую связь и в дальнейшем будет ее использовать без дополнительных расспросов. Кстати, это наглядный пример того, как Windows способен адаптироваться к обстановке. Наверно, с некоторой натяжкой это даже может быть названо обучаемостью системы.

Для того чтобы посмотреть (или инициировать) объект в Windows следует подвести указатель к интересующему нас объекту и щелкнуть левой кнопкой мыши дважды.

Воздействие на объект

Как же инициировать какое-либо действие над объектом Windows? Несложно – указать объект мышью и нажать её правую кнопку. При этом на экране появится контекстное меню, в котором представлен список возможных действий над данным объектом. Остается только выбрать необходимое вам действие.

Иногда воздействие на объект в Windows происходит через изменение его свойств. Для этого выберем в упомянутом выше меню последний пункт – свойства, и рассмотрим появившееся диалоговое окно свойств. Вид окна может быть разным для разных объектов. Чаще всего свойств много, поэтому они объединяются в группы, каждая из которых располагается на отдельном листе свойств. Выбрать нужный лист помогают специальные закладки с подписями в верхней части листа.

Создание объекта

Создание объекта фактически является разновидностью предыдущей операции. Наибольший практический интерес представляет создание пустой папки. Делается это следующим образом. Прежде всего, необходимо указать компьютеру, где создать папку: на рабочем столе или в какой-нибудь папке (в последнем случае требуемую папку необходимо предварительно открыть). Убедившись, что ни один из объектов не выделен, щелкните один раз правой кнопкой мыши в том месте, где вам хочется видеть папку. В появившемся меню выберите пункт Создать, после чего в новом подменю укажите пункт Папку. В ответ на эти действия компьютер нарисует на экране папку и выделит цветом ее имя, останется только набрать его с клавиатуры.

Переименование объекта

Команда переименования в старых операционных системах имела сложный вид, т.к. необходимо было по определенным правилам набрать как новое, так и старое имя. В Windows выполнение процедуры переименование заметно упрощается. Пометив необходимый объект, щелкните один раз левой кнопкой внутри прямоугольника, в котором располагается его имя, а затем выполните требуемые исправления: объект получит новое имя.

Перенос объектов в Windows

Эта операция играет в работе с объектами очень важную роль и заслуживает самого пристального внимания. Как и большинство операций в Windows, ее можно выполнить несколькими способами, но мы ограничимся единственным, причем тем, который наиболее универсален и к тому же прост для понимания. Прежде всего, найдите на экране объект, который вы хотите переносить: возможно, для этого придется открыть какие-то папки. После того, как требуемый объект найден, подготовьте место, куда вы хотите перенести объект – это тоже может потребовать некоторых предварительных действий. Теперь, когда вы видите на экране и объект, и место, куда хотите его перенести, можно начинать операцию. Прежде всего, выделите нужный объект или группу объектов. Нажмите правую кнопку мыши и, удерживая ее, переместите объект. Затем отпустите кнопку, и вы увидите появившееся небольшое меню. Если вы хотите создать копию объекта, выберите пункт Копировать. При этом на экране получится два одинаковых объекта: появится новый, а старый сохранится. Если же использовать пункт меню Переместить, то объект-источник на старом месте будет уничтожен и на экране получится иллюзия перемещения объекта с одного места на другое.

Третья возможность, предоставляемая меню, будет рассмотрена в следующем пункте. Пока же поговорим подробнее о первых двух. Прежде всего, отметим, что перенос объектов является классическим примером реализации принципа "Drag and drop", о котором уже говорилось ранее. Согласно названию этого принципа объект надо перетащить и оставить там, где требуется.

И еще одно замечание по поводу удобства выполнения переноса. Для записи на дискету полезно на рабочем столе иметь ярлыки дисководов. В этом случае не потребуется каждый раз открывать объект "Мой компьютер", а будет достаточно просто "бросить" нужный объект на этот находящийся на рабочем столе ярлык. Аналогично можно поступать и для вывода на принтер.

Создание ярлыков

Эта операция является одним из вариантов операции переноса, подробно обсуждавшейся в предыдущем пункте. На первый взгляд, создание не должно сводиться к переносу. Но не следует забывать, что ярлык создается в другой папке, т.е. можно считать, что при этом требуется два действия: Создать ярлык и Переместить его. В свете этого наличие в контекстном меню возможности создать ярлык в качестве третьего пункта становится понятным.

Итак, если после отпускания правой кнопки мыши в появившемся меню выбрать пункт Создать ярлык, в указанном месте появится ссылка на помеченный объект. Напомним, что ярлык не является копией объекта, а только описывает путь к нему.

Удаление объекта

Удаление объекта сводится к его переносу в Корзину (подробное описание действий при переносе смотрите в п.6). Напомним, что из Корзины восстановление его еще возможно. Если же оно точно не потребуется, можно очистить корзину и тем самым уничтожить объект окончательно.

Глава 4.3. Объекты файловой системы – файл и папка

4.3.1. Объект – файл

Напомним понятия файла и файловой системы. Под файлом понимают логически связанную совокупность данных или программ, для размещения которой во внешней памяти выделяется именованная область. Файловая система обеспечивает возможность доступа к конкретному файлу и позволяет найти свободное место при записи нового файла. Она определяет схему записи информации, содержащейся в файлах, на физический диск. Файлы на диске записываются в свободные кластеры, поэтому фрагменты одного и того же файла могут находиться в разных местах диска. Относительно производительности системы наиболее предпочтительным является такой вариант размещения файла, когда его фрагменты занимают подряд идущие кластеры. Windows 2000/XP использует файловые системы FAT 32 и NTFS.

В среде Windows любой файл воспринимается как объект, имеющий уникальное имя. Файлу рекомендуется давать такое имя, которое отражает суть хранящейся в нем информации. В среде Windows в отличие от среды MS DOS имя может быть длинным и состоять из цифр, букв русского и латинского алфавитов, различных символов, включая точку. При переходе в среду MS DOS длинное имя по специальному алгоритму будет заменено 8-символьным именем со всеми присущими этой среде ограничениями.

С общими свойствами файла можно ознакомиться, вызвав для этого контекстное меню и выбрав команду Свойства (Рис. 4.6.). Рассмотрим параметры, отражающие общие свойства файла на примере файла, созданного в среде текстового процессора Microsoft Word:

тип файла;
приложение, которым будет обрабатываться файл;
размещение файла (путь);
размер файла, т.е. занимаемый файлом объем дискового пространства;
дата и время созданий файла;
дата и время внесения последних изменений файла;
дата и время последнего открытия файла;
атрибуты файла: архивный, только для чтения, скрытый, системный.

Помимо этого в окне Свойства будет отображен значок, служащий для указания среды, в которой создавался файл.

Рис. 4.6. Окно Свойства.

Над файлом можно выполнить определенный набор действий, которые переводят его из одного состояния в другое. С конкретным набором подобных действий можно познакомиться, вызвав контекстное меню. Среди предписываемых файлу действий можно выделить некий набор стандартных действий, которые можно выполнять с файлом любого типа. Рассмотрим эти действия.

Открыть файл. Результат этого действия будет зависеть от типа файла. Так, если файл хранит документ, то при его открытии вместе с ним будет загружаться и программная среда, где создавался этот документ. Например, открывая файл с рисунком, созданным в графическом редакторе, на экране можно увидеть интерфейс этого редактора и находящийся на его рабочем поле рисунок. Если же файл является главным файлом (файлом запуска) некоей программной системы, то одноименная команда служит сигналом для её запуска и на экране появляется интерфейс этой среды с пустым рабочим полем. Если системе неизвестно приложение, которое будет работать с данным файлом, она предложит перечень программ, с помощью которых можно попытаться открыть данный файл.

Примечание. Открыть файл можно, не прибегая к помощи контекстного меню. Для этого надо установить указатель мыши на значок файла и два раза щелкнуть мышью.

Заархивировать или разархивировать файл. По умолчанию предлагается архиватор, который производит необходимое действие.
Отправить файл. В результате этого действия файл либо отправляется по факсу или по электронной почте, либо перемещается в папку Мои документы или на гибкий диск.
Вырезать файл. Перемещение файла в другое место осуществляется в два приема: сначала файл вырезается по команде Вырезать, т.е. файл перемещается в буфер, затем с помощью указателя мыши выбирается место, куда следует переместить файл, и в контекстном меню выбирается команда Вставить.
Копировать файл, т.е. создать копию файла. По этой команде создается в буфере копия выбранного файла, а затем по команде Вставить вы можете многократно вставлять этот файл в места, указанные указателем мыши.
Удалить файл с диска. Удаление файла с диска может выполняться как на логическом, так и на физическом уровне. По команде Отправить файл в корзину файл удаляется в специально отведенную папку, которая называется Корзина и которая всегда находится на экране монитора. Файл, отправленный в Корзину, можно восстановить на исходном месте, достав его из Корзины. По команде Удалить файл он физически удаляется с диска. Эта команда выполняется для файлов Корзины.
Переименовать файл, т.е. изменить его имя.
Создать ярлык.

4.3.2. Объект – папка

Другим важным объектом файловой системы Windows является папка. Папка Windows играет ту же роль, что и обычная папка для хранения документов в делопроизводстве: она позволяет упорядочить хранение документов. Папку Windows можно рассматривать как понятие, аналогичное каталогу в операционной системе MS DOS, хранящему информацию о местонахождении файлов. Но в среде Windows термин "папка" приобретает более широкое толкование – хранилище объектов. Поэтому естественно говорить не "папка содержит информацию о местоположении файлов", а "папка содержит файлы". Помимо файлов папка может содержать и другие объекты (например, ярлыки). Так, папка может содержать файлы по курсовой работе или аннотации к книгам.

Папке присваивается имя, которое записывается по тем же правилам, что и имя файла. Как и файлы, папки имеют сокращенное имя для среды MS DOS.

Со свойствами папки, так же как и файла, можно ознакомиться, открыв контекстное меню и выбрав команду Свойства. В результате на экране появляется окно Свойства (Рис. 4.7), в котором отображаются:

имя данной папки, а также стандартный значок папки;
тип объекта, который служит указанием на то, что рассматриваемый объект является папкой;
имя папки с указанием пути;
размер папки, определяющийся суммарным размером всех хранящихся в ней файлов и папок;
количество хранящихся в ней папок и файлов;
дата и время создания папки;
атрибуты: Только для чтения, Архивный, Скрытый, Системный.

Рис. 4.7. Свойства папки.

Над папками, как над объектами, можно выполнять стандартный набор действий, аналогичный тем, которые производятся с файлами: создать папку, удалить папку, переименовать папку, скопировать папку в другое место, переместить папку другое место. Помимо них предусмотрены действия по открытию или закрытию папки. При открытии папки на экране появляется окно в котором значками изображены содержащиеся в ней файлы. Закрытие папки означает закрытие этого окна. В программе Проводник в панели структуры папок открытая папка отмечается специальным значком, в то время как остальным (закрытым) папкам соответствует стандартный значок.

Глава 4.4. Настройка графического интерфейса

Под настройкой графического интерфейса будем понимать настройку:

Рабочего стола;
Меню «Пуск»;
Панели задач;
Свойств папки.

4.4.1. Настройка рабочего стола

Для настройки рабочего стола требуется установить курсор на свободное место, нажать правую кнопку мыши, и в появившемся контекстном меню выбрать графу Свойства. После этого откроется окно Свойства: экран (Рис. 4.8.).

Рис. 4.8. Окно Свойства: Экран.

Закладками выбирается: Тема, Рабочий стол, Заставка, Оформление и Параметры Экрана.

В закладке Тема выбирается общий вид оформления рабочего стола. Их может быть несколько вариантов и каждый из пользователей, если они работают под одним именем что нередко встречается у членов одной семьи, может переоформить экран по своему вкусу одним щелчком мыши.

В закладке Рабочий стол выбираются значки, отображаемые на рабочем столе, их вид и фоновый рисунок.

В закладке Заставка выбирается вид заставки и ее параметры.

В закладке Оформление выбираются стиль оформления рабочего стола, цветовая схема, размер шрифта, что важно для людей с плохим зрением, и ряд дополнительных эффектов.

В закладке Параметры экрана выбирается разрешение экрана, количество цветов и некоторые другие параметры. Следует заметить, что некоторые параметры, например разрешение экрана, зависят от возможностей монитора и видеокарты.

4.4.2. Настройка меню Пуск и Панели задач

В окно настройки меню Пуск и Панели задач (Рис. 4.9.) попадаем через панель управления.

Рис. 4.9. Настройка Панели задач и меню Пуск.

Параметры настройки панели задач очевидны при взгляде на окно настройки.

Настройка меню Пуск сводится к выбору стиля меню: классического или XP и выбору размера значков, состава элементов меню и пр. Переход к выбору параметров, не отображенных в первом окне, осуществляется кнопкой Настроить.

4.4.3. Настройка свойств папки

К окну настройки свойств папки можно перейти, выбрав в меню папки сервис и свойства папки (Рис. 4.10).

Начнем с закладки «Общие». Первая задача – выбор между видом, принятом в Windows XP, или классическим, используемым в более ранних версиях Windows. В общем-то, кому что нравится. Вторая задача: открывать ли каждую папку в новом окне? Лучше в одном и том же, иначе можно наплодить большое количество окон (к требующемуся объекту длинный путь), что перегружает рабочий стол.

И последнее замечание: открывать объект одним щелчком или двумя7 То же все зависит от вкуса и темперамента.

Закладка Вид – настройка множества дополнительных параметров (не будем их все перечислять за исключением: показывать или нет скрытые файлы). Скрытые файлы – это, как правило, системные файлы и неискушенному пользователю там делать нечего. Так что лучше их не показывать и не засорять экран лишней информацией.

Еще в этой закладке решается вопрос: применить настройку к данной папке или ко всем. Зависит от типа папки. Если папка с рисунками, и вы выбрали показ содержимого объекта, то не имеет смысла применять этот параметр ко всем остальным папкам, так как для файлов, например, с документами это не очень интересно.

Закладка Типы файлов связывает расширение имени файла с приложением, например, DOS и Microsoft Word. Как правило, большинство связей устанавливается по умолчанию.

Рис. 4.10. Свойства папки.

Последняя закладка Автономные файлы касается работы с файлами в компьютерной сети. Если мы используем возможность работы с автономными файлами, то даже при отключении от сети работу с ним можно продолжить, правда, по окончании работы (или начале следующего сеанса) потребуется синхронизация – приведение сетевого и автономного файла к единому виду.

Глава 4.5. Установка оборудования и приложений

4.5.1. Установка и удаление приложений

С каждым программным продуктом поставляется комплект средств для его установки на Вашем компьютере. В большинстве случаев, но не всегда, удалить этот продукт можно с помощью утилиты Uninstall, поставляемой вместе с продуктом. Если такой утилиты в составе поставки нет, а параметры программы при установке прописываются в системном реестре, то простое физическое удаление файлов данного продукта может привести к сбоям в работе операционной системы.

В Windows есть средство позволяющее решить эту проблему. Через меню Пуск и Панель управления выходим на Установку и удаление программ и компонентов Windows (Рис. 4.11.)

Рис. 4.11. Установка и удаление программ.

Слева расположены четыре больших клавиши:

Изменение или удаление программ – удаление или установка новой версии.
Установка новой программы – справа потребуется задать носитель установочных файлов – CD ROM или другой.
Установка компонентов Windows – справа выбор компонента.
Выбор программ по умолчанию – выбор браузера, почтовой программы, проигрывателя Media и программы обмена сообщениями.

Никаких сложностей, при четком следовании указаниям появляющимся на экране, не должно возникнуть.

4.5.2. Установка и настройка оборудования

Большинство современных устройств обладает параметром Plug and Play. То есть система при подключении нового оборудования сама его обнаруживает и устанавливает (для большинства часто используемых устройств – например, модемы и принтеры в Windows 2000/XP имеются драйверы).

Исключение составляют новинки и устаревшее оборудование (устаревшее – не значит плохое, только в системе для него драйвера нет).

В этом случае воспользуемся средством «Установка и диагностика оборудования». Выход – через меню Пуск и Панель управления (Рис. 4.12.).

Работа с Мастером установки оборудования не вызывает затруднений. Разумеется, при точном следовании его указаниям и внимательном отношении к делу. После подключения оборудования и обнаружения его мастером, в большинстве случаев Вам будет предложена альтернатива: вставить установочный диск или выбрать оборудование из списка. При выборе оборудования из списка (это значит, что драйвер устройства имеется на дистрибутивном диске Windows), мастер попросит Вас поставить этот дистрибутивный диск – будьте к этому готовы.

В качестве примера исключения можно привести установку ADSL модема фирмы D – Link. В комплекте поставки модема имеются драйвера отличные от драйверов в Windows, и, если Вы начнете установку с включенным модемом, возникнет конфликт.

Рис. 4.12. Окно мастера установки оборудования.

В результате установленный модем может работать неправильно. Чтобы этого избежать, надо несколько нарушить рекомендованный порядок – начинать установку модема, не подключая его к компьютеру.

Раздел 5. Работа с редактором MS Word

Начать работать в редакторе Mircosoft Word можно с щелчка на кнопке Пуск в нижнем левом углу экрана, затем выбрать пункт Программы и затем Microsoft Word или можно поместить на Рабочий стол ярлык редактора MS Word и обращаться сразу к нему. Система после показа заставки приложения вызывает на экран редактор: на синем фоне вверху экрана выводится «Документ 1 - Microsoft Word», ниже на сером фоне отображаются стандартная панель и панель форматирования, ещё ниже помещается белое поле для ввода с полосами прокрутки, ещё ниже на сером фоне – информация о местоположении курсора и в самом низу имеется Панель задач.

Чтобы получить информацию о любом элементе управления (в том числе кнопке), на него (неё) нужно поместить указатель мыши и немного подождать: рядом появится название. Если возникают затруднения в работе с приложениями, то разумно воспользоваться справкой, вызываемой клавишей F1 или щелчком на кнопке ? стандартной панели или щелчком правой кнопкой мыши на элементе диалогового окна. Чтобы найти справку, следует раскрыть вкладку Предметный указатель или Поиск.

Ещё одно замечание по работе с командами строки меню. Вследствие обилия элементов управления пункты строки меню открываются в два приёма. На первом этапе открывается «сокращённое меню» и, если требуемого элемента управления в нем нет, следует открыть «расширенное меню» наведением указателя мыши на «пункт раскрытия».

Глава 5.1. Создание, открытие и сохранение документов в различных формах. Основные режимы работы с документами

Последовательности действий для создания, открытия, закрытия и сохранения файлов похожи друг на друга. Необходимые команды выбираются щелчком на соответствующей кнопке стандартной панели инструментов, требуемой команде в меню Файл или нажатием на сочетание клавиш на клавиатуре (приведены в меню Файл). При этом открывается стандартное диалоговое окно. Диалоговое окно не открывается, когда файл сохраняется после того, как ему присвоено имя. Переименовать файл можно при помощи команды Сохранить как.

Когда открыт новый файл, то раскрывается диалоговое окно Создание документа, в верхней части которого расположены вкладки, соответствующие тем типам документов, которые можно создать. На каждой вкладке имеются файлы, являющиеся шаблонами или мастерами:

в шаблонах располагается информация о форматировании, стилях, тексте, различных командах меню и панелях инструментов;
мастера представляют собой последовательности диалоговых окон, которые позволяют поэтапно создать документ.

Когда создание файла занимает значительное время (более 1-2 мин), то его обязательно нужно сохранять, чтобы он не пострадал от выключения электроэнергии, неверного нажатия кнопок и других помех. Если попытаться закрыть не сохранённый документ или выйти из редактора, не сохранив документ, то на экране появится подсказка с предложением сохранить документ, где следует выбрать ответ Да. В появившееся диалоговое окно (рис. 5.1) следует ввести его имя в текстовое поле Имя файла, выбрать место сохранения в раскрывающемся списке Папка и щёлкнуть на кнопке Сохранить.

Рис. 5.1. Окно сохранения документа.

По действующим правилам имя файла может содержать пробелы и иметь до 255 символов, кроме / \ : ] [ “ < > !

Нельзя использовать одно и то же имя документа, набранное один раз прописными, а другой раз строчными буквами. Когда документ уже сохранён, то его имя появляется в строке заголовка MS Word. Если открываются существующие либо создаются новые документы, и никакие документы при этом не закрываются, то в памяти накапливается много документов. Их список раскрывается после выбора раздела меню Окно.

После того, как в раскрывающемся списке Папка выделен диск и папка, в поле содержания появляется список файлов. Этот список может быть представлен четырьмя различными способами (нажатием на кнопку Представления):

Список (отображает только имена файлов);
Таблица (дополнительно выводит размер файлов, их тип, дату и время последнего изменения); чтобы рассортировать файлы по содержимому какого-либо столбца, следует щёлкнуть на заголовке этого столбца;
Свойства (дополнительно выводит заголовок, имя автора, ключевые слова и т.п.);
Просмотр (в поле содержания отображается внешний вид файла).

Во избежание потери данных при работе с объёмным документом рекомендуется использовать его автосохранение Сервис/Параметры/вкладка Сохранение в окне автосохранение, например, каждые 3 минуты.

Поскольку поиск файла обычно вызывает затруднения, рекомендуется сходные по содержимому файлы хранить в одной папке, а названия файлам и папкам давать в строгом соответствии с их содержимым. Тогда при открытии окна легко выбирается нужная папка на соответствующем уровне поиска. Можно также рекомендовать устанавливать «свойства документа», что позволяет ускорить их идентификацию пользователем.

По умолчанию раскрывающиеся окна открытия и сохранения документа представляют только файлы, созданные в этом приложении. Чтобы получить список всех файлов, выбирают раскрывающийся список Тип файла.

Эта возможность позволяет сохранять документы в формате, подходящем для размещения на Web-сайте, открывать файлы, созданные в других приложениях (с другим расширением), или сохранять файлы для использования другим приложением и в другом формате (как текстовые файлы (*rtf, *txt), шаблоны и т.п.).

Рекомендуется сохранять документы в редакторе не со стандартным расширением “.doc”, а с расширением “.rtf”, так как такие файлы лучше защищены от вирусов.

Следует отметить, что в окнах открытия и сохранения документа предусмотрены стандартные возможности работы с выделенными файлами при нажатии на правую кнопку мыши (в контекстном меню).

Режимы работы с документами

В MS Word существуют несколько режимов работы с документами: обычный режим, режим Web-документа, режим разметки и режим структуры документа. Обычный режим используется в основном для ввода и редактирования текста, причём все операции в этом режиме проходят значительно быстрее, чем в других режимах. В режиме Web-документа экранное представление не совпадает с печатным, поскольку заранее не известно, каким средством просмотра и на каком оборудовании будет просматриваться документ и поэтому форматирование документа на экране является относительным. Режим разметки предпочтительнее при форматировании текста, предназначенного для печати, так как полностью соответствует печатному тексту и позволяет контролировать его размещение на странице. В режиме структуры отображаются только заголовки документа. Он полезен для разработки первичного плана документа, благодаря возможности править структуру на открывающейся вспомогательной панели Структура.

Выбор вышеуказанных режимов выполняется командными кнопками в левом нижнем углу окна приложения или командами меню Вид. Через меню Вид доступно также представление Схема документа, в котором окно приложения имеет две панели: на левой – представляется структура документа, а на правой – сам документ. Режим полезен при просмотре документов сложной структуры.

Если требуется особо тщательный просмотр текста, то его можно развернуть во весь экран с помощью команды Вид/Во весь экран. Возврат в исходное состояние происходит при нажатии на кнопку Во весь экран или на клавишу Esc.

Изменение масштаба отображения документа производится кнопкой Масштаб на стандартной панели или командой Вид/Масштаб. Имеются варианты изменения масштаба по ширине страницы, по ширине текста, странице целиком или на две страницы. Если предусмотренные варианты изменения не устраивают, то можно ввести масштаб вручную (от 10 до 200%)

С помощью стандартной панели (или меню Файл) можно вызвать режим предварительного просмотра, удобный для просмотра готового документа.

В дополнение к Стандартной панели и Форматирование можно вызвать дополнительные панели инструментов, которые перечислены в Вид/панели инструментов, каждую из которых можно настроить по своему усмотрению, если нажать кнопку Настройка.

Кроме изменения встроенных панелей, можно создавать пользовательские панели. После щелчка на кнопке Настройка следует выбрать Создать, тогда появится диалоговое окно Создание панели инструментов. Здесь нужно ввести имя панели в текстовое поле Имя панели инструментов и выбрать шаблон для хранения панели из раскрывающего списка Сделать панель доступной для: и щёлкнуть на кнопке ОК. После появления диалогового окна Настройка и новой панели следует выбрать категорию, содержащую необходимую кнопку или другой значок, и перетащить его из секции Кнопки в новую панель. Эту процедуру нужно повторять до полного заполнения пользовательской панели и закрыть диалоговое окно Настройка, щёлкнув на кнопке ОК.

Глава 5.2. Ввод, редактирование и форматирование текста. Управления форматами шрифта. Проверка правописания

Переход на новую строку при вводе текста происходит при достижении границы правого поля. Нажимать клавишу Enter следует только при переходе к вводу нового абзаца. Удаление символа слева от курсора происходит при нажатии на клавишу Backspace, а удаление символа справа от курсора – при нажатии на клавишу Delete. Отмена ввода происходит с помощью кнопки Отменить ввод на стандартной панели или в меню Правка. Двойной щелчок на индикаторе ЗАМ в строке состояния (внизу поля ввода) приводит к переходу из режима вставки к режиму замены: вводимый текст будет замещать (удалять) символы ранее введённого текста, расположенные справа от курсора. Повторный двойной щелчок на индикаторе ЗАМ позволяет вернуться в режим вставки.

Курсор устанавливается в нужное место путём перемещения туда I-образного указателя мыши и щелчка по левой кнопке мыши. Перемещение курсора в область вне видимой части окна ведётся с помощью полос прокрутки. Перемещение по длинному тексту удобно проводить с помощью клавиш клавиатуры Page Up, Page Down, Home, End.

Когда вводится текст, то часто требуется удалить его часть или переместить часть текста в другое место. Иногда возникает потребность изменить начертание шрифта, его размер и т.п. Для выполнения таких действий фрагмент текста, в котором требуется сделать изменения, необходимо выделить. Изображение текста в выделенном фрагменте становится негативным – белые символы на чёрном фоне. Выделение делается с помощью мыши, клавиатуры или их комбинации:

слово выделяется двойным щелчком;
предложение выделяется щелчком при нажатой клавише;
абзац выделяется тройным щелчком;
для выделения произвольного фрагмента текста нужно установить курсор в его начало, нажать левую кнопку мыши и, удерживая её, перемещать курсор в нужном направлении;
для выделения строки нужно сделать щелчок мышью в полосе выделения (полоса вдоль левого края документа, где указатель мыши меняет I-образную форму на стрелку, указывающую вверх и вправо) напротив выделяемой строки; для выделения нескольких строк нужно перемещать курсор в полосе выделения при нажатой левой кнопке мыши;
весь документ выделяется щелчком в полосе выделения при нажатой клавише Ctrl;
блок текста выделяется перемещением курсора при нажатых левой кнопке мыши и клавише Alt;
выделение текста с помощью клавиш управления курсором проводится при нажатой клавише Shift;
выделение снимается щелчком мыши в любом месте или нажатием клавиши перемещения курсора.

Следует иметь в виду, что нажатие любой клавиши клавиатуры при выделенном тексте приводит к его удалению.

Над выделенным текстом можно выполнить одну или несколько операций: скопировать его, переместить или удалить. Для этого используются команды меню Правка или кнопки стандартной панели Вырезать, Копировать, Вставить. Можно также использовать клавиатуру (комбинации клавиш указаны в меню Правка).

Если мышь наставить на выделенный фрагмент (указатель мыши при этом меняет I-образную форму на стрелку, указывающую вверх и влево), то можно при нажатой левой клавише мыши переместить фрагмент (перетаскивание). Копия выделенного фрагмента перемещается, если при перетаскивании дополнительно удерживать нажатой клавишу Ctrl. Можно также воспользоваться контекстным меню, нажимая правую кнопку мыши. Если при перетаскивании мышью фрагмента текста обнаружится ошибка, то следует нажать клавишу Esc перед тем как отпустить левую кнопку мыши. Перемещения при этом не произойдёт.

Команда Правка/Отменить ввод или кнопка стандартной панели позволяет отменить многие ошибочные действия (комбинация клавиш указана в меню Правка). Если после применения действия Отменить ввод нужно вернуться к предыдущему варианту, используется команда Правка/Повторить ввод или кнопка стандартной панели.

Несколько символов удаляются, как правило, клавишами Delete или Backspace. Этими же клавишами можно удалить выделенный фрагмент.

Применение команды Вырезать удаляет выделенный фрагмент с экрана и помещает его в Буфер обмена, а по команде Копировать выделенный фрагмент остаётся на своём месте, а в Буфер обмена помещается копия этого фрагмента. Имеется возможность вставить по месту нахождения курсора сразу всю хранимую в элементах Буфера обмена информацию с помощью кнопки панели Буфера обмена Вставить все или информацию из любого элемента Буфера обмена с помощью кнопки Элементы, а также стереть информацию во всех элементах с помощью кнопки Очистить буфер обмена.

Буфер обмена доступен для всех приложений и поэтому выполнение копирования является одним из способов обмена данными между приложениями.

Часто встречающаяся ошибка ввода текста прописными буквами может быть легко исправлена с помощью команды Формат/Регистр, которая вызывает диалоговое окно Регистр (рис. 5.2).

Рис 5.2. Диалоговое окно Регистр.

Выбирая гарнитуру шрифта, следует раскрыть список Шрифт на панели инструментов Форматирование. Шрифты типа Times Roman обычно используются в документах, а курсивные – в поздравительных адресах. Размер шрифта измеряется в пунктах (72 пункта составляют 1 дюйм). Для новых документов, создаваемых на основе шаблона Обычный, по умолчанию установлен шрифт Times New Roman размером в 12 пунктов. Для документов, передаваемых факсимильными аппаратами, следует использовать шрифт размером 14 пунктов. Изменение размера шрифта производится через раскрывающийся список Размер панели Форматирование, причём можно задавать также и произвольные размеры, например, 13 или 15.

Выбор начертания (обычный, полужирный, курсив, подчёркнутый и произвольные их сочетания) производится тремя кнопками на панели Форматирование. Если перед нажатием кнопок было сделано выделение текста, то изменения коснутся выделенного фрагмента, а иначе будет изменяться начертание вновь водимых символов. Помимо названных способов начертания имеется много других эффектов, например, зачёркнутый, верхний индекс, нижний индекс и т.д. Доступ к ним осуществляется через список видоизменение диалогового окна Формат/Шрифт/ вкладка Шрифт. (рис. 5.3).

Рис 5.3. Диалоговое окно установки формата шрифта.

Вкладка Анимация этого окна позволяет создавать анимационные эффекты в выделенном фрагменте, например, красные муравьи, мерцание, мигание. Наличие окон Образец и Вид на указанных вкладках дают представление о том, как изменится вид документа.

Форматирование документа в целом можно существенно упростить, если применять копирование форматов. Если, например, для одного из заголовков выбран определённый формат, и его нужно применить для других заголовков, то следует предпринять следующие действия:

установить курсор на абзац, формат которого копируется;
дважды быстро щёлкнуть на кнопке Формат по образцу на панели инструментов Стандартная; указатель мыши примет вид кисти и появится информация в строке состояния;
протащить указатель мыши по тексту, формат которого надо изменить (в данном примере по всем остальным заголовкам), и отпустить левую кнопку мыши;
выход из копирования с помощью кнопки Формат по образцу или клавиши Esc.

Для изменения формата во всём документе можно воспользоваться пунктом локального меню «выделить текст, имеющий такой же формат…».

Текст можно выделить цветом: кнопки Цвет шрифта и Выделение цветом на панели Форматирование позволяют изменять цвет шрифта и цвет фона соответственно. Выбор цвета из раскрывающегося списка доступен после щелчка на правой части кнопки с изображением треугольника. Хотя выделение цветом редко используется в конечных документах, но оно полезно для привлечения внимания к отдельным фрагментам текста.

Настройка метода выравнивания возможна по левому краю, по центру, по правому краю и по ширине и производится соответствующими кнопками на панели Форматирование. Выбор метода выравнивания зависит от назначения документа. Печатные документы на русском языке обычно выравнивают по ширине и делают перенос слов командой Сервис/Язык/Расстановка переносов, установкой флажка на поле автоматическая расстановка переносов и щелчком на кнопке ОК. Web-страницы и документы на английском языке выравнивают по левому краю.

При вводе текста автоматически происходит проверка правописания, орфографические ошибки подчёркиваются красной волнистой линией, а синтаксические – зелёной. Если указание на ошибку требует пояснений, то следует установить курсор на ошибочное слово или предложение и щёлкнуть на кнопке Правописание на панели Стандартная. В раскрывающемся диалоговом окне (рис.5.4 )можно найти пояснение к выявленной ошибке и исправить её.

При несогласии с редактором следует щёлкнуть по кнопке Пропустить.

Рис. 5.4. Диалоговое окно Правописание.

Глава 5.3. Управление форматом абзаца

Главная задача при создании профессионально исполненного документа – правильно и красиво расположить строки текста на странице. Эта задача решается форматированием абзацев. Под абзацем понимается любой текст, заканчивающийся символом конца абзаца: основной текст, заголовок, элемент списка или содержимое ячейки таблицы. В пределах абзаца регулируется длина строк, тип выравнивания относительно левого и правого поля страницы, интервал между строками и абзацами, а также характер размещения текста по отношению к позициям табуляции.

Интервалом между строками называется расстояние между двумя соседними строками в тексте. MS Word обеспечивает одинарный интервал между строками примерно 120% по отношению к размеру шрифта. Можно установить полуторный или двойной интервал или задать его величину:

выделить абзац или абзацы или установить курсор в позицию, начиная с которой нужно изменить интервал;
выбрать команду Формат/Абзац; на экран будет выведено диалоговое окно Абзац (рис. 5.5);
раскрыть вкладку Отступы и интервалы;
в раскрывающемся списке междустрочный выбрать нужное значение интервала или установить его значение в окне значение;
щёлкнуть на кнопке ОК.

Рис. 5.5. Диалоговое окно установки формата абзаца.

Хотя в шаблоне Обычный не предусмотрено дополнительных интервалов между абзацами, можно ввести их после раскрытия вкладки Отступы и интервалы в группе Интервал в окнах перед и (или) после и затем щёлкнуть на кнопке ОК.

Кроме того, во вкладке Отступы и интервалы можно настроить величины отступов слева и справа и величину отступа первой строки абзаца (красная строка). Отступы слева и справа для основного текста обычно не задают, так как положение текста определяется величиной полей, задаваемых во вкладке Поля команды Файл/ Параметры страницы. Для Web-документов величина абзацного отступа используется очень широко.

Глава 5.4. Настройка печати и печать документов

По умолчанию левое и правое поля страницы устанавливаются с размерами 3 и 1,5 см, а верхнее и нижнее поля – с размером 2 см. При желании их можно изменить командой Файл/Параметры страницы вкладка Поля (рис. 5.6).

Рис. 5.6. Вкладка Поля Диалогового окна Параметры страницы.

На другой вкладке Размер бумаги (рис. 5.7) можно задать размер бумаги и ориентацию: книжную или альбомную.

Рис. 5.7. Вкладка Размер бумаги диалогового окна Параметры страницы.

Перед печатью рекомендуется щёлкнуть на кнопке Предварительный просмотр на панели Стандартная или в меню Файл. Выбрать кнопку Несколько страниц и уменьшить масштаб до 15-20%, чтобы можно было увидеть весь документ или его большой фрагмент со всеми вставками, рисунками, диаграммами и таблицами.

Для вывода документа на печать служит команда Печать на панели Стандартная. Отмена печати проводится по схеме Панель управления/ Принтеры/ Ваш принтер/ Снять печать документа.

Важным подспорьем при печати больших документов является команда Файл/ Печать. В различных окнах этого диалогового окна (рис. 5.8) можно менять режимы и задавать объем печати (число копий, разборка по копиям, вывод только чётных или нечётных страниц, текущей страницы или выделенного фрагмента, печать страниц с заданными номерами или диапазоном).

Интересной представляется возможность печати нескольких страниц текста на одном листе бумаги.

Рис. 5.8. Диалоговое окно Печать.

Глава 5.5. Вставка таблиц, рисунков, диаграмм и других объектов.
Управление форматом, размерами и положением объекта

Объекты, исполненные другими программными средствами или полученные из внешнего источника, вставляются в документ методом внедрения или связывания. В первом случае объект войдёт в документ и будет транспортироваться вместе с ним. Пользователь документа, в который вставлен объект методом внедрения, лишен доступа к оригиналу. После выделения объекта, вставленного в документ методом связывания, можно редактировать объект, используя приложение, в котором он был создан.

Эти два подхода применяются для различных применений документа. Если документ готовится не для печати на принтере, а для передачи заказчику в электронном виде с необходимостью последующей обработки, то несправедливо лишать заказчика возможности редактировать встроенные объекты. Поэтому при выделении объекта, имеющего связь с оригиналом, в меню Правка всегда активизируется пункт Связи, открывающий диалоговое окно Связи для обновления связи, если оригинал изменился, разрыву связи, смене источника или одновременного внедрения и связывания

У объектов, с которыми может работать MS Word, есть общие свойства: размер, положение на странице и характер взаимодействия с текстом. Когда объект выделен, то вокруг него можно видеть 8 квадратных маркеров для управления размерами объекта и (для некоторых объектов) один маркер ромбической формы желтого цвета для управления углом наклона или поворота объекта. Если навести указатель мыши на сам объект, то указатель превращается в четырёхстороннюю стрелку, позволяющую перетаскивать объект по рабочему пространству документа.

Таким образом, можно вручную управлять размером, поворотом и положением объекта на странице. Управление другими свойствами проводится из панели инструментов, соответствующей типу объекта (открывается автоматически после выделения объекта), или в диалоговом окне Формат объекта, которое открывается из контекстного меню объекта. С помощью панели инструментов управляют индивидуальными свойствами объектов (различными для разных объектов), а с помощью диалогового окна Формат объекта (рис. 5.9) управляют общими свойствами для объектов всех типов.

Рис. 5.9. Диалоговое окно Формат объекта.

Во вкладке Положение диалогового окна Формат объекта предусмотрены следующие варианты взаимодействия объекта и текста: В тексте, Вокруг рамки, По контуру, Перед текстом (в случае, когда оформление важнее содержания), За текстом (рекомендуется использовать текст без засечек типа Arial для хорошей контрастности текста). Дополнительные варианты имеются в диалоговом окне Дополнительная разметка.

Таким образом, объект располагается относительно страницы с помощью рассмотренного диалогового окна Формат объекта/ Положение.

Если различным объектам разрешено перекрывать друг друга, то их нужно все выделить (при нажатой клавише Shift) и следовать указаниям окна Группировать, открываемого командой Группировка контекстного меню.

Глава 5.6. Формат и стиль документа. Колонки и списки. Колонтитулы и автотекст. Шаблоны документов

В меню Формат/Абзац, Формат/Шрифт содержится довольно много элементов управления, и выполнять их для каждого абзаца объёмного документа утомительная задача. Её можно автоматизировать, используя Стили. Хотя подготовка небольших по объёму документов обычно проводится без использования этого средства, рекомендуется освоить технику работы со стилями для получения качественных документов.

Стилем оформления называется именованная совокупность настроек параметров шрифта, абзаца, языка, линий и рамок. Благодаря этому средству обеспечивается легкость форматирования абзацев и заголовков текста. Текстовый процессор поддерживает стили абзаца для форматирования абзацев и знаковые стили, с помощью которых можно изменять оформление выделенных фрагментов текста внутри абзаца.

Настройка стиля производится с помощью списка Стили в диалоговом окне Стиль, вызываемого по команде Формат/Стиль (рис. 5.10).

Рис. 5.10. Диалоговое окно Стиль.

На панелях Абзац и Знаки отображаются образцы. Для изменения стиля применяется кнопка Изменить, которая открывает диалоговое окно Изменение стиля.

Каждый из элементов стиля настраивается в отдельном диалоговом окне. Выбор элемента выполняется в меню, открываемом командной кнопкой Формат. Настройку стиля лучше всего проводить по уже имеющемуся образцу, который близок к настраиваемому. Стиль следующего абзаца указывают для автоматического применения выбранного стиля к следующему абзацу, после закрытия предыдущего клавишей Enter.

Созданные стили сохраняются вместе с документом, но важно иметь возможность сохранять их вне документа. Для этой цели используют шаблоны. Ряд готовых шаблонов имеется в текстовом процессоре. Шаблоны по своей сути являются заготовками документов, в которых приняты меры по их защите от повреждений.

По команде Файл/Создать открывается диалоговое окно Создание документа, в котором выбирают шаблон для документа. Если включить переключатель шаблон в правом нижнем углу диалогового окна, то можно создать собственный шаблон на основе стандартного. Завершив настройку стилей, следует применить команду Сохранить как с включением пункта Шаблон документа в поле Тип файла.

Развитием этого направления для Web-документов является средство Тема, в котором использованы следующие элементы оформления: фоновый узор, стили оформления основного текста и заголовков, стиль оформления маркированных списков, стиль графических элементов оформления (линий). Выбор тем происходит по команде Формат/Темы (рис. 5.11).

Рис. 5.11. Диалоговое окно Тема.

Колонки в тексте создаются командой Формат/Колонки, открывающей диалоговое окно Колонки, в котором можно выбрать тип, число колонок, их ширину и величину промежутка между ними. Результат демонстрируется в окне Образец.

Кнопки Нумерация и Маркеры панели Форматирование служат для создания списка (рис. 5.12), особенно широко применяемого в Web-документах. Выход из списка осуществляется повторным щелчком на соответствующей кнопке. Для автоматического создания маркированного списка нужно начать строку символом * и по завершению строки и нажатия клавиши Enter символ * автоматически превратиться в маркер. Автоматическое создание нумерованного списка происходит при вводе в начале строки цифры (не обязательно единицы) с последующей точкой и пробелом.

Командная кнопка Рисунок на вкладке Маркированный диалогового окна Список меню Формат служит для выбора графических маркеров. Эта кнопка открывает диалоговое окно Рисованный маркер в котором можно выбрать маркер, в том числе анимированный (на вкладке Фильмы).

Рис. 5.12. Диалоговое окно Список.

Вставка колонтитулов производится командой Вид/Колонтитулы, являющейся обобщением команды Вставка/Номера страниц. Панели Верхний колонтитул и Нижний колонтитул позволяют вводить и форматировать текст, добавлять номер страницы, добавлять поля с указанием даты, текущего времени, сведениями о документе (имя файла, число страниц, автор), номере текущего раздела.

Автотекст – это режим автоматического ввода фрагментов текста. Его можно представить автозавершением и самим автотекстом. В текстовом процессоре хранятся слова и фразы, часто встречающиеся в документах. При вводе первых 4-х символов на экране появляется всплывающая подсказка с полным текстом. Если это подходит, то ввод фрагмента завершается нажатием клавиши Enter. Так работает автозавершение.

В дополнение к этому можно выбрать необходимый элемент из списка – 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) (рис. 5.13).

Рис. 5.13. Диалоговое окно Автозамена.

Для наполнения словаря новым содержанием следует выделить текст на экране, щёлкнуть на кнопке Автотекст на панели инструментов Автотекст и в открывшемся окне использовать кнопку Добавить.

Рекомендация для введения коротких сочетаний: вводится .ни. вместо длинного «на панели инструментов». Точки до и после символов ставятся, чтобы отличать такие сочетания от двухбуквенных союзов и предлогов.

Настройку средства Автозамена выполняется в диалоговом окне Сервис/ Автозамена. Для этого следует установить переключатель Заменять при вводе, ввести заменяемую комбинацию в поле Заменить, а замещающую комбинацию в поле На, после чего дополнить список автозамены щелчком на кнопке Добавить. Средство автозамены можно использовать для быстрого ввода специальных символов: например, после настроек можно вводить знак умножения  и греческую букву  с помощью текста «умн» и «аль».

Глава 5.7. Создание, редактирование и форматирование таблиц

Данные, представленные в табличном виде, всегда отличаются большой наглядностью. Кроме того ячейки таблиц могут содержать графические и прочие объекты, что полезно для Web-документов. Важным приёмом является скрытие рамок. В результате объекты в ячейках образуют ровные регулярные структуры, а следов таблиц на экране нет.

Наиболее просто создать таблицу командой Таблица/Добавить/Таблица (рис. 5.14). Если вместо конкретного размера задать параметр Авто, включается режим Автоподбор, и столбцы могут эластично форматироваться.

Таблицы сложной структуры создают методом рисования, используя элементы управления на панели инструментов Таблицы и границы, которая открывается командой Таблица/Нарисовать таблицу.

Редактирование структуры таблицы удобно проводить через меню Таблица или через контекстные меню выделенных объектов. Оно заключается в добавлении и удалении строк и столбцов, слиянии и разбиении выделенных ячеек. Комбинируя эти операции, можно создавать таблицы со сложной структурой.

Форматирование таблиц ведётся с помощью диалогового окна Свойства таблицы в меню Таблица.

Рис. 5.14. Диалоговое окно создания таблицы.

Имеются возможности задавать метод выравнивания таблицы, вариант обтекания, варианты оформления рамок и ячеек, размеры внутренних полей в ячейках и интервалы между ячейками, назначать параметры текущей ячейки, строки, столбца или выделенных ячеек, строк, столбцов.

Маркеры, появляющиеся при наведении указателя мыши на таблицу или её элементы, позволяют перемещать саму таблицу и менять размеры таблицы и её элементов.

Выбор нужной ячейки для ввода объекта выполняется мышью, а её выделение – тройным щелчком на ячейке. Группы ячеек выделяют методом протягивания. Перемещение между ячейками ведётся клавишами перемещения курсора или с помощью мыши.

Автоматическое форматирование запускается командой Таблица/Автоформат. Набор предлагаемых форматов содержится в списке Форматы, а результат их использования – в поле Образец.

Глава 5.8. Создание, редактирование и форматирование графических объектов
при помощи панели Рисование

В документы MS Word можно вставлять рисунки и изображения, являющиеся графическими объектами. Рисунки являются векторными объектами (линии, геометрические фигуры и т.п.) и могут создаваться в самом текстовом процессоре, а изображения – это растровые объекты, и они вставляются как внешние объекты, подготовленные графическими редакторами, с помощью сканера, цифровой фотокамеры. Таким образом, рисунки могут редактироваться непосредственно по месту, а управление изображениями сводится к их перемещению и изменению яркости и контрастности.

Панель инструментов Рисование, вызываемая командой Вид/Панели инструментов/Рисование, позволяет создавать простейшие объекты через список Автофигуры с заготовками для создания линий, простейших геометрических фигур, стрелок и выносных линий, чертёжных элементов для блок-схем и функциональных схем и т.п.

Размер объектов изменяют перетаскиванием маркеров выделенного объекта в поле документа. Командой Действия/Сетка открывается диалоговое окно Привязка к сетке (рис. 5.15), где можно задать шаг сетки и способ отображения горизонтальных и вертикальных линий. Переключатель Привязать к сетке обеспечивает точное позиционирование.

Рис. 5.15. Диалоговое окно Привязка к сетке.

Толщина контура и цвет заливки объекта редактируется в диалоговом окне Формат/Автофигура или соответствующими кнопками на панели Рисование. Можно управлять цветом заливки, цветом контура и цветом текста; толщиной сплошных линий и параметрами штриховых линий; преобразовывать линии в стрелки и управлять формой их концов.

Создание теневых и трёхмерных эффектов требует других приёмов редактирования. Объект выделяется и на панели инструментов Рисование используется кнопка Тень или Объём. В открывшейся палитре выбирается Настройка тени или Настройка объёма. В результате открывается одноимённая панель инструментов.

Поворотом объекта можно управлять непрерывно с помощью кнопки Свободное вращение на панели инструментов Рисование и дискретно на фиксированный угол в поле счётчика Поворот на вкладке Размер диалогового окна Формат автофигуры. Взаимодействие рисованного объекта с окружающим текстом выбирается на вкладке Положение в диалоговом окне Формат автофигуры.

Создание надписей (заголовков, буквенных и цифровых обозначений), присоединённых к рисункам, выполняется с помощью средства Надпись на панели Рисование или в меню Формат.

Чтобы создать сложный рисунок, следует несколько простых объектов выделить щелчками мыши при нажатой клавише Shift и затем сгруппировать их командой Группировка/Группировать контекстного меню.

Обратной операцией является Разгруппировать. Если объекты перекрываются, то нужно выбрать порядок их следования в слоях командой Порядок контекстного меню. Взаимное выравнивание объектов производится командой Действия/ Выровнять/распределить.

Готовые библиотеки сложных рисунков (клипартов) принято использовать командой Вставка/ Рисунок/Картинки или кнопкой Добавить картинку. Отметим, что к клипартам относят также звуковые клипы и видеоклипы. Клипарты можно разбирать на составляющие, редактировать их части по отдельности, создавать композиции из объектов разных клипартов, используя их контекстные меню и команду Изменить рисунок.

Глава 5.9. Создание, редактирование и форматирование художественных заголовков при помощи средства WordArt

Создание художественных графических надписей (в том числе заголовков) осуществляется с помощью средства WordArt через специальную панель инструментов WordArt (Вид/Панели инструментов/WordArt, рис. 5.16 ). Использование этого средства требует навыков в дизайне. Предлагается следующий подход: сначала создаётся художественный объект без особых требований к качеству дизайна, а затем этот объект редактируется для получения хорошего результата.

Предварительно выделяется текст в документе, затем открывается панель WordArt и используется кнопка Добавить объект WordArt, щелчок на которой открывает диалоговое окно Коллекция WordArt с палитрой стилей оформления.

Рис. 5.16. Панель и объект Word Art.

Выбирается стиль и щелчком на кнопке ОК открывается диалоговое окно Изменение текста WordArt, в котором можно изменять текст, редактировать его, задавать гарнитуру, размер и начертание шрифта. После щелчка на кнопке ОК объект вставляется в документ.

Средства управления взаимодействия объекта с текстом расположены в диалоговом окне Формат объекта WordArt, которое открывается одноимённой командой контекстного меню. Сначала задаются параметры обтекания, затем местоположение объекта относительно текста и настраиваются размеры изменением размера шрифта.

После этого с помощью панели инструментов WordArt можно изменить текст, стиль оформления (кнопка Коллекция WordArt), форму заголовка (кнопка Форма WordArt), повернуть изображение (Свободное вращение), изменить цвет, свойства линий (кнопка Положение), выровнять буквы по высоте, выровнять сам объект и изменить расстояние между символами, не изменяя размеров объекта.

Рекомендуется после завершения работ проверить, как выглядит объект с текстом на листе бумаги.

Глава 5.10. Создание, редактирование и форматирование формульных выражений при помощи средства MS Equation.

Ввод математических выражений в текстовые документы представляет значительные трудности. Мощным средством для этого является редактор формульных выражений MS Equation 3.0. Он позволяет создавать формульные объекты и вставлять их в текстовый документ. Вставленный объект можно затем редактировать непосредственно в документе.

Запуск редактора формул проводится командой Вставка/Объект, которая открывает диалоговое окно Вставка объекта. В нем выбирается пункт MS Equation 3.0 и открывается панель управления Формула (рис. 5.17). При этом строка меню текстового процессора заменяется строкой меню редактора формул.

Рис. 5.17. Панель и объект Редактор формул.

Панель инструментов редактора формул содержит два ряда кнопок: кнопки верхнего ряда предназначены для заполнения полей шаблонов формул, которые создаются кнопками нижнего ряда. Например, для ввода дроби необходимо взять требуемый шаблон, имеющий два поля: числитель и знаменатель. Поля можно заполнять также и с клавиатуры. Переходы между полями шаблона выполняются с помощью клавиш управления курсором.

Ввод формулы завершается нажатием клавиши Esc или закрытием панели редактора формул. После этого формула вставляется в текст как объект. Затем его можно перемещать в любое место документа с помощью буфера обмена.

Чтобы выполнить редактирование введённой формулы, следует дважды щёлкнуть на ней и сразу открывается окно редактора формул.

Поскольку в редакторе формул не работает клавиша Пробел, рекомендуется использовать кнопки Пробелы и многоточия панели инструментов Формула.

Глава 5.11. Создание форм и документов с фиксированными полями заполнения

Разработка форм и документов со сложной структурой и наличием фиксированных полей заполнения должна предусматривать защиту от случайного или умышленного изменения формы или документа, а также порчи уже введённых данных. Эта задача решается в текстовом процессоре с помощью команды Сервис/Установить защиту, открывающую окно Защита документа (рис. 5.18) с опциями запретить любые изменения, кроме

записи исправлений,
вставки примечаний,
ввода данных в поля форм,

которые сопровождаются введением пароля (пароль не обязателен).

Рис. 5.18. Диалоговое окно Защита документа.

Отмена запрета происходит по команде Сервис/Снять защиту с введением пароля.

От многих средств документа отличается особый элемент, называемый полем (не путать с полями страницы и полями заполнения ).

Поля документа – это заполнители, содержание которых изменяется динамически. Они работают в фоновом режиме, отображая правильные данные, основанные на данных из текущего документа, других документов или внешних источников. Например, если в документ поместить поле Date, то каждый раз при открытии документа в нём будет отражаться текущая дата.

В текстовом процессоре поддерживается более чем 70 различных полей, С их помощью можно, например, решать следующие задачи:

Отобразить текущую дату в документе или время распечатки последнего документа;
Создать более сложную нумерацию абзацев, чем доступна в диалоговом окне, которая появляется при выборе Формат/Список, Маркированный. Подобная методика проводить нумерацию названий рисунков по шаблону Рис. х.у, в котором отображается и номер главы.
Сослаться на данные, отмеченные закладкой. Например, используя поле Ref можно разместить закладку в заголовке главы и ссылаться на этот заголовок повсюду в документе. Если же изменить заголовок, то все ссылки автоматически изменятся.
Вставить сведения о документе в него самого – указать общее число страниц, имя файла, автора, размер документа, количество слов, дату последнего сохранения документа и т.п.

Замечание: если поля нужно применить на Web-странице, то нужно убедиться, что они работают должным образом после преобразования документа.

Поля задают такие ключевые элементы документа, как оглавления, список иллюстраций, таблицы ссылок, уравнений, указателей и почтовых адресов. Хотя при создании документа используется целый ряд мастеров и диалоговых окон, позволяющих оградить пользователя от использования кодов полей, иногда только ручное введение атрибутов полей позволяет добиться правильного значения.

Более подробно вопросы, связанные с работой приложения рассмотрены в Практикуме по информатике, где рассказывается о том, как создавать многоуровневые списки, закладки, пользоваться поиском и заменой выбранного фрагмента текста.

Раздел 6. Работа с электронными таблицами MS Excel

Глава 6.1. Понятие об электронной таблице.
Книга, листы, ячейки, именованные блоки, адреса

В теории информационных систем понятие таблица является основной. Таблица имеет вид прямоугольника и состоит из столбцов и строк. Столбцы таблицы имеют имена, служащие для их идентификации. В каждом столбце записываются атомарные, неразложимые на составные части данные одного и того же типа: целые, вещественные, текстовые, денежные, даты, логические и т.п. Часто столбцы называются полями данных или просто - полями. Для называния строк используется термин: запись. Если одно из полей принимает уникальные значения, но оно может быть использовано для идентификации записей. Это поле называется ключевым или ключом.

Таблицы предназначены для хранения данных. Таблицы необходимо создавать и редактировать (корректировать) в соответствии с появление новых данных. Задача редактирования состоит в добавлении новых записей, удалении записей, ставших ненужными, исправлении содержимого записей. Таблицы используются для поиска нужных записей и создания отчётов. Все эти операции производятся с помощью специальных программ. Программы, обеспечивающие высокую степень автоматизации при работе с данными, называются СУБД (системами управления базами данных). Существую программные средства более широкого назначения, не обеспечивающие полного автоматизма обработки. К таким средствам относится EXCEL.

С изложением теории обработки табличных данных в EXCEL связаны терминологические трудности. Дело заключается в том, что термин «таблица» трактуется здесь более широко. Поэтому в EXCEL используется слово «список», синонимичное термину «таблица». Мы будем использовать оба термина. При этом не будет риска путаницы, поскольку из контекста будет ясно – о чём идёт речь.

Книга является объектом верхним в иерархии объектов EXCEL. Она хранится в отдельном файле, имя которого имеет расширение xls. В книге содержится несколько листов. Листы состоят из элементов – ячеек. Каждая ячейка идентифицируется своим адресом: символом столбца (буквы A, B, C, D,…) и номером строки. Прямоугольная область ячеек называется диапазоном (range) или блоком.

Чтобы создать имя для выделенного блока, нужно щелкнуть на поле Имя в левой части строки формул, ввести имя, которое нужно присвоить блоку, и нажать клавишу Enter. Другой вариант – применение команды Вставка/Имя. Именованные блоки позволяют быстро перемещаться в них из раскрывающегося списка имён после щелчка на кнопке со стрелкой в поле Имя и ссылаться на них в формулах.

Если требуется вставить имя блока в формулу, то нужно ввести знак равенства, затем выбрать команду Вставка/Имя/Вставить, после появления диалогового окна Вставка имени нужно из списка выбрать имя, которое нужно вставить в формулу, щелкнуть на кнопке ОК, чтобы закрыть диалоговое окно, ввести оставшуюся часть формулы и нажать клавишу Enter .

Приёмы создания электронной таблицы, её открытия и сохранения в разных форматах не отличается от тех же действий в MS Word. При сохранении рабочей книги программа записывает в файл только прямоугольную область листа, примыкающую к левому верхнему углу (ячейка А1) и содержащую все заполненные ячейки.

Для ввода данных требуется сделать ячейку активной, для этого её нужно выделить с помощью щелчка. Выделение нескольких соседних ячеек проводится методом протягивания указателя от одной угловой ячейки до противоположной ячейки по диагонали. Выделение ячеек в разных частях листа проводится щелчками на них при нажатой клавише Ctrl. Столбец или строка выделяются целиком после щелчка на заголовке, а протягиванием указателя по заголовкам выделяются несколько столбцов или строк.

Глава 6.2. Ввод числовых и символьных данных. Ввод формул

Ячейка таблицы может быть пустой, а также содержать данные трёх типов: текст, число и формула. Программа вводит данные как число, если их так можно интерпретировать. В противном случае данные вводятся как текст. Ввод формул всегда начинается со знака равенства.

Ввод осуществляется в текущую ячейку или в строку формул, располагающуюся под панелями инструментов. Оба метода равноправны. Место ввода отмечается текстовым курсором. Если дважды щёлкнуть на текущей ячейке или щёлкнуть на строке формул, то старое содержимое ячейки не удаляется и можно его редактировать. Завершение ввода с сохранением введённых данных производится щелчком на кнопке Enter в строке формул или клавишей Enter на клавиатуре. Внесённые изменения отменяются клавишей Esc или щелчком на кнопке Отмена в строке формул. Клавиша Delete применяется для очистки содержимого ячейки или выделенного диапазона.

В качестве средств автоматизации ввода предоставляются: автозавершение, автозаполнение числами или формулами. Рассмотрим их подробнее.

Средство автозавершение применяется при вводе в один из столбцов текстовой информации с повторяющимися данными (например, наименованием товара, поставщиков, городов и т.п.) при использовании таблицы как базы данных. Когда текст вводится, то происходит его сравнение с введённым ранее текстом и, если имеется совпадение, введённый текст автоматически дополняется. Достаточно подтвердить операцию автозавершения нажатием на клавишу Enter и текст запишется в текущую ячейку. Если же продолжать ввод, не обращая внимания на предлагаемый вариант, то автозавершение не срабатывает. Следует иметь в виду, что это средство работает при заполнении ячеек столбца без промежутков между ними.

Автозаполнение числами из текущей ячейки производится перемещением указателя мыши (имеющего вид толстого белого креста) в правый нижний угол рамки текущей ячейки. Там он приобретает форму тонкого чёрного крестика и перетаскивание этого крестика в вертикальном или горизонтальном направлении позволяет копировать содержимое ячейки на произвольное число ячеек. Для автозаполнения по закону арифметической прогрессии следует заполнить две соседние ячейки двумя числами, отражающими первый и второй члены прогрессии, выделить их и путем перемещения тонкого чёрного крестика выполнить операцию заполнения. Предоставляется возможность автозаполнения с помощью правой кнопки мыши: после перетаскивания тонкого чёрного крестика и отпускания кнопки в открывшемся меню следует выбрать пункт Копировать ячейки (копирование текущей ячейки) или Заполнить (заполнение ячеек арифметической прогрессией). Новые возможности программа предоставляет после выполнения команды Правка/Заполнить/Прогрессия. Тогда открывается диалоговое окно Прогресси, в котором можно выбрать тип прогрессии, величину шага и предельное значение заполнения. Здесь можно задавать не только арифметическую, но и геометрическую прогрессии.

Чтобы изменить формат данных в текущей ячейке или выделенном диапазоне, используется команда Формат/Ячейки, открывающая диалоговое окно (рис. 6.1), вкладки которого позволяют количество знаков после запятой, указание денежной единицы, способ записи даты, задавать направление текста и способ его выравнивания, определять шрифт и начертание символов, управлять отображением и видом рамок, задавать цвет фона.

Рис. 6.1. Диалоговое окно Формат ячеек.

Особенностью вычислений в электронной таблице является то, что вместо переменных или констант в формулах используются адреса ячеек (ссылки на ячейки), в которых записаны числа. Ссылки выполняют роль адресов, поэтому результат расчёта по формуле зависит от того, какие числа находятся в ячейках, участвующих в вычислениях. Это означает, что ячейка, содержащая формулу, становится зависимой и её значение пересчитывается каждый раз, когда значения в ячейках, на которые указывают ссылки в формуле, изменяются.

Информацией для Excel о том, что будет вводиться формула, служит знак равенства, после которого записывается собственно формула, которая может включать ссылки на ячейки (А1, В12) и функции Excel ( abs, sin, СУММ), числовые константы (2,0 ; 8,12), знаки математических операций (+ – * / ) и ^ - возведение в степень. Скобки позволяют менять порядок выполнения математических операций. После ввода формулы в ячейке отображается текущий результат вычисления по этой формуле, а сама формула может быть просмотрена в строке формул, если выделить эту ячейку.

Автозаполнение формулами выполняется так же, как и автозаполнение числами, но отличается характером ссылок на другие ячейки. Например, если ввести в ячейку С1 формулу = А1* В1 и скопировать её в ячейку С2, то она запишется туда как =А2*В2 благодаря относительной адресации. Таким образом, используемая по умолчанию относительная адресация, позволяет при копировании формулы из одной ячейки в другую автоматически изменять ссылки в соответствии с относительным расположением ячеек, используемых в формуле. В отличие от относительной адресации абсолютная адресация не меняет адреса ссылок, и они рассматриваются как постоянные. Указанием на абсолютную ссылку является символ $ перед адресом. Изменение способа адресации меняет правила обновления ссылок при автозаполнении формулами в соответствии с таблицей:

Ссылка в исходной формуле	Ссылка в следующей ячейке
	При заполнении вправо	При заполнении вниз
А1 (относительная)	В1	А2
$А$1(абсолютная)	$А$1	$А$1
$А1(абсолютная по столбцу)	$А1	$А2
А$1(абсолютная по строке)	В$1	А$1

Таким образом, введение абсолютной ссылки позволяет не изменять ячейку (столбец, строку) при копировании. Это важно при использовании в формулах констант или табулировании функций от двух переменных.

Глава 6.4. Основные математические и логические функции

Математические и логические функции являются частью стандартных функций, вызываемых после выделения ячейки (по умолчанию – это ячейка А1) щелчком на значке мастера функций на панели инструментов. Появляющееся после этого диалоговое окно (рис.6.2) даёт возможность выбрать одну из десяти функций, которые использовались последними, или выбрать категорию, к которой относится функция, и затем выбрать имя конкретной функции из списка Функция.

Рис. 6.2. Диалоговое окно Мастера функций.

После щелчка на кнопке ОК имя выбранной функции со скобками, ограничивающими список параметров, заносится в строку формул (вслед за символом =), а ниже появляется диалоговое окно Палитра формул (рис.6.3).

Рис. 6.3. Диалоговое окно Палитра формул.

В нём отображаются аргументы функции, значение самой функции при этих аргументах, а также все необходимые пояснения для использования данной функции и её аргументов. В ходе ввода аргументов функции (число 1, число 2,…) палитра формул меняет свой вид, и в ней отображаются дополнительные поля для ввода аргументов. Если аргумент является обязательным и соответствующее поле должно быть заполнено, то название аргумента функции указывается полужирным шрифтом. Аргументы, параметры которых указываются обычным шрифтом, можно не вводить.

Аргументы можно вводить в поля палитры формул или в строку формул, а если они являются ссылками – то задавать их как ссылки или щёлкать на соответствующих ячейках на рабочем листе. Ссылки на ячейки, используемые в качестве аргументов формулы, могут быть относительными или абсолютными, что учитывается при копировании формул методом автозаполнения.

Если в данной ячейке используется простая функция, то её можно сразу вводить после выделения этой ячейки в строку формул (после символа = ). Результат вычислений по формуле отображается в самой выделенной ячейке, а используемая формула в строке формул.

К математическим формулам, представленным в электронной таблице, относятся абсолютное значение, корень, экспоненциальная, логарифмические, тригонометрические, обратные тригонометрические, гиперболические тригонометрические функции, различные типы округления и действия с матрицами, представленные в категории математические функции.

Логические функции ЕСЛИ, И, ИЛИ, НЕ, ИСТИНА, ЛОЖЬ, представленные в программе, позволяют создавать достаточно сложные логические выражения по правилам, указанным в описании каждой функции.

К другим достаточно широко используемым функциям следует отнести итоговые функции: сумма значений элементов в выделенном диапазоне ячеек; среднее их значение или другая статистическая характеристика; количество или доля элементов выделенного диапазона, удовлетворяющих заданным условиям.

Наиболее распространённой является функция суммирования (СУММ), вызываемая кнопкой Автосумма на стандартной панели инструментов. Автоматически выбирается диапазон ячеек, расположенных над текущей ячейкой или слева от неё, которые образуют непрерывный блок. Всегда можно переопределить диапазон, заданный автоматически, или выбрать другую функцию из раскрывающего списка функций в строке формул.

Глава 6.5. Табулирование функций и построение их графиков

Табулирование функций и последующее построение графика по одному или двум аргументам в выбранном диапазоне значений аргументов позволяет пользователю представить особенности исследуемой функции для её дальнейшего применения.

Табулирование функции по одному аргументу начинается с введения названий аргумента и функции в ячейки А1 и В1 соответственно и автозаполнения столбца А с ячейки А2 значениями аргумента от минимального до максимального значения с заданным шагом. Затем в выделенную ячейку В2 вводится функция со ссылкой на аргумент в ячейке А2 и с помощью автозаполнения записывается столбец В соответственно диапазону изменения аргумента.

Построение графика производится после выделения всего диапазона заполненных столбцов А и В с помощью мастера диаграмм (рис. 6.4). Выбор типа диаграммы производится на первом шаге работы мастера диаграмм. Наиболее употребительными типами диаграмм являются гистограмма, график и круговая, а также гладкий график на вкладке Нестандартные.

Рис. 6.4. Диалоговое окно Мастера диаграмм.

На втором шаге работы мастера диаграмм нужно перейти на вкладку Ряд и перенести с помощью кнопок Копировать и Вставить стандартной панели инструментов запись в окне Значения из первого ряда данных в окно Подписи на оси х и затем кнопкой Удалить убрать этот ряд. График отображается в окне второго шага работы мастера диаграмм. Дальнейшие действия с графиком подробно описаны в разделе «6.9. Построение различных типов диаграмм по табличным данным».

Табулирование функции по двум аргументам проводится следующим образом. Начиная с ячейки А2, выполняется автозаполнение столбца А значениями первого аргумента и, начиная с ячейки В1, выполняется автозаполнение первой строки значениями второго аргумента. Затем в ячейку В2 записывается функция от двух аргументов, причём первый аргумент имеет абсолютную ссылку по столбцу ($А2), а второй аргумент имеет абсолютную ссылку по строке (В$1). Например, функция x2 + y2 в строке формул должна быть записана в виде =$A2^2+B$1^2. Автозаполнение формулами ведётся сначала по строкам и затем по столбцам (или наоборот).

Рис. 6.5. Таблица значений функции двух переменных.

Далее следует выделить всю заполненную область и выбрать на первом шаге работы мастера диаграмм тип диаграммы с двумя переменными (рис. 6.6), например, Поверхность.

Рис. 6.6. Диалоговое окно Мастера диаграмм при построении двумерных поверхностей.

После вывода двумерного графика (рис. 6.7) в поле таблицы его можно перемещать, установив курсор в любой из углов.

Рис. 6.7. Результат построения двумерной поверхности.

Глава 6.6. Решение уравнений при помощи средства Подбор параметра

Существующее в программе средство Подбор параметра, вызываемое по команде Сервис/Подбор параметра, позволяет находить значение аргумента, при котором функция принимает заданное значение.

В частном случае можно найти корень уравнения. С этой целью в ячейку А1 записывается число, наиболее близкое к предполагаемому корню, или любое число, а в ячейку В1 – левая часть решаемого уравнения, для которого ячейка А1 является аргументом. Например, для решения уравнения sin(x) = x, его нужно преобразовать к виду sin(x) – x =0 и записать в ячейку А1 единицу, а в ячейку В1 формулу = sin(А1) – А1 .

После этого вызывается Подбор параметра и на экране появляется его диалоговое окно (рис. 6.8).

Рис. 6.8. Диалоговое окно панель Подбор параметра.

В первом из его окон Установить в ячейке следует указать адрес формулы, т.е. В1, во второе окно Значение записывается нуль, поскольку ищется корень уравнения, и в третьем окно Изменяя значение ячейки указать адрес ячейки, содержащей аргумент, т.е. А1. После щелчка на кнопке ОК средство Подбор параметра в ячейку, содержащую аргумент (А1), записывает найденный программой корень уравнения, а в ячейку с адресом левой части уравнения (В1) – значение левой части при подстановке в него найденного корня. Для повышения точности нужно увеличить разрядность ячеек А1 и В1.

Важно отметить, что средство Подбор параметра при однократном его применении находит только один корень только одного уравнения. Если у уравнения есть несколько корней, то после нахождения первого корня, нужно изменить исходное значение аргумента (в ячейке А1) и вновь запустить Подбор параметра. Например, трёхкратное применение средства Подбор параметра для уравнения с левой частью =А1^ 3+4*A1^2–4 из исходных точек (А1) –5; –2 и 0 позволяет найти три его корня: – 3,709; –1,194 и 0,903.

Средство Подбор параметра позволяет не только находить корень уравнения, но и значение аргумента, при котором функция равна заданному значению. Например, для функции =А1^ 3+4*A1^2–4 можно найти, что её значение 20,0 достигается при аргументе А1 равном 2,0, а значение –20,0 при А1 равном – 4,719 .

Рис. 6.9. Результат работы средства Подбор параметра.

Тема 6.7. Решение системы уравнений и оптимизация функций при помощи средства Поиск решения

Более мощное программное средство для решения уравнений и оптимизации функций Поиск решения обычно не отображается в меню Сервис и его нужно активировать следующим образом: после команды Сервис/Надстройки, выбрать из списка надстроек пункт Поиск решения и щёлкнуть на его переключателе.

При решении одного уравнения (В1) с одной переменной (А1) вслед за вызовом этого средства ( Сервис/Поиск решения ) следует в окне Установить целевую ячейку раскрывшегося диалогового окна (рис. 6.10) указать адрес левой части уравнения (В1), щёлкнуть на переключателе Значение и записать в окно нуль, т.к. находится корень уравнения. Затем в окне Изменяя ячейки указать адрес ячейки с переменной (А1) и щёлкнуть на кнопке Выполнить.

Рис. 6.10. Диалоговое окно средства Поиск решения.

Результат работы средства Поиск решения записывается в ячейку А1, а в диалоговом окне можно выбрать какой-либо вариант продолжения.

Возможен поиск максимального, минимального и заданного значения функции, записанной в ячейке В1, с помощью переключателей максимальному значению, минимальному значению или значению с указанием в окне требуемого значения.

Так же как и Подбор параметра средство Поиск решения находит при однократном его применении только один корень и, изменяя исходное значение переменной, можно находить другие корни.

Решение системы уравнений ведётся стандартным способом: система превращается в одно уравнение с помощью сложения квадратов левых частей всех уравнений системы. Это результирующее уравнение записывается в ячейку B1, а переменные для случая двух уравнений задаются в ячейках А1, A2, которые указываются в окне Изменяя ячейки. Средство после щелчка на кнопке Выполнить находит первое решение системы и записывает его в ячейки А1 и A2.

Для нахождения второго решения системы следует изменить исходные данные в ячейках А1 и A2 и запустить Поиск решения ещё раз.

Глава 6.8. Создание табличных баз данных. Проверка, фильтрация, сортировка данных. Подведение итогов

С помощью средств для работы с базами данных в Excel облегчается работа как с простыми списками (план на день), так и со сложными, содержащими несколько столбцов с данными.

Информация в базе данных содержит последовательность записей, каждая из которых содержит одинаковый для всех записей набор полей, например информацию о клиентах. Записи нумеруются, поля имеют заголовки, описывающие их содержание, например: первое поле – имя клиента, следующее поле – место его работы, затем – телефон и т.д. Примеры, иллюстрирующие изложенное можно найти в практикуме.

Рабочий лист с базой данных следует заполнять следующим образом. Каждому полю записи соответствует только один столбец рабочего листа. Столбцы должны следовать без промежутков между ними. В строке, с которой начинается база данных, должен указываться заголовок соответствующего поля, занимающий не более одной ячейки. Записи должны идти без пустых строк сразу же за строкой заголовков, поскольку пустая строка или пустой столбец рассматриваются как признак окончания базы данных.

Ввод данных в базу данных существенно облегчается средством автозаполнения или средством пользовательских списков. Можно записать названия, например отделов компании, как список, затем ввести в рабочий лист первый элемент этого списка и затем с помощью автозаполенения завершить ввод всего списка.

По команде Сервис/Параметры открывается диалоговое окно, в котором нужно выбрать вкладку Списки и ввести в поле Элементы списка требуемый список, разделяя элементы клавишей Enter. После щелчка на кнопке Добавить введённый список появится в поле Списки.

После построения базы данных в ней доступны большинство операций: проверка, фильтрация, сортировка и анализ. Сначала следует выбрать любую ячейку в базе данных, а затем начать нужную операцию по командам: Данные/Проверка, Данные/Фильтр или Данные/Сортировка.

По команде Данные/Проверка открывается диалоговое окно Проверка вводимых значений, которое даёт возможность контролировать на вкладке Параметры любой тип данных: целые или действительные числа, список, дату, время, длину текста или варианты, задаваемые пользователем.

Команда Данные/Фильтр позволяет выделить из большой базы данных некоторое подмножество, меньшее исходной базы, по заданным условиям отбора. Наиболее простым способом фильтрации является вызов автофильтра (Данные/Фильтр/Автофильтр). После этого в каждой ячейке с подписями в верхней части таблицы (перечень полей) появляется разворачивающийся список (после нажатия на стрелку вниз), из которого можно выбрать те данные, которые нужно выводить на экран. По умолчанию вариант (Все) выводит на экран все записи. Вариант (Первые 10…) позволяет отобрать наименьшие или наибольшие числовые данные. Вариант (Условие…) выводит на экран окно диалога Пользовательский автофильтр в котором можно задавать условия и комбинировать их с помощью логических операторов И и ИЛИ.

В отфильтрованной базе данных на печать выводятся только записи, относящиеся к выбранному подмножеству. Смена критериев фильтрации меняет вид диаграмм, построенных по данным базы.

Команда Данные/Сортировка позволяет организовать данные в базе нужным образом. Следует заметить, что сортировка эффективно работает не только с базами данных, но и с любыми данными на рабочем листе. Данные сортируются в прямом или обратном алфавитном порядке, а также по возрастанию или убыванию. Чтобы быстро провести сортировку только по одному полю в базе данных, следует выделить любую ячейку в соответствующем столбце, затем щёлкнуть на кнопке Сортировка по возрастанию или Сортировка по убыванию на стандартной панели инструментов.

Команда Данные/Сортировка (рис. 6.11) даёт возможность проводить более сложную сортировку: с помощью раскрывающегося списка Сортировать по сортировка ведётся сначала по одному полю (первичная сортировка), затем по спискам Затем по (вторичная) и В последнюю очередь (третичная) по двум другим полям в соответствии с выбранным порядком сортировки для каждого поля. Такое построение сортировки позволяет вводить дополнительные критерии, если после первичной сортировки значения в сортируемом поле совпадают. Имеется также возможность менять параметр сортировки по первому ключу с обычной на дни недели или месяцы (кнопка Параметры).

Рис. 6.11. Диалоговое окно Сортировка данных.

В процессе сортировки порядок следования записей базы данных меняется. Если требуется возвращаться к исходному порядку сортировки, то следует вставить в базу данных столбец с нумерацией записей. Эта нумерация может отражать первоначальное положение записи или дату её создания. Этот столбец удобнее всего сделать первым. При проведении сортировки его следует включать в диапазон для сортировки. Когда понадобится вернуться к исходному расположению, следует указать название этого столбца в списке Сортировать по в окне диалога Сортировка диапазона и выбрать По возрастанию.

В большой по объёму базе данных достаточно сложно найти конкретную запись. Диалоговое окно (рис. 6.12), открываемое командой Данные/Форма, позволяет легко находить требуемые записи, в том числе по указываемым критериям (кнопка Критерии).

Рис. 6.12. Диалоговое окно Форма.

Подведение итогов для табличной базы данных (кроме обычного суммирования по столбцам) выполняется с помощью сводной таблице, рассматриваемой в главе 6.10 (Построение сводных таблиц и диаграмм по ним).

Глава 6.9. Построение различных типов диаграмм по табличным данным

Построение графического изображения производится на основании ряда данных. Так называется группа ячеек с данными в пределах отдельной строки или столбца. На одной диаграмме можно отобразить несколько рядов данных.

Для построения диаграмм используется Мастер диаграмм, запускаемый щелчком на кнопке Мастер диаграмм на стандартной панели инструментов. Удобно заранее выделить область, содержащую данные, которые будут отображаться на диаграмме.

На первом этапе работы мастера диаграмм следует выбрать форму диаграммы, которые имеются в списке Тип на вкладке Стандартные. Для выбранного типа диаграммы имеется несколько вариантов представления данных (палитра Вид, рис. 6.13). На вкладке Нестандартные отображается набор полностью сформированных типов диаграмм с готовым форматированием. После задания формы диаграммы следует щёлкнуть на кнопке Далее.

Рис. 6.13. Различные виды гистограмм.

Второй этап работы мастера предназначен для выбора данных, по которым будет строиться диаграмма. Если диапазон данных выбран заранее, то в области предварительного просмотра в окне мастера диаграмм появится отображение будущей диаграммы.

Рис. 6.14. Выбор диапазона данных.

Если данные образуют единый прямоугольный диапазон, то их удобно выбирать с помощью вкладки Диапазон данных (рис. 6.14). Если же данные не образуют единой группы, то информацию для представления отдельных рядов данных задают на вкладке Ряд. Предварительное представление диаграммы автоматически обновляется при изменении набора отображаемых данных.

После щелчка на кнопке Далее переходят к третьему этапу работы мастера, который позволяет оформить диаграмму. Вкладки окна мастера (рис. 6.15) позволяют задать название диаграммы, подписи, отображение и маркировку осей координат, отобразить сетки линий, параллельных осям координат, описать построенные графики (вкладка Легенда), отобразить надписи, соответствующие отдельным элементам данных на графике и представить данные, использованные при построении диаграммы, в виде таблицы.

Рис. 6.15. Окно Мастера диаграмм на 3-м шаге работы.

На последнем этапе работы мастера указывается, на каком рабочем листе следует расположить диаграмму: на одном из имеющихся или на новом рабочем листе. После щелчка на кнопке Готово диаграмма вставляет на указанный рабочий лист.

Построенная диаграмма связана с данными и тотчас изменяется при любом изменении набора данных. В любой момент каждый элемент диаграммы можно изменить с помощью щелчка на соответствующем элементе, который выделяется маркерами. При наведении на элемент диаграммы указателя мыши он описывается всплывающей подсказкой. Диалоговое окно для форматирования выделенного элемента диаграммы открывается с помощью меню Формат или командой Формат контекстного меню (рис. 6.16). На вкладках раскрывающегося диалогового окна при этом предоставляются широкие возможности для изменения параметров отображения выбранного элемента диаграммы.

Рис. 6.16. Диалоговое окно форматирования элемента диаграммы.

После наведения указателя мыши на поле диаграммы или вызова контекстного меню правой кнопкой мыши можно войти в любой из перечисленных этапов работы мастера диаграмм и провести требуемые изменения в диаграмме.

Удаление диаграммы производится наведением указателя мыши на диаграмму на рабочем листе и нажатием клавиши Delete.

Глава 6.10. Построение сводных таблиц и диаграмм по ним

Построение сводных таблиц ведётся с помощью Мастера сводных таблиц, вызываемого по команде Данные/Сводная таблица после выделения ячейки в базе данных для построения таблиц.

На первом шаге работы мастера (рис. 6.17) выбирается тип данных (по умолчанию флажок установлен на пункте в списке или базе данных MS Excel) и тип оформления сводных данных (сводная таблица или сводная диаграмма (со сводной таблицей)).

Рис. 6.17. Первый шаг работы Мастера сводных таблиц.

Щелчок на кнопке Далее переводит работу мастера на второй шаг, где нужно уточнить правильность выбора диапазона, содержащего исходные данные (рис. 6.18).

Рис. 6.18. Второй шаг работы Мастера сводных таблиц

Щелчок на кнопке Далее на втором шаге приводит к третьему шагу, где нужно выбрать, куда поместить сводную таблицу: на новый лист (по умолчанию) или на существующий лист с указанием ячейки левого верхнего угла сводной таблицы (достаточно показать на неё указателем мыши), а также выбрать содержание и оформление сводной таблицы после щелчка на кнопке Макет. Сводная таблица состоит из четырёх областей: Страница, Строка, Столбец и Данные. Каждой области должно обязательно соответствовать одно поле базы данных (или несколько полей), кроме области Страница, которую можно оставить пустой. Заполнение областей сводной таблицы ведётся перетаскиванием в эти области кнопок полей базы данных. Незадействованные поля (кнопки которых не были перетащены) в формировании сводной таблицы не участвуют. После перетаскивания нужно нажать кнопку ОК. Щелчок на кнопке Параметры раскрывает соответствующее окно, в котором можно задать имя листа сводной таблицы и изменить другие настройки, заданные по умолчанию. Вывод сводной таблицы производится нажатием кнопки Готово в окне третьего шага работы

мастера. Для примера рассмотрим базу данных (рис. 6.19).

Рис. 6.19. Пример базы данных для построения сводной таблицы.

Рядом со сводной таблицей открывается панель инструментов Сводные таблицы (рис. 6.20). Закрыть и открыть эту панель можно, щёлкая правой кнопкой мыши на любой из открытых панелей инструментов и выбирая пункт Сводные таблицы из контекстного меню.

Рис. 6.20. Макет сводной таблицы и панель Сводные таблицы.

Следует отметить, что можно оформить сводную таблицу и без вызова Макета, так как щелчок на кнопке Готово без обращения к Макету создаёт макет на рабочем листе. Перетаскивание кнопок полей из панели инструментов Сводные таблицы в окно макета также формирует сводную таблицу. Однако здесь следует очень чётко выполнять перетаскивание, поскольку перетаскивание кнопок полей в левую верхнюю ячейку портит сводную таблицу.

Рис. 6.21. Сводная таблица.

По умолчанию в сводной таблице в ячейках Общий итог записывается сумма значений по столбцам и строкам области Данные. Чтобы изменить суммирование на другую функцию, следует дважды щёлкнуть на левой верхней ячейке сводной таблицы и выбрать из раскрывающегося списка нужную операцию. Кроме стандартного набора итоговых функций, можно использовать дополнительные вычисления после щелчку на кнопке Дополнительно и выбрать из раскрывающегося списка Дополнительные вычисления нужное значение и указать необходимые параметры. Выход из окна производится щелчком на кнопке ОК.

Если требуется изменить вид сводной таблицы, то можно использовать кнопки рядом с названиями областей. Каждая кнопка раскрывает окно, в котором можно отключить некоторые из отображаемых показателей. Для области Страница справа отображается раскрывающийся список с возможными условиями фильтрации.

Кроме того, сводную таблицу можно разделить на набор таблиц, выбирая из контекстного меню, появляющегося после щелчка в области сводной таблицы, пункт Отобразить страницы.

Контекстное меню предоставляет богатый выбор возможностей для работы со сводной таблицей, а двойной щелчок на ячейке таблицы позволяет выяснить, как было получено приводимое значение.

Для изменения вида таблицы достаточно просто поменять местами данные столбцов и строк. Для этого кнопку с названием поля, помещенного в область столбцов, нужно перетащить назад на панель инструментов Сводные таблицы (отмена использования поля), кнопку с названием поля, помещенного в область строк, перетащить в область столбцов и затем вернуть кнопку с панели инструментов в область строк.

Данные в сводной таблице динамически связаны с исходными данными и при их изменении таблица обновляется после щелчка на кнопке Обновить на панели инструментов Сводные таблицы или выбора пункта Обновить данные в контекстном меню.

Если диапазон исходных данных был изменён, то обновление сводной таблицы возможно после изменения диапазона в окне второго шага работы Мастера сводных таблиц, вызываемого при помощи кнопки Сводная таблица панели инструментов Сводные таблицы или из контекстного меню сводной таблицы.

Сводную диаграмму, основанную на данных сводной таблицы, легче всего построить с помощью щелчка на кнопке Мастер диаграмм панели инструментов Сводные таблицы. А чтобы создать сводную диаграмму непосредственно на основе базы данных, нужно на первом шаге работы мастера сводных таблиц установить переключатель Сводная диаграмма. Заметим, что соответствующая сводная таблица при этом создаётся автоматически, хотя запроса на её создание не поступает. Программа автоматически создаёт новые рабочие листы для создаваемой сводной таблицы и создаваемой сводной диаграммы и затем открывает лист с диаграммой.

Перетаскивание кнопок полей производится в область страницы, расположенной в верхней части диаграммы; в область данных, совпадающей с областью построения; в область категорий внизу диаграммы и в область легенды справа от диаграммы

Форматирование и настройка построенной диаграммы производится через контекстные меню соответствующих областей диаграммы.

Глава 6.11. Настройка печати и печать электронной таблицы

Перед печатью рабочего листа нужно обязательно провести настройку печати. Это связано с тем, что рабочий лист разбивается на фрагменты, размеры которых определяются форматом печатной страницы. И даже после настройки печати нужно использовать кнопку Предварительный просмотр на стандартной панели инструментов, так как это позволяет просмотреть документ точно в таком же виде, в каком он будет выведен на печать.

Командой Файл/Параметры страницы открывается диалоговое окно Параметры страницы (рис. 6.22), которое предназначено для задания ориентации листа, размеров полей, выбора масштаба (с его помощью можно управлять числом выводимых страниц), задания верхних и нижних колонтитулов.

Рис. 6.22. Диалоговое окно Параметры страницы.

На вкладке Лист имеются переключатели печати сетки и номеров строк и столбцов, а также последовательности вывода на печать страниц.

Изменить поля страницы можно также в режиме предварительного просмотра путём их перетаскивания за маркеры после щелчка на кнопке Поля.

Команда Файл/Печать открывает диалоговое окно, предназначенное для задания стандартных средств управления печатью.

Если часть данных не должна выводиться на бумагу, область печати задаётся вручную. Сначала выделяются ячейки, которые должны быть включены в область печати, а затем подаётся команда Файл/Область печати/Задать. Изменение области печати выполняется командой Файл/Область печати/Убрать.

Раздел 7. Создание презентаций с помощью МS PowerPoint

Глава 7.1. Презентации. Программа MS Power Point.

Программа создания презентаций MS PowerPoint входит в пакет MS Office. С помощью MS PowerPoint можно создавать презентации различных типов: на экране, на слайдах и на бумаге. Она предоставляет пользователю мощные функции работы с текстом, широкий набор стандартных рисунков, средства для рисования с использованием богатейшей цветовой гаммы, средства построения диаграмм, возможность использования фотографий. Демонстрация презентации может сопровождаться звуком и мультипликационными спецэффектами. Для ускорения создания презентаций в пакете имеются профессионально разработанные шаблоны презентаций и шаблоны дизайна (оформления), позволяющие использовать стандартные темы и готовые стили для оформления презентаций.

Запуск программы MS PowerPoint ничем не отличается от запуска любого Windows-приложения и осуществляется выбором команды Пуск/Программы/MS PowerPoint или двойным щелчком мышью по ярлыку MS PowerPoint .

В случае постоянных сбоев при работе с MS PowerPoint можно использовать пункт Найти и устранить в меню Справка, запускающий средство автоматического контроля целостности ключевых файлов.

Рассмотрим основные понятия, касающиеся создания презентаций и работы с ними.

Презентация – это набор слайдов и спецэффектов (слайд-фильм), раздаточные материалы, а также конспект и план доклада, хранящиеся в одном файле MS PowerPoint;

Слайды – это отдельные страницы презентации. Слайды могут включать в себя заголовок, текст, графику, диаграммы, таблицы, рисунки, рисованные объекты, фотографии, изображения из других приложений и многое другое. Слайды можно распечатать с помощью принтера на бумагу или на прозрачные пленки;

Раздаточный материал – это распечатанные в компактном виде два, четыре или шесть слайдов на одной странице. Раздаточный материал имеет целью закрепить восприятие и дать возможность слушателям позднее вернуться к теме доклада;

Конспект доклада – в процессе работы над презентацией можно получить конспект доклада, при печати которого на каждой странице будет выведено уменьшенное изображение слайда и текст, поясняющий его содержание.

Пользовательский интерфейс MS PowerPoint полностью аналогичен пользовательским интерфейсам других приложений пакета MS Office (MS Word, MS Excel).

Рис. 7.1. Входной экран MS PowerPoint с открытым меню Формат.

На рис 7.1. в качестве примера представлен экран MS PowerPoint с открытым меню Формат. Заметим, что настройку всех элементов интерфейса по своему вкусу можно выполнить в диалоговом окне Настройка (Сервис / Настройка) на соответствующих вкладках.

Элементы управления некоторых внешних программ, входящих в пакет Microsoft Office, органически входят в интерфейс MS PowerPoint. Их значки присутствуют на отдельных панелях управления. Например, можно включить панели инструментов Microsoft WordArt или Microsoft Chart.

Основное отличие интерфейса MS PowerPoint заключается в специфических режимах отображения документа на рабочем поле. Предусмотрено четыре основных режима отображения: обычный; структуры; слайды; сортировщик слайдов. В пятом режиме, называемом Показ слайдов, изображение слайда размещается на полном экране. При этом никакие элементы интерфейса не видны.

В каждом режиме имеются специфичные для него наборы панелей инструментов. В зависимости от принятого режима меняется и состав контекстного меню, открываемого при щелчке на объекте (слайде) правой кнопкой мыши.

В обычном режиме (рис. 7.2.) рабочее окно имеет три панели. На левой панели отображается структура презентации в виде последовательности слайдов с их номерами и размещенным текстом. Правая панель занимает большую часть поля, и в ней отображается слайд, со всеми размещенными объектами. Третья панель небольшой высоты располагается в нижней части рабочего поля и предназначена для внесения заметок разработчиком презентации или другими людьми (если это разрешено автором).

Рис. 7.2. Окно MS PowerPoint в обычном режиме.

В режиме структуры размер панели с отображаемой структурой увеличен, панель заметок располагается вертикально, а слайд отображается в виде эскиза. Именно в режиме структуры удобно вводить и форматировать текст.

В режиме слайдов каждый кадр занимает основную часть рабочего окна, а структура презентации отображается на узкой панели слева, где представлены только символы слайдов и их номера. В этом режиме удобно работать с объектами, размещенными на слайде, особенно мелкими.

В режиме сортировщика слайдов кадры представлены эскизами, занимающими все рабочее поле, под каждым из которых размещаются значки, указывающие на параметры смены слайдов, анимации, времени экспозиции кадра. Соответственно меняется и панель инструментов, где появляются необходимые элементы управления, и контекстное меню, открываемое щелчком правой кнопкой мыши на эскизе слайда. Двойной щелчок на эскизе автоматически переводит программу в режим слайдов.

При переходе в режим показа слайдов автоматически запускается полноэкранная демонстрация с параметрами, выставленными в режиме сортировщика слайдов. Демонстрация начинается с текущего (выбранного) слайда. Завершить ее можно в любой момент нажатием клавиши Esc. При этом происходит возврат в режим, который был текущим перед запуском демонстрации.

Специфическими для MS PowerPoint являются элементы интерфейса, предназначенные для управления вставкой и созданием объектов, их свойствами, демонстрацией презентации. Они сосредоточены в основном в пунктах строки меню: Вставка, Формат, Показ слайдов, а также на панели инструментов (отображаются соответствующими значками).

Содержание конкретных операций над объектом зависит от его типа, однако некоторые операции могут быть общими для всех типов объектов. Например, все объекты можно анимировать различными способами путем настройки параметров в диалоговом окне Настройка анимации. Таким способом добиваются динамичного «роста» диаграмм, «выпадающих» или вращающихся надписей и прочих эффектов оформления, оживляющих презентацию.

Важным элементом интерфейса, особенно для начинающих пользователей, служит пункт меню Справка. Там можно найти ответы на большую часть вопросов, возникающих при работе с программой MS PowerPoint.

Презентацию (новую или сохранявшуюся ранее) можно сохранить в ходе работы над ней. Также можно сохранить копию презентации под другим именем или в другом месте. Любую презентацию можно сохранить в формате HTML, позволяющем просматривать и использовать ее в сети Интернет. Наконец, презентацию можно сохранить с расчетом ее открытия в режиме показа слайдов.

MS PowerPoint автоматически сохраняет презентации с целью их дальнейшего восстановления в случае зависания приложения или сбоя питания. Внесенные изменения сохраняются в файле восстановления с интервалом, заданным для функции автовосстановления.

Поскольку этот файл автоматически удаляется при сохранении или закрытии презентации, средство автовосстановления не может служить заменой регулярному сохранению презентации.

Для закрытия презентации выберите в меню Файл команду Закрыть. При первом сохранении данной презентации вам предлагается присвоить ей имя. Выход из программы осуществляется из меню Файл командой Выход.

Глава 7.2. Способы создания презентаций.

При запуске программы MS PowerPoint открывается окно рис 7.3.

Рис. 7.3. Окно, открывающееся при запуске MS PowerPoint

При стандартных настройках окно MS PowerPoint состоит из следующих элементов: заголовок, строка меню, панели инструментов, рабочая область и строка состояния. В списке панелей инструментов их насчитывается тринадцать. Внутри панелей инструментов собраны элементы управления, представляющие операции, выполнение которых необходимо при работе с презентациями. Управление отображением панелей инструментов осуществляется в меню Вид/Панели инструментов.

Рис. 7.4. Окно выбора способа создания презентации.

При выборе в начальном окне (рис.7.3.) строки Создать презентацию, или при выборе пункта мену Файл/создать открывается окно Создание презентации (рис. 7.4.), которое дает возможность создать презентацию, используя разные способы.

1 способ – Новая презентация дает возможность пользователю максимально проявить творческую фантазию и личные способности, создавая презентацию с «чистого листа.
2 способ – Из мастера автосодержания: предоставляет возможность быстрого создания презентации по выбранной теме, запрашивая у пользователя соответствующую информацию. Именно этот способ создания презентации и будет рассмотрен подробно.
3 способ – Из шаблона презентации: предоставляет образцы различных типов презентаций с готовой структурой, оформлением и содержанием. Пользователь выбирает стандартные типы презентаций и приспосабливает их в соответствии со своими интересами.
4 способ – Из имеющейся презентации: открыть презентацию, созданную и сохраненную ранее, чтобы отредактировать ее, добавить новые слайды.

Рассмотрим создания презентации на основе Мастера автосодержания на примере формирования Д.Д. Докладчиком презентации «Плана продаж». Для этого Докладчик должен сделать следующие шаги.

После знакомства с краткой информацией о Мастере автосодержания, щёлкнуть на кнопке Далее, чтобы перейти к следующему окну диалога. Маркированный список в левой части открывшегося окна диалога фиксирует проделанную часть работы.
В первом окне, которое появляется, после заставки (рис.7.5.), следует выбрать вид презентации из восьми предлагаемых, а затем щёлкнуть на кнопке Далее.

Рис.7.5. Мастер автосодержания создания презентации.

В открывшемся втором окне необходимо выбрать тип презентации.
После щелчка на кнопке Далее открывается третье диалоговое окно, в котором предлагается уточнить тип носителя информации – прозрачные пленки, презентации на экране или слайды. Есть возможность указать, следует ли печатать материалы для раздачи слушателям.
В следующем окне диалога вводится информация для самого первого (титульного) слайда. По умолчанию Мастер включает в этот слайд название презентации и имя автора. При вводе нескольких элементов в текстовое поле следует после каждого из них нажимать клавишу Enter, чтобы Мастер автосодержания выводил элементы на разных строках. Два нажатия Enter подряд позволяют установить двойные интервалы между строками.

После нажатия клавиши Готово Мастер автосодержания создает базовый набор слайдов, основанный на выбранных параметрах (рис.7.6.). На экран выводится первый слайд презентации, в который необходимо ввести текст и графику и настроить анимационные эффекты.

Рис.7.6. Пример слайдов, предлагаемых Шаблоном презентации.

На рис.7.7. приведен пример нескольких слайдов из набора, предлагаемого шаблоном презентации «План продаж товара».

Рис.7.7. Пример слайдов, предлагаемых Шаблоном презентации.

При выборе способа создания презентаций с помощью шаблонов MS PowerPoint предоставляет возможность использования двух типов встроенных шаблонов, взаимодополняющих друг друга: Шаблоны презентаций и Шаблоны оформления.

Шаблоны презентаций похожи на стандартные шаблоны в MS Word и предоставляют возможность для создания презентаций по определенным темам, таким как Финансовый отчет, Личная основная страница, Бизнес-план, План продаж, Обучение и др.

Шаблоны оформления обеспечивают во всем наборе слайдов одинаковое оформление и цветовую палитру. Стили оформления презентаций можно выбирать по их именам, например, Ракета, Лазурь, Комета, Искра и др. Шаблоны оформления не имеют аналогов в других приложениях офисного пакета. Они созданы профессиональными дизайнерами и служат для придания слайдам презентации единообразного эстетического оформления. Каждый из шаблонов имеет определенную цветовую гамму, фон, стилистику, содержит разнообразные графические элементы и специальные эффекты. При работе с презентацией следует внимательно отнестись к выбору шаблона оформления (рис. 7.6., 7.7.).

Для задания оформления готовых слайдов в меню Формат выберите команду Оформление слайда – откроется окно Дизайн слайда (рис 7.8.), в котором через Обзор… следует выбрать подходящий Шаблон оформления (рис. 7.9).

Рис. 7.8. Окно Дизайн слайда.

Рис. 7.9. Окно выбора дизайна Шаблона оформления.

При выборе способа создания презентации надо учитывать, что шаблоны презентаций и шаблоны оформления не взаимозаменяемые вещи, а скорее взаимодополняющие. На практике оказывается удобным сначала создать слайды презентации, а затем окончательно их оформить в единой цветовой гамме.

Рассмотрим теперь создание презентации с помощью Шаблонов презентации. Для этого в начальном окне диалога MS PowerPoint надо установить переключатель Шаблон презентации и нажать кнопку ОК. После этого открывается диалоговое окно Создать презентацию, в котором следует определить способ создания презентации: определить тему презентации (шаблон темы) и подобрать к ней шаблон дизайна.

1 способ:

Перейти на вкладку Презентации.
Из раскрывшегося списка тем шаблонов презентации выбрать тему презентации.
Нажать кнопку ОК. Откроется первый заголовочный слайд по выбранной теме.
Вызвать нажатием правой кнопки мыши команду Применить шаблон дизайна контекстного меню.
В открывшемся диалоговом окне выбрать шаблон дизайна и щёлкнуть на кнопке Применить. Шаблон дизайна будет применен ко всем слайдам выбранной тематики.
Начать заполнение слайда своим текстом.

2 способ:

В диалоговом окне Создать презентацию (рис. 7.7.) перейти на вкладку Дизайны презентаций. Выбрать наиболее подходящий для презентации дизайн. После чего открывается диалоговое окно Создать слайд (рис.7.8.), содержащее типы авторазметки.
Для выбора слайда установить на него курсор и нажать левую кнопку мыши. После этого в окне MS PowerPoint появится этот слайд, оформленный с применением выбранного шаблона дизайна.

3. Внести свой текст или объект.

Выбранный дизайн презентации можно редактировать, изменяя цветовую палитру слайда и его отдельных зон.

Создание презентации на основе пустой презентации.

Создание новой презентации обычно включает следующие этапы:

планирование презентации,
выбор способа просмотра будущей презентации,
формирование текстовой части презентации,
выбор стиля и цветовой гаммы презентации,
добавление графических объектов, рисунков, звука и видеоклипов,
задание способа закрытия текущего и открытия очередного слайдов,
задание темпа проведения презентации,
построение эффектов анимации в слайдах презентации,
формирование скрытых слайдов и ответвлений,
указание примечаний к слайдам.

Создание презентации без использования мастера и шаблонов несколько отличается от создания нового документа в MS Word или MS Excel. В этом случае необходимо выбрать в меню Файл команду Создать, затем перейти на вкладку Общие, дважды щелкнуть по значку Пустая презентация, а затем выбрать разметку для первого слайда (рис. 7.10). Такое же окно открывается из меню Формат/Разметка слайда.

Рис.7.10. Окно Разметка слайда.

В новой презентации используются цветовая схема, стиль заголовка и стили текста презентации, принимаемой по умолчанию.

В любой презентации первым слайдом должен идти титульный лист, после оформления которого необходимо задать нужные виды разметки новых слайдов и набрать содержание.

Создание очередного слайда производится командой Вставка/Новый слайд, а сохранение созданной презентации производится стандартным образом — Файл/ Сохранить.

Кроме того, слайды можно копировать (Вставка/Слайды из файлов) или перемещать в другие презентации, а также вставлять весь набор слайдов из другой презентации.

Удаление слайда производится из меню Правка командой Удалить слайд. Чтобы удалить несколько слайдов одновременно, переключитесь в режим сортировщика слайдов или режим структуры, нажмите клавишу Shift и, удерживая ее, щелкните поочередно все слайды, затем выберите команду Правка/Удалить слайд.

Новая презентация будет использовать цветовую схему, заголовок и стили текста презентации, установленной по умолчанию в MS PowerPoint.

Создание презентации в форме структуры. Режим структуры позволяет вводить, редактировать, переупорядочивать текст, перемещать его из слайда в слайд.

Рис. 7.11. Последовательность слайдов презентации представлена в режиме Структуры

Чтобы создать презентацию в форме структуры (рис.7.11), необходимо:

Щелкнуть мышью на значке Открыть.
Перейти в режим структуры, нажав кнопку Режим структуры, либо выполнив команду Вид / Структура. На экране появляется панель инструментов Структура (рис. 7.12.).
В режиме структуры набрать заголовок для первого слайда, а затем нажать клавишу Enter.

4. Нажать клавиши Ctrl + Enter, чтобы создать первый уровень маркировки.

5. Внести последовательность маркированных элементов для слайда, нажимая клавишу Enter в конце каждого элемента. Чтобы создать различные уровни отступа, следует использовать кнопки Стрелка влево или Стрелка вправо. Нажатие клавиши Enter обеспечивает переход к заголовку равного уровня.

6. В конце последнего маркированного элемента слайда нажать клавиши Ctrl + Enter, чтобы создать следующий слайд.

7. Ввести заголовок и текст следующего слайда презентации и т.д.

Рис. 7.12. Панель инструментов Структура.

Глава 7.3. Объекты, составляющие слайд.

Каждый слайд в презентации имеет собственный уникальный номер, присваиваемый по умолчанию в зависимости от его места (рис.7.10.). Последовательность слайдов (а следовательно, и их связь, и нумерация) в документе линейная. Такая линейность автоматически поддерживается MS PowerPoint независимо от действий пользователя. То есть, удаление, вставка, перемещение, скрытие или показ слайдов не нарушают линейной структуры документа. Таким образом, в MS PowerPoint невозможно построить иерархическую структуру документа или организовать между слайдами иные виды связи (например, с помощью логических операций), кроме линейной.

К объектам, размещаемым на слайде, относятся: фон (обязательный элемент любого слайда), текст, гиперссылки, колонтитулы, таблицы, графические изображения, надписи (как особый вид графики), диаграммы, фильмы (видеоклипы), автофигуры, звуковые объекты, ярлыки. Особым объектом выступает цветовое оформление различных объектов, в совокупности представляющее цветовую схему слайда.

Все объекты, размещаемые на слайде, могут быть созданы или оформлены внутренними средствами MS PowerPoint, внешними приложениями или одновременно как теми, так и другими средствами.

Фон может быть представлен как обычное цветовое заполнение (в том числе градиентное, с использованием текстур или узора) или иметь в качестве основы рисунок (графический файл). Источник фонового рисунка может быть как внутренним, так и внешним.

Текст может иметь различное форматирование, то есть в нем могут использоваться разные элементы шрифтового оформления, методы выделения цветом и выравнивания, приемы создания абзацных отступов. Кроме того, форматирование позволяет подчеркнуть смысловую иерархию текста за счет различного оформления заголовков, основного текста, нумерованных и маркированных списков, колонтитулов и прочих элементов. Текст может иметь как внутренний, так и внешний источник.

Особым элементом форматирования является гиперссылка, превращающая выделенный текст в средство перехода практически к любому объекту презентации, в том числе и к внешнему. К особым элементам форматирования также относятся колонтитулы, которые могут создаваться автоматически.

Таблицы представляют собой специальным образом форматированный текст, размещаемый в ячейках, разделенных вертикальными и горизонтальными границами. При этом границы могут быть скрыты или выделены линиями, а ячейки иметь цветовое оформление фона. Таблица может иметь как внутренний, так и внешний источник.

Графическое изображение (рисунок, по терминологии MS PowerPoint) может использоваться в качестве фона или быть отдельным объектом на слайде. Для полноценного отображения графики необходимо знать особенности форматов графических файлов, поддерживаемых MS PowerPoint. В первую очередь, это относится к предпочтительной области их применения и ограничениям, накладываемым при импорте файлов некоторых форматов. Тексты, создаваемые средствами Microsoft WordArt (надписи, по терминологии MS PowerPoint), на самом деле являются графическими объектами. Графическое изображение может иметь только внешний источник.

Фильм – это объект MS PowerPoint, содержащий последовательность кадров, хранящихся в одном файле. Фильм обязательно имеет внешний источник и воспроизводится внешними средствами.

Звук является объектом, внешним по отношению к документу MS PowerPoint, и поэтому всегда требует указания названия источника. Небольшая коллекция звуков входит в стандартную поставку Microsoft Office. Воспроизведение звука осуществляется внешними средствами.

Значок (ярлык) представляет собой ссылку одновременно и на внешний объект, и на приложение, способное корректно его обработать в соответствии с расширением имени файла объекта.

Цветовая схема, хотя и не является, строго говоря, самостоятельным объектом MS PowerPoint, все же устанавливает заданное соотношение цветового оформления некоторых объектов, которое можно сохранить и использовать в дальнейшем.

Глава 7.4. Вставка объектов. Использование анимационных и звуковых эффектов

Объекты, составляющие слайд, могут вставляться различными способами.

Копирование и вставка через буфер. Объект копируется в Буфер обмена и вставляется в документ MS PowerPoint. Этот способ обычно применим к относительно простым объектам: текстам, растровой и векторной графике стандартных форматов, таблицам. При необходимости задать особые свойства объекта следует применять пункт Специальная вставка меню Правка, присутствующий во всех приложениях Microsoft Office.

Перетаскивание – объект перемещается (копируется или переносится) из своего родительского приложения в MS PowerPoint при помощи мыши. Обе программы должны быть в этот момент открыты.

Импорт – объект вставляется в документ MS PowerPoint в качестве файла, созданного в родительском приложении. В этом случае имеются ограничения как на формат поддерживаемых типов файлов, так и на их содержание. Кроме того, существуют ограничения на тип данных, содержащихся в файле. Например, в файлах векторной графики CorelDraw (расширение имени файла .cdr) не воспроизводится градиентная заливка.

Вставка текста в слайд. Как правило, самый простой способ добавления текста к слайду – введение его непосредственно в местозаполнитель на слайде. Чтобы вставить текст вне местозаполнителя или фигуры (например, снабдить рисунки надписями или выносками), можно воспользоваться инструментом Надпись, расположенным на панели инструментов Рисование.

Чтобы добавить текст в автофигуру, достаточно щелкнутье по ней и набрать текст. Этот текст закрепляется за фигурой и перемещается, а также вращается вместе с ней. Текст можно вставить в любую автофигуру, кроме линии, произвольной фигуры и соединительной линии.

Форматирование текста и абзацев слайдов аналогично форматированию в программе MS Word. Орфографию можно проверять автоматически в процессе набора или в другое время, например по окончании работы над слайдами. В ходе автоматической проверки орфографии слова с возможными ошибками подчеркиваются волнистой линией.

Вставка рисунков в презентацию. В комплект MS PowerPoint входит стандартный набор рисунков в виде коллекции. Эта коллекция включает множество картинок, выполненных на профессиональном уровне: карты, изображения людей, зданий, пейзажей и тематические картинки. Для выбора рисунка нажмите кнопку Добавить картинку на панели инструментов Рисование и перейдите на вкладку Рисунки.

Можно вставлять рисунки и отсканированные фотографии из других приложений или из других мест (это называется импортированием графики). Для этого укажите в меню Вставка на команду Рисунок и затем щелкните Из файла. При этом появится панель инструментов Настройка изображения, с помощью которой можно кадрировать рисунок, перекрасить его, обвести рамкой, отрегулировать яркость и контрастность. Для вставки отсканированной фотографии укажите в меню Вставка на команду Рисунок, затем щелкните Со сканера или камеры. Изображение откроется в приложении Microsoft Photo Editor, где его можно изменить.

Помимо рисунков можно вставлять в слайды таблицы и диаграммы.

Анимация является особым видом демонстрации объектов и содержит последовательность появления объекта в кадре при демонстрации слайда. Анимация относится к свойствам объекта, специфичным для MS PowerPoint, и воспроизводится встроенными средствами. Настройка параметров анимации выполняется средствами диалогового окна Настройка анимации, которое открывают пунктом Настройка анимации контекстного меню объекта.

Действие. Объектам MS PowerPoint может быть присвоено особое свойство, называемое Действием. Оно определяет, что именно происходит при щелчке мышью или при наведении указателя на данный объект. Параметры этого свойства устанавливаются в диалоговом окне Настройка действия (Показ слайдов / Настройка действия).

Анимация текста, графики, звука, кино и других объектов на слайдах позволяет подчеркивать различные аспекты содержания и делает презентацию более привлекательной. Вы можете обеспечить появление каждого маркированного пункта независимо от остальных или постепенное появление объектов одного за другим. Для каждого пункта или объекта можно установить порядок его появления на слайде, например «влет» с левой или с правой стороны; а также порядок изменения пунктов или объектов при добавлении нового элемента, например потускнения или изменения в цвете.

Порядок и время показа анимационных элементов можно изменять, а показ можно автоматизировать, чтобы не пользоваться мышью. Для подготовки и предварительного просмотра анимации текста и объектов выберите в меню Показ слайдов команду Настройка анимации (рис.7.13). Выбор Эффектов анимации в Дизайне слайда Шаблона оформления презентации.

Рис. 7.13. Выбор Эффектов анимации в Дизайне слайда Шаблона оформления презентации.

В комплекте MS PowerPoint имеются музыкальные, звуковые и видеоклипы, которые можно воспроизводить в ходе показа слайдов. Некоторые звуки (например, стук пишущей машинки или аплодисменты) вызываются с панели инструментов Эффекты анимации. Другие звуки, а также музыка и видеоклипы доступны в коллекции.

Чтобы воспользоваться этой коллекцией, укажите в меню Вставка на команду Фильмы и звук, затем щелкните Фильм из коллекции или Звук из коллекции.

Музыку, звук или видеоклип можно вставить в слайд с расчетом их воспроизведения в определенный момент показа. По умолчанию для запуска кино или звука необходимо щелкнуть по его значку в ходе показа. Чтобы изменить способ запуска клипа или вставить в него гиперссылку, выберите в меню Показ слайдов команду Настройки действия.

Звуки, музыка и видеоклипы вставляются в виде объектов MS PowerPoint. Чтобы воспроизвести звук или видеоклип как объект универсального проигрывателя, выберите в меню Вставка команду Объект, затем щелкните по клипу мультимедиа. В этом случае для запуска звука или видеоклипа используется универсальный проигрыватель, устанавливаемый вместе с Windows. Он воспроизводит файлы мультимедиа и управляет такими устройствами, как проигрыватели для компакт-дисков и видеодисков.

Для получения справки о каком-либо элементе слайда нужно щелкнуть по вопросительному знаку, а затем по самому элементу.

Глава 7.4. Настройка показа и управление показом презентации

В большинстве случаев презентация готовится для показа с использованием компьютера, ведь именно при таком показе презентации можно реализовать все преимущества электронной презентации.

Если аудитория слушателей небольшая, то показ можно осуществлять с экрана компьютера. Для больших аудиторий применяются либо большие экраны, либо проекторы, причем, готовя презентацию, надо учитывать возможности устройств (разрешающую способность, яркость, контрастность), на которых она будет показана.

Существует три способа проведения показа слайдов: управляемый докладчиком, управляемый пользователем и автоматический. Для выбора нужного способа установите соответствующий переключатель в диалоговом окне Настройка презентации меню Показ слайдов (рис. 7.14).

Рис. 7.14. Настройка способа проведения показа слайдов.

Показ слайдов, управляемый докладчиком. В этом случае слайды отображаются во весь экран (наиболее типичная ситуация), а презентацию обычно ведет докладчик. Этот способ показа слайдов наиболее приемлем для доклада.

Ведущий получает полный контроль над презентацией: он может проводить ее вручную или в автоматическом режиме, останавливать ее для записи замечаний или действий, а также вести запись звука во время презентации. Режим удобен для показа презентации на большом экране или для проведения презентационной конференции.

Показ слайдов, управляемый пользователем. В этом случае презентация показывается на малом экране, например при просмотре одним пользователем по корпоративной сети.

Слайды отображаются в небольшом окне; имеются команды смены слайдов, а также команды редактирования, копирования и печати слайдов. В этом режиме для перехода к другому слайду используется полоса прокрутки, причем одновременно может работать другое приложение. Можно отобразить панель инструментов Web, помогающую просматривать другие презентации и документы Office.

Автоматический показ слайдов. Данный переключатель позволяет провести автоматическую презентацию, например на выставке. Для проведения автоматического показа слайдов на выставочном стенде или в другом подобном месте можно подготовить ее с расчетом недоступности большинства меню и команд и автоматического повторения слайдов в непрерывном цикле.

Автоматические презентации представляют собой удобный способ распространения информации в виде показа слайдов, осуществляемый без ведущего. Большинство средств управления можно сделать недоступными (за исключением инициирования некоторых элементов щелчком мыши) для защиты от изменений, вносимых пользователями. После завершения автоматическая презентация запускается повторно; то же самое происходит при замене слайдов вручную, когда какой-либо слайд остается на экране более 5 мин.

Для подготовки автоматического показа слайдов откройте презентацию, выберите в меню Показ слайдов команду Настройка презентации, затем установите переключатель Автоматический.

Принципы планирования показа слайдов. Проводя показ слайдов, на первый план необходимо выдвинуть содержание. Инструментальные средства (анимация, переходы и др.) используются для подчеркивания определенных аспектов сообщаемых сведений, поэтому они не должны отвлекать внимание аудитории на спецэффекты.

Для зрителей, читающих слева направо, включите анимацию в слайды таким образом, чтобы пункты текста «влетали» на экран слева. Для выделения определенного пункта введите его справа, что привлечет особое внимание.

Подобных правил следует придерживаться и в отношении звука. Музыка, которая зазвучит во время перехода или анимации, сконцентрирует внимание зрителей на показываемых слайдах. Однако злоупотребление звуковыми эффектами может отвлечь внимание от важных моментов.

Реакция аудитории зависит также от темпа проведения презентации. Так, слишком быстрая смена слайдов утомляет, а слишком медленная может подействовать расслабляющее. Средства MS PowerPoint позволяют прорепетировать темп показа перед проведением презентации. Во время репетиции можно проверить наглядное оформление слайдов. Обилие слов или рисунков может смутить аудиторию. Если вы решите, что текста излишне много, разбейте слайд на два или три, а затем увеличьте размер шрифта.

Глава 7.5. Способы печати презентации

Презентацию (слайды, структуру, заметки лектора) можно напечатать в цвете или черно-белом варианте. Печать любого материала производится по стандартной схеме: открывая печатаемую презентацию, вы выбираете то, что нужно напечатать, — слайды, выдачи (несколько слайдов на странице), страницы заметок или структуру. Затем следует указать на слайды, которые необходимо распечатать, а также число копий.

На основе слайдов можно изготовить на прозрачной пленке цветные или черно-белые изображения, а также 35 мм слайды (для записи 35 мм слайдов на пленку необходимо специальное устройство).

Выдачи можно печатать в формате с одним, двумя, тремя или шестью слайдами на странице; можно также воспользоваться командой Файл/Отправить/Microsoft Word и распечатать выдачу в другой разметке средствами MS Word.

Замечания и действия, фиксируемые вами в записной книжке в ходе показа слайдов, можно распечатать в виде документа MS Word. Кроме того, можно задать автоматическое внесение замечаний на уже созданные страницы заметок.

Раздел 8. Математические вычисления. Введение в алгоритмизацию и программирование (на основе системы MathCAD)

С точки зрения классификации программного обеспечения, пакет MathCAD (Mathematic Computer Aided Design) – типичный представитель класса приложений, называемых PSE (problem solution environment, программная среда для решения задач). Благодаря простоте применения, наглядности математических действий, обширной библиотеке встроенных функций и численных методов, возможности символьных вычислений он стал наиболее популярным математическим приложением. В MathCAD применён принцип WYSWYG (What you see is what you get, что вы видите, то вы и получите). Поэтому он очень прост в использовании: достаточно просто вводить математические выражения с помощью встроенного редактора формул в виде, максимально приближенном к общепринятому, и тут же получать результат.

После того как приложение запущено, появляется основное окно. Сверху вниз в нем расположены: заголовок, строка меню, панели инструментов и рабочая область документа. В самой нижней части находится строка состояния. Назначение большинства кнопок не отличается от других приложений. Помимо этого в рабочей области имеется красный крестик, отмечающий место, куда нужно вводить формулы или текст.

Глава 8.1. Функции и их графики

К элементам интерфейса относятся курсор и местозаполнители (placeholders). Курсор ввода (крестик красного цвета) отмечает место в документе, куда можно вводить текст или формулу. Линии ввода (горизонтальная и вертикальная линии синего цвета) выделяют в тексте или формуле определённую часть. Местозаполнители появляются внутри незавершённых формул в местах, которые должны быть заполнены символом (черный прямоугольник) или оператором (чёрная прямоугольная рамка).

Ввести математическое выражение можно в любом пустом месте документа. Для этого следует поместить курсор ввода в требуемое место, щёлкнув на нем мышью, и начать вводить формулу с помощью клавиш. При этом в документе создаётся математическая область, которая предназначена для хранения формул, интерпретируемых процессором. Продемонстрируем последовательность действий на примере ввода выражения x5+x :

Щёлкните мышью, обозначив место ввода.
Нажмите клавишу x – в этом месте вместо курсора ввода появится область с формулой, содержащей один символ х, причём он будет выделен линиями ввода.
Введите оператор возведения в степень, нажав на клавишу над цифрой 6, и тогда в формуле появится местозаполнитель для введения значения степени, а линии ввода выделят его.
Последовательно введите остальные символы, нажимая клавиши 5, +, x.

Если начать ввод формулы с оператора, то в зависимости от его типа появляются соответствующие местозаполнители, которые следует заполнить, иначе процессор не воспримет формулу.

Изменить уже введённую формулу можно после щелчка на ней мышью. Тогда в этом месте появятся линии ввода. Регулировка линий ввода производится клавишами со стрелками, Пробел и Insert . Особенно полезной является клавиша Пробел. Если раз за разом нажимать эту клавишу, то линии ввода будут циклически изменять своё положение внутри формулы. Накопив некоторый опыт, можно без труда освоить эту технику. Для перевода линий ввода перед формулой (например, для смены знака) следует нажать клавишу Insert . Некоторые операторы вставляются процессором в правильное место формулы, независимо от положения линий ввода. Таков, например, оператор численного вывода = , который выдаёт значение всей формулы в виде числа.

х=2.3 1+ x5+x = 438.133

Выделение формулы и её части производится обычным способом. Предпочтительнее пользоваться клавишами со стрелками при удерживаемой клавише Shift. После выделения формулы её можно удалить, нажимая клавишу Delete. Часть формулы удаляется последовательным нажатием клавиши ← или использованием буфера обмена.

Большинство символов, например, латинские буквы или цифры удобно набирать на клавиатуре, а наиболее часто используемые операторы можно вставлять с различных математических панелей инструментов, вызываемых с панели Математика, которая вызывается по команде Вид/Панели инструментов/Математика.

Сложные функции вводятся с помощью команды Вставка/Функция. Перемещение и копирование выделенных областей с формулами удобно производить с помощью перетаскивания мышью (копирование происходит при нажатой клавише Ctrl). Отмена последних действий выполняется щелчком по кнопке Отменить.

Основные инструменты математика – это операции с переменными величинами и функциями. В MathCAD переменные и функции вводятся и вычисляются так, как они были бы написаны на бумаге с десятичной точкой. Порядок вычислений также очевиден: математические выражения и действия воспринимаются процессором слева направо и сверху вниз. Здесь следует сделать следующее предупреждение. Помещая различные формулы на одной строчке, следует строго выравнивать их по горизонтали. Если этого не сделать, то процессор станет сначала вычислять формулу, расположенную вблизи этой строки чуть выше остальных формул.

Чтобы определить переменную, достаточно ввести её имя ( строчные и прописные буквы, а также шрифты различаются; символ × на панели инструментов Арифметика означает знак умножения) и присвоить ей некоторое значение, для чего служит оператор присваивания := . Его ввод происходит при помощи клавиши : или щелчком на соответствующей кнопке панели инструментов Арифметика или Вычисления.

Ввести новое значение переменной возможно как в виде числа, так и виде математического выражения. Например,

х := 10 у := (х – 3)2 + 1 .

Не вполне соответствующий общепринятому математическому стилю вид оператора присваивания ( не знак равенства = , а двоеточие и знак равенства :=) является, на самом деле, компромиссом, связанным с назначением MathCAD как системы программирования. Этот оператор показывает, что он действует, в отличие от других, не слева направо, а справа налево, поскольку значение (справа) задаётся переменноё (слева). Таким образом, значение переменной не выводится на экран (о чём говорит знак = ), а некоторое значение (слева) присваивается ( := ) данной переменной.

Функции записываются в обычной форме : f (x, …), где f – имя функции, x, … - список переменных.

Чтобы вычислить в документе некоторое математическое выражение, которое может состоять из переменных, операторов и функций, следует определить значение каждой входящей в это выражение переменной, ввести само выражение, не используя пробелов, и нажать клавишу = . В результате справа от введённого знака равенства появится вычисленное значение выражения. Например,

х := 10 (х – 3)2+1= 50

f(x,y):=x2 • cos(x+y) f(2,5.99)= –0.542

Наряду с численным выводом имеется возможность символьного (или аналитического) вычисления значения выражения. Самый простой способ – это использовать символ → (символический знак равенства) на панели инструментов Символы или Вычисления или использовать комбинацию клавиш Ctrl, + . Если численный вывод – это в обычном смысле этого слова проведение расчёта по формулам, скрытое от глаз пользователя, то символьный вывод – результат работы системы искусственного интеллекта (символьного процессора). Например,

B•sin(asin(C•x)) → B•C•x

(функция arcsin в MathCAD обозначается как asin).

Когда процессор по тем или иным причинам не может вычислить выражение, он вместо ответа выдаёт сообщение об ошибке. Если же курсор находится вне формулы с ошибкой, то в ней имя функции или переменной, которая вызвала ошибку, отмечается красным цветом. При щелчке на такой формуле под ней появляется текстовое сообщение о типе ошибки, обрамлённое чёрным прямоугольником. Встречая в документе сообщение об ошибке, следует сначала исправить самую первую формулу с ошибкой. Часто устранение такой ошибки позволяет избавиться и от последующих ошибок. Искусство пользователя во многом состоит в умении анализировать ошибочные ситуации и находить правильный выход из них.

Ранжированные переменные предназначены для создания циклов или итерационных вычислений, а также для подготовки графиков. Простейший пример ранжированной переменной – это массив с числами, лежащими в некотором диапазоне с некоторым шагом. Например, для создания ранжированной переменной а с элементами 0, 1, 2, 3, 4, 5 следует ввести имя переменной а в нужное место документа, затем ввести оператор присваивания и нажать кнопку Задать диапазон дискретной величины на панели инструментов Арифметика (либо ввести символ ; с клавиатуры) и в появившиеся местозаполнители ввести левую и правую границы диапазона изменения ранжированной переменной 0 и 5.

Чтобы создать ранжированную переменную с шагом, не равным 1, например 0, 2, 4, 6, 8, 10, следует после ввода нижней границы диапазона в левый местозаполнитель, ввести запятую и в появившийся после запятой местозаполнитель ввести второй элемент (число 2), а затем в правый местозаполнитель ввести верхнюю границу диапазона. Например,

В пакет приложения встроено несколько различных типов графиков, которые можно разделить на две группы: двумерные и трёхмерные графики. Все они создаются с помощью панели инструментов Графики. Отметим, что некорректное определение данных приводит вместо построения графика к выдаче сообщения об ошибке.

Чтобы создать график, например двумерный декартов, следует сделать следующее:

поместить курсор ввода (красный крестик) в то место документа, куда требуется вставить график;
если на экране нет панели инструментов Графики, вызвать её щелчком на кнопке с изображением графиков на панели Математика;
щёлкнуть на панели Графики кнопку для создания декартового графика (другой способ – выполнение команды Вставка/Графики/X-Y Зависимость);
после появления в обозначенном месте документа пустой области графика с местозаполнителями следует ввести в них имена переменных или функций, которые должны быть изображены на графике. Если имена данных введены правильно, нужный график появится на экране. Созданный график можно изменить, меняя сами данные, форматируя его внешний вид или добавляя дополнительные элементы оформления.

Удаляется график клавишей Delete после щелчка мышью в его пределах.

Самый простой способ построения графика функции (быстрое построение графика), например, sin(x) заключается во вводе в местозаполнитель по оси абсцисс параметра х и в местозаполнитель по оси ординат sin(x) . Тогда по умолчанию размер области по оси абсцисс устанавливается от –10 до +10, а размер по оси ординат – в соответствии со значениями функции в этом диапазоне. Затем диапазон значений аргумента можно поменять и график автоматически подстроится под него.

При необходимости получить график с иным диапазоном значений переменной нужно ввести ранжированные переменные.

На одном графике можно отложить до 16 различных зависимостей. Когда строится новый график, то в местозаполнитель по оси ординат все требуемые функции вводятся через запятую. Чтобы построить ещё одну кривую на уже имающемся графике, нужно поместить линии ввода так, чтобы они целиком захватывали выражение, стоящее в надписи оси ординат, и нажать клавишу , , после чего появится местозаполнитель, в который нужно ввести выражение для следующей кривой. Если есть необходимость строить на одном графике кривые от разных аргументов, то эти аргументы нужно вводить через запятую в местозаполнитель по оси абсцисс.

Когда график создаётся впервые, процессор выбирает представленный диапазон для обеих координатных осей автоматически. Чтобы изменить диапазон, нужно перейти к редактированию графика, щёлкнув в его пределах. Когда график будет выделен, а вблизи каждой из осей появятся поля с числами, обозначающими границы диапазона, достаточно щёлкнуть мышью в области любого из них, чтобы изменить соответствующую границу с помощью клавиш управления курсором, цифровыми клавишами и клавишей <точка>.

Перемещение и изменение размера графика проводится после его выделения щелчком мыши и перетаскиванием его или растягивания и сжимания его по осям с помощью перемещения указателем мыши чёрных прямоугольных маркеров, расположенных на сторонах области графика.

Инструмент трассировка позволяет очень точно изучить строение графика. Достаточно щёлкнуть в области графика правой кнопкой мыши и выбрать из контекстного меню пункт Трассировка, в поле графика появятся две пересекающиеся пунктирные линии, которые смещаются с перемещением указателя мыши. Координаты точки пересечения линий с высокой точностью указываются в окне трассировки. Щелчок на кнопке Copy X или Copy Y копирует эти числа в буфер обмена. Если установлен флажок След точек данных в диалоговом окне трассировки, то линии трассировки следуют точно вдоль графика. Иначе они могут перемещаться по всей области графика.

Выбор в контекстном меню графика пункта Масштаб позволяет просматривать заданную часть графика в увеличенном масштабе. Возврат к исходному виду графика происходит при щелчке на кнопке Обзор.

Изменение внешнего вида графика производится по команде Формат График или двойным щелчком в области графика или выбором команды Формат в контекстном меню.

В диалоговом окне Setting Default Formats for X-Y Plots (Установка форматов для графика Х-У по умолчанию) имеются достаточно широкие возможности при использовании флажков и переключателей на вкладке Оси X-Y. Флажок Логарифмическая шкала полезен, если данные разнятся на несколько порядков; установка флажка Автосетка позволяет показывать линии сетки; установка флажка Автомасштаб осуществляет автоматический выбор диапазона по оси.

С помощью вкладки След легко установить комбинацию параметров линии и точек для каждого из рядов данных и текст легенды, описывающий данный ряд данных.

Глава 8.2. Решение алгебраических уравнений и систем уравнений

Встроенные функции системы MathCAD, предназначенные для решения нелинейных уравнений, ориентированы на то, что корни уравнений уже приблизительно локализованы. Чтобы решить задачу локализации корней можно использовать графическое представление функции или последовательный поиск корня из множества пробных точек, покрывающих расчётную область.

Предлагается несколько встроенных функций, применение которых зависит от специфики уравнения. Для решения одного уравнения с одним неизвестным служит функция root , а для решения системы – вычислительный блок Given/find . Эти средства при однократном обращении позволяют находить только один корень и нахождение других корней (если они существуют) производится путём изменения начального приближения.

Рассмотрим одно алгебраическое уравнение с одним неизвестным х: f(x) = 0, например, sin(x) = 0. Функция root в зависимости от типа задачи может включать либо два, либо четыре аргумента: root ( f(x), x) или root ( f(x), x, a ,b),

где f(x) – скалярная функция, определяющая уравнение, x – скалярная переменная, относительно которой решается уравнение, a, b – границы интервала, внутри которого происходит поиск корня.

Первый тип функции root требует дополнительного задания начального приближения переменной х , т.е. предварительного присваивания х некоторого числа, вблизи которого будет производиться поиск корня.

Например:

x := 0.5 solution := root ( sin (x), x) solution = – 6.2 10–7.

Важно отметить, что, хотя уравнение имеет бесконечное количество корней, находится только один из них, лежащий наиболее близко к х = 0.5. Если задать другое начальное значение, например, х := 3, то решением будет другой корень уравнения х = 3.14.

Иногда удобнее задавать не начальное приближение к корню, а интервал, внутри которого корень заведомо находится. В этом случае следует использовать функцию root с четырьмя аргументами, а присваивать начальное значение аргументу х не нужно:

solution:= root ( sin (x), x, –1, 1) solution = 0

Когда функция имеет четыре аргумента, следует помнить о двух её особенностях:

внутри интервала [a,b] не должно находиться более одного корня, иначе будет найден один из них, заранее неизвестно какой именно;
значения f(a) и f(b) должны иметь разные знаки, иначе будет выдано сообщение об ошибке.

С помощью первого типа функции root можно также находить чисто мнимые корни и корни функции от любого числа переменных по какой-либо одной переменной.

Обратимся теперь к описанию вычислительного блока Given/find, применяемого к решению систем уравнений. Он состоит из трёх частей, идущих последовательно друг за другом:

Given – ключевое слово;
система уравнений, записанная логическими операторами в виде равенств (вместо обычного знака равенства используется логический знак равенства, расположенный на панели Булево) и, возможно неравенств;
find ( x, y, …) – встроенная функция для решения системы относительно переменных x, y, … .

Вставлять логические операторы следует, пользуясь панелью инструментов Булево.

С клавиатуры логический знак равенства вводится сочетанием клавиш Ctrl + =. Как и для функции root первого типа требуется задавать начальные значения для всех переменных. Значение корня, найденное функцией find есть вектор, составленный из составляющих корня по всем переменным.

Например:

Первый элемент вектора есть первый аргумент функции find, а второй элемент – её второй аргумент.

Если изменить начальные значения переменных, например, х := – 1, y := 1, то будет найден другой корень этой системы уравнений.

Глава 8.3. Работа с векторами и матрицами, ввод/вывод данных

Самый простой и наглядный способ создания матрицы или вектора заключается в следующем: щелкнуть на кнопке Создать матицу или вектор на панели инструментов Матрицы

и в появившемся диалоговом окне Вставить матрицу задать число столбцов и строк создаваемой матрицы и затем щёлкнуть на кнопке ОК или Вставить. В результате в документ будет вставлен шаблон матрицы с выбранным числом строк и столбцов, в местозаполнители которого вводятся элементы матрицы. Переходить от одного элемента матрицы к другому можно с помощью указателя мыши либо клавиш со стрелками.

В местозаполнители элементов матрицы можно вставлять не только числа, но и любые математические выражения.

Символьный процессор позволяет выполнять различные матричные вычисления: находить определитель матрицы, обратную матрицу, транспонировать матрицу. Для этого применяются кнопки Вычисление определителя, Инверсия, Транспонирование матрицы на панели инструментов Матрицы. Например, задавая матрицу а, вычислим её определитель Deter и обратную матрицу b:

Ввод и вывод данных достаточно подробно описан в разделе 8.1. Функции и их графики.

Глава 8.4. Условные операторы, циклы, программные блоки

В процессор встроен язык программирования, который применяется в отдельных модулях, которые легко отличить от остальных формул. Программирование имеет ряд преимуществ, которые делают документ более простым:

Возможность применения циклов и условных операторов,
Простота создания функций и переменных, требующих нескольких простых шагов,
Возможность создания функций, содержащих закрытый для остального документа код, включая использование локальных переменных и обработку ошибок.

Вставка программного кода в документ происходит с помощью специальной панели инструментов Программирование. Большинство кнопок этой панели выполнено в виде текстового представления операторов программирования. Программный модуль обозначается жирной вертикальной чертой, справа от которой с помощью шаблонов с местозаполнителями записываются операторы языка программирования.

Сначала следует ввести часть выражения, которая будет находиться слева от программного модуля, и ввести знак присваивания. На панели инструментов Программирование щелкнуть по кнопке Add line (Добавить линию). Если приблизительно известно, сколько строк кода содержит программа, можно создать нужное количество строк повторным щелчком по кнопке Добавить линию. В появившиеся местозаполнители нужно вводить шаблоны требуемых операторов программы, щёлкая на кнопках панели Программирование. Нужно специально подчеркнуть, что операторы программирования можно вставлять в текст программы только как шаблоны с помощью кнопок панели инструментов. Если операторы просто набивать на клавиатуре, то процессор их не воспринимает. После того, как ни один местозаполнитель не остался пустым, введённая программа может использоваться. Вставить строку программного кода в уже созданную программу можно с помощью выделения горизонтальной линией ввода всей строки, перед которой требуется вставить новую строку, и вертикальной линией ввода в начале этой строки и затем щёлкнуть на кнопке Добавить линию.

Внутри программы создаются локальные переменные, которые “не видны” извне, из других частей документа. Присваивание в пределах программы производится с помощью оператора Локальное присваивание ( ← ) на панели инструментов Программирование, так как ни оператор присваивания :=, ни оператор вывода = в пределах программы не работают.

Программа выполняет строки кода в соответствии с результатами работы операторов.

Действие условного оператора if (если) состоит из двух частей. Сначала проверяется условие справа от него. Если оно истинно, то выполняется выражение слева от оператора if. Если условие справа от оператора if ложно, то выражение слева от него не выполняется, и программа переходит к следующей строке.

Оператор otherwise (иначе) указывает на выражение, стоящее перед ним, которое будет выполняться в случае, если условие оператора if не оказалось истинным.

В языке программирования имеются два оператора цикла for (для) и while (пока). Оператор for даёт возможность организовать цикл по переменной, заставляя её пробегать определённый диапазон значений, а оператор while создаёт цикл с выходом из него по логическому условию. Если применяется оператор for , то в левый местозаполнитель шаблона вставляется имя переменной цикла, в правом местозаполнителе с помощью шаблона Задать диапазон дискретной величины указывается диапазон её значений, а в нижний местозаполнитель вставляется тело цикла, т.е. выражения, которые должны выполняться циклически.

При использовании оператора while в верхнем местозаполнителе указывается логическое выражение, при нарушении которого должен происходить выход из цикла.

Иногда требуется досрочно завершить цикл (не по условию в его заголовке, а в некоторой строке тела цикла). Для этого предназначен оператор break (прервать).

Глава 8.5. Символьные преобразования

Вычислительные операторы вставляются в документы при помощи панели инструментов Матанализ,

на которой представлены операторы дифференцирования, вычисления неопределённого и определённого интеграла (с возможностью вычислять интегралы с бесконечными пределами), вычисления сумм, произведений и пределов. При нажатии на любой из кнопок в документе появляется символ соответствующего математического действия, снабжённый несколькими местозаполнителями. Количество и расположение местозаполнителей определяется типом оператора и в точности соответствует их общепринятой математической записи. Например, после вставки одностороннего предела следует заполнить три местозаполнителя ( для определения переменной и её значения, а также выражения, для которого вычисляется предел).

Ввод вычислительного оператора можно завершить вычислением его значения численно (нажатием клавиши = ) или символьно (нажатием кнопки символьного равенства → на панели Символы или панели Вычисления) и последующим нажатием на клавишу Enter. В отличие от других, операторы поиска предела могут быть вычислены только символьно.

Упрощение и разложение выражений осуществляются с помощью кнопок Simplify и Expand на панели инструментов Символы. При этом процессор преобразует выражение к более простому виду (упрощение) или раскрывает все суммы и произведения или использует тригонометрические тождества (разложение). Разложение на множители и приведение подобных слагаемых делается с помощью кнопок Factor и Collect.

С помощью символьного процессора можно вычислить аналитически значение переменной, при котором выражение обращается в нуль. Для этого следует ввести выражение, выделить переменную, относительно которой будет решаться уравнение, и выполнить команду Символы/Переменные/Вычислить.

Содержание.

[1]
Предисловие

[2]
Раздел 1. Базовые понятия информатики

[3]
Раздел 2. Компьютерные системы.
Аппаратная конфигурация ПК

[3.0.0.1] 2.1.1. От абака до первых ЭВМ.

[3.0.0.2] 2.1.2. Поколения ЭВМ.

[3.0.0.3] 2.2.1.Классификация компьютерных систем.

[3.0.0.4] 2.2.2 Архитектура компьютерной системы. Аппаратное и программное обеспечение.

[3.0.0.5] 2.4.1. Материнская плата.

[3.0.0.6] 2.4.2. Процессор (CPU).

[3.0.0.7] 4.2.3. Оперативная память (RAM).

[4]
Раздел 3. Программная конфигурация ПК

[4.0.0.1] 3.3.1. Файлы. Физическая файловая система.

[4.0.0.2] 3.3.2. Логическая файловая система.

[4.0.0.3] 3.4.1. Кодирование текста.

[4.0.0.4] 3.4.2. Кодирование цвета.

[4.0.0.5] 3.4.3. Кодировка звука.

[5]
Раздел 4. Работа с операционной системой Windows 98/2000/XP

[5.0.0.1] Выделение (пометка) объектов

[5.0.0.2] Открытие (просмотр) объекта

[5.0.0.3] Воздействие на объект

[5.0.0.4] 4.3.1. Объект – файл

[5.0.0.5] 4.3.2. Объект – папка

[5.0.0.6] 4.4.1. Настройка рабочего стола

[5.0.0.7] 4.4.2. Настройка меню Пуск и Панели задач

[5.0.0.8] 4.4.3. Настройка свойств папки

[5.0.0.9] 4.5.1. Установка и удаление приложений

[5.0.0.10] 4.5.2. Установка и настройка оборудования

[6]
Раздел 5. Работа с редактором MS Word

[7]
Раздел 6. Работа с электронными таблицами MS Excel

[8]
Раздел 7. Создание презентаций с помощью МS PowerPoint

[9] Раздел 8. Математические вычисления. Введение в алгоритмизацию и программирование (на основе системы MathCAD)

[10] Содержание.

Список литературы.

Основная литература.

Информатика для юристов и экономистов / Симонович С.В. и др. – СПб.: Питер, 2006.-688с.:ил.
Степанов А.Н. Информатика: Учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по гуманитарным и социально-экономическим направлениям и специальностям. – М.: Питер, 2006. – 684 с.
Стоцкий Ю. Самоучитель Office 2000. / - СПб.: Питер, 2003.-608с.: ил.
Маликова Л.В., Пылькин А.Н. Практический курс по электронным таблицам MS Excel: Учебное пособие для Вузов. -М.: Горячая линия - Телеком, 2004.-244с.:ил.
Алексеев Е.Р. Mathcad 12. – М.: НТ Пресс, 2005. – 345 с.

Дополнительная литература.

Microsoft Office XP / Д. Крейнак; Пер. с англ. В.Л.Медведев.-М.: ООО "Издательство Астрель", 2004. -XIV, 383c.: ил.
Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы / В.Г. Олифер, Н.А. Олифер.- Спб.: Питер,2000._672 с.
Левин А.Ш. Самоучитель работы на компьютере. – М.: Питер, 2006. – 748 с.
Черняк А.А., Новиков В.А., Мельников О.И., Кузнецов А.В. Математика для экономистов на базе MathCAD. СПб.: БХВ-Петербург, 2003. – 496 с.
Информатика: Практикум по технологии работы на компьютере: Учебник для студентов экономических специальностей вузов / Под ред. Н.В. Макаровой. – М.: Финансы и статистика, 2006. – 256 с.
Безручко В.Т. Практикум по курсу «Информатика»: Работа в Windows 2000, Word, Excel: Учебное пособие. – М.: Финансы и статистика, 2005. – 544 с.
Сеннов А.С. Курс практической работы на ПК. – СПб.: БХВ-Петербург, 2003. – 576 с.
Пасько В. Самоучитель работы на персональном компьютере. – СПб.: Питер; Киев: Издательская группа BHV, 2006. – 591 с.
Иванов В. Microsoft Office System 2003: Учебный курс. – СПб.: Питер, 2004. – 640 с.
Дьяконов В.П. MathCAD 2000. – Спб.: Питер, 2001

1. ОСТРЫЙ АППЕНДИЦИТ
2. Розташування ділянки для проектування та характеристики території
3. Общие проблемы правового статуса судей и перспективы развития судебной системы в Российской Федерации
4. реферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук Київ ~
5. СВАДЬБА В БУГУЛЬМЕ Кавказская пленница и другие приключения жениха На входе Жениха встречают 3 перс
6. 1. Настоящий федеральный государственный образовательный стандарт начального профессионального образован.html
7. доклада на 12ой международной научнопрактической конференции Славянский мир на пути к грядущему 2426 февра
8. Учет основных средств6
9. Функционирование предприятия в сфере услуг ипотечного кредитования
10. тематика Освоение курса Математика в дальнейшем способствует успешному освоению специальных дисц
11. Понятие труда и формы общественной организации труда
12. х начале 90х годов кардинальные геополические перемены не привели к исчезновению разногласий между союзник
13. Сидит Помощница Деда мороза
14. на тему- Українська держава Павла Скоропадського Підготував студент І курсу групи Азаочного в
15. Закон конкуренции и современные особенности его проявления Эффективность конкурентных рынков
16. Исправление дулец гильз
17. Русские православные монастыри и их роль в развитии национальной культуры1
18. Glss chste tо bul1doze gile meretricious mеndicncy
19. Особенности индивидуального предпринимательства
20. экономических процессов в СССР и России в 6080 х годах позволяет утверждать что на этом историческом интерва

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе