Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Перечень ответов к экзамену с базовыми вопросами дисциплины
«Информатика»
Информатизация общества – обеспечивает людям возможность быстрого доступа к обширным информатизационным ресурсам, возможность обмена данными между друг с другом и одновременную работу с информацией, представленную в различных формах.
Возрастание объема информации особенно стало заметно в середине XX в. Лавинообразный поток информации хлынул на человека, не давая возможности воспринять ее в полной мере. Информационный кризис поставил общество перед необходимостью поиска путей выхода из создавшегося положения. Внедрение ЭВМ, современных средств переработки и передачи информации в различные сферы деятельности послужило началом нового эволюционного процесса, называемого информатизацией, в развитии человеческого общества, находящегося на этапе индустриального развития.
Информатика – наука о информатизации и информационных процессов о моделях и моделирования, о программах и программирования, для различных классов исполнителей в частности компьютерах и об их использовании.
Информатика делится на: КИБЕРНЕТИКУ И ДОКУМЕНТАЛИСТИКУ
Основные направления развития информатики можно подразделить на теоретическую и прикладную.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ИНФОРМАТИКА ВКЛЮЧАЕТ В СЕБЯ:
ПРИКЛАДНАЯ ИНФОРМАТИКА ВКЛЮЧАЕТ В СЕБЯ:
Основные задачи информатики:
Информация – сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии,полученными нами с помощью органов чувств, факторов используя сообщения, которые уменьшают имеющуюся степень неопределенности, неполноты знаний.
Классификация информациии:
Бит — слишком мелкая единица измерения. На практике чаще применяется более крупная единица — байт, равная восьми битам. Именно восемь битов требуется для того, чтобы закодировать любой из 256 символов алфавита клавиатуры компьютера (256=2 в 8 степени).
Широко используются также ещё более крупные производные единицы информации:
В последнее время в связи с увеличением объёмов обрабатываемой информации входят в употребление такие производные единицы, как:
СВОЙСТВА ИНФОРМАЦИИ:
Преобразование данных - видоизменение данных, направленное на выполнение условий того или иного метода обработки.
Кодирование данных – это процесс формирования определенного представления информации.
Кодирование — это выражение данных одного типа через данные другого типа (например, с помощью алфавита кодируются звуки какого-либо языка, а музыкальные произведения кодируются нотами). Закодированные данные передаются в виде сигналов. В компьютере используется двоичная система кодирования, потому что она наиболее точно передает работу электронно-магнитных устройств, которые могут находиться в двух состояниях: пассивном (нет сигнала) и активном (есть сигнал). Двоичный код состоит из двух двоичных цифр: 0 (нет сигнала) и 1 (есть сигнал).
Создателем алгебры логики является живший в ХIХ веке английский математик Джордж Буль, в честь которого эта алгебра названа булевой алгеброй высказываний.
Все основные идеи, которые лежат в основе работы компьютеров, были изложены еще в 1833 году английским математиком Чарльзом Бэббиджем. Он разработал проект машины для выполнения научных и технических расчетов, где предугадал основные устройства современного компьютера, а также его задачи. Для ввода и вывода данных Бэббидж предлагал использовать перфокарты - листы из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий. В то время перфокарты уже использовались в текстильной промышленности. Отверстия в них пробивались с помощью специальных устройств - перфораторов.
В 1888 году американский инженер Герман Холлерит сконструировал первую электромеханическую счетную машину. Эта машина, названная табулятором, могла считывать и сортировать статистические записи, закодированные на перфокартах.
В 1896 году Герман Холлерит основал фирму Computing Tabulating Recording Company, которая стала основой для будущей Интернэшнл Бизнес Мэшинс (International Business Machines Corporation, IBM) - компании, внесшей гигантский вклад в развитие мировой компьютерной техники.
Дальнейшие развития науки и техники позволили в 1940-х годах построить первые вычислительные машины. Создателем первого действующего компьютера Z1 с программным управлением считают немецкого инженера Конрада Цузе.
В феврале 1944 года на одном из предприятийIBM в сотрудничестве с учеными Гарвардского университета по заказу ВМС США была создана машина "Mark 1". Это был монстр весом около 35 тонн. В "Mark 1" использовались механические элементы для представления чисел и электромеханические - для управления работой машины. Числа хранились в регистрах, состоящих из десятизубных счетных колес. Каждый регистр содержал 24 колеса, причем 23 из них использовались для представления числа (т.е. "Mark 1" мог "перемалывать" числа длинной до 23 разрядов), а одно - для представления его знака. Регистр имел механизм передачи десятков и поэтому использовался не только для хранения чисел; находящееся в одном регистре, число могло быть передано в другой регистр и добавлено к находящемуся там числу(или вычтено из него). Всего в "Mark 1" было 72 регистра и, кроме того, дополнительная память из 60 регистров, образованных механическими переключателями. В эту дополнительную память вручную вводились константы - числа, которые не изменялись в процессе вычислений.
Умножение и деление производилось в отдельном устройстве. Кроме того, машина имела встроенные блоки, для вычисления sin x, 10x и log x.
Скорость выполнения арифметических операций в среднем составляла: сложение и вычитание - 0,3 секунды, умножение - 5,7 секунды, деление - 15,3 секунды. Таким образом "Mark 1" был "эквивалентен" примерно 20 операторам, работающим с ручными счетными машинами.
Наконец, в 1946 в США была создана первая электронная вычислительная машина (ЭВМ) - ENIAC (Electronic Numerical integrator and Computer - Электронный числовой интегратор и компьютер). Разработчики: Джон Мочи (John Маuchу) и Дж. Преспер Эккерт (J. Prosper Eckert).
Он был произведен на свет в Школе электрической техники Moore (при университете в Пенсильвании).
Время сложения - 200 мкс, умножения - 2800 мкс и деления - 24000 мкс.
Компьютер содержал 17468 вакуумных ламп шестнадцати типов, 7200 кристаллических диодов и 4100 магнитных элементов.
Общая стоимость базовой машины - 750000 долларов. Стоимость включала дополнительное оборудование, магнитные модули памяти (по цене 29706,5 доллара) и аренду у IBM (по 82,5 доллара в месяц) устройства считывания перфокарт ( 125 карт в минуту). Она также включала и арендную плату (по 77 долларов в месяц) за IBM-перфоратор (100 карт в минуту).
Потребляемая мощность ENIAC - 174 кВт. Занимаемое пространство - около 300 кв. м.
В Советском Союзе первая электронная цифровая вычислительная машина была разработана в 1950 году под руководством академика С. А. Лебедева в Академии наук Украинской ССР. Она называлась «МЭСМ» (малая электронная счётная машина).
Основоположниками компьютерной науки по праву считаются Клод Шеннон - создатель теории информации, Алан Тьюринг - математик, разработавший теорию программ и алгоритмов, и Джон фон Нейман - автор конструкции вычислительных устройств, которая до сих пор лежит в основе большинства компьютеров. В те же годы возникла еще одна новая наука, связанная с информатикой, - кибернетика, наука об управлении как одном из основных информационных процессов. Основателем кибернетики является американский математик Норберт Винер. Одно время слово "кибернетика" использовалось для обозначения вообще всей компьютерной науки, а в особенности тех ее направлений, которые в 60-е годы считались самыми перспективными: искусственного интеллекта и робототехники. Вот почему в научно-фантастических произведениях роботов нередко называют "киберами". А в 90-е годы это слово опять всплыло для обозначения новых понятий, связанных с глобальными компьютерными сетями - появились такие неологизмы, как "киберпространство", "кибермагазины"
Первое поколение (1945-1954) - ЭВМ на электронных лампах (вроде тех, что были в старых телевизорах). Большинство машин первого поколения были экспериментальными устройствами и строились с целью проверки тех или иных теоретических положений. Ввод чисел в первые машины производился с помощью перфокарт, а программное управление последовательностью выполнения операций осуществлялось, например в ENIAC, как в счетно-аналитических машинах, с помощью штеккеров и наборных полей. Хотя такой способ программирования и требовал много времени для подготовки машины, то есть для соединения на наборном поле (коммутационной доске) отдельных блоков машины, он позволял реализовывать счетные "способности" ENIAC'а и тем выгодно отличался от способа программной перфоленты, характерного для релейных машин. Солдаты, приписанные к этой огромной машине, постоянно носились вогруг нее, скрипя тележками, доверху набитыми электронными лампами. Стоило перегореть хотя бы одной лампе, как ENIAC тут же вставал, и начиналась суматоха: все спешно искали сгоревшую лампу. Одной из причин - возможно, и не слишком достоверной - столь частой замены ламп считалась такая: их тепло и свечение привлекали мотыльков, которые залетали внутрь машины и вызывали короткое замыкание. Если это правда, то термин "жучки" (bugs), под которым подразумевают ошибки в программных и аппаратных средствах компьютеров, приобретает новый смысл. Когда все лампы работали, инженерный персонал мог настроить ENIAC на какую-нибудь задачу, вручную изменив подключение 6 000 проводов. Все эти провода приходилось вновь переключать, когда вставала другая задача.
Первой серийно выпускавшейся ЭВМ 1-го поколения стал компьютер UNIVAC (Универсальный автоматический компьютер). Разработчики: Джон Мочли (John Mauchly) и Дж. Преспер Эккерт (J. Prosper Eckert). Он был первым электронным цифровым компьютером общего назначения. UNIVAC, работа по созданию которого началась в 1946 году и завершилась в 1951-м, имел время сложения 120 мкс, умножения -1800 мкс и деления - 3600 мкс. UNIVAC мог сохранять 1000 слов, 12000 цифр со временем доступа до 400 мкс максимально. Магнитная лента несла 120000 слов и 1440000 цифр. Ввод/вывод осуществлялся с магнитной ленты, перфокарт и перфоратора.
Машины этого поколения: « ENIAC », «МЭСМ», «БЭСМ», «IBM -701», «Стрела», «М-2», «М-3», «Урал», «Урал-2», «Минск-1», «Минск-12», «М-20» и др. Эти машины занимали большую площадь, использовали много электроэнергии и состояли из очень большого числа электронных ламп. Например, машина «Стрела» состояла из 6400 электронных ламп и 60 тыс. штук полупроводниковых диодов. Их быстродействие не превышало 2—3 тыс. операций в секунду, оперативная память не превышала 2 Кб. Только у машины «М-2» (1958) оперативная память была 4 Кб, а быстродействие 20 тыс. операций в секунду.
Второе поколение ЭВМ
ЭВМ 2-го поколения были разработаны в 1950—60 гг. В качестве основного элемента были использованы уже не электронные лампы, а полупроводниковые диоды и транзисторы, а в качестве устройств памяти стали применяться магнитные сердечники и магнитные барабаны - далекие предки современных жестких дисков. Второе отличие этих машин — это то, что появилась возможность программирования на алгоритмических языках. Были разработаны первые языки высокого уровня - Фортран, Алгол, Кобол.
Машины этого поколения: «РАЗДАН-2», «IВМ-7090», «Минск-22,-32», «Урал- 14,-16», «БЭСМ-3,-4,-6», «М-220, -222».
4 Третье поколение ЭВМ
Разработка в 60-х годах интегральных схем - целых устройств и узлов из десятков и сотен транзисторов, выполненных на одном кристалле полупроводника (то, что сейчас называют микросхемами) привело к созданию ЭВМ 3-го поколения. В это же время появляется полупроводниковая память, которая и по сей день используется в персональных компьютерах в качестве оперативной. Применение интегральных схем намного увеличило возможности ЭВМ. Теперь центральный процессор получил возможность параллельно работать и управлять многочисленными периферийными устройствами. ЭВМ могли одновременно обрабатывать несколько программ (принцип мультипрограммирования). В результате реализации принципа мультипрограммирования появилась возможность работы в режиме разделения времени в диалоговом режиме. Удаленные от ЭВМ пользователи получили возможность, независимо друг от друга, оперативно взаимодействовать с машиной.
Начиная с ЭВМ 3-го поколения, традиционным стала разработка серийных ЭВМ. Хотя машины одной серии сильно отличались друг от друга по возможностям и производительности, они были информационно, программно и аппаратно совместимы. Например, странами СЭВ были выпущены ЭВМ единой серии («ЕС ЭВМ») «ЕС-1022», «ЕС-1030», «ЕС-1033», «ЕС-1046», «ЕС-1061», «ЕС-1066» и др. Производительность этих машин достигала от 500 тыс. до 2 млн. операций в секунду, объём оперативной памяти достигал от 8 Мб до 192 Мб.
К ЭВМ этого поколения также относится «IВМ-370», «Электроника — 100/25», «Электроника — 79», «СМ-3», «СМ-4» и др.
Для серий ЭВМ было сильно расширено программное обеспечение (операционные системы, языки программирования высокого уровня, прикладные программы и т.д.).
Еще в начале 60-х появляются первые миникомпьютеры - небольшие маломощные компьютеры, доступные по цене небольшим фирмам или лабораториям. Миникомпьютеры представляли собой первый шаг на пути к персональным компьютерам, пробные образцы которых были выпущены только в середине 70-х годов. Известное семейство миникомпьютеров PDP фирмы Digital Equipment послужило прототипом для советской серии машин СМ.
Но и это еще не все - поистине, рубеж 60-х и 70-х годов был судьбоносным временем. В 1969 г. зародилась первая глобальная компьютерная сеть - зародыш того, что мы сейчас называем Интернетом. И в том же 1969 году одновременно появились операционная система Unix и язык программирования С ("Си"), оказавшие огромное влияние на программный мир и до сих пор сохраняющие свое передовое положение.
Четвертое поколение ЭВМ
Обычно считается, что период с 1975 г. принадлежит компьютерам четвертого поколения. Их элементной базой стали большие интегральные схемы (БИС. В одном кристалле интегрированно до 100 тысяч элементов). Быстродействие этих машин составляло десятки млн. операций в секунду, а оперативная память достигла сотен Мб. Появились микропроцессоры (1971 г. фирма Intel), микро-ЭВМ и персональные ЭВМ. Стало возможным коммунальное использование мощности разных машин (соединение машин в единый вычислительный узел и работа с разделением времени).
Развитие ЭВМ 4-го поколения пошло по 2-м направлениям:
1-ое направление — создание суперЭВМ - комплексов многопроцессорных машин. Быстродействие таких машин достигает нескольких миллиардов операций в секунду. Они способны обрабатывать огромные массивы информации. Сюда входят комплексы ILLIAS-4, CRAY, CYBER, «Эльбрус-1», «Эльбрус-2» и др.
2-ое направление — дальнейшее развитие на базе БИС и СБИС микро-ЭВМ и персональных ЭВМ (ПЭВМ). Первыми представителями этих машин являются Apple, IBM - PC ( XT , AT , PS /2), «Искра», «Электроника», «Мазовия», «Агат», «ЕС-1840», «ЕС-1841» и др.
Начиная с этого поколения ЭВМ повсеместно стали называть
Пятое поколение ЭВМ
ЭВМ пятого поколения — это ЭВМ будущего. Программа разработки, так называемого, пятого поколения ЭВМ была принята в Японии в 1982 г. Предполагалось, что к 1991 г. будут созданы принципиально новые компьютеры, ориентированные на решение задач искусственного интеллекта. С помощью языка Пролог и новшеств в конструкции компьютеров планировалось вплотную подойти к решению одной из основных задач этой ветви компьютерной науки - задачи хранения и обработки знаний. Коротко говоря, для компьютеров пятого поколения не пришлось бы писать программ, а достаточно было бы объяснить на "почти естественном" языке, что от них требуется.
Если перед разработчиками ЭВМ с I по IV поколений стояли такие задачи, как увеличение производительности в области числовых расчётов, достижение большой ёмкости памяти, то основной задачей разработчиков ЭВМ V поколения является создание искусственного интеллекта машины (возможность делать логические выводы из представленных фактов), развитие "интеллектуализации" компьютеров - устранения барьера между человеком и компьютером.
Современные персональные компьютеры
Современные персональные компьютеры (ПК или РС в английской транскрипции) в соответствии с принятой классификацией надо отнести к ЭВМ четвертого поколения. Но с учетом быстро развивающегося программного обеспечения, многие авторы публикаций относят их к 5-му поколению.
Персональные компьютеры появились на рубеже 60 – 70-х годов. Американская фирма Intel разработала первый 4-разрядный микропроцессор (МП) 4004 для калькулятора. Он содержал около тысячи транзисторов и мог выполнять 8000 операций в секунду. Вскоре была выпущена 8-битная версия данного МП, получившая название 8008. Оба МП всерьез восприняты не были, поскольку рассчитывались для конкретных применений. Они относятся к МП первого поколения.
В конце 1973 г. Intel разработала однокристальный 8-разрядный МП 8080, рассчитанный для многоцелевых применений. Он был сразу замечен компьютерной промышленностью и быстро стал "стандартным". По стоимости он был доступен даже для любителей. Одни фирмы начали выпускать МП 8080 по лицензиям, другие - предложили его улучшенные варианты. Так, группа инженеров фирмы Intel, образовав собственную фирму Zilog, в 1976 г. выпустила МП Z80, сохраняющий базовую архитектуру 8080. Фирма Motorola разработала собственный 8-разрядный МП М6800, нашедший впоследствии широкое применение.
Стив Возняк и Стив Джобс свой первый Apple собрали шутки ради В начале 1976 года Стив Возняк, работая в Hewlett-Packard, предложил свой компьютер Apple руководству HP, но не нашел поддержки. В Hewlett-Packard победил другой проект – HP-85, основанный на идее совмещения компьютера и калькулятора. Тогда 1 апреля 1976 года два Стива – Возняк и Джобс – полушутя-полусерьезно зарегистрировали Apple Computer Company. И уже в июле предложили магазинам компьютер Apple-1 по цене $666,66.
Однако, в конце 1980 года совет директоров IBM принял решение создать "машину, которая нужна людям". Стратегическим партнером в качестве поставщика процессоров была выбрана Intel. Команда разработчиков IBM PC заключила союз и с недоучившимся студентом Гарвардского университета Биллом Гейтсом. На существовавшие тогда ПК ставилась популярная операционная система CP/M, созданная компанией Digital Research, или система UCSD компании Softech. Однако эти операционные системы стоили $450 и $550 соответственно, а Гейтс за свою PC-DOS брал всего лишь $40. IBM сделала выбор в пользу дешевизны.
12 августа 1981 года IBM представила свой ПК, который был спроектирован не хуже, чем изделия тогдашних лидеров рынка – Commodore PET, Atari, Radio Shack и Apple.
Весной 1983 г. фирма IBM выпускает модель PC XT с жестким диском, а также объявляет о создании нового поколения микропроцессоров - 80286. Новый компьютер IBM PC AT (Advanced Technologies), построенный на основе МП 80286, быстро завоевал весь мир и несколько лет оставался наиболее популярным.
В 1989 г. был начат выпуск более мощного МП 80486 с быстродействием более 50 млн. операций в секунду. В марте 1993 г. фирма Intel продолжает ряд 80х86 выпуском микропроцессора Р5 "Pentium" с 64-разрядной архитектурой. Потом были "Pentium 2", "Pentium 3". Появились "Pentium 4" с технологией НТ, позволяющей обрабатывать информацию по 2-м параллельным потокам. Т.е. получать как бы два процессора. Сейчас, в основном, в ПК применяются многоядерные МП.
Тактовые частоты современных ПК превышают 3 ГГц, объмы ОЗУ свыше 4 ГБ. Емкость накопителей на жестких дисках измеряется уже в террабайтах. Вычислительные мощности ПК просто колоссальны (хотя и остаются еще недостаточными для решения многих прикладных задач). Кроме стационарных (так называемых, настольных) ПК широкое распространение получили сегодня переносные ПК - nootbook, netbook. Большую популярность приобретают планшетные компьютеры и смартфоны, объединяющие функции ПК и телефона.
10.Классификация ЭВМ по принципу действия
Компьютер – комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.По принципу действия вычислительные машины делятся на три больших класса: аналоговые (АВМ), цифровые (ЦВМ) и гибридные (ГВМ).Критерием деления вычислительных машин на эти три класса являются форма представления информации, с которой они работают.
ЦВМ – вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме.
АВМ - вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, то есть в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения).
ГВМ – вычислительные машины комбинированного действия работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.
Аналоговые вычислительные машины весьма просты и удобны в эксплуатации; программирование задач для решения на них, как правило, нетрудоемкое; скорость решения задач изменяется по желанию оператора и может быть сделана сколь угодно большой (больше, чем у ЦВМ), но точность решения задач очень низкая (относительная погрешность 2-5 %). На АВМ наиболее эффективно решать математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики. Наиболее широкое распространение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации – электронные цифровые вычислительные машины, обычно называемые просто электронными вычислительными машинами.
Источники:
11 МОДУЛЬ «АРХИТЕКТУРА ЭВМ» состоит из следующих разделов:
Магистрально-модульный принцип построения ПК. Структурная схема ЭВМ.
Архитектура ЭВМ. Персональный компьютер. Состав ПК. Пользовательские характеристики ПК.4
Программное управление – ЭВМ работает по заранее составленной и введенной в память компьютера программе;
Хранение программы в памяти – данные и программы представляются в числовой форме и хранятся в одном и том же запоминающем устройстве, различить их невозможно;
Двоичное кодирование – программы и любые типы данных представляются в виде двоичного кода.
Архитектура ЭВМ – это описание общей структуры компьютера, его функций и ресурсов.
^ Принципы разработки (создания) ЭВМ:
Разделение ЭВМ на устройства – реализация магистрально-модульного принципа построения компьютера (один из основных принципов);
2. Остальные устройства приобретаются и подключаются по мере возможности и необходимости;
3. Подключение дополнительных (периферийных) устройств к информационной магистрали производится через устройства сопряжения (контроллеры и адаптеры);
4. Любое дополнительное устройство может быть подключено через системный блок с помощью кабеля имеющего специальный разъем.
^ Назначение базовых
Персональный компьютер (ПК) предназначен для хранения и переработки информации. Информация может представлять собой текст, таблицы, рисунки, фотографии, звукозаписи и т. п. Информация хранится и обрабатывается в цифровом виде. Единица измерения информации - байт. Один байт (1б) соответствует примерно одному символу текста. Для удобства введены также более крупные единицы измерения информации: килобайт (Кб), мегабайт (Мб), гигабайт (Гб).
Современный ПК включает в себя следующие элементы:
Кроме перечисленных, в состав ПК могут входить модем или факс-модем, плоттер, устройства воспроизведения и записи звука и некоторые другие устройства.
Системный блок
В системном блоке размещаются основные устройства ПК, осуществляющие переработку и хранение информации. Непосредственно переработку информации производит процессор, размещенный на материнской плате системного блока. Основная характеристика процессора - его быстродействие, иначе называемое «тактовая частота». Единица измерения тактовой частоты - мегагерц (МГц), Современные офисные ПК оснащены процессорами с тактовой частотой 200...400 МГц. Кроме того, на материнской плате системного блока расположено оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), или оперативная память1. ОЗУ хранит информацию, в данный момент перерабатываемую процессором. Необходимо отметить, что информация в оперативной памяти хранится только при включенном ПК. После выключения ПК вся информация из ОЗУ пропадает. Основная характеристика ОЗУ - объем хранимой информации. Современные офисные ПК оснащены ОЗУ объемом 32...64 Мб. Постоянное хранение информации производится на жестком диске2, который также называют «винчестер». Основная характеристика жесткого диска - объем хранимой информации. Современные офисные ПК оснащены жестким диском объемом 3...7 Гб. Для работы с внешними носителями информации системный блок имеет 1 или 2 дисковода для дискет3, а также устройство для работы с лазерными компакт-дисками4. В последнее время используются почти исключительно дискеты размером 3,5" с объемом хранимой информации 1,44 Мб. Иногда еще встречаются дискеты размером 5" с объемом хранимой информации до 1,2 Мб. Компакт-диск может содержать информацию объемом до 640 Мб. Кроме перечисленных устройств, в системном блоке расположены и другие устройства, обеспечивающие работу ПК: блок питания, видеоплата, контроллеры, платы управления внешними устройствами.
Монитор
Монитор служит для отображения информации. Подавляющее число современных мониторов цветные. Большинство мониторов оснащено электронно-лучевой трубкой и работает по принципу телевизора. Монитор имеет собственную кнопку включения и выключения, а также кнопки или регуляторы для настройки яркости, контрастности и размера изображения. Современные офисные ПК имеют мониторы с размером экрана по диагонали 15" (38 см) или 17" (43 см).
Клавиатура
Клавиатура предназначена для ввода информации и управления ПК. В настоящее время чаще всего используются так называемые «стандартные клавиатуры 101/102 клавиши». На клавиатуре имеются алфавитно-цифровые клавиши, предназначенные для ввода букв, цифр, знаков препинания, некоторых математических и специальных символов. Расположение алфавитно-цифровых клавиш соответствует стандартной пишущей машинке. Ввод прописных букв производится при нажатой клавише [Shift]. Для переключения клавиатуры в верхний регистр используют клавишу [CapsLock]. Включение этой клавиши отмечается индикатором в правом верхнем углу клавиатуры. Для подтверждения выбранной команды, перехода к новому абзацу при вводе текста используют клавишу [Enter]. Для отказа от выполнения — клавишу [Esc]. Для перемещения курсора используют клавиши , , , , [Home], [End], [PageDown], [PageUp]. Для удаления символа слева от курсора используют клавишу [Backspace], расположенную над клавишей [Enter]. Часто на клавиатуре вместо названия этой клавиши изображена стрелка влево [<-]. Для удаления выделенного объекта или удаления символа справа от курсора используют клавишу [Delete]. Клавиши [Ctrl] и [Alt] используют, как правило, в комбинации с другими клавишами. Функциональные клавиши от [F1] до [F12] могут иметь разное назначение, в зависимости от используемой в данный момент программы. Однако, клавиша [F1] практически во всех случаях вызывает справочную систему.
Мышь
Мышь предназначена для перемещения курсора по экрану и управления различными объектами. В настоящее время чаще всего встречаются двухкнопочные мыши.
Принтер
Принтеры служат для вывода документов на бумагу. В современном офисе чаще всего используют лазерные принтеры. Лазерный принтер позволяет печатать до 10 страниц в минуту, обеспечивая высокое качество печати. Струйные принтеры работают медленнее, качество печати на них ниже. В то же время, струйные принтеры обеспечивают сравнительно недорогую многоцветную печать. Матричные принтеры в современных офисах практически не используются.
Сканер
Сканер предназначен для ввода в ПК рисунков, фотографий, схем и других изображений. Помимо этого, сканер, при наличии специальной программы, позволяет вводить и распознавать текстовые материалы. В настоящее время повсеместно используют планшетные сканеры. Ручные сканеры уже практически не встречаются.
13. Запоминающие устройства: основные сведения, назначение, классификации
запоминающий микросхема оперативный тактовый
Системы памяти современных ЭВМ представляют собой совокупность аппаратных средств, предназначенных для хранения используемой в ЭВМ информации. К этой информации относятся обрабатываемые данные, прикладные программы, системное программное обеспечение и служебная информация различного назначения. К системе памяти можно отнести и программные средства, организующие управление ее работой в целом, а также драйверы различных видов запоминающих устройств.
Ключевым принципом построения памяти в микропроцессорных системах является ее иерархическая организация (принцип, сформулированный еще Джоном фон Нейманом), которая предполагает использование в системе памяти компьютера запоминающих устройств (ЗУ) с различными характеристиками.
1. Классификация запоминающих устройств
В настоящее время существует большое количество различных типов ЗУ, используемых в микропроцессорных системах. Эти устройства различаются рядом признаков: принципом действия, логической организацией, конструктивной и технологической реализацией, функциональным назначением и т.д. Требуемые характеристики памяти достигаются не только за счет применения ЗУ с соответствующими характеристиками, но в значительной степени за счет особенностей ее структуры и алгоритмов функционирования.
Классификация запоминающих устройств и систем памяти позволяет выделить общие и характерные особенности их организации, систематизировать базовые принципы и методы, положенные в основу их реализации и использования.
Важнейшим признаком является способ доступа к данным. По этому признаку различаются 2 вида ЗУ - адресные и последовательные.
Адресные ЗУ: код на адресном входе указывает ячейку, с которой ведется обмен.
Адресные ЗУ: делятся на RAM (Random ACCESS Memory или ОЗУ - оперативные запоминающие устройства) и ROM (Read-Only Memory или ПЗУ - постоянные запоминающие устройства).
RAM делятся на статические - SRAM (Static RAM) и динамические -DRAM (Dynamic RAM).
В статических ОЗУ запоминающими элементами являются триггеры. В динамических ОЗУ данные хранят в виде зарядов конденсаторов, образуемых элементами МОП-структур. Запоминающие конденсаторы разряжаются, поэтому каждые несколько миллисекунд данные должны регенерироваться
Плотность упаковки динамических элементов памяти в несколько раз выше, чем статических. Динамические ОЗУ характеризуются наибольшей информационной емкостью и невысокой стоимостью, но имеют большее энергопотребление и меньшее быстродействие.
Постоянная память типа ROM имеет следующие разновидности:
Программируемые при изготовлении ИМС с помощью одной из масок. Эта память типа ПЗУМ (ПЗУ масочные). [ROM(M)]
Память, программируемая пользователем (ППЗУ - программируемые ПЗУ):
PROM - содержимое записывается однократно в память.
EPROM и EEPROM - содержимое может быть заменено путем стирания информации и записи новой. В EPROM - стирание путем облучения кристалла ультрафиолетовыми лучами (РПЗУ-УФ - репрограммируемые ПЗУ с УФ стиранием).
В EEPROM - стирание происходит электрическими сигналами (РПЗУ-ЭС - репрограммируемые ПЗУ с электрическим стиранием).
Запись данных для EPROM и E2PROM производится элетрическими сигналами.
Последовательные ЗУ FIFO;
Стековые (LIFO);
В FIFO запись в буфер становится сразу доступной для чтения, т.е. поступает в конец цепочки (First In - First Out) - «первый пришел - первый вышел».
В стековых ЗУ считывание происходит в обратном порядке (последний принят - первый вышел) - LIFO (Last In - First Out).
Рис.1 Классификация запоминающих устройств.
2. Принципы организации запоминающих устройств
Рис.2 Принципы организации ЗУ
Для ПЗУ и статических ОЗУ характерны структуры 2D, 3D и 2DM
2.1 Структура 2D
к - число хранимых слов;
m - разрядность слов;
М = кхт - информационная емкость памяти (в битах).
Дешифратор адресного кода при наличии разрешающего сигнала CS активизирует одну из выходных линий, разрешая доступ ко всем элементам выбранной строки. Элементы одного столбца соединены вертикальной линией - внутренней линии данных (разрядной линией, линией записи/считывания). Направление обмена определяется усилителями записи/чтения под воздействием сигнала R/W (Read - чтение, Write - запись). Структура 2D применяется только в ЗУ малой емкости из-за чрезмерного усложнения дешифратора при росте числа хранимых слов.
2.2 Структура 3D
Позволяет упростить дешифраторы адреса с помощью двухкоординатной выборки запоминающих элементов.
Пример ЗУ типа ROM (только чтение данных, одноразрядная организация).
Выбирается ЗЭ, находящийся на пересечении линий выходов дешифраторов.
Например для ЗУ емкостью 1 К слов потребуется для 2D - дешифратор с 1024 выходами, а для 3D - 2 дешифратора с 32 выходами.
3 Микросхемы статических оперативных запоминающих устройств (ОЗУ). Внутренняя структура, принципы функционирования, тактовая диаграмма
На принципиальных электрических схемах микросхема памяти изображается обычным прямоугольником с левым и правым полями, как показано на рис. 3
Микросхема имеет три группы входов: адресные входы, вход(ы) данных и управляющие входы.
Количество адресных входов (A0чAk) определяется емкостью и организацией микросхемы памяти, а также способом подачи адреса. Нетрудно видеть, что емкость микросхемы EСх, равная произведению количества адресов (слов) N на разрядность хранимых слов n, не определяет однозначно требуемое число адресных входов. Для адресации любого из N слов требуется адрес разрядностью log2N. Например, для адресации микросхемы емкостью EСх = 128 Мбит, имеющей организацию 16М Ч 8 (адресов Ч бит), достаточно log2 16М = log2 (24 Ч 220) = 24 разряда.
Рис.3 Микросхема статического ЗУ
Временные диаграммы циклов чтения и записи приведены на рис. 4 и не требуют особых пояснений. Цикл записи может быть организован и несколько иначе, чем показано на рис. 4 б), в случае удержания во время цикла высокого уровня сигнала OE#.
Рис.4. Тактовые диаграммы микросхем статических ЗУ
Время доступа tAC у типовых микросхем составляет порядка 10 нс. Поэтому реально такие микросхемы могут работать на частотах, близких к частоте системной шины, только если эти частоты не превышают 66 МГц.
Запоминающий элемент - триггер с цепями установки и сброса. Примененяются схемотехнологии: ТТЛ(Ш), И2Л, ЭСЛ, n-МОП, КМОП, AsGa и др. Это микросхемы серии К537 (КМОП) и К132 (n-МОП).
Рис.5. Запоминающий элемент
RS-триггер выполнен на транзисторах VI, V2. Транзисторы V3 и V4 -ключи выборки. При обращении и ЗЭ появляется высокий потенциал на шине выборки ШВ. Этот потенциал открывает ключи выборки (транзисторы ТЗ, Т4) Через D и D считываются данные. Через D и D можно записывать данные в триггер, подавая низкий потенциал на шину. Тогда при подаче «О» на D снижается стоковое напряжение транзистора VI, что запирает транзистор V2. Триггер установлен в состоянии «1».
4. Микросхемы динамических оперативных запоминающих устройств (ДОЗУ). Внутренняя структура, принципы функционирования, тактовая диаграмма ДОЗУ
Динамические ЗУ (DRAM) Данные хранятся в виде зарядов емкостей МОП-структур. Такой ЗЭ проще триггерного, что позволяет размещать на кристалле в 4-5 раз больше ЗЭ. ЗЭ:
Ключевой транзистор отключает запоминающий конденсатор от линии записи-считывания или подключает его к ней. Сток транзистора не имеет внешнего вывода и образует одну из обкладок конденсатора (поликремний). Между обкладками расположен тонкий слой оксида кремния.
В режиме хранения транзистор заперт. При выборке данного ЗЭ на затвор подается напряжение, открывающее транзистор. Емкость Сз подключается к линии записи-считывания. И в зависимости от того, заряжена емкость или разряжена, по-разному влияет на потенциал ЛЗС.
Процесс чтения состояния ЗЭ
Перед считыванием производится предзаряд ЛЗС до уровня половины ЕП (Ucc/2).
Для считывания нуля справедливы следующие рассуждения. До выборки ЗЭ емкость ЛЗС имела заряд:
После выборки этот же разряд имеет суммарную емкость
Приравнивая правые части, получим:
Откуда:
(Сл»Сз)
Считывание является разрушающим - подключение Сз к ЛЗС изменяет ее заряд.
Стараются увеличивать Сз. Для этого применяют диэлектрик двуокись титана. Он имеет s в двадцать раз больше, чем оксид кремния.
Т.к. емкость СЗ имеет саморазряд, необходимо периодически (с периодом 1-15 мс) восстанавливать напряжение на СЗ, или говорят регенерировать
Первые такие ЗУ, которые впоследствии стали называть асинхронными динамическими ОЗУ, выполняли операции чтения и записи, получив лишь запускающий сигнал (обычно, сигнал строба адреса) независимо от каких-либо внешних синхронизирующих сигналов. Диаграмма простых (не пакетных) циклов чтения и записи для таких ЗУ представлена на рис. 8, а) и 5, б) соответственно. Любой цикл (чтения или записи) начинается по спаду (фронту “1” >“0”) сигнала RAS#.
Как видно из диаграмм, адрес на шины адреса поступает двумя частями: адрес строки (обозначенный как R1 или R2) и адрес столбца (C1 и C2). В момент, когда на адресной шине установилось требуемое значение части адреса, соответствующий сигнал строба (RAS# или CAS#) переводится в активное (нулевое) состояние.
В цикле чтения (сигнал WE# во время этого цикла удерживается в единичном состоянии) после подачи адреса строки и перевода сигнала CAS# в нулевое состояние начинается извлечение данных из адресованных элементов памяти, что показано на диаграмме сигнала DATA как заштрихованная часть. По истечении времени доступа TRAC (RAS Access Time - задержка появления данных на выходе DATA по отношению к моменту спада сигнала RAS#) на шине данных устанавливаются считанные из памяти данные. Теперь после удержания данных на шине в течение времени, достаточного для их фиксации, сигналы RAS# и CAS# переводятся в единичное состояние, что указывает на окончание цикла обращения к памяти.
Цикл записи начинается так же, как и цикл чтения, по спаду сигнала RAS# после подачи адреса строки. Записываемые данные выставляются на шину данных одновременно с подачей адреса столбца, а сигнал разрешения записи WE# при этом переводится в нулевое состояние (известен и несколько иной цикл “задержанной” записи). По истечении времени, достаточного для записи данных в элементы памяти, сигналы данных, WE#, RAS# и CAS# снимаются, что говорит об окончании цикла записи.
Помимо названного параметра TRAC - времени доступа по отношению к сигналу RAS# (его значение для микросхем второй половины 90-х годов XX столетия составляло от 40 нс до 80 нс), - на диаграмме на рис.8 указаны еще несколько времен:
TRCD - минимальное время задержки между подачей сигналов RAS# и CAS# (RAS-to-CAS Delay);
TRAS и TCAS - длительности (активного уровня) сигналов RAS# и CAS#;
TRC и TWC - длительности циклов чтения и записи соответственно;
TRP и TCP - времена подзаряда строки и столбца соответственно (время подзаряда определяет минимальную задержку, необходимую перед подачей очередного сигнала RAS# или CAS# после снятия (подъема в “1”) текущего).
5. Микросхемы постоянных запоминающих устройств (ПЗУ). Внутренняя структура, принципы функционирования, тактовая диаграмма ПЗУ
5.1 Масочные ПЗУ. ПЗУ с УФ и электрическим стиранием
Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ или Read Only Memory - ROM), которые также часто называют энергонезависимыми (или Non Volatile Storage), обеспечивают сохранение записанной в них информации и при отсутствии напряжения питания. Конечно, под такое определение подпадают и память на жестких и гибких дисках, и компакт диски, и некоторые другие виды ЗУ.
Однако, говоря о постоянных ЗУ, обычно подразумевают устройства памяти с произвольным адресным доступом. Такие ЗУ могут строиться на различных физических принципах и обладать различными характеристиками не только по емкости и времени обращения к ним, но и по возможности замены записанной в них информации.
Масочные ЗУ [ROM(M)]
Элементами связи могут быть диоды, биполярные транзисторы, МОП-транзисторы. Программируются с помощью одной из масок при изготовлении ЗПри наличии диода высокий потенциал выбранной горизонтальной линии передается на соответствующую вертикальную линию и в данном разряде появляется «1».
При возбуждении (высокий потенциал) линии Ш1 считывается слово 11010001. При возбуждении Ш2 считывается слово 10101011. Линии выборки (Ш1-Шn) являются выходами дешифратора адреса.
Матрица МОП-транзисторных элементов
В МОП-транзисторах, соответствующих хранению нуля, увеличивают толщину подзатворного окисла, что ведет к увеличению порогового напряжения транзистора. В этом случае рабочие напряжения не могут открыть транзистор, что соответствует его отсутствию.
Масочные ЗУ отличаются высоким уровнем интеграции.
Область применения: хранение стандартной информации, имеющей широкий круг потребителей. Это прошивка кодов букв русского и латинского алфавита, таблицы типовых функций (sin, квадратичной функции и др.), стандартное программное обеспечение и т.п.
ЗУ типа PROM
Такие ЗУ программируются пользователем устранением или созданием перемычек.
Устранение части перемычек свойственно ЗУ с плавкими перемычками (типа fuse - предохранитель). В исходном состоянии ЗУ имеет все перемычки, а при программировании часть их ликвидируется путем расплавления импульсами тока (большой амплитуды и длительности). Эти перемычки включаются в электроды диодов или транзисторов. Изготавливаются металлическими (нихром) и поликристаллическими (кремниевыми).
Другой тип перемычки: два встречно включенных диода. В исходном состоянии цепь можно считать разомкнутой. Для записи «1» к диодам прикладывается высокое напряжение, пробивающее диод, смещенный в обратном направлении. Диод пробивается с образованием в нем короткого замыкания.
Представителем ЗУ с плавкими перемычками является м/сх К155РЕ3 (ТТЛ). Плавкие перемычки занимают довольно много места, поэтому уровень (степень) интеграции ниже, чем у масочных ЗУ. Однако имеют невысокую стоимость, т.к. изготовитель выпускает микросхему без учета конкретного содержимого ЗУ. Программирует ЗУ пользователь.
Среди отечественных PROM ведущее место занимают микросхемы серии К556. Емкость 1-64 Кбит и тдоступа=70-90 нс.
5.2 ЗУ типов EPROM и E2PROM
Это репрограммируемые ЗУ.
В EPROM (РПЗУ-УФ) - информация стирается ультрафиолетовыми лучами, а в E2PROM (РПЗУ-ЭС) - электрическими сигналами. Запоминающими элементами (современных) РПЗУ являются транзисторы типов МНОП (метал-нитрид-окисел-полупроводник) и ЛИЗМОП (лавинная инжекция заряда).
Над каналом расположен тонкий слой оксида кремния Si02 (<5 нм), далее идет толстый слой нитрида кремния Si3N4 и А1 затвор. Благодаря туннельному эффекту носители заряда могут проходить через тонкую пленку БЮг.
Они скапливаются на границе раздела Si02-Si3N4, где возникают центры захвата заряда. Этот заряд и является носителем информации, хранимой МНОП-транзистором. Заряд записывают созданием под затвором напряженности электрического поля, достаточной для возникновения туннельного эффекта.
Наличие заряда влияет на пороговое напряжение транзистора. Для него отрицательный заряд увеличивает пороговое напряжение (транзистор закрыт), а положительный заряд уменьшает пороговое напряжение (транзистор открыт).
Заряды создаются при приложении напряжения на затвор (+Uз) (+Uз создает отрицательные заряды, а -Uз - положительные). Одно из состояний МНОП - транзистора принимается за «О», другое - за «1».
При программировании используется напряжение около 20В. После 104…106 перезаписей МНОП-транзистор перестает устойчиво хранить заряд.
5.3 Флэш-память
Флэш-память, появившаяся в конце 1980-х годов (Intel), является представителем класса перепрограммируемых постоянных ЗУ с электрическим стиранием. Однако стирание в ней осуществляется сразу целой области ячеек: блока или всей микросхемы. Это обеспечивает более быструю запись информации или, как иначе называют данную процедуру, программирование ЗУ. Для упрощения этой процедуры в микросхему включаются специальные блоки, делающие запись “прозрачной” (подобной записи в обычное ЗУ) для аппаратного и программного окружения.
Флэш-память строится на однотранзисторных элементах памяти (с “плавающим” затвором), что обеспечивает плотность хранения информации даже несколько выше, чем в динамической оперативной памяти. Существуют различные технологии построения базовых элементов флэш-памяти, разработанные ее основными производителями. Эти технологии отличаются количеством слоев, методами стирания и записи данных, а также структурной организацией, что отражается в их названии. Наиболее широко известны NOR и NAND типы флэш-памяти, запоминающие транзисторы в которых подключены к разрядным шинам, соответственно, параллельно и последовательно.
Первый тип имеет относительно большие размеры ячеек и быстрый произвольный доступ (порядка 70 нс), что позволяет выполнять программы непосредственно из этой памяти. Второй тип имеет меньшие размеры ячеек и быстрый последовательный доступ (обеспечивая скорость передачи до 16 Мбайт/с), что более пригодно для построения устройств блочного типа, например “твердотельных дисков”.
Способность сохранять информацию при выключенном питании, малые размеры, высокая надежность и приемлемая цена привели к широкому ее распространению. Этот вид памяти применяется для хранения BIOS, построения так называемых “твердотельных” дисков (memory stick, memory drive и др.), карт памяти различного назначения и т.п. Причем устройства на основе флэш-памяти используются не только в ЭВМ, но и во многих других применениях.
К минусам данного вида памяти можно отнести относительно невысокую скорость передачи данных, средний объем и дороговизну устройств с большой емкостью (свыше 512 Мбайт и более).
РПЗУ на МНОП-транзисторах энергонезависимы и могут хранить информацию десятками лет. Старая информация стирается записью нулей во все ЛЭ. Тип ЗУ - РПЗУ-ЭС.
Транзисторы имеют плавающий затвор из поликремния. На рис.8 он является вторым, дополнительным к управляющему затвору. Такие транзисторы используются в РПЗУ-УФ и в РПЗУ-ЭС.
Принцип работы: в плавающий затвор вводится заряд, влияющий на величину порогового напряжения. Он сохраняется там в течении длительного времени. При подачи напряжения на управляющий затвор, сток и исток импульса положительного напряжения 20…25 В в р-n-переходах возникает лавинный пробой, область которого насыщается электронами. Часть электронов с высокой энергией проникает через потенциальный барьер в плавающий затвор, где и сохраняется многие годы. Отрицательный заряд плавающего затвора увеличивает пороговое напряжение настолько, что транзистор всегда закрыт. При отсутствии заряда транзистор работает в обычном ключевом режиме. Для стирания информации УФ лучами в корпусе делают окошко. УФ лучи вызывают фототоки и тепловые токи и заряды покидают плавающий затвор. Время стирания - десятки минут. Число циклов - 10…100. При электронном стирании на затвор подается ноль Вольт, а на сток и исток - высокое напряжение. Число циклов 104…106. ЭС стирание вытесняет УФ стирание. Среди отечественных РПЗУ-УФ известна серия К573, а среди РПЗУ-ЭС - серии КР558 (n-МОП) и К1609, К1624, К1626 на ЛИЗМОП.
14 Внешние запоминающие устройства
Классификация и характеристики
внешних запоминающих устройств
План
1. Классификация внешних запоминающих устройств.
2. Основы магнитной записи.
3. Схемы записи и воспроизведения.
4. Представление цифровой информации на внешнем носителе.
1. Классификация внешних запоминающих устройств
Для эффективной обработки данных необходимо обеспечить при минимальных затратах хранение больших объемов информации и быстрый доступ к ней. Эти требования противоречивы и при современном уровне технологии компромисс между емкостью, быстродействием памяти и затратами на нее достигается за счет создания иерархической структуры, включающей в себя сверхоперативный, основной, внешний и архивный уровни. Внешний и архивный уровни образуют систему внешней памяти. В ее состав входят разнородные внешние запоминающие устройства (ВЗУ), контроллеры ВЗУ, а также носители информации и хранилища для них.
Контроллеры ВЗУ, как правило, размещаются в системном блоке ПЭВМ и реализуют функции контроля исправности ВЗУ, помехоустойчивого кодирования, обнаружения ошибок при считывании, задания формата данных, формирования сигналов интерфейса в соответствии с протоколом и др.
По типу носителя различают ВЗУ с подвижным и неподвижным носителем. Если поиск, запись и считывание информации сопровождаются механическим перемещением носителя, то такие ВЗУ называют накопителями с подвижным носителем. К этой категории относят накопители на магнитных лентах (НМЛ), магнитных дисках (НМД) и оптических дисках (НОД). Накопители на основе цилиндрических магнитных доменов (ЦМД) относятся к накопителям второй категории. Реже во ВЗУ используют объемную запись - полупроводниковые ЗУ, приборы с зарядной связью.
По способу доступа к информации все ВЗУ делятся на накопители с последовательным (НМЛ) и прямым (произвольным) доступом (НГМД, НЖМД).
Основными техническими характеристиками ВЗУ являются:
1) информационная емкость определяет наибольшее количество единиц данных, которое может одновременно храниться в ВЗУ. Она зависит от площади и объема носителя, а также от плотности записи;
2) плотность записи - число бит информации, записанных на единице поверхности носителя. Различают продольную плотность (бит/мм), т.е. число бит на единице длины носителя вдоль вектора скорости его перемещения (по дорожке), и поперечную плотность (бит/мм), т.е. число бит на единице длины носителя в направлении, перпендикулярном вектору скорости (число дорожек);
3) время доступа, т.е. интервал времени от момента запроса (чтения или записи) до момента выдачи блока. Это время включает в себя время поиска информации на носителе и время чтения или записи;
4) скорость передачи данных определяет количество данных, считываемых или записываемых в единицу времени и зависит от скорости движения носителя, плотности записи, числа каналов и т.п.
2. Основы магнитной записи
З
апись и
считывание информации происходят в процессе взаимодействия магнитного носителя и магнитной головки (МГ), которая представляет собой электромагнит. Материал магнитного покрытия можно представить множеством хаотически расположенных магнитных доменов, ориентация которых изменяется под действием внешнего магнитного поля (рис. 12.1), создаваемого МГ при подаче в ее обмотку тока записи. Если МГ приводит к ориентации доменов в плоскости носителя (рис. 12.1, б, в), то магнитную запись называют горизонтальной, а если - к ориентации доменов перпендикулярно плоскости носителя (рис. 12.1, г, д), то магнитную запись называют вертикальной. Хотя вертикальная запись потенциально позволяет добиться более высокой плотности записи, наиболее распространена горизонтальная запись.
Для регистрации информации используется переход от одного состояния намагниченности в противоположное. Этот переход является «отпечатком», который может быть обнаружен с помощью МГ чтения.
Для горизонтальной магнитной записи МГ записи имеет небольшой зазор, через который замыкается магнитный поток. Под действием тока в обмотке домены носителя ориентируются в одном направлении. Если изменить направление тока записи Iw , то ориентация доменов будет противоположной (рис. 12.2). Количество переходов, размещаемых на единице площади носителя, называют физической плотностью записи. Этот параметр зависит от метода магнитной записи, величины зазора в МГ и ее конструкции, расстояния между МГ и покрытием носителя и др.
Если плотность записи очень большая, то соседние переходы влияют друг на друга и это должно учитываться при построении схем записи и воспроизведения.
Магнитная головка чтения позволяет определить моменты времени, когда при движении носителя под ней оказываются границы между участками с противоположными состояниями намагниченности. Магнитный поток, создаваемый доменами носителя, частично замыкается через магнитопровод МГ чтения. Для сокращения длительности импульса воспроизведения уменьшают зазор в головке, толщину магнитного покрытия и расстояние между МГ и покрытием.
Если расстояние от МГ до покрытия равно нулю, то реализуется контактная запись (НМЛ, НГМД). Трение между носителем и МГ вызывает их износ и ограничивает скорость движения носителя. При использовании НЖМД реализуют бесконтактную запись, при которой МГ находится на расстоянии 0,2-5 мкм над поверхностью носителя.
3. Схемы записи и воспроизведения
Чтобы создать магнитный поток МГ, в ее обмотке должен протекать ток Iw или -Iw в процессе записи, а чтобы предотвратить разрушение записанной информации при хранении и считывании, ток записи должен отсутствовать. Этого можно добиться с помощью следующей схемы (рис. 12.3,а). МГ записи имеет две обмотки W1 и W2 , включенные встречно. При наличии разрешающего сигнала записи WR ток от источника через резистор R протекает по обмотке W1 , переводя носитель в одно из состояний намагниченности. Противоположное состояние намагниченности создается при протекании тока 2Iw по обмотке W2. Этот ток формируется усилителем записи при наличии сигнала разрешения записи и сигнала от схем кодирования.
Использование элементов с тремя состояниями (Кл – ключ, переключатель) позволяет уменьшить энергетические затраты и несколько повысить быстродействие, так как требует коммутации меньших токов (рис. 12.3, б). При считывании необходимо выделять слабые полезные сигналы на фоне помех и амплитудно-частотных искажений.
4
. Представление цифровой информации на внешнем носителе
Способы записи устанавливают соответствие отпечатков на поверхности носителя значениям «0» и «1». Наиболее распространенными являются способы записи без возврата к нулю (БВН), частотной (ЧМ) и фазовой (ФМ) модуляции, группового кодирования (ГК). Трактом иликаналом записи-воспроизведения называют совокупность аппаратных средств, позволяющих при операциях записи получать отпечатки и восстанавливать записанную кодовую последовательность при операциях чтения. При магнитной записи основными компонентами тракта являются головка записи и воспроизведения, усилители записи и воспроизведения, детекторы информационных и синхронизирующих сигналов, схемы управления.
Рассмотрим наиболее распространенный способ записи – «без возврата к нулю». Суть этого способа состоит в том, что при записи «1» направление тока изменяется, а при записи «0» - не изменяется и отпечатков на поверхности носителя не остается. Запись и чтение осуществляются при постоянной скорости перемещения носителя. Для воспроизведения «0» и отделения их от «1» используются синхроимпульсы (рис. 12.4), которые при считывании могут воспроизводиться автономным тактовым генератором или считываться как служебная информация со служебной дорожки носителя.
14
. Внешние запоминающие устройства
Классификация и характеристики
внешних запоминающих устройств
План
1. Классификация внешних запоминающих устройств.
2. Основы магнитной записи.
3. Схемы записи и воспроизведения.
4. Представление цифровой информации на внешнем носителе.
1. Классификация внешних запоминающих устройств
Для эффективной обработки данных необходимо обеспечить при минимальных затратах хранение больших объемов информации и быстрый доступ к ней. Эти требования противоречивы и при современном уровне технологии компромисс между емкостью, быстродействием памяти и затратами на нее достигается за счет создания иерархической структуры, включающей в себя сверхоперативный, основной, внешний и архивный уровни. Внешний и архивный уровни образуют систему внешней памяти. В ее состав входят разнородные внешние запоминающие устройства (ВЗУ), контроллеры ВЗУ, а также носители информации и хранилища для них.
Контроллеры ВЗУ, как правило, размещаются в системном блоке ПЭВМ и реализуют функции контроля исправности ВЗУ, помехоустойчивого кодирования, обнаружения ошибок при считывании, задания формата данных, формирования сигналов интерфейса в соответствии с протоколом и др.
По типу носителя различают ВЗУ с подвижным и неподвижным носителем. Если поиск, запись и считывание информации сопровождаются механическим перемещением носителя, то такие ВЗУ называют накопителями с подвижным носителем. К этой категории относят накопители на магнитных лентах (НМЛ), магнитных дисках (НМД) и оптических дисках (НОД). Накопители на основе цилиндрических магнитных доменов (ЦМД) относятся к накопителям второй категории. Реже во ВЗУ используют объемную запись - полупроводниковые ЗУ, приборы с зарядной связью.
По способу доступа к информации все ВЗУ делятся на накопители с последовательным (НМЛ) и прямым (произвольным) доступом (НГМД, НЖМД).
Основными техническими характеристиками ВЗУ являются:
1) информационная емкость определяет наибольшее количество единиц данных, которое может одновременно храниться в ВЗУ. Она зависит от площади и объема носителя, а также от плотности записи;
2) плотность записи - число бит информации, записанных на единице поверхности носителя. Различают продольную плотность (бит/мм), т.е. число бит на единице длины носителя вдоль вектора скорости его перемещения (по дорожке), и поперечную плотность (бит/мм), т.е. число бит на единице длины носителя в направлении, перпендикулярном вектору скорости (число дорожек);
3) время доступа, т.е. интервал времени от момента запроса (чтения или записи) до момента выдачи блока. Это время включает в себя время поиска информации на носителе и время чтения или записи;
4) скорость передачи данных определяет количество данных, считываемых или записываемых в единицу времени и зависит от скорости движения носителя, плотности записи, числа каналов и т.п.
2. Основы магнитной записи
З
апись и считывание информации происходят в процессе взаимодействия магнитного носителя и магнитной головки (МГ), которая представляет собой электромагнит. Материал магнитного покрытия можно представить множеством хаотически расположенных магнитных доменов, ориентация которых изменяется под действием внешнего магнитного поля (рис. 12.1), создаваемого МГ при подаче в ее обмотку тока записи. Если МГ приводит к ориентации доменов в плоскости носителя (рис. 12.1, б, в), то магнитную запись называют горизонтальной, а если - к ориентации доменов перпендикулярно плоскости носителя (рис. 12.1, г, д), то магнитную запись называют вертикальной. Хотя вертикальная запись потенциально позволяет добиться более высокой плотности записи, наиболее распространена горизонтальная запись.
Для регистрации информации используется переход от одного состояния намагниченности в противоположное. Этот переход является «отпечатком», который может быть обнаружен с помощью МГ чтения.
Для горизонтальной магнитной записи МГ записи имеет небольшой зазор, через который замыкается магнитный поток. Под действием тока в обмотке домены носителя ориентируются в одном направлении. Если изменить направление тока записи Iw , то ориентация доменов будет противоположной (рис. 12.2). Количество переходов, размещаемых на единице площади носителя, называют физической плотностью записи. Этот параметр зависит от метода магнитной записи, величины зазора в МГ и ее конструкции, расстояния между МГ и покрытием носителя и др.
Если плотность записи очень большая, то соседние переходы влияют друг на друга и это должно учитываться при построении схем записи и воспроизведения.
Магнитная головка чтения позволяет определить моменты времени, когда при движении носителя под ней оказываются границы между участками с противоположными состояниями намагниченности. Магнитный поток, создаваемый доменами носителя, частично замыкается через магнитопровод МГ чтения. Для сокращения длительности импульса воспроизведения уменьшают зазор в головке, толщину магнитного покрытия и расстояние между МГ и покрытием.
Если расстояние от МГ до покрытия равно нулю, то реализуется контактная запись (НМЛ, НГМД). Трение между носителем и МГ вызывает их износ и ограничивает скорость движения носителя. При использовании НЖМД реализуют бесконтактную запись, при которой МГ находится на расстоянии 0,2-5 мкм над поверхностью носителя.
3. Схемы записи и воспроизведения
Чтобы создать магнитный поток МГ, в ее обмотке должен протекать ток Iw или -Iw в процессе записи, а чтобы предотвратить разрушение записанной информации при хранении и считывании, ток записи должен отсутствовать. Этого можно добиться с помощью следующей схемы (рис. 12.3,а). МГ записи имеет две обмотки W1 и W2 , включенные встречно. При наличии разрешающего сигнала записи WR ток от источника через резистор R протекает по обмотке W1 , переводя носитель в одно из состояний намагниченности. Противоположное состояние намагниченности создается при протекании тока 2Iw по обмотке W2. Этот ток формируется усилителем записи при наличии сигнала разрешения записи и сигнала от схем кодирования.
Использование элементов с тремя состояниями (Кл – ключ, переключатель) позволяет уменьшить энергетические затраты и несколько повысить быстродействие, так как требует коммутации меньших токов (рис. 12.3, б). При считывании необходимо выделять слабые полезные сигналы на фоне помех и амплитудно-частотных искажений.
4
. Представление цифровой информации на внешнем носителе
Способы записи устанавливают соответствие отпечатков на поверхности носителя значениям «0» и «1». Наиболее распространенными являются способы записи без возврата к нулю (БВН), частотной (ЧМ) и фазовой (ФМ) модуляции, группового кодирования (ГК). Трактом иликаналом записи-воспроизведения называют совокупность аппаратных средств, позволяющих при операциях записи получать отпечатки и восстанавливать записанную кодовую последовательность при операциях чтения. При магнитной записи основными компонентами тракта являются головка записи и воспроизведения, усилители записи и воспроизведения, детекторы информационных и синхронизирующих сигналов, схемы управления.
Рассмотрим наиболее распространенный способ записи – «без возврата к нулю». Суть этого способа состоит в том, что при записи «1» направление тока изменяется, а при записи «0» - не изменяется и отпечатков на поверхности носителя не остается. Запись и чтение осуществляются при постоянной скорости перемещения носителя. Для воспроизведения «0» и отделения их от «1» используются синхроимпульсы (рис. 12.4), которые при считывании могут воспроизводиться автономным тактовым генератором или считываться как служебная информация со служебной дорожки носителя.
15. Монитор — универсальное устройство визуального отображения всех видов информации состоящее из дисплея и устройств предназначенное для вывода текстовой, графической и видео информации на дисплей. Различают алфавитно-цифровые и графические мониторы, а также монохромные мониторы и мониторы цветного изображения — активно-матричные и пассивно-матричные ЖКМ.
Век мониторов с электронно-лучевой трубкой неотвратимо уходит в прошлое. Невероятно, но за каких-то полгода многостраничные журнальные обзоры новейших моделей традиционных мониторов уступили место обстоятельным описаниям свойств плоскопанельных дисплеев, прежде всего жидкокристаллических, а теперь и плазменных. Да, технологии не стоят на месте, и вот уже плазма, высшее энергетическое состояние вещества, работает там, где требуется молниеносная скорость обмена информацией, поразительная оперативность, ослепительная новизна. Однако коммерческий цикл любого изобретения не вечен, и вот уже производители, запустившие массовое производство LCD-панелей, готовят следующее поколение технологий изображения информации. Устройства, которые придут на замену жидкокристаллическим, находятся на разных стадиях развития. Некоторые, такие, как LEP (Light Emitting Polymer - ветоизлучающие полимеры), только выходят из научных лабораторий, а другие, например, на основе плазменной технологии, уже представляют собой законченные коммерческие продукты. Хотя плазменный эффект известен науке довольно давно (он был открыт в лабораториях Иллинойского университета в 1966 году), плазменные панели появились только в 1997 году в Японии. Почему так произошло? Это связано и с дороговизной таких дисплеев, и с их ощутимой "прожорливостью" - потребляемой мощностью. Хотя технология изготовления плазменных дисплеев несколько проще, чем жидкокристаллических, тот факт, что она еще не поставлена на поток, способствует поддержанию высоких цен на этот пока экзотический товар. Несравненное качество изображения и уникальные конструктивные особенности делают информационные панели на плазменной технологии особенно привлекательными для государственного и корпоративного сектора, здравоохранения, образования, индустрии развлечений.
По способу формирования изображения мониторы можно разделить на группы:
Жидкокристаллические экраны
Плазменные дисплеи
C электронно-лучевой трубкой(ЭЛТ)
Классификация мониторов
По виду выводимой информации:
алфавитно-цифровые
дисплеи, отображающие только алфавитно-цифровую информацию
дисплеи, отображающие псевдографические символы
интеллектуальные дисплеи, обладающие редакторскими возможностями и осуществляющие предварительную обработку данных
графические
векторные
растровые
По строению:
ЭЛТ — на основе электронно-лучевой трубки (англ. cathode ray tube, CRT)
ЖК — жидкокристаллические мониторы (англ. liquid crystal display, LCD)
Плазменный — на основе плазменной панели
Проекционный — видеопроектор и экран, размещённые отдельно или объединённые в одном корпусе (как вариант — через зеркало или систему зеркал)
OLED-монитор — на технологии OLED (англ. organic light-emitting diode — органический светоизлучающий диод)
Виртуальный ретинальный монитор — технология устройств вывода, формирующая изображение непосредственно на сетчатке глаза.
Простой монитор - простой монитор для просмотра фильмов.
По типу видеоадаптера:
HGC
CGA
EGA
VGA, SVGA
По типу интерфейсного кабеля:
композитный
раздельный
D-Sub
DVI
USB
HDMI
DisplayPort
S-Video
По типу устройства использования
в телевизорах
в компьютерах
в телефонах
в калькуляторах
в инфокиосках
По цветности мониторы, как правило, разделяют на:
цветные;
монохромные;
Плазменные дисплеи
Разработка плазменных дисплеев, начатая еще в 1968 г., базировалась на применении плазменного эффекта, открытого в Иллинойсском университете в 1966 г.
Сейчас принцип действия монитора основан на плазменной технологии: используется эффект свечения инертного газа под воздействием электричества (примерно так же, как работают неоновые лампы). Заметим, что мощные магниты, входящие в состав динамических излучателей звука, расположенных рядом с экраном, никак не влияют на изображение, поскольку в плазменных устройствах (как и в ЖК) отсутствует такое понятие, как электронный луч, а заодно и все элементы ЭЛТ, на которые так воздействует вибрация.
Формирование изображения в плазменном дисплее происходит в пространстве шириной примерно 0,1 мм между двумя стеклянными пластинами, заполненном смесью благородных газов – ксенона и неона. На переднюю, прозрачную пластину нанесены тончайшие прозрачные проводники, или электроды, а на заднюю – ответные проводники. Подавая на электроды электрическое напряжение, можно вызвать пробой газа в нужной ячейке, сопровождающийся излучением света, который и формирует требуемое изображение. Первые панели, заполнявшиеся в основном неоном, были монохромными и имели характерный оранжевый цвет. Проблема создания цветного изображения была решена путем нанесения в триадах соседних ячеек люминофоров основных цветов – красного, зеленого и синего и подбора газовой смеси, излучающей при разряде невидимый глазом ультрафиолет, который возбуждал люминофоры и создавал уже видимое цветное изображение (три ячейки на каждый пиксель).
Однако, у традиционных плазменных экранов на панелях с разрядом постоянного тока имеется и ряд недостатков, вызванных физикой процессов, происходящих в данном типе разрядной ячейки.
Дело в том, что при относительной простоте и технологичности панели постоянного тока, уязвимым местом являются электроды разрядного промежутка, которые подвергаются интенсивной эрозии. Это заметно ограничивает срок службы прибора и не позволяет достичь высокой яркости изображения, ограничивая ток разряда. Как следствие, не удаётся получить достаточного количества оттенков цвета, ограничиваясь в типичном случае шестнадцатью градациями, и быстродействия, пригодных для отображения полноценного телевизионного или компьютерного изображения. По этой причине плазменные экраны обычно использовались в качестве табло для демонстрации алфавитно-цифровой и графической информации.
Проблема может быть принципиально решена на физическом уровне путем нанесения на разрядные электроды диэлектрического защитного покрытия. Однако, такое простое на первый взгляд решение в корне меняет принцип работы всего устройства. Нанесенный диэлектрик не только защищает электроды, но и препятствует протеканию разрядного тока. На деле система электродов,покрытых диэлектриком, образует сложный конденсатор, через который протекают импульсы тока длительностью порядка сотни наносекунд и амплитудой в десятки ампер в моменты его перезаряда. При этом алгоритм управления с тановится более сложным и достаточно высокочастотным. Частота повторения импульсов сложной формы может достигать двухсот килогерц. Все это значительно усложняет схемотехнику системы управления, однако позволяет более, чем на порядок повысить яркость и долговечность экрана и дает возможность отображать полноцветное телевизионное и компьютерное изображение со стандартными кадровыми частотами.
В современных плазменных дисплеях, используемых в качестве мониторов для компьютера (причем конструкция является не наборной), используется так называемая технология - plasmavision - это множество ячеек, иначе говоря пикселей, которые состоят из трех субпикселей, передающих цвета - красный, зеленый и синий.
Газ в плазменном состоянии используется, чтобы реагировать с фосфором в каждом субпикселе, чтобы произвести цветной цвет (красный, зеленый или синий). Пиксел в плазменном (газоразрядном) дисплее напоминает обычную люминесцентную лампу - ультрафиолетовое излучение электрически заряженного газа попадает на люминофор и возбуждает его, вызывая видимое свечение. В некоторых конструкциях люминофор наносится на переднюю поверхность ячейки, в других - на заднюю, а передняя поверхность при этом изготавливается прозрачной. Каждый субпиксел индивидуально управляется электроникой и производит более чем 16 миллионов различных цветов.
В современных моделях каждая отдельная точка красного, синего или зелёного цвета может светиться с одним из 256 уровней яркости, что при перемножении даёт около 16,7 миллионов оттенков комбинированного цветного пикселя (триады). На компьютерном жаргоне такая глубина цвета называется “True Color” и считается вполне достаточной для передачи изображения фотографического качества. Столько же дают обычные ЭЛТ. Яркость экрана последней разработки – 320 кД на кв.м при контрастности 400:1. Профессиональный компьютерный монитор даёт 350 кД, а телевизор – от 200 до 270 кД на кв.м при контрастности 150...200:1.
Эта диаграмма дает краткий обзор плазменной технологии. Компоненты диаграммы:
Стадия электрического разряда
Стадия возбуждения эммитера
Внешний стеклянный слой
Диэлектрический слой
Слой Защиты
Электрод отображения (приема)
Поверхность разгрузки
Ультрафиолетовые лучи
Видимый свет
Барьерное преграждение
Флюоресценция (свечение)
Электрод Адреса (корнирующий)
Диэлектрический слой
Внутренний стеклянный слой
Технологию плазменных мониторов удобно представить в виде следующей схемы:
Функциональные возможности плазменного монитора
Экран обладает следующими функциональными возможностями и характеристиками:
Широкий угол обзора как по горизонтали, так и по вертикали (160° градусов и более).
Очень малое время отклика (4 мкс по каждой строке).
Высокая чистота цвета (эквивалентная чистоте трех первичных цветовЭЛТ).
Простота производства крупноформатных панелей (недостижимая при тонкопленочном технологическом процессе).
Малая толщина - газоразрядная панель имеет толщину около одного сантиметра или менее, а управляющая электроника добавляет еще несколько сантиметров;
Отсутствие геометрических искажений изображения.
Широкий температурный диапазон.
Отсутствие необходимости в юстировке изображения.
Механическая прочность плазменного монитора
Внедрение двух новых технологических структур резисторной и фосфорной позволило получить яркость и срок службы экрана на уровне, необходимом для практических применений. Новая фотолитографическая технология, а также метод станбластинга сделали возможным выполнить 40-дюймовую плазменную панель с высокой точностью.
Основные достоинства плазменного монитора
В последнее время при создания систем отображения информации для различного рода диспетчерских начинают применяться газоплазменные дисплеи (плазменные панели).Плазменные дисплеи (PDP) являются одной из последних разработок в области систем отображения информации (первые PDP появились в Японии в1997 году). Таким образом, плазменные панели по качеству изображения намного превосходят даже хорошие кинескопы, которые считаются в наше время эталоном. При этом очень важно, что плазменные панели абсолютно безвредны для здоровья, в отличие от электронно-лучевых трубок.
Совершенно очевидно, что они приходят на смену существующим мониторам на электронно-лучевых трубках в силу явных преимуществ, таких как:
Компактность (глубина не превышает 10 - 15 см) и легкость при достаточно больших размерах экрана (40 - 50 дюймов).
Малую толщину - газоразрядная панель имеет толщину около одного сантиметра или менее, а управляющая электроника добавляет еще несколько сантиметров.
Высокую скорость обновления (примерно в пять раз лучше, чем у ЖК-панели).
Отсутствие мерцаний, и смазывания движущихся объектов, возникающих при цифровой обработке. поскольку отсутствует гашение экрана на время обратного хода, как в ЭЛТ.
Высокая яркость, контрастность и четкость при отсутствии геометрических искажений.
Отсутствие проблем сведения электронных лучей и их фокусировки присуще всем плоскопанельным дисплеям.
Отсутствие неравномерности яркости по полю экрана.
100-процентное использование площади экрана под изображение.
Большой угол обзора, достигающий 160° и более.
Отсутствие рентгеновского и других вредных для здоровья излучений,поскольку не используются высокие напряжения.
Невосприимчивость к воздействию магнитных полей.
Не страдают от вибрации, как ЭЛТ-мониторы.
Отсутствие необходимости в юстировке изображения.
Механическую прочность.
Широкий температурный дипазон.
Небольшое время отклика (время между посылкой сигнала на изменение яркости пикселя и фактическим изменением) позволяет использовать их для отображения видео- и телесигнала.
Более высокая надежность.
Плазменный экран можно снимать видеокамерой, и картинка при этом не дрожит, так как используется другой принцип отображения информации.
Все это делает плазменные дисплеи очень привлекательными для использования. К числу недостатков можно отнести ограниченную разрешающую способность большинства существующих плазменных мониторов, которая не превышает 640х480 пикселей. Исключение составляет модели PDP-V501MX и 502MX фирмы Pioneer. Обеспечивая реальное разрешение 1280х768 пиксел, данный дисплей имеет максимальный на сегодняшний день размер экрана 50 дюймов по диагонали (110х62 см) и хороший показатель по яркости (350 Nit), за счет новой технологии формирования ячеек, и улучшенный контраст. В результате данное устройство позволяет:
Отображать компьютерную информацию с реальным разрешением XGA (1024х768).
Обеспечить комфортное наблюдение видеоинформации на расстоянии до 5 метров.
Обеспечить контраст изображения около 20 при уровне внешней освещенности у экрана 150 - 200 Lux.
Таким образом, с нашей точки зрения, такие дисплеи уже пригодны для профессионального применения. Однако, следует иметь ввиду, что несмотря на существенные различия в технологии, плазменные дисплеи используют тот же люминофор, что и электронно-лучевые трубки, который в отличие от ЭЛТ возбуждается не электронами, а ультрафиолетовым излучением газового разряда и также подвержен деградации, хотя и в меньшей степени. Различные фирмы-изготовители называют ресурс от 15000 часов (NEC) до 20000-30000 (Pioneer) часов по критерию снижения яркости в два раза.
Поскольку изображение носит статичный характер, были приняты специальные меры по защите дисплеев от выгорания. В данном случае было разработано специальное программное обеспечение, установленное на управляющих компьютерах, позволяющее осуществлять "орбитинг", т. е. медленное, незаметное для глаз наблюдателя круговое перемещение изображения, что позволяет продлевать срок службы плазменных дисплеев в несколько раз. Возможна и аппаратная реализация данной функции. Существуют специальные устройства, например VS-200-SL фирмы Extron Electronics, реализущие "орбитинг" даже синхронно на нескольких дисплеях. Однако, следует иметь в виду, что эффективность данного метода защиты плазменных дисплеев от выгорания реализуется только при соблюдении определенных требований по характеру изображения. В частности, фон изображения не должен быть белым.
Основные недостатки плазменного монитора
К числу недостатков можно отнести ограниченную разрешающую способность большинства существующих плазменных мониторов, которая не превышает 640х480 пикселей. Исключение составляет модели PDP-V501MX и 502MX фирмы Pioneer. Обеспечивая реальное разрешение 1280х768 пиксел, данный дисплей имеет максимальный на сегодняшний день размер экрана 50 дюймов по диагонали (110х62 см) и хороший показатель по яркости (350 Nit), за счет новой технологии формирования ячеек, и улучшенный контраст.
К недостаткам плазменных дисплеев также можно отнести невозможность "сшивания" нескольких дисплеев в "видеостену" с приемлемым зазором из-за наличия широкой рамки по периметру экрана
Тот факт, что размер коммерческих плазменных панелей обычно начинается с сорока дюймов, свидетельствует о том, что производство дисплеев меньшего размера экономически нецелесообразно, поэтому мы вряд ли увидим плазменные панели, скажем, в портативных компьютерах. Это предположение подкрепляется и другим фактом: уровень энергопотребления "плазменников" подразумевает подключение их к сети и не оставляет никакой возможности работы от аккумуляторов. Еще один неприятный эффект, известный специалистам, - это интерференция, "перекрывание" микроразрядов в соседних элементах экрана. В результате подобного "смешивания" качество изображения, естественно, ухудшается.
Также к недостаткам плазменных дисплеев следует отнести то, что например средняя яркость белого цвета плазменных дисплеев составляет на настоящий момент порядка 300 кд/м2 у всех основных производителей. В общем и целом это достаточно ярко, однако плазменным дисплеям далеко до яркости ЭЛТ, составляющей 700 кд/м2. Подобная яркость может быть достигнута с повышением светоотдачи с 0,7 - 1,1 до 2 лм/Вт, однако этот рубеж преодолеть будет непросто. А также в настоящее время нельзя не заметить очень высокую цену плазменных дисплеев, доступных далеко не всем желающим.
Жидкокристаллические экраны
Жидкий кристалл представляет собой некоторое состояние, в котором вещество обладает некоторыми свойствами как жидкости (текучестью), так и твердых кристаллов (например, анизотропией). Для изготовления ЖК-экранов используют так называемые нематические кристаллы, молекулы которых имеют форму палочек или вытянутых пластинок. ЖК-элемент помимо кристаллов включает в себя прозрачные электроды и поляризаторы. В отсутствие электрического поля молекулы нематических кристаллов образуют скрученные спирали. При прохождении в этот момент луча света через ЖК-элемент плоскость поляризации его поворачивается на некоторый угол. Если на входе и выходе этого элемента поместить поляризаторы, смещенные друг относительно друга на такой же угол, то свет беспрепятственно сможет проходить через этот элемент. Если же к прозрачным электродам приложено напряжение, спираль молекул распрямляется и поворота плоскости поляризации уже не происходит. Как следствие, выходной поляризатор не пропускает свет. Примером может служить ЖК-индикатор наручных электронных часов.
Экран ЖК-дисплея представляет собой матрицу ЖК-элементов. В настоящее время существуют два основных метода адресации ЖК-элементов: прямой (или пассивный) и косвенный (или активный). В пассивной матрице ЖК-элементов выбранная точка изображения активируется подачей напряжения на соответствующие прозрачные адресные проводники-электроды строки и столбца. В этом случае невозможно достичь высокого контраста изображения, так как электрическое поле возникает не только в точке пересечения адресных проводников, но и на всем пути распространения тока. Эта проблема вполне разрешима при использовании так называемой активной матрицы ЖК-элементов, когда каждой точкой изображения управляет свой электронный переключатель. Контраст при использовании активной матрицы ЖК-элементов может достигать значения от 50:1 до 100:1. Обычно активные матрицы реализованы на основе тонкопленочных полевых транзисторов (Thin Film Transistor, TFT). Неким компромиссом между активной и пассивной матрицей являются в настоящее время экраны, использующие технологию двойного сканирования (Dual Scan, DSTN), при которой одновременно обновляются две строки изображения.
Мониторы с электронно-лучевой трубкой
Персональные компьютеры оснащаются растровыми дисплеями, а некоторые графические станции более дорогими векторными дисплеями.
В растровом дисплее изображение формируется электронным лучом, который периодически сканирует экран с образованием на нем строк развертки, занимающих весь экран, это изображение и называется растром. По мере движения луча по строке развертки видеосигнал, подаваемый в схему управления лучом, изменяет яркость каждого пикселя и на экране появляется требуемое изображение.
Отклонение луча по горизонтали в течение прямого хода осуществляется сигналом строчной развертки (горизонтальной), а по вертикали - сигналом кадровой (вертикальной) развертки.
В цветном дисплее отдельные электронные пушки формируют три луча, каждый из которых отвечает за свой цвет - RGB. Любой из пикселей на экране образован тремя точками или полосками люминофора.
Три луча маскируются таким образом, что каждый из них вызывает свечение точки только одного цвета. Следовательно, относительные интенсивности лучей, попадающих на тройку точек, определяют цвет и яркость данного пикселя.
Какие сигналы подаются на монитор? Основным является видеосигнал, определяющий какие пиксели на строке развертки будут светиться. В адаптерах CGA и EGA формируются три цифровых сигнала с ТТЛ -уровнями (наличие узкого положительного импульса в определенный момент времени, означает, что соответствующий пиксель будет светиться). В адаптерах VGA, SVGA, XGA для управления каждым лучом применяются аналоговые сигналы.
Информация, закодированная в видеосигнале, должна быть строго синхронизирована с движением луча по растру. Для синхронизации применяются специальные сигналы горизонтальной (строчной) HSYNC и вертикальной (кадровой) VSYNC синхронизации.
В некоторых мониторах сигналы синхронизации объединяются с видеосигналом, образуя композитный сигнал. Разделение компонентов композитного сигнала осуществляют внутренние схемы монитора.
Необходимо понимать, что внутренние схемы мониторов не допускают программного воздействия. Программно-доступные элементы находятся только в составе видеоадаптера и генерируемые им сигналы полностью определяют изображение на экране.
Разработка и выпуск качественной ЭЛТ - процесс сложный и дорогостоящий. Поэтому среди производителей мониторов, представленных в таблице на развороте, лишь немногие выпускают модели на базе собственных трубок. Это Hitachi, Mitsubishi, NEC, Panasonic, Samsung, Sony и ViewSonic (модели с SonicTron). Тем не менее, часто мониторы с "чужими" ЭЛТ оказываются даже более качественными - а иногда и менее дорогими - чем "родные" продукты изготовителя трубок.
Различают ЭЛТ в основном трех видов: сферические (в недорогих моделях с диагональю 14 дюймов, экран которых является частью сферы большого диаметра); прямоугольные с почти плоским экраном (Flat Square Tube, FST), ими оборудованы почти все современные модели с диагональю 15 и более дюймов; типа Trinitron, представляющие собой сегмент цилиндра и абсолютно плоские по вертикали. Компания Panasonic разработала еще один вид ЭЛТ - абсолютно плоскую. Однако такая трубка пока используется в одном единственном мониторе PanaFlat PF70 с диагональю 17 дюймов. Судя по всему, создание подобной ЭЛТ с более крупной диагональю и решение проблем точной "доставки" электронов к абсолютно плоской поверхности люминофора вызывает у разработчиков определенные трудности.
По конструкции теневой маски, которая обеспечивает точное попадание электронов на элементы люминофора, различают два основных вида ЭЛТ: с апертурной решеткой и с дельтоавидной маской. (рис11)
Апертурная решетка состоит из тонких вертикально натянутых металлических нитей. Нити ста
16. Клавиши клавиатуры, в зависимости от их назначения и расположения, можно поделить на группы:
Рассмотрим более подробно группы клавиш.
Алфавитно-цифровые клавиши.
Назначение: ввод букв, цифр, знаков препинания и других специальных знаков. В эту категорию также относится клавиша SPACE (ПРОБЕЛ).
Функциональные клавиши.
Сюда относят клавиши F1-F12. За данными клавишами нет постоянных закрепленных функций (исключением является только клавиша F1, которая используется для получения справки). Эти клавиши, как правило, программируются уже пользователем для каждой программы отдельно.
Блок дополнительных клавиш (цифровая панель)
Повторяют действие цифровых и некоторых знаковых клавиш основной панели
Даная панель может использоваться в двух режимах:
- Ввода цифр;
- Управления курсором.
Переключения режимов осуществляется клавишей NUM LOCK
Клавиши управления курсором
Курсор - экранный указатель, который показывает место ввода следующего символа (для текста) или текущую позицию (точку), к которой будет применяться действие мыши.
Клавиши со стрелками служат для перемещения курсора на одну позицию по экрану монитора в соответствии с направлением.
Клавиши PAGEUP и PAGEDOWN переводят курсор на одну страницу вверх и вниз соответственно, а клавиши HOME и END переводят курсор в начало и конец текущей строки.
Клавиша INSERT переключает режима ввода данных: вставка и замена ( в режиме вставки новые знаки вводятся без замены существующих символов, а в режиме замены - заменяют).
Клавиша DELETE удаляет знаки, которые находятся справа от текущего положения курсора, а клавиша BACKSPACE удаляет знаки, которые находятся слева от текущего положения курсора.
Служебные (клавиши управления)
Рассмотрим клавиши данного блока.
Enter (англ. Enter — «Ввод») - используется для перехода на новую строку (при наборе текста), подтверждения какого-то действия или готовности пользователя, выбора команды из меню.
Клавиши CTRL и ALT – применяются в комбинации с другими клавишами (две сразу или отдельно) для выполнения определенной команды.
Клавиша SHIFT – клавиша-модификатор. Используется для ввода прописных (заглавных) букв (при одновременном нажатии клавиши Shift и клавиши с буквой), а также знаков препинания. Применяется также в комбинации с другими клавишами клавиатуры (а также мышью) для выполнения различных команд.
Клавиша ТАВ. Выделяют две основные функции клавиши ТАВ:
- вводит в текст символы табуляции (вставка пустых символов);
- позволяет поочередно переключаться между элементами управления в пределах одного окна.
Клавиша ESC - предназначенная для возврата к предыдущему состоянию или (не всегда) выходу из приложения или программы.
PRINT SCREEN - печать, текущего состояния экрана на принтере. Также сохраняет изображение текущего состояния экрана в буфере оперативной памяти.
Клавиша PAUSE/BREAK — предназначена для приостановки текущего процесса (программы).
Клавиша CAPS LOCK – фиксирует режим ввода прописных (заглавных) букв. На клавиатуре имеется индикатор, который отображает состояние (вкл/откл) клавиши.
Клавиша NUM LOCK – включение/отключение дополнительной цифровой панели. Индикацией включения режима служит один из трёх светодиодов на клавиатуре.
Клавиша SCROLL LOCK. Когда режим Scroll Lock включён, клавиши курсора выполняют функцию передвижения экрана. На клавиатуре имеется индикатор, который отображает состояние (вкл/откл) клавиши.
Клавиша WIN -используется для запуска кнопки ПУСК ОС Windows. В комбинации с другими клавишами может выполнять другие команды.
Клавиша Application (находится между кнопками WIN и CTRL справа) - равноценная
нажатию правой кнопки мыши.
Введение
Задача вывода информации, представленной в графической форме, возникла одновременно с появлением вычислительных машин, и ее решение - одна из основных целей вычислительных средств, применяемых для автоматизации проектирования.
Устройства, выполняющие функции вывода графической информации на бумажный и некоторые другие носителей, называются графопостроителями или плоттерами (от англ. plotter) - термин, который, как и многие другие транслитерированные англоязычные термины, уже вытеснил свой русскоязычный аналог.
Различают планшетные графопостроители (flatbed plotter) с размещением носителя на плоской поверхности, барабанные графопостроители (drum plotter) с носителем, закрепляемым на вращающемся барабане, рулонные или роликовые графопостроители (roll-feed plotter) с чертежной головкой, перемещающейся в одном направлении при одновременном перемещении носителя в перпендикулярном ему направлении. Изготавливаются в напольном (floor) и настольном (table) исполнении. По принципу построения изображения подразделяются на векторные графопостроители (vector plotter) и растровые графопостроители (raster plotter). Векторные графопостроители создают изображение пером или карандашом. Растровые графопостроители, наследуя конструктивные особенности принтеров, создают изображение путем построчного воспроизведения, по способу печати подразделяясь на электростатические графопостроители (electrostatic plotter) с электростатическим принципом воспроизведения, струйные графопостроители (ink-jet plotter), основанные на принципе струйной печати (выдавливании красящего вещества через сопла форсунок), лазерные графопостроители (laser plotter), воспроизводящие изображение с использованием луча лазера, светодиодные графопостроители (LED-plotter), отличающиеся от лазерных графопостроителей способом перенесения изображения с барабана на бумагу, термические графопостроители (thermal plotter), микрофильм-плоттеры, или фотоплоттеры (microfilm-plotter, photographic film recorder, photo plotter) с фиксацией изображения на светочувствительном материале. Основные конструктивные и эксплуатационные характеристики графопостроителей, кроме названных выше: формат воспроизводимого изображения-оригинала, варьирующего обычно от А4 до А0 для графопостроителей нерулонного типа или измеряемого рабочей длиной барабана и максимальной длиной рулона (до нескольких десятков метров), размер рабочего поля (plotting area), точность (accuracy), разрешение растровых графопостроителей (обычно в переделах 300-2500 dpi), скорость прорисовки (plotting speed) или изготовления единицы продукции заданного формата, наличие или отсутствие собственной памяти (буфера), интерфейс и программное обеспечение. Некоторые модели графопостроителей комплектуются или могут оснащаться насадками, дополняющими их функциями сканера.
Мы рассмотрим основные плоттерные технологии (plot/print technologies), достоинства и недостатки различных типов плоттеров и характеристики, которые необходимо учитывать при выборе конкретного плоттера.
Следует заметить, что большинство рассмотренных ниже технологий используется в плоттерах не только большого (А0, А1) формата, являющихся предметом данного реферата, но и в плоттерах меньшего формата и даже в принтерах.
1. Общая характеристика плоттеров
1.1 Общая характеристика плоттеров и их назначение
Устройство, позволяющее представлять выводимые из компьютера данные в форме рисунка или графика на бумаге, называют обычно графопостроителем, или плоттером (Plotter).
Из этого определения, в частности, следует, что в качестве плоттера с успехом может использоваться соответствующий принтер. Первыми появились и традиционно широко используются перьевые плоттеры. Основной конкурент для них - струйные плоттеры, использующие более современную технологию печати.
Существующие на сегодня перьевые плоттеры условно можно разделить на три группы:
плоттеры, использующие фрикционный прижим для перемещения бумаги в направлении одной оси и движения пера по другой;
барабанные (или рулонные плоттеры), работающие примерно так же, как и фрикционные, но использующие для перемещения непрерывной перфорированной ленты бумаги специальный трактор (Tractor Feed);
планшетные плоттеры, в которых бумага неподвижна, а перо перемещается по обеим осям.
Наиболее часто с персональными компьютерами используются первый и третий типы графопостроителей, которые рассчитаны на форматы бумаги A3 или A4. Тем не менее существуют планшетные графопостроители даже для формата A0. Барабанные плоттеры обычно применяются для вывода длинных непрерывных графиков, диаграмм и больших чертежей, что характерно обычно для задач, связанных, например, с САПР.
Различные модели плоттеров могут иметь как одно, так и несколько перьев различного цвета (обычно 4-8). Перья бывают трех различных типов: фитильные (заправляемые чернилами), шариковые (аналог шариковой ручки) и с трубчатым пишущим узлом (инкографы). Для заправки последнего типа перьев применяется специальная тушь.
Связь с компьютером плоттеры, как правило, осуществляют через последовательный, параллельный или SCSI-интерфейс. Некоторые модели графопостроителей оснащаются встроенным буфером (1 Мбайт и более).
В настоящее время стандартом де-факто для планшетных графопостроителей являются устройства фирмы Hewlett-Packard. Кроме того, графический язык HP-GL (Hewlett-Packard Graphics Language) также стал фактическим стандартом в промышленности. Неплохими плоттерами считаются модели DXY от фирмы Roland. Помимо того, что все они совместимы с HP и HP-GL, данные модели используют и собственный графический язык DXY-GL.
В плоттерах могут использоваться как специальные технологии (например, в электростатических), так и технологии, хорошо знакомые по принтерам (термо-, лазерная, LED, струйная). В настоящее время струйные устройства получают все большее распространение. Например, плоттеры Hewlett-Packard семейства DesignJet формата А0 и А1 работают в 4-5 раз быстрее, нежели их перьевые собратья. Используя два струйных чернильных картриджа, струйный плоттер работает с разрешением не хуже 300 dpi и имеет два режима: чистовой и эскизный. Применяемый в эскизном (черном) режиме алгоритм позволяет почти вдвое сократить расход чернил. Обычно струйные плоттеры могут эмулировать наиболее известные принтеры, например Epson 1050 и IBM ProPrinter XL24E. Новые типы плоттеров оснащаются драйверами для большинства известных САПР, для Windows 3.1/95/98/NT и для большинства UNIX-платформ (Solaris, HP-UX, AIX, IRIX и др.).
1.2 Виды плоттеров и их характеристики
Перьевые плоттеры (ПП, PEN PLOTTER).
Перьевые плоттеры - это электромеханические устройства векторного типа, и на ПП традиционно выводят графические изображения различные векторные программные системы типа AutoCAD. ПП создают изображение при помощи пишущих элементов, обобщенно называемых перьями, хотя имеется несколько видов таких элементов, отличающихся друг от друга используемым видом жидкого красителя. Пишущие элементы бывают одноразовые и многоразовые (допускающие перезарядку). Перо крепится в держателе пишущего узла, который имеет одну или две степени свободы перемещения.
Существует два типа ПП: планшетные, в которых бумага неподвижна, а перо перемещается по всей плоскости изображения, и барабанные (или рулонные), в которых перо перемещается вдоль одной оси координат, а бумага - вдоль другой за счет захвата транспортным валом, обычно фрикционным.
Перемещения выполняются при помощи шаговых (в подавляющем большинстве плоттеров) или линейных электродвигателей, создающих довольно большой шум. Хотя точность вывода информации барабанными плоттерами несколько ниже, чем планшетными, она удовлетворяет требованиям большинства задач. Эти плоттеры более компактны и могут отрезать от рулона лист необходимого размера автоматически, что определило их доминирование на рынке больших ПП (ПП формата А3 обычно планшетные).
Отличительной особенностью ПП являются высокое качество получаемого изображения и хорошая цветопередача при использовании цветных пишущих элементов. К сожалению, скорость вывода информации в ПП невысока, несмотря на все более быструю механику и попытки оптимизации процедуры рисования; существует и проблема подбора пары носитель - чернила.
Карандашно-перьевые плоттеры (КПП, pen/pencil) - разновидность перьевых - отличаются возможностью установки специализированного пишущего узла с цанговым механизмом для использования обычных карандашных грифелей, который обеспечивает постоянное усилие нажима грифеля на бумагу и его автоподачу при стачивании. В результате не требуется постоянно следить за процессом вывода информации, как при эксплуатации ПП, в которых может засоряться канал истечения красителя.
Дополнительные преимущества карандашной технологии:
"Краситель" карандашных грифелей не высыхает, и карандаш пишет на любой скорости (при использовании жидких красителей необходимо учитывать время их вытекания из пера и время высыхания).
Карандаш позволяет рисовать на любых бумажных носителях, в том числе и не очень высокого качества; при этом изображения качественны, дают хорошие оттиски при копировании, и в то же время их можно корректировать ластиком.
Грифели просто купить, значительно экономя на расходных материалах.
ПП и КПП особенно привлекательны для тех, кому важнее качество, нежели количество изображений, и кто имеет скромный бюджет.
плоттер рисунок чертежный компьютерный
Все остальные типы плоттеров образуют изображения на носителе информации, используя различные физические процессы, в частности прибегая к дискретному (растровому) способу его создания.
Струйные плоттеры (СП, INK-JET PLOTTER).
Струйная технология создания изображения известна с 70-х годов, но истинный ее прорыв на рынке стал возможен только с разработкой фирмой Canon технологии создания реактивного пузырька (Bubblejet) - направленного распыления чернил на бумагу при помощи сотен мельчайших форсунок одноразовой печатающей головки. Каждой форсунке соответствует свой микроскопический нагревательный элемент (терморезистор), который мгновенно (за 7-10 мкс) нагревается под воздействием электрического импульса. Чернила закипают, и пары создают пузырек, который выталкивает из форсунки каплю чернил. Когда импульс кончается, терморезистор столь же быстро остывает, а пузырек исчезает.
Печатающие головки могут быть "цветными" и иметь соответствующее число групп форсунок. Для создания полноценного изображения используется стандартная для полиграфии цветовая схема CMYK, использующая четыре цвета: Cyan - голубой, Magenta - пурпурный, Yellow - желтый и Black - черный. Сложные цвета образуются смешением основных, причем получение оттенков различных цветов достигается путем сгущения или разрежения точек соответствующего цвета в фрагменте изображения (аналогичный способ используется при получении различных оттенков "серого" при выводе монохромных изображений).
Струйная технология имеет ряд достоинств. Сюда можно отнести простоту реализации, высокое разрешение, низкую потребляемую мощность и относительно высокую скорость печати. Приемлемая цена, высокое качество и большие возможности делают СП серьезным конкурентом перьевых устройств. Спрос на СП со стороны работающих с настольными издательскими системами и пользователей систем автоматизированного проектирования, выпускающих сложные чертежи формата А0, растет, однако невысокая скорость вывода графической информации и выцветание со временем полученного цветного изображения без принятия специальных мер (использования ламинирования или специальной "самоламинирующейся" бумаги) ограничивает их применение.
Электростатические плоттеры (ЭП, ELEСTROSTATIC PLOTTER).
Электростатическая технология основывается на создании скрытого электрического изображения (потенциального рельефа) на поверхности носителя - специальной электростатической бумаги, рабочая поверхность которой покрыта тонким слоем диэлектрика, а основа пропитана гидрофильными солями для обеспечения требуемых влажности и электропроводности. Потенциальный рельеф формируется при осаждении на поверхность диэлектрика свободных зарядов, образующихся при возбуждении тончайших электродов записывающей головки высоковольтными импульсами напряжения.
Когда бумага проходит через проявляющий узел с жидким намагниченным тонером, частицы тонера оседают на заряженных участках бумаги. Полная цветовая гамма получается за четыре цикла создания скрытого изображения и прохода носителя через четыре проявляющих узла с соответствующими тонерами.
Электростатические плоттеры можно было бы считать идеальными устройствами, если бы не необходимость поддержания стабильных температуры и влажности в помещении, необходимость тщательного обслуживания и их высокая стоимость, в связи с чем ЭП приобретают пользователи, имеющие оправданно высокие требования к производительности и качеству.
Для достижения максимальной эффективности ЭП обычно работают как сетевые устройства, для чего снабжены адаптерами сетевого интерфейса. Немаловажны также высокая устойчивость изображения к воздействию ультрафиолетовых лучей и невысокая (на уровне стоимости высококачественной типографской) стоимость электростатической бумаги. ЭП применяют при высокой степени автоматизации проектных работ в солидных организациях и в геоинформационных системах (ГИС).
Плоттеры прямого вывода изображения (ППВИ, DIRECT IMAGING PLOTTER).
Изображение в ППВИ создается на специальной термобумаге (бумаге, пропитанной теплочувствительным веществом) длинной (на всю ширину плоттера)"гребенкой" миниатюрных нагревателей. Термобумага, которая обычно подается с рулона, движется вдоль "гребенки" и меняет цвет в местах нагрева. Изображение получается высококачественным (разрешение до 800 dpi (dots per inch - точка/дюйм)), но, увы, только монохромным.
Сейчас цены на термобумагу снизились, недостатки, когда-то присущие ей (чувствительность к изменениям температуры окружающей среды и низкая контрастность изображения), устранены, а типы термоносителей включают в себя стандартную белую бумагу, кальку и даже полиэфирную пленку. Качество этих носителей удовлетворяет самым строгим архивным требованиям.
Учитывая их высокую надежность, производительность (может достигать 50 листов формата А0 в день) и низкие эксплуатационные затраты, плоттеры ПВИ применяют в крупных проектных организациях для вывода проверочных копий. В связи с этим в их стандартную конфигурацию входит сетевой адаптер. Технические характеристики ППВИ соответствуют требованиям прикладных задач инженерного проектирования, архитектуры, строительства, городского планирования и электросхемотехники.
Плоттеры на основе термопередачи (ПТП, THERMAL TRANSFER PLOTTER).
Отличие этих плоттеров от ППВИ состоит в том, что в них между термонагревателями и бумагой (или прозрачной пленкой!) размещается "донорный цветоноситель" - тонкая, толщиной 5-10 мкм, лента (например, лавсановая), обращенная к бумаге красящим слоем, выполненным на восковой основе с низкой (менее 100° С) температурой плавления.
На донорной ленте последовательно нанесены области каждого из основных цветов размером, соответствующим листу используемого формата. В процессе вывода информации бумажный лист с наложенной на него донорной лентой проходит под печатающей головкой, которая состоит из тысяч мельчайших нагревательных элементов. Воск в местах нагрева расплавляется, и пигмент остается на листе. За один проход наносится один цвет.
Все изображение получается за четыре прохода. Таким образом, на каждый лист цветного изображения затрачивается в четыре раза больше красящей ленты, чем на лист монохромного.
Ввиду дороговизны каждого отпечатка эти плоттеры используются в составе средств автоматизированного проектирования для высококачественного вывода объектов трехмерного моделирования, в системах картографии, где требуется высокое качество воспроизведения цветов, и рекламными агентствами для вывода цветопроб плакатов и транспарантов для красочных презентаций.
Лазерные (светодиодные) плоттеры (ЛП, LASER/LED PLOTTER).
Эти плоттеры базируются на электрографической технологии, в основу которой положены физические процессы внутреннего фотоэффекта в светочувствительных полупроводниковых слоях селеносодержащих материалов и силовое воздействие электростатического поля. Промежуточный носитель изображения (вращающийся селеновый барабан) в темноте может быть заряжен до потенциала в сотни вольт. Луч света снимает этот заряд, создавая скрытое электростатическое изображение, которое притягивает намагниченный мелкодисперсный тонер, переносимый затем механическим путем на бумагу. После этого бумага с нанесенным тонером проходит через нагреватель, в результате чего частицы тонера запекаются, создавая изображение.
Некоторое время назад создание скрытого изображения на барабане осуществлялось исключительно при помощи лазера. Для управления перемещением лазерного луча служила сложная система вращающихся зеркальных многогранников или призм или линз. Вследствие этого плоттеры, использующие лазеры, боятся тряски и ударов, которые могут сбить настройку.
Избежать сложностей с оптикой и сделать систему проще, легче и надежнее позволило применение линеек точечных полупроводниковых светодиодов (light-emitting diode - LED).
Лазерные и LED-плоттеры ввиду высокого быстродействия (лист формата А1 выводится менее чем за полминуты) удобно использовать как сетевые устройства, и они имеют в стандартной комплектации адаптер сетевого интерфейса. Не менее важно и то, что эти плоттеры могут работать на обычной бумаги, что сокращает эксплуатационные затраты.
LED-плоттеры становятся все более популярными, хотя по стоимости сравнимы с монохромными электростатическими.
Область их применения: сложный технический дизайн, архитектура, картография и другое, т.е. везде, где требования к производительности и качеству результатов высоки, но наличие цвета не требуется.
Время от времени предрекается появление цветных лазерных плоттеров, но пока еще это слишком дорого.
2. Технические параметры плоттеров
Теперь рассмотрим основные параметры, приводимые производителями плоттеров.
2.1 Носитель и изображение
Тип носителя (media type) напрямую влияет на эксплуатационные расходы: чем дороже и "экзотичнее" носитель, тем они выше.
Максимальный размер листа (max. media size) при использовании нарезанных заранее или максимальная ширина листа носителя (max. Media width) при использовании рулонного носителя больше фактических соответственно размера рабочего поля носителя (image size) или ширины рабочего поля (image width), т.е. пространства, где плоттер рисует, на размер полей по краям листа (border, margins) из-за необходимости его перемещения в процессе создания изображения.
Формат листа (drawing size) определяет максимальный стандартный формат, который может быть вписан в размер рабочего поля.
Длина носителя (media length) для рулонных плоттеров зависит от его толщины (чем тоньше носитель, тем он длиннее), так как допустимый диаметр рулона ограничен. Иногда можно встретить параметр - максимальная толщина носителя (max. media thickness). Понятно, что малая толщина носителя сужает возможности использования плоттера.
Параметры точности. То, насколько плоттер удовлетворяет потребности пользователя, во многом определяется его параметрами точности. Данные, обычно приводимые в технической документации, требуют дополнительного анализа, так как, во-первых, не существует универсального показателя точности, а во-вторых, эти показатели у разных типов плоттеров характеризуют фактические разные параметры.
Механическая точность (mechanical resolution, resolution) имеет смысл только для перьевых плоттеров и характеризует то, с какой точностью их механическая система способна позиционировать пишущий узел. Она всегда существенно лучше фактической точности, обеспечиваемой плоттером, поскольку, с одной стороны, центр пишущего элемента совсем необязательно попадет строго в установленную позицию, а, с другой - пятно, создаваемое пишущим элементом, имеет ненулевые размеры.
Программно задаваемое разрешение (software resolution) определяет, с какой точностью (разрядностью) могут кодироваться координаты в графическом файле, пересылаемом плоттеру. К точности координат в выходном чертеже этот параметр имеет весьма отдаленное отношение, так как обычно существенно превышает механическую точность плоттера.
Разрешение печати (resolution). Этот параметр используется в растровых плоттреах и измеряется числом точек на дюйм (dots per inch, dpi) в зарубежным плоттерах и числом точек на миллиметр - в отечественных. Чем величина больше, тем разрешение выше.
Следует иметь в виду, что разрешение полноцветной печати для некоторых видов цветных плоттеров (например, струйных) меньше, чем разрешение монохромной печати. Так, например, при разрешении 1200 точка/дюйм в монохромном режиме тот же плоттер в полноцветном режиме будет обеспечивать разрешение 1200/N (N=2--4, в зависимости от конструктивных особенностей пишущей головки плоттера).
Точность (accuracy). Когда этот параметр указан в явном виде для перьевых плоттеров, надо учитывать, что он соответствует только некоторым, весьма определенным, условиям работы плоттера. Например, применение бумаги с повышенной шероховатостью (отечественный ватман) или другого пишущего узла (отличающегося от тестового, а также износ механики плоттера вследствие эксплуатации существенно повлияте на эту характеристику.
Повторяемость (repeatability). Этот параметр весьма значим для перьевых плоттеров и определяет точность, с которой плоттер многократно позиционирует пишущий узел в одной и той же точке в процессе рисования.
Погрешность остановки пера (end point accuracy) характеризует величину погрешности позиционирования пишущего узла перьевых плоттеров, возникающую при установке пишущего узла в начальную точку вектора после холостого перемещения, происходящего на максимальной скорости.
2.2 Параметры производительности
Скорость печати, или перемещения носителя (media travel speed).
Эта характеристика присуща растровым плоттерам, и обычно определяет максимально технически возможную скорость печати уже подготовленной информации. В то же время для высокопроизводительных плоттеров узкое место - процессы пересылки графической информации и ее интерпретации в плоттере и реальная скорость печати с учетом этих процессов ниже. Поэтому тип интерфейса (interface, input ports) - весьма важный параметр, характеризующий не только то, каким образом можно подключать плоттер, но и скорость печати. Стандартными для плоттеров является последовательный интерфейс RS-232C и более быстрый параллельный интерфейс Centronics. Для высокопроизводительных растровых плоттеров с большими объемами передаваемой информации желательно наличие нескольких одновременно работающих стандартных интерфейсов.
При выборе плоттера для некоторых приложений полезно знать быстродействие его процессора (контроллера). Например, это существенно,
если вы хотите готовить данные на языке PostScript и собираетесь использовать растровый плоттер, имеющий встроенный интерпретатор PostScript-файлов.
Максимальная скорость взаимного перемещения пишущего узла и носителя (max. speed). Этот параметр, приводимый для перьевых плоттеров, часто только вводит в заблуждение. Техническая возможность перемещать пишущий узел с большой скоростью и реальная скорость рисования - это, как говорится, две большие разницы. Реальная скорость рисования определятся максимальной скоростью нанесения непрерывной линии пишущим узлом (max. plotting speed) и максимальным ускорением перемещения (acceleration) пишущего узла. Максимальная скорость нанесения непрерывной линии указана на упаковке пишущего узла, а не в технических характеристиках плоттера и определяется, например, скоростью истечения чернил! А максимальное ускорение, которое может быть придано пишущему узлу, сродни термину "приемистость автомобиля" и влияет на потери времени при изменении направления пишущего узла, что происходит постоянно. На потери времени также влияет скорость поднятия/опускания пера (pen response time).
Память. Для улучшения функциональных показателей (быстродействие, удобство работы, автономность и др.) плоттер имеет встроенную память, в которую загружается графическая информация, обрабатываемая процессором плоттера в процессе создания изображения.
Стандартный буфер - это оперативная память в плоттере стандартной конфигурации. Современные модели плоттеров большего формата имеют стандартный буфер (memory) емкостью (memory capacity, standard buffer size) от 1 Мбайт. В некоторых моделях плоттеров можно устанавливать дополнительные блоки памяти, так называемое расширение буфера (memory upgrade, optional buffer) емкостью до 64 Мбайт. У высокопроизводительных плоттеров с несколькими каналами приема информации также должна быть дополнительная дисковая память (disk) - встроенный жесткий диск, на который записывается графическая информация.
Для перьевых плоттеров размер памяти определяет только способность работать в режиме off-line (т.е. автономно) после загрузки файла чертежа.
Для растровых плоттеров это жизненно важный параметр, так как он, в конечном счете определяет разрешение и формат изображения, обеспечиваемые плоттером.
Форматы данных. Графические языки, стандартные форматы данных (protocol support, standard data formats, graphic languages).
Как уже указывалось, существует два принципа создания изображения - векторный и растровый.
Первый характерен для перьевых плоттеров, а второй - для всех остальных. Однако не следует путать принцип создания изображения и то, какую графическую информацию - растровую или векторную - можно вывести на данном плоттере. Способность плоттера выводить тот или иной вид графической информации определяется соответствующим программным обеспечением и набором графических языков и форматов данных, которые "понимает" плоттер.
Проблема заключается в том, что часто и/или форматы данных информации в компьютере не соответствуют разрешению и/или форматам данных плоттера. И если векторные графические языки, такие, как HPGL, фактически стандарт для любого плоттера (т.е. всегда обеспечен вывод векторной графической информации), то вывод растровой информации на растровом же плоттере не всегда может быть осуществлен без специальных драйверов. Как правило, это драйверы поставляются вместе с плоттером, но в некоторых случаях их просто может не быть.
Поэтому для того чтобы плоттер работал с выбранным программным обеспечением, необходимо удостовериться, что форматы данных и графические языки, поддерживаемые вашим плоттером и этим программным обеспечением, совпадают.
Ряд фирм-производителей выпускают модели плоттеров с возможностью подключения дополнительных функциональных блоков, которые позволяют расширять набор графических языков и форматов данных, "понимаемых" плоттером. Наиболее часто это делается для языка PostScript.
2.3 Чертежные характеристики
Цветовая палитра (colour palette). Для цветных растровых плоттеров этот параметр характеризует максимально возможное количество цветов, с которым способен работать плоттер, но количество одновременно отображаемых цветов всегда меньше и определятся числом цветов однородной заливки (area fill colours). Например (гипотетический случай), при цветовой палитре в 16,7 млн. цветов одновременно могут отобразиться только 8192 из них.
Число типов линий (line types). Этот параметр используется для характеристики векторной графики и определяет для некоторых плоттеров количество встроенных ("зашитых" в постоянной памяти или задаваемых внутренней программой) типов линий.
Наличие встроенных типов линий не означает, что чертеж не может содержать и большего чем указано, числа линий, так как ряд компьютерных программ готовит данные для вывода на плоттер, не используя встроенные типы линий.
Число штриховок (area fill types, hatch types). Ряд перьевых и растровых плоттеров способны закрашивать замкнутые области путем штрихования, и этот параметр характеризует количество встроенных (аппаратно реализованных) видов штриховок. Он, как и число типов линий, не относится к числу критичных, поскольку далеко не все программные средства используют возможности встроенного управления штрихованием, а создают штриховку самостоятельно.
Еще несколько параметров, характеризующих исключительно перьевые плоттеры.
Давление на пишущий элемент (pen force). Параметр определяет применимость для данного плоттера того или иного носителя и пишущего элемента. Излишне высокое давление на пишущий элемент может привести к замятию или прорезанию носителя, а также порче пишущего элемента, а недостаточное - к потере непрерывности рисуемых линий.
Типы пишущих элементов (pen type). Чем больше список применяемых типов пишущих элементов (а в их число могут входить фломастеры, шариковые стержни и рапидографы с различными характеристиками), тем проще будет найти расходные материалы для плоттера. Ну, и конечно, тип пишущего узла оказывает критическое влияние на реальную производительность плоттера.
Число пишущих элементов в карусели (No. of pens). Это параметр определяет возможное число одновременно отображаемых цветов или ширину линий на чертеже.
Специфический для карандашно-перьевых плоттеров параметр - грифеледержатель (pencil holder). Он описывает характеристики карандашного пишущего узла. Если грифеледержатель имеет бункер на несколько грифелей, то это существенно повышает автономность работы плоттера, так как замена исписавшегося грифеля при этом производится автоматически, без прерывания работы. Специфическим для режущих плоттеров является параметр тип лезвий (cutting kit). Он аналогичен параметру типы пишущих узлов. Ну и, наконец, одной из наиболее серьезных, но крайне редко встречающихся в документации и рекламных листках на плоттеры характеристик является наработка на отказ (MTBF - mean time before failure). Если данный параметр присутствует в документации, это уже говорит о высоком качестве устройства, так как, если он низок, его вряд ли будут афишировать.
Сегодня можно считать, что надежность плоттеров, поставляемых на рынок солидными фирмами, составляет десятки тысяч часов.
2.4 Основные технические характеристики плоттеров
Разрешение. Различают реальное и адресуемое разрешение. Реальное разрешение - это то, что обеспечивает струйная головка, адресуемое разрешение - это повышение плотности точек за счет нескольких проходов головок. В режиме "повышенного" разрешения плоттер будет управлять струйными головками так, чтобы увеличить плотность точек в 2-3 раза, при этом соответственно, происходит замедление скорости печати также в 2-3 раза.
Струйная система. Если вы хотите профессионально оценить плоттер, прежде всего узнайте про его струйную систему. Производителей струйных головок можно пересчитать по пальцам, а, зная тип струйной головки, гораздо легче разбираться с характеристиками, объявляемыми в рекламных проспектах.
В плоттерах фирм Roland и Mutoh (а также у целого ряда других фирм) применяются пъезоструйные головки от принтера Epson Stylus 3000. Бесполезно пытаться сравнивать качество этих плоттеров - они принципиально одинаковые и могут отличаться только благодаря различию в профессионализме операторов. В случае использования рекомендованных расходных материалов, при правильной цветокалибровке и растеризации качество отпечатков отличаться не будет.
В плоттерах Encad применяются головки Lexmark/Encad. В последних моделях плоттеров этой фирмы в картриджи стали встраивать специальные чипы, в которых записывается информация о типе используемых чернил и, самое главное, о количестве израсходованных чернил. Информация о количестве израсходованных чернил помогает оценить себестоимость работ, а также определить оставшееся время жизни картриджа. Что касается информации о типе чернил, то при смене чернил с одного типа на другой (Encad предлагает на сегодня 7 типов чернил) это помогает избежать путаницы картриджей.
В плоттерах HP применяются, естественно, струйные головки HP. Наиболее совершенная головка применена в модели HP 1000 - она имеет 512 форсунок и за один проход печатает полосу шириной в один дюйм (25,4 мм). В плоттерах ColorSpan также применяются головки HP. В моделе DisplayMaker XII применяется современная струйная головка HP, имеющая разрешение 600 dpi. Что касается моделей DisplayMaker 4200/6100/7100, то в них применена явно морально устаревшая головка HP 51626A. Эта головка имеет разрешение 300 dpi и применялась еще в первых поколениях струйных плоттеров (Encad NovaJet 2/3, Summagraphics SummaJet и в других). Применение этой головки в плоттерах DisplayMaker неоднократно вызывало критику специалистов.
Скорость печати. В этом вопросе наблюдается наибольшая путаница, т.к. общих критериев для сравнительной оценки скорости плоттеров нет. Дело в том, что в практически любом плоттере имеется 5-8 режимов печати - одно - или двунаправленная печать, в 1, 2, 3, 4, 6 проходов, с "повышенным" или "пониженным" разрешением. Чем меньше проходов струйной головки, тем выше скорость печати, но тем ниже качество. Можно, конечно, сравнивать максимальные скорости - двунаправленная печать в один проход (обычно это называется "черновой" режим). Но реальные заказы никто в этом режиме не печатает. Я в приведенной таблице решил приводить данные по "нормальному" режиму печати. Этот режим в разных плоттерах варьируется по количеству проходов (3-4), но смысл его в том, что он обеспечивает нормальное воспроизведение на фотобумаге графически сложных изображений (с полутоновыми переходами, большими заливками и т.д.). Другими словами, это реальная скорость, на которой печатают заказы.
Производительность системы. Производительность плоттера во многом определяется скоростью печати. Немаловажную роль для обеспечения производительности печати играет наличие системы подачи чернил. При работе с отдельными картриджами вам придется следить за расходом чернил в каждом из них, чтобы вовремя остановить плоттер и заменить опустевший картридж. При подаче чернил из больших емкостей такой проблемы не возникает. Также очень важно в рекламных технологиях иметь на плоттере систему сушки и подмотки готовых изображений.
Система подачи чернил. Система подачи чернил является одним из основных элементов современного плоттера. Она позволяет обеспечить снижение себестоимости печати и повышение производительности (см. выше) за счет подачи чернил из емкостей большой емкости. В результате частота остановок плоттера для перезаправки чернил по сравнению с использованием обычных картриджей резко снижается (а в плоттерах Encad дозаправку чернил можно делать прямо во время печати). Когда в 1995 году фирма Encad впервые представила свой плоттер NovaJet PRO 36 с системой подачи чернил из банок 500 мл, это произвело фурор среди рекламщиков - плоттер может печатать сутки без остановок! На сегодня применяются две основные системы подачи чернил: непрерывная (Encad, ColorSpan, Mutoh, Roland) и порционная (HP).
3. Аспекты работы плоттеров
Бум производства струйных плоттеров начался в 1993-94 гг., до этого на рынке были представлены только перьевые аналоги. Растровые устройства совершили мини-революцию и смогли значительно расширить область применения плоттеров: если до этого они применялись только в приложениях САПР и ГИС (рисование чертежей и карт), то новые возможности позволили печатать полноцветные изображения. Плоттеры стали применяться для изготовления красочных плакатов, цветных чертежей сложных машинных узлов, высококачественных топографических карт и т.д. На сегодняшний день на рынке представлено несколько десятков моделей, но далеко не каждая подойдет отдельно взятому покупателю, перед которым стоят конкретные задачи. В данной статье мы рассмотрим основные области применения высококачественных струйных плоттеров и расскажем о моделях, которые наиболее подходят для выполнения специализированных задач.
Сначала поговорим о терминологии: какое устройство следует называть принтером, какое - плоттером, и в чем между ними разница? Раньше различия между двумя типами устройств были значительно больше: принтеры занимались тем, что "печатали" тексты (printer - буквально тот, кто печатает), а плоттеры - "рисовали" (plotter - тот, кто рисует). Принтеры выбивали текст молоточками с литерами или матричными иголками, а плоттеры были перьевыми и вычерчивали линии, которые образовывали различные схемы. Впоследствии оба типа устройств стали струйными (а еще позже и лазерными, но LED-плоттеры и по сей день остаются весьма дорогими и имеют ограниченную область применения) и начали формировать отпечатки путем выдавливания капелек чернил на бумагу. Сегодня основное различие между плоттерами и принтерами - поле печати. Минимальный формат бумаги для плоттеров - 60x90 см, поэтому плоттеры вполне правомочно называть широкоформатными принтерами (желающие могут называть принтеры мини-плоттерами).
Новые области - новые требования. Чтобы эффективно работать в новых областях, плоттерам было недостаточно иметь большие размеры. Разработчикам пришлось решать массу технических проблем. Будет справедливым отметить, что пионером новых технологий стала компания EnCad. Во-первых, потребовалось обеспечить непрерывную подкачку чернил, рулонную подачу носителей, их автоматическую подмотку, создать систему сушки материалов (впрочем, в процессе развития технологий печати и производства чернил необходимость в данном устройстве уменьшилась, и многие современные плоттеры не имеют этого аксессуара). Кроме того, с увеличением изображения значительно возрастает объем графического файла, и не удивительно, что на его растрирование (перевод файла в набор команд, которые выполняет печатающее устройство) стало затрачиваться много времени. Выходом стало применение растровых процессоров (они могут быть как интегрированными в модель, так и внешними), которые значительно снизили время допечатной обработки файла, причем в несколько раз. Подготовка изображения, на растрирование которого прежде затрачивались целые сутки, стала занимать всего несколько часов.
Стоит отметить, что с применением плоттеров в областях, где раньше монопольно властвовали лишь полиграфические устройства, новые требования стали предъявляться не только к самому процессу печати, но и к носителям - чернилам и расходным материалам. Главной проблемой стала устойчивость материалов к различным внешним воздействиям: в первую очередь, высокой влажности (или воде) и солнечным лучам (ультрафиолету). В зависимости от того, насколько жестки требования, предъявляемые к плакату, следует применять различные типы расходных материалов. Так, в качестве носителя может выступать как обыкновенный ватман, так и бумага с пленочным покрытием; чернила, в свою очередь, также различаются по назначению: для наружных плакатов и для плакатов, которые будут висеть внутри помещения.
Как потеснить классиков. В силу того, что современные плоттеры являются струйными печатающими устройствами, они не могут сравниться по скорости печати с полиграфическим оборудованием. Кроме того, качество отпечатков также не может достичь качества изображений, созданных классическими печатными машинами. То есть, с одной стороны, плоттеры во многом проигрывают традиционному методу печати, но с другой - в защиту их использования есть свои аргументы.
Во-первых, подготовка файла к печати на плоттере занимает намного меньше времени, чем подготовка на печатной машине. Во-вторых, для того, чтобы плакат выглядел "красиво", далеко не всегда обязательно, чтобы он был напечатан с типографским качеством. Если он будет вывешен на улице, и его будут рассматривать с расстояния нескольких метров, то разрешение 180 dpi окажется вполне достаточным. Если отпечаток будет висеть в помещении, то логично будет остановиться на разрешении 300-360 dpi. А если это будут листовки формата A4 или топографические карты - достаточным может оказаться разрешение 600-720 dpi (стоит отметить, что последние модели плоттеров могут печатать в режимах 720x1440 dpi и истинных 1440 dpi).
ColorSpan Printmaker - устройство для высокоскоростной печати плакатов формата A0, построено по барабанной технологии
В-третьих, несмотря на то, что стоимость плоттеров может составлять до нескольких десятков тысяч долларов, использовать их зачастую экономически более целесообразно, чем постоянно размещать заказы в типографии. Нельзя не учитывать, что традиционная полиграфия рассчитана, в первую очередь, на более-менее большие тиражи (минимум - сотни, в среднем - тысячи экземпляров) и при единичных тиражах абсолютно нерентабельна. В совокупности все это вполне оправдывает применение плоттеров для целого ряда задач.
Рассмотрим типовые задачи, которые призваны решать современные широкоформатные плоттеры
Мало, но быстро
Тиражи плакатов не всегда исчисляются сотнями или тысячами, их может быть несколько штук. Например, магазинам надо проинформировать своих покупателей о новинках или очередных сезонных скидках. Также плакаты требуются для проведения презентаций, рекламных акций, выставок и т.д. И здесь возникают три условия:
количество плакатов весьма ограничено - обычно от 1 до 5 штук;
срок их службы весьма краток (товар раскупили, скидки закончились, презентация прошла);
получить их, как правило, необходимо в сжатые сроки.
При таких условиях производство плакатов в типографии дорого и занимает много времени. Логичным будет применение недорогого струйного плоттера - он справится с работой за несколько часов, при этом отпечатки будут иметь приемлемое качество как по цветовой насыщенности, так и по разрешению (300 dpi достаточно). Кроме того, так как не требуется дорогих материалов, устойчивых к влаге и ультрафиолету, можно будет сэкономить и на них. Для выполнения этой задачи подойдут модели EnCad Chroma 24, Hewlett-Packard DesignJet 450C и ряд других.
Одна из доступных моделей широкоформатных плоттеров Hewlett-Packard 450
Эксклюзив. Иногда требуется отпечатать такие плакаты, чтобы у всех просто "дух захватило", то есть поражающие своим качеством и фотореалистичной передачей цветов и оттенков. Как правило, подобные плакаты нужны в количестве не больше 1-2 штук, их появление приурочено к какому-либо событию, и поэтому у дизайнера и оператора есть достаточно времени, чтобы подготовить и распечатать изображение. В принципе, качество отпечатка характеризуют два параметра - разрешение и количество использованных цветов (величина цветового охвата устройства). Если плакат не предполагается рассматривать вплотную, то решающим фактором является плавность цветовых переходов, потому что неестественная палитра бросается в глаза в первую очередь. Стандартной четырехцветной печати CMYK для создания сложных и ярких изображений, как правило, недостаточно, приходится использовать расширенные цветовые наборы. К традиционным Cyan (голубой), Magenta (пурпурный), Yellow (желтый) и Black (черный) могут быть добавлены Orange (оранжевый), Red (красный), Green (зеленый), Blue (синий), а также Light Cyan (светло голубой), Light Magenta (светло пурпурный), Medium Cyan (средне голубой), Medium Magenta (средне пурпурный). Лидером по количеству используемых красок является плоттер ColorSpan DisplayMaker XII, который может печатать 12-ти цветные изображения (система CMYKORGBLcLmMcMm), немного уступает ему по качеству и значительно по цене восьмицветный плоттер от компании EnCad - NovaJet 850.
ColorSpan Displaymaker XII может печатать плакаты стандартного размера двойником
Восьмикрасочный EnСad 850
Система заправки чернил большими объемами для восьмикрасочного EnСad 850
В жару и под дождем. Зачастую нужны плакаты, которые будут вывешиваться не внутри помещения, а снаружи, тогда на первый план выходят факторы агрессивного воздействия внешней среды, и вопросы защиты от ультрафиолета и влажности начинают играть главную роль. Если тираж небольшой (примерно 5-35 экз.), то его производство типографским способом является все еще нерентабельным, и эффективнее использовать плоттер. В идеальном случае комплекс, состоящий из печатающего устройства, чернил и носителей, должен быть не только относительно недорогим, но и обеспечивать высокий срок службы рекламной продукции. Современные чернила достаточно устойчивы к воздействию влаги и ультрафиолетовых лучей. Но если плакат планируется использовать долго, не лишним будет его заламинировать, однако надо учитывать, что это увеличивает стоимость его производства. Если плакат будет вывешиваться на относительно небольшой срок (до нескольких месяцев), то сочетание "правильных" расходных материалов и плоттера позволит сделать процесс печати экономически целесообразным, и при этом обойтись без дополнительного ламинирования. В такой ситуации хорошим выбором является плоттер CalComp CrystalJet в совокупности с чернилами CrystalInk Outdoor. Он относится к среднему ценовому диапазону, обеспечивает качественную цветопередачу и устойчивость отпечатков к внешним воздействиям. В случае, если плакат будет использоваться более года, то лучше всего подходят модели японской компании Mutoh. Компания работает на рынке достаточно давно, в ее последних разработках сделан акцент на возможность применения плоттеров для наружной рекламы. Специальные чернила на основе растворителя буквально въедаются в носитель, что обеспечивает трехлетний срок службы плаката. Если компании надо печатать "долгоиграющую наружку" достаточно часто, то стоит обратить внимание на плоттер Mutoh Albatros (PJ-1304NX), его стоимость составляет примерно 50 тыс. долл., но отсутствие необходимости ламинировать отпечатки и их долгий срок службы делают его вполне приемлемым решением. Специальные материалы для печати плакатов наружного применения есть и у компании EnCad.
Проверка на цвет. Создание цветопробы является одним из обязательных допечатных процессов. Самые высококачественные - аналоговые, но для их изготовления требуется комплект цветоделенных фотоформ, что не всегда удобно, а при большом формате оттиска еще и дорого. Кроме того, для CtP-технологии фотоформы вообще не делаются. Выход может быть только в использовании цифровых цветопроб. Однако оборудование для их изготовления может стоить сотни тысяч долларов. Постоянное повышение качества печати плоттеров позволяет использовать эти устройства для получения цветопроб большого формата. Причем напечатать предварительную цветопробу способен любой более-менее качественный плоттер среднего или высшего цветового диапазона, но на сегодняшний день некоторые модели специально ориентированы на создание так называемых контрактных (финальных) цветопроб. Можно отметить плоттеры компании Epson - Stylus Pro 7500 и 9500 - для расширения цветового пространства они используют шесть красок и за счет этого могут имитировать работу таких популярных цветопробных устройств как DuPont Cromalin, 3M Matchprint, Fuji Color Art. Высокое разрешение этих плоттеров позволяет к тому же использовать их для печати плакатов очень высокого качества.
Epson 7500 - идеально подходит для изготовления цветопроб формата 60х90
Epson 9500 - устройство для печати плакатов с фотографическим качеством и разрешением 1440 dpi
При создании цифровых цветопроб главной проблемой является то, что их разрешение ниже, чем у систем ФНА и CtP. Проблема несовпадения спектральных характеристик красящих компонентов, применяемых в плоттере и печатной машине, решается путем калибровки первого. Для этого вполне достаточно возможностей большинства растровых процессоров. Подобную калибровку следует проводить после каждой смены чернил, если, конечно, они не являются сертифицированными для создания того или иного типа цветопроб. Кроме того, современные плоттеры недостаточно хорошо воспроизводят металлические и флуоресцентные цвета. Данная проблема не является особо острой, так как современные плоттеры обладают большим цветовым охватом: некоторые из них могут воспроизводить до 95-97% всех имеющихся смесевых цветов Pantone. Также большинство широкоформатных принтеров удачно справляются с задачей имитации величины растискивания, параметры которого можно задать в растровом процессоре. Компания Agfa позиционирует печатающие устройства модельного ряда Sherpa как широкоформатные принтеры для создания контрактных цветопроб
19. Манипулятор «мышь», джойстик и др. Графические планшеты. Цифровые фотокамеры. Назначение, основные характеристики
Джо́йстик (англ. joystick — «ручка управления самолётом») — устройство ввода информации, которое представляет собой качающуюся в двух плоскостях ручку. Наклоняя ручку вперёд, назад, влево и вправо, пользователь может передвигать что-либо по экрану. На ручке, а также в платформе, на которой она крепится, обычно располагаются кнопки и переключатели различного назначения. Помимо координатных осей X и Y, возможно также изменение координаты Z, за счет вращения рукояти вокруг оси, наличия второй ручки, дополнительного колёсика и т. п.
Широкое применение джойстик получил в компьютерных играх, мобильных телефонах. В английском языке словом «joystick» называют любую качающуюся ручку управления, в русском языке значение более узкое: помимо компьютерного контроллера, «джойстиком» называют в разговорной речи миниатюрную электрическую ручку — в отличие от традиционной механической.
Джойстики можно разделить на два вида:
Ранее джойстики для ПК подключались к нему через игровой порт, далее полностью произошёл переход к стандартному интерфейсу USB.
Долгое время у игровых приставок джойстики подключались через специализированный разъём, специфичный для каждой фирмы-производителя, поэтому джойстик для одной приставки не подходил к другой или же к ПК. В настоящее время джойстики имеют стандартный интерфейс USB, поэтому могут подключаться как к приставке, так к персональному компьютеру.
1. Операционные системы
1.1. Назначение и основные функции операционных систем
Особое место среди программных средств всех типов занимают операционные системы, являясь ядром программного обеспечения.
Операционная система – это комплекс программ, обеспечивающих
управление ресурсами, т.е. согласованную работу всех аппаратных средств компьютера;
управление процессами, т.е. выполнение программ, их взаимодействие с устройствами компьютера, с данными;
пользовательский интерфейс, т.е. диалог пользователя с компьютером, выполнение определенных простых команд – операций по обработке информации.
Такое определение операционной системы уже апеллирует к ее функциям, поэтому рассмотрим эти функции подробнее.
Операционные системы – наиболее машиннозависимый вид программного обеспечения, ориентированный на конкретные модели компьютеров, поскольку они напрямую управляют их устройствами или, как еще говорят, обеспечивают интерфейс между пользователем и аппаратной частью компьютера.
В той мере, в какой это необходимо для понимания функций операционных систем, аппаратную часть компьютера можно представлять себе состоящей из следующих элементов:
центрального процессора, имеющего определенную архитектуру (структуру регистров, набор и форму представления команд, формат обрабатываемых данных и т.д.) и характеризующегося производительностью, т.е. количеством простейших операций, выполняемых в единицу времени, а также другими качествами;
оперативной памяти, характеризующейся емкостью (объемом) и скоростью обмена данными (прежде всего с центральным процессором);
периферийных устройств, среди которых имеются
• устройства ввода (клавиатура, мышь, сканер и др.);
• устройства вывода (дисплей, принтер, графопостроитель и др.);
• внешние запоминающие устройства (дисководы для магнитных и оптических дисков, устройства для работы с лентами и др.);
• мультимедийные устройства.
Все эти аппаратные устройства обобщенно называют ресурсами компьютера.
В сравнении с оперативной памятью внешние запоминающие устройства обладают практически неограниченной емкостью. Так, емкость встроенного накопителя персональных компьютеров – винчестера – обычно в 50–100 раз больше объема оперативной памяти. Для других устройств – накопителей на гибких магнитных дисках и оптических дисках – используются сменные носители информации, однако время доступа к информации на внешних запоминающих устройствах значительно больше, чем к информации в оперативной памяти (в тысячи раз). Медленнее, чем центральный процессор, работают и устройства ввода – вывода.
За время существования компьютеров операционные системы претерпели значительную эволюцию. Так, первые операционные системы былиоднопользовательскими и однозадачными. Эффективность использования ресурсов компьютера в этом случае оказывалось невысокой из-за простоев всех, кроме одного работающего периферийного устройств компьютера. Например, при вводе данных простаивал центральный процессор, устройства вывода и внешние запоминающие устройства.
По мере роста возможностей, производительности и изменениях в соотношении стоимости устройств компьютера положение стало нетерпимым, что привело к появлению многозадачных операционных систем, остававшихся однопользовательскими.
Такие операционные системы обеспечивают постановку заданий в очередь на выполнение, параллельное выполнение заданий, разделение ресурсов компьютера между выполняющимися заданиями. Так, например, одно задание может выполнять ввод данных, другое – выполняться центральным процессором, третье – выводить данные, четвертое – стоять в очереди. Важнейшее техническое решение, обусловившее такие возможности, – появление у внешних устройств собственных процессоров (контроллеров).
При многозадачном режиме
в оперативной памяти находится несколько заданий пользователей;
время работы процессора разделяется между программами, находящимися в оперативной памяти и готовыми к обслуживанию процессором;
параллельно с работой процессора происходит обмен информацией с различными внешними устройствами.
Наиболее совершенны и сложны многопользовательские многозадачные операционные системы, которые предусматривают одновременное выполнение многих заданий многих пользователей, обеспечивают разделение ресурсов компьютера в соответствии с приоритетами пользователей и защиту данных каждого пользователя от несанкционированного доступа. В этом случае операционная система работает в режиме разделения времени, т.е. обслуживает многих пользователей, работающих каждый со своего терминала.
Суть режима разделения времени состоит в следующем. Каждой программе, находящейся в оперативной памяти и готовой к исполнению, выделяется для исполнения фиксированный, задаваемый в соответствии с приоритетом пользователя интервал времени (интервал мультиплексирования). Если программа не выполнена до конца за этот интервал, ее исполнение . принудительно прерывается, и программа переводится в конец очереди. Из начала очереди извлекается следующая программа, которая исполняется в течение соответствующего интервала мультиплексирования, затем поступает в конец очереди и т.д. в соответствии с циклическим алгоритмом. Если интервал мультиплексирования достаточно мал (~200 мс), а средняя длина очереди готовых к исполнению программ невелика (~10), то очередной квант времени выделяется программе каждые 2 с. В этих условиях ни один из пользователей практически не ощущает задержек, так как они сравнимы со временем реакции человека.
Одной из разновидностей режима разделения времени является фоновый режим, когда программа с более низким приоритетом работает на фоне программы с более высоким приоритетом. Работа в фоновом режиме реального времени аналогична работе секретаря руководителя. Секретарь занимается текущими делами до тех пор, пока начальник не дал срочное поручение.
Помимо рассмотренных режимов организации вычислительного процесса, все большее распространение получает схема, при которой ЭВМ управляет некоторым внешним процессом, обрабатывая данные и информацию, непосредственно поступающую от объекта управления. Поскольку определяющим фактором являются реально поступающие от объекта управления данные, такой режим называют режимом реального времени, а его организация возлагается на специализированную операционную систему.
Остановимся на некоторых понятиях, важных для понимания принципов функционирования всех операционных систем (ОС).
Понятие процесса играет ключевую роль и вводится применительно к каждой программе отдельного пользователя. Управление процессами (как целым, так и каждым в отдельности) – важнейшая функция ОС. При исполнении программ на центральном процессоре следует различать следующие характерные состояния (рис. 2.1):
порождение – подготовку условий для исполнения процессором;
активное состояние (или «Счет») – непосредственное исполнение процессором;
ожидание – по причине занятости какого-либо требуемого ресурса;
готовность – программа не исполняется, но все необходимые для исполнения программы ресурсы, кроме центрального процессора, предоставлены;
окончание – нормальное или аварийное завершение исполнения программы, после которого процессор и другие ресурсы ей не предоставляются.
Рис. 1. Граф состояний переходов процесса из одной фазы в другую
Понятие «ресурс» применительно к вычислительной технике следует понимать как функциональный элемент вычислительной системы, который может быть выделен процессу на определенный промежуток времени. Наряду с физическими ресурсами – реальными устройствами ЭВМ – средствами современных операционных систем могут создаваться и использоваться виртуальные (воображаемые) ресурсы, являющиеся моделями физических. По значимости виртуальные ресурсы – одна из важнейших концепций построения современных ОС. Виртуальный ресурс представляет собой модель некоего физического ресурса, создаваемую с помощью другого физического ресурса. Например, характерным представителем виртуального ресурса является оперативная память. Компьютеры, как правило, располагают ограниченной по объему оперативной памятью (физической). Функционально ее объем может быть увеличен путем частичной записи содержимого оперативной памяти на магнитный диск. Если этот процесс организован так, что пользователь воспринимает всю расширенную память как оперативную, то такая «оперативная» память называется виртуальной.
Наиболее законченным проявлением концепции виртуальности является понятие виртуальной машины, являющееся исходным при программировании на языках высокого уровня, например Паскале. Виртуальная машина есть идеализированная модель реальной машины, изолирующая пользователя от аппаратных особенностей конкретной ЭВМ, воспроизводящая архитектуру реальной машины, но обладающую улучшенными характеристиками:
бесконечной по объему памятью с произвольно выбираемыми способами доступа к ее данным;
одним (или несколькими) процессами, описываемыми на удобном для пользователя языке программирования;
произвольным числом внешних устройств произвольной емкости и доступа.
Концепция прерываний выполнения программ является базовой при построении любой операционной системы. Из всего многообразия причин прерываний необходимо выделить два вида: первого и второго рода. Системные причины прерываний первого рода возникают в том случае, когда у процесса, находящегося в активном состоянии, возникает потребность либо получить некоторый ресурс или отказаться от него, либо выполнить над ресурсом какие-либо действия. К этой группе относят и, так называемые, внутренние прерывания, связанные с работой процессора (например, арифметическое переполнение или исчезновение порядка в операциях с плавающей запятой). Системные причины прерывания второго рода обусловлены необходимостью проведения синхронизации между параллельными процессами.
При обработке каждого прерывания должна выполняться следующая последовательность действий:
восприятие запроса на прерывание;
запоминание состояния прерванного процесса, определяемое значением счетчика команд и других регистров процессора;
передача управления прерывающей программе, для чего в счетчик команд заносится адрес, соответствующий данному типу прерывания;
обработка прерывания;
восстановление прерванного процесса.
В большинстве ЭВМ первые три этапа реализуются аппаратными средствами, а остальные – блоком программ обработки прерываний операционной системы.
В настоящее время используется много типов различных операционных систем для ЭВМ различных видов, однако в их структуре существуют общие принципы. В составе многих операционных систем можно выделить некоторую часть, которая является основой всей системы и называется ядром. В состав ядра входят наиболее часто используемые модули, такие как модуль управления системой прерываний, средства по распределению таких основных ресурсов, как оперативная память и процессор. Программы, входящие в состав ядра, при загрузке ОС помещаются в оперативную память, где они постоянно находятся и используются при функционировании ЭВМ. Такие программы называют резидентными. К резидентным относят также и программы-драйверы, управляющие работой периферийных устройств. Важной частью ОС является командный процессор – программа, отвечающая за интерпретацию и исполнение простейших команд, подаваемых пользователем, и его взаимодействие с ядром ОС. Кроме того, к операционной системе следует относить богатый набор утилит – обычно небольших программ, обслуживающих различные устройства компьютера (например, утилита форматирования магнитных дисков, утилита восстановления необдуманно удаленных файлов и т.д.).
1.2. Понятие файловой системы
При наличии большого числа программ и данных необходим строгий их учет и систематизация. Операционным системам приходится работать с различными потоками данных, разными аппаратными и периферийными устройствами компьютера. Организовать упорядоченное управление всеми этими объектами позволяет файловая система.
На операционные системы персональных компьютеров наложила глубокий отпечаток концепция файловой системы, лежащей в основе операционной системы UNIX. В ОС UNIX подсистема ввода-вывода унифицирует способ доступа как к файлам, так и к периферийным устройствам. Под файлом при этом понимают набор данных на диске, терминале или каком-либо другом устройстве. Таким образом, файловая система – это система управления данными.
Файловые системы операционных систем создают для пользователей некоторое виртуальное представление внешних запоминающих устройств ЭВМ, позволяя работать с ними не на низком уровне команд управления физическими устройствами (например, обращаться к диску с учетом особенностей его адресации), а на высоком уровне наборов и структур данных. Файловая система скрывает от программистов картину реального расположения информации во внешней памяти, обеспечивает независимость программ от особенностей конкретной конфигурации ЭВМ, или, как еще говорят, логический уровень работы с файлами. Файловая система также обеспечивает стандартные реакции на ошибки, возникающие при обмене данными. Пользователь, работая в контексте определенного языка программирования, обычно использует файлы как поименованные совокупности данных, хранимые во внешней памяти и имеющие определенную структуру. При работе с файлами пользователю предоставляются средства для создания новых файлов, операции по считыванию и записи информации и т.д., не затрагивающие конкретные вопросы программирования работы канала по пересылке данных, по управлению внешними устройствами.
Наиболее распространенным видом файлов, внутренняя структура которых обеспечивается файловыми системами различных ОС, являются файлы с последовательной структурой. Такого рода файлы можно рассматривать как набор составных элементов, называемых логическими записями (или блоками), длина которых может быть как фиксированной, так и переменной, и доступ к которым – последовательный, т.е. для обработки (считывания или записи) i-й записи должна быть обработана предыдущая (i–1)-я запись.
В ряде файловых систем предусматривается использование более сложных логических структур файлов, чем последовательная. Например, записи в файле могут образовывать древовидные структуры, может использоваться индексно-последоваельная организация файлов (с упорядочением записей по значению некоторых полей) или, так называемая, библиотечная структура файлов, использующая уровень учетной информации (каталога), облегчающей поиск и доступ к отдельным компонентам файлов. На физическом уровне блоки файла (обычно размером 256 или 512 байт) могут размещаться в памяти непрерывной областью или храниться несмежно. Первый способ хранения файлов, реализованный, например, в ОС РАФОС, приводит к затруднениям при изменении размеров файлов (т.е. к необходимости перезаписи файлов, если их длина увеличивается, или хранения «дыр», если длина уменьшается).
Наиболее развитый механизм несмежного распределения блоков файлов реализован в операционной системе UNIX, в которой размеры файлов могут динамически изменяться в пределах 1 Гбайта. Каждый файл в системе имеет дескриптор, в составе которого хранится список, содержащий 13 номеров блоков на диске и используемый для адресации к тем блокам, которые входят в состав файла. Первые десять элементов списка непосредственно указывают на десять блоков, в которых размещаются данные файла. В одиннадцатом элементе списка указан номер блока, хранящий список из 128 номеров блоков данных, которые принадлежат файлу (это первый уровень косвенной адресации). Двенадцатый элемент ссылается на блок, который содержит список из 128 номеров блоков первого уровня косвенной адресации (это второй уровень косвенной адресации). С помощью тринадцатого элемента указывается ссылка на блок, содержащий список из 128 номеров блоков второго уровня косвенной адресации.
Роль учетного механизма, позволяющего обслуживать десятки и сотни файлов, в файловой системе очень важна. Общим приемом является сведение учетной информации о расположении файлов на магнитном диске в одно место – его каталог (директорий). Каталог представляет собой список элементов, каждый из которых описывает характеристики конкретного файла, используемые для организации доступа к этому файлу – имя файла, его тип, местоположение на диске и длину файла. В простых операционных системах (например ОС РАФОС) местоположение единственного каталога на магнитном диске (дискете) и его размер фиксированы. В более сложных системах каталог может находиться в любом месте диска, но на него должна иметься ссылка в, так называемой, метке тома, находящейся в фиксированном месте и формируемой при инициализации диска. Более того, каталогов может быть большое число и они могут быть логически связаны в какие-либо информационные структуры. Так, наиболее развитая многоуровневая файловая система UNIX поддерживает иерархическую (древовидную) систему каталогов (рис.2.2). Каждый пользователь может работать в составе этой структуры со своей системой каталогов (со своим поддеревом). Полное имя файла в данной структуре задает путь переходов между каталогами в логической структуре каталогов.
Рис. 2.2. Иерархическая система каталогов
Файл обладает уникальным идентификатором (именем), обеспечивающим доступ к файлу. Идентификатор включает в себя собственно имя – буквенно-цифровое обозначение файла, которое может содержать специальные символы (подчеркивание, дефис, ! и т.д.), и расширение имени файла (обычно отделяемое от имени файла точкой). Если имена создаваемых файлов пользователь может задавать произвольно, то в использовании расширений следует придерживаться традиции, согласно которой расширение указывает на тип файла, характер его содержимого. Например, в операционной системе MS-DOS файлы с расширениями
.com
.exe – исполняемые
.bat
.txt – текстовые
.doс
.pas – тексты программ на известных языках
.bas программирования: Паскаль, Бейсик, Си, Фортран,
.c соответственно
.for
.dbf – файл базы данных.
Известны десятки стандартных расширений, используемых при работе с различными программными системами.
В различных ОС существуют определенные ограничения на длину имени и расширения имени файла. Так, в MS-DOS длина имени файла не должна превышать восьми символов, а расширение – трех. В ОС UNIX ограничения значительно менее жесткие.
Имена директориев, начиная от корневого, образующие путь к файлу, отделяемые при записи друг от друга косой чертой (\ в DOS, / в UNIX), также как и обозначение диска, относятся к идентификатору файла. Например, в MS-DOS
d:\lang\pascal\work\example.pas
есть файл с именем example и расширением pas, указывающим на то, что это текст программы на Паскале, полный путь к которому:
d: – диск d;
\lang\pascal\work – это структура вложенных директориев, в самом внутреннем из которых находится необходимый файл example.pas.
Каждый каталог рассматривается как файл, имеет собственное имя. Продвижение по дереву при поиске некоторого каталога или файла возможно как вниз по дереву от текущего узла, так и вверх в направлении к корню. В каждом каталоге хранится список имен файлов, а также ссылки на дескрипторы файлов. В дескрипторах сосредоточена подробная информация о файле (список номеров блоков, занимаемых файлом, метод доступа к файлу, дата создания файла, идентификатор владельца, тип файла). В процессе работы могут создаваться новые каталоги и вписываться в требуемое место иерархии.
Файловая система ОС обеспечивает основные операции над файлами: их открытие (что сопровождается копированием учетной информации о файле, обеспечивающей быстрый доступ к нему, в некоторую структуру данных, расположенную в оперативной памяти, подготовкой буферов и каналов для передачи информации), копирование, перемещение, объединение, удаление, закрытие. Вторую группу представляют операции чтения и записи составных элементов файла. Особая группа операций обеспечивает печать содержимого каталогов или файлов, управление правами доступа к файлам, поиска файлов и т.д.
Развитые многопользовательские файловые системы обеспечивают также защиту и разделение данных, хранящихся в файлах, при работе с ними разных пользователей. Так, например, после входа в систему UNIX (который производится по паролю) пользователь получает доступ к ряду системных, групповых и личных каталогов и файлов. Каждый файл и каталог имеет владельца. Обычно это пользователь, создавший их. Владелец может затем назначить тип защиты файла от трех категорий пользователей:
владельца (самого себя);
представителей той же группы пользователей, что и владелец (понятие группы полезно при совместной работе над какими-либо проектами);
всех остальных пользователей системы.
Каждый файл (каталог) имеет три вида разрешения на доступ:
чтение (r – read) – можно просматривать содержимое файла (каталога);
запись (w – write) – можно менять содержимое файла (создавать или удалять файлы в каталоге);
выполнение (x – execute) – можно использовать файл как команду UNIX.
Комбинация видов доступа к файлу записывается последовательностью 9 символов:
Отсутствие права доступа обозначается минусом. Например: rwxr-x--x – файл может быть просмотрен, изменен и запущен на выполнение владельцем, просмотрен и выполнен членами группы, к которой относится владелец, и выполнен всеми остальными пользователями системы.
^
1.3. Операционная система MS DOS для IBM-совместимых персональных компьютеров
Общие сведения о MS DOS
Операционные системы для персональных ЭВМ за время существования этого класса компьютеров с 1975 г. претерпели значительное развитие, сопровождавшееся увеличением разрядности персональных компьютеров (ПК) от 8 до 32, расширением возможностей, улучшением интерфейса с пользователем (табл. 2.1).
Таблица 2.1
^ Некоторые типы ОС для персональных компьютеров
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
8-разрядные ОС сохраняют значение в качестве операционных систем простейших учебных и бытовых (игровых) компьютеров. Из-за ограниченного адресного пространства оперативной памяти (65 кбайт) серьезные профессиональные применения таких компьютеров невозможны.
16-разрядные IBM-совместимые компьютеры составляют значительную часть парка профессиональных персональных компьютеров в нашей стране. Самая распространенная ОС для этих компьютеров – однопользовательская однозадачная MS DOS (компании MicroSoft – сокращенно MS; DOS – английская аббревиатура названия «дисковая операционная система»). Первая версия этой ОС была создана одновременно с персональным компьютером IBM PC в 1981 г. и из внешних устройств поддерживала лишь накопители на гибких дисках с дискетами на 160 кбайт. Версия 2.0 связана с появлением модификации PC XT, поддерживала также накопители на жестких дисках до 10 Мбайт, древовидную файловую структуру. Популярная на протяжении ряда лет версия 3.3 (1987 г.) – для поддержки PC AT. Эта модификация ОС адресует 640 кбайт оперативной памяти, что в момент ее появления было прогрессивным моментом, а затем стало сдерживающим прогресс программного обеспечения фактором. Современные версии MS DOS преодолели ограничения на размер оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), имеют множество новых команд, содержат встроенные драйверы устройств, графическую оболочку, справочную систему и т.д.
Основные структурные компоненты MS DOS таковы:
базовая система ввода-вывода (BIOS);
системный загрузчик (SB);
драйверы устройств (т.е. программы, поддерживающие их работу);
базовый модуль;
командный процессор (называемый также интерпретатором команд);
утилиты DOS (вспомогательные программы).
Охарактеризуем коротко основные компоненты. BIOS хранится в ПЗУ. Эта программа написана непосредственно в машинных кодах; при включении компьютера она автоматически считывается в ОЗУ, запускается на исполнение и производит беглую проверку работоспособности основных устройств компьютера. Затем BIOS производит поиск на дисках программы запуска операционной системы (программы начальной загрузки). BIOS имеет также функции поддержки стандартных периферийных устройств, прежде всего дисплея и клавиатуры.
Программа начальной загрузки, найденная BIOS'ом на диске, обращается последовательно к дисководам A, B и т.д. пока не найдет программу SB – системный загрузчик. Эта программа проверяет наличие на диске ядра операционной системы, состоящего из файлов с названиями ibmio.sys – файла расширения BIOS и command.com – командного процессора, загружает их в ОЗУ и запускает на исполнение первую из этих программ. Она дополнительно тестирует оборудование, осуществляет конфигурирование DOS (стандартное при отсутствии файла config.sys – файла конфигурации или нестандартное в соответствии с содержанием файла config.sys), подключает необходимые драйверы и т.д. Далее эта программа устанавливает некоторые указания о способах обработки прерываний (векторы прерываний) и передает управление базовому модулю DOS, который продолжает устанавливать правила обработки прерываний и после этого загружает в ОЗУ командный процессор и передает ему управление.
Пользователь, работающий с DOS без программ – оболочек или дополнительных интерфейсных систем, непосредственно общается с командным процессором. Режим работы – диалоговый, т.е. пользователь отдает команду, ОС выполняет и ждет следующей команды. Способ отдавать команды является достаточно архаичным – текст команды нужно просто набрать на клавиатуре, для чего большую часть команд надо помнить, а для редко встречающихся – пользоваться справочником (либо в виде книги, либо встроенным в DOS).
^ Командный процессор, будучи запущенным, вначале отыскивает и иcполняет программу автозапуска (файл autoexec.bat), если она есть. Эта программа создается пользователем из команд DOS для того, чтобы произвести некоторые рутинные действия по созданию удобной для начала работы обстановки. Например, если при запуске компьютера вы получаете на экране панели Norton Commander, то лишь потому, что «автозапуск» этой программы предусмотрен тем, кто составлял файл autoexec.bat. Следующее действие командного процессора – выдача на экран приглашения пользователю вводить команду, выглядящее, например, так: C> (если DOS загружалась с диска C).
В ходе работы прикладных програм в ОЗУ постоянно находится лишь малая часть DOS (называемая резидентной). Все остальные модули DOS подгружаются лишь по мере потребности в них и удаляются из ОЗУ после отработки.
Файловая система MS DOS поддерживает дисководы, обозначаемые латинской буквой и двоеточием, например:
a: , b: , c: ,
иерархическую систему каталогов, заимствованную у системы UNIX, файлы с именами до восьми символов и расширением до трех.
^
Вопросы:
1. Классификация программного обеспечения.
1.1. Прикладные программы.
1.2. Специальное программное обеспечение информационных и управляющих систем.
1.3. Системное программное обеспечение
2. Классификация системного программного обеспечения
2.1. Управляющие системные программы.
2.2. Обрабатывающие системные программы.
2.3. Базовое ПО.
2.4. Сервисное ПО.
2.5. Группы системных программ.
3. Требования к системному программному обеспечению.
3.1. Необходимость использования специальных языков для создания СПО.
Традиционно программное обеспечение подразделяют на два класса:
1. системное программное обеспечение (СПО) и
2. прикладное (пользовательское)программное обеспечение (ППО)
Выделим еще один класс (скорее группу) программ - специальное программное обеспечение информационных и управляющих систем.
Прикладные программы предназначены для решения функциональных задач, они выполняют обработку информации различных предметных областей.
Это самый многочисленный класс программных продуктов.
К специальному программному обеспечению информационных и управляющих систем относятся
программы (системы) управления базами данных;
программы управления языком интерфейса информационных систем;
программы сбора и предварительной обработки информации (в информационно-измерительных системах, например, бортовые системы).
ПО этого класса часто оказывается скрытым в составе драйверов оборудования или поставляется в виде библиотек функционального расширения языков программирования.
Поэтому часто такие ПО относят к системному программному обеспечению.
Мы будем считать ПО такого типа отдельным классом и в курсе “СПО” рассматривать не будем.
Система управления базами данных (СУБД) - это сложная программная система накопления и последующего манипулирования данными. Каждая СУБД предоставляет интерфейс с базой данных и может располагать средствами непосредственного доступа к последней ее пользователей.
С помощью языка описания данных создаются описания элементом и записей данных, а также взаимосвязей между ними. Для выполнения операция с базой данных (например, выборка или обновление) в прикладных программах используется язык манипулирования данными. Фактическая структура физического хранения данных известна только СУБД.
Системное программное обеспечение (System Software) - совокупность программ и программных комплексов для обеспечения работы компьютера и сетей ЭВМ.
СПО управляет ресурсами компьютерной системы и позволяет пользователям программировать в более выразительных языках, чем машинных язык компьютера. Состав СПО мало зависит от характера решаемых задач пользователя.
Системное программное обеспечение предназначено для:
создания операционной среды функционирования других программ (другими словами, для организации выполнения программ);
автоматизации разработки (создания) новых программ;
обеспечения надежной и эффективной работы самого компьютера и вычислительной сети;
проведения диагностики и профилактики аппаратуры компьютера и вычислительных сетей;
выполнения вспомогательных технологических процессов (копирование, архивирование, восстановление файлов программ и баз данных и т.д.).
Данный класс программных продуктов тесно связан с типом компьютера и является его неотъемлемой частью.
Программные продукты данного класса в основном ориентированы на квалифицированных пользователей - профессионалов в компьютерной области: системного программиста, администратора сети, прикладного программиста, оператора.
Однако знание базовой технологии работы с этим классом программных продуктов требуется и конечным пользователям персонального компьютера, которые самостоятельно не только работают со своими программами, но и выполняют обслуживание компьютера, программ и данных.
Программные продукты данного класса носят общий характер применения, независимо от специфики предметной области.
К системным программным продуктам предъявляются высокие требования по надежности и технологичности работы, удобству и эффективности использования.
Классификация системного программного обеспечения
В СПО традиционно включают
системные управляющие и
системные обрабатывающие программы.
Управляющие системные программы организуют корректное функционирование всех устройств системы.
Основные системные функции управляющих программ -
управление вычислительными процессами и вычислительными комплексами и
работа с внутренними данными ОС.
Как правило, они находятся в основной памяти. Это резидентные программы, составляющие ядро ОС. Управляющие программы, которые загружаются в память непосредственно перед выполнением, называю транзитными (transitive).
В настоящее время системные управляющие программы поставляются фирмами-разработчиками и фирмами-дистрибьюторами в виде инсталляционных пакетов операционных систем и драйверов специальных устройств.
Обрабатывающие системные программы выполняются как специальные прикладные задачи, или приложения.
Эти программы поставляются чаще в виде дистрибутивных пакетов, включающих ПО
Замечание. В пакеты системных программ помимо основных программ, допускающих реконфигурацию, входят специальные настроечные программы, называемые программами инсталляции. МЫ будем создавать и такие программы.
Другая классификация
Часто Системное ПО компьютера подразделяют на БАЗОВОЕ и СЕРВИСНОЕ программное обеспечение.
БАЗОВОЕ программное обеспечение (base software) - минимальный набор программных средств, обеспечивающих работу компьютера.
К базовому программному обеспечению компьютера относятся
операционные системы и драйверы в составе ОС;
интерфейсные оболочки для взаимодействия пользователя с ОС (операционные оболочки) и программные среды;
системы управления файлами.
Операционная система - совокупность программных средств, обеспечивающая управление аппаратной частью компьютера и прикладными программами, а также их взаимодействием между собой и пользователем.
Операционная система предназначена для управления выполнением пользовательских программ, планирования и управления вычислительными ресурсами ЭВМ.
Операционная система, с одной стороны, выступает как интерфейс между аппаратурой компьютера и пользователем с его задачами, с другой стороны, предназначена для эффективного использования ресурсов вычислительной системы и организации надежных вычислений.
Системы управления файлами предназначены для организации более удобного доступа к данным, организованным как файлы.
Вместо низкоуровневого доступа к данным с указанием конкретных физических адресов система управления файлами позволяет использовать логический доступ с указанием имени файла.
Любая система управления файлами не существует сама по себе - она разработана для работы в конкретной ОС и с конкретной файловой системой. То есть можно было бы систему управления файлами отнести к ОС.
Но в связи с тем, что
1) ряд ОС позволяет работать с несколькими файловыми системами (либо с одной из нескольких, либо сразу с несколькими одновременно); а дополнительную файловую систему можно установить (т.е. они самостоятельны)
2) простейшие ОС могут работать и без файловых систем;
системы управления файлами выделяются в отдельную группу системных программ.
Заметим, что часто в специальной литературе системы управления файлами относят все-таки к операционным системам.
СЕРВИСНОЕ программное обеспечение - программы и программные комплексы, которые расширяют возможности базового программного обеспечения и организуют более удобную среду работы пользователя.
Это набор сервисных, дополнительно устанавливаемых программ, которые можно классифицировать по функциональному признаку следующим образом:
драйверы специфических и специальных устройств (те, которые не поставляются в составе ОС).
программы диагностики работоспособности компьютера;
антивирусные программы, обеспечивающие защиту компьютера, обнаружение и восстановление зараженных файлов;
программы обслуживания дисков, обеспечивающие проверку качества поверхности магнитного диска, контроль сохранности файловой системы на логическом и физической уровнях, сжатие дисков, создание страховых копий дисков, резервирование данных на внешних носителях и др.;
программы архивирования данных, которые обеспечивают процесс сжатия информации в файлах с целью уменьшения объема памяти для ее хранения;
программы обслуживания сети.
Эти программы часто называются утилитами. (Заметим, что к антивирусным средствам этот термин обычно не применяется)
Утилиты - программы, служащие для выполнения вспомогательных операций обработки данных или обслуживания компьютеров (диагностики, тестирования аппаратных и программных средств, оптимизации использования дискового пространства, восстановления разрушенной на магнитном диске информации и т.п.).
Наибольшее распространение сегодня имеют комплекты утилит: Norton Utilities - фирма Symantec; Checkit PRO Deliuxe 2.0 - фирма Touch Stone; PC Tools for Windows 2.0; программа резервного копирования HPColorado Backup for Windows 95.
Отдельно вспомним о такой группе системного ПО как системы программирования.
Это набор специализированных программных продуктов, которые являются инструментальны средствами разработчика. Программные продукты данного класса поддерживают все этапы процесса программирования, отладки и тестирования создаваемых программ.
Система программирования включает следующие программные компоненты:
редактор текста;
транслятор с соответствующего языка;
компоновщик (редактор связей);
отладчик;
библиотеки подпрограмм.
Заметим, что любая система программирования может работать только в соответствующей ОС, под которую она и создана, однако при этом она может позволять разрабатывать программное обеспечение и под другие ОС.
Например, одна из популярных систем программирования на языке С/С++ от фирмы Watcom для OS/2 позволяет получать программы и для самой OS/2, и для DOS, и для Windows.
Редактор текста - это программа для ввода и модификации текста.
Трансляторы предназначены для преобразования программ, написанных на языках программирования, в программы на машинном языке. Программа, подготовленная на каком-либо языке программирования, называется исходным модулем. В качестве входной информации трансляторы применяют исходные модули и формируют в результате своей работы объектные модули, являющиеся входной информацией для редактора связей. Объектный модуль содержит текст программы на машинном языке и дополнительную информацию, обеспечивающую настройку модуля по месту его загрузки и объединение этого модуля с другими независимо оттранслированными модулями в единую программу.
Трансляторы делятся на два класса: компиляторы и интерпретаторы. Компиляторы переводят весь исходный модуль на машинный язык. Интерпретатор последовательно переводит на машинный язык и выполнят операторы исходного модуля
(У интерпретаторов два основных недостатка. Первый - низкая скорость работы интерпретируемых программ.)
Преимущество интерпретатора перед компилятором состоит в том, что программа пользователя имеет одно представление - в виде текста. При компиляции одна и та же программа имеет несколько представлений - в виде текста и в виде выполняемого файла.
Компоновщик, или редактор связей - системная обрабатывающая программа, редактирующая и объединяющая объектные (ранее оттраслированные) модули в единые загрузочные, готовые к выполнению программные модули. Загрузочный модуль может быть помещен ОС в основную память и выполнен.
Отладчик позволяет управлять процессом исполнения программы, является инструментом для поиска и исправления ошибок в программе. Базовый набор функций отладчика включает:
пошаговое выполнение программы (режим трассировки) с отображением результатов,
остановка в заранее определенных точках,
возможность остановки в некотором месте программы при выполнении некоторого условия;
изображение и изменение значений переменных.
Загрузчик - системная обрабатывающая программа, объединяющая основные функции редактора связей и программы выборки в одном пункте задания. Загрузчик помещает находящиеся в его входном наборе данных объектные и загрузочные модули в оперативную память, объединяет их в единую программу, корректирует перемещаемые адресные константы с учетом фактического адреса загрузки и передает управление в точку входа созданной программы.
Средства сетевого доступа обеспечивают обработку, передачу и хранение данных в сети.
Заметим, что чаще говорят о сетевых операционных системах, которые предоставляют пользователям различные виды сетевых служб (управление файлами, электронная почта, процессы управления сетью и др.)
Ключом к использованию этих ресурсов является сервер, специальная программа на компьютере, подключенному к сети, которая принимает запросы (или команды) и посылает ответы автоматически.
Программы, предназначенные для подачи запросов серверу, называются программами-клиентами. Сервер предназначен для их обслуживания. Клиент посылает запросы пользователя на сервер, используя стандартизированный формат, называемый протоколом. Ответ сервера содержит информацию, представленную в виде файла, содержащего данные того или иного формата.
Постоянно ведется разработка все новых программ-клиентов, предлагающих более удобные способы взаимодействия с сервером.
Пример. Приложения Netscape Navigator , Internet Explorer - программы- клиенты.
Таким образом, в системном ПО мы выделили пять групп системных программ:
операционные системы;
интерфейсные оболочки для взаимодействия пользователя с ОС (операционная оболочка) и программные среды;
системы управления файлами;
системы программирования;
утилиты;
средства сетевого доступа.
Обратим внимание на то, что в ходе развития компьютерных систем наиболее используемые прикладные программы могут быть перенесены на уровень системных, что позволяет использовать их в различных приложениях. Например, средства управления диалоговым взаимодействием с пользователем в системных оболочках (типа Windows).
С другой стороны, наиболее распространенные и критические по времени системные функции были частично или полностью реализованы аппаратно. Например, средства управления многопрограммным защищенным режимом и средства управления мультимедиа-устройствами в процессорах фирмы Intel.
Требования к системному программному обеспечению
Системные программы должны удовлетворять следующим требованиям:
прозрачность работы;
гарантированная надежность выполнения в соответствии со спецификациями;
Функциональные требования называются спецификациями
максимальная скорость выполнения;
минимальные затраты на хранение машинных кодов;
поддержка стандартных средств связи с прикладными программами.
Эффективность системных программ зависит от времени их создания и надежности исполняемого кода.
Требование эффективности системных программ вызывает необходимость использования специальных языков
машинно-ориентированных типа языка Assembler и
высокого уровня типа C или C++.
К типам данных этих языков отнесены указатели на данные различных типов или адреса данных и программных объектов.
Работа с большинством пакетов для разработки системного программного обеспечения предполагает знание и использование ассемблера для создания модулей и ассемблерных вставок.
В основу работы компьютеров положен программный принцип управления, состоящий в том, что компьютер выполняет действия по заранее заданной программе. Этот принцип обеспечивает универсальность использования компьютера: в определенный момент времени решается задача соответственно выбранной программе. После ее завершения в память загружается другая программа и т.д.
Программа - это запись алгоритма решения задачи в виде последовательности команд или операторов языком, который понимает компьютер. Конечной целью любой компьютерной программы является управление аппаратными средствами.
Для нормального решения задач на компьютере нужно, чтобы программа была отлажена, не требовала доработок и имела соответствующую документацию. Поэтому, относительно работы на компьютере часто используют термин программное обеспечение (software), под которым понимают совокупность программ, процедур и правил, а также документации, касающихся функционирования системы обработки данных.
Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и взаимодействии. Состав программного обеспечения вычислительной системы называется программной конфигурацией. Между программами существует взаимосвязь, то есть работа множества программ базируется на программах низшего уровня.
Междупрограммный интерфейс - это распределение программного обеспечения на несколько связанных между собою уровней. Уровни программного обеспечения представляют собой пирамиду, где каждый высший уровень базируется на программном обеспечении предшествующих уровней. Схематично структура программного обеспечения приведена на рис. 1.
|
Базовый уровень
Базовый уровень является низшим уровнем программного обеспечения. Отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Базовое программное обеспечение содержится в составе базового аппаратного обеспечения и сохраняется в специальных микросхемах постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), образуя базовую систему ввода-вывода BIOS. Программы и данные записываются в ПЗУ на этапе производства и не могут быть изменены во время эксплуатации.
Системный уровень
Системный уровень - является переходным. Программы этого уровня обеспечивают взаимодействие других программ компьютера с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обеспечением. От программ этого уровня зависят эксплуатационные показатели всей вычислительной системы. При подсоединении к компьютеру нового оборудования, на системном уровне должна быть установлена программа, обеспечивающая для остальных программ взаимосвязь с устройством. Конкретные программы, предназначенные для взаимодействия с конкретными устройствами, называют драйверами.
Другой класс программ системного уровня отвечает за взаимодействие с пользователем. Благодаря ему, можно вводить данные в вычислительную систему, руководить ее работой и получать результат в удобной форме. Это средства обеспечения пользовательского интерфейса, от них зависит удобство и производительность работы с компьютером.
Совокупность программного обеспечения системного уровня образует ядро операционной системы компьютера. Наличие ядра операционной системы - это первое условие для возможности практической работы пользователя с вычислительной системой. Ядро операционной системы выполняет такие функции: управление памятью, процессами ввода-вывода, файловой системой, организация взаимодействия и диспетчеризация процессов, учет использования ресурсов, обработка команд и т.д.
Служебный уровень
Программы этого уровня взаимодействуют как с программами базового уровня, так и с программами системного уровня. Назначение служебных программ (утилит) состоит в автоматизации работ по проверке и настройки компьютерной системы, а также для улучшения функций системных программ. Некоторые служебные программы (программы обслуживания) сразу входят в состав операционной системы, дополняя ее ядро, но большинство являются внешними программами и расширяют функции операционной системы. То есть, в разработке служебных программ отслеживаются два направления: интеграция с операционной системой и автономное функционирование.
Классификация служебных программных средств
1. Диспетчеры файлов (файловые менеджеры). С их помощью выполняется большинство операций по обслуживанию файловой структуры: копирование, перемещение, переименование файлов, создание каталогов (папок), уничтожение объектов, поиск файлов и навигация в файловой структуре. Базовые программные средства содержатся в составе программ системного уровня и устанавливаются вместе с операционной системой
2. Средства сжатия данных (архиваторы). Предназначены для создания архивов. Архивные файлы имеют повышенную плотность записи информации и соответственно, эффективнее используют носители информации.
3. Средства диагностики. Предназначены для автоматизации процессов диагностики программного и аппаратного обеспечения. Их используют для исправления ошибок и для оптимизации работы компьютерной системы.
4. Программы инсталляции (установки). Предназначены для контроля за добавлением в текущую программную конфигурацию нового программного обеспечения. Они следят за состоянием и изменением окружающей программной среды, отслеживают и протоколируют образование новых связей, утерянных во время уничтожения определенных программ. Простые средства управления установлением и уничтожением программ содержатся в составе операционной системы, но могут использоваться и дополнительные служебные программы.
5. Средства коммуникации. Разрешают устанавливать соединение с удаленными компьютерами, передают сообщения электронной почты, пересылают факсимильные сообщения и т.п..
6. Средства просмотра и воспроизведения. Преимущественно, для работы с файлами, их необходимо загрузить в "родную" прикладную программу и внести необходимые исправления. Но, если редактирование не нужно, существуют универсальные средства для просмотра (в случае текста) или воспроизведения (в случае звука или видео) данных.
7. Средства компьютерной безопасности. К ним относятся средства пассивной и активной защиты данных от повреждения, несанкционированного доступа, просмотра и изменения данных. Средства пассивной защиты - это служебные программы, предназначенные для резервного копирования. Средства активной защиты применяют антивирусное программное обеспечение. Для защиты данных от несанкционированного доступа, их просмотра и изменения используют специальные системы, базирующиеся на криптографии.
Прикладной уровень
Программное обеспечение этого уровня представляет собой комплекс прикладных программ, с помощью которых выполняются конкретные задачи (производственных, творческих, развлекательных и учебных). Между прикладным и системным программным обеспечением существует тесная взаимосвязь. Универсальность вычислительной системы, доступность прикладных программ и широта функциональных возможностей компьютера непосредственно зависят от типа имеющейся операционной системы, системных средств, помещенных в ее ядро и взаимодействии комплекса человек-программа-оборудование.
Классификация прикладного программного обеспечения
1. Текстовые редакторы. Основные функции - это ввод и редактирование текстовых данных. Для операций ввода, вывода и хранения данных текстовые редакторы используют системное программное обеспечение. С этого класса прикладных программ начинают знакомство с программным обеспечением и на нем приобретают первые привычки работы с компьютером.
2. Текстовые процессоры. Разрешают форматировать, то есть оформлять текст. Основными средствами текстовых процессоров являются средства обеспечения взаимодействия текста, графики, таблиц и других объектов, составляющих готовый документ, а также средства автоматизации процессов редактирования и форматирования. Современный стиль работы с документами имеет два подхода: работа с бумажными документами и работа с электронными документами. Приемы и методы форматирования таких документов различаются между собой, но текстовые процессоры способны эффективно обрабатывать оба вида документов.
3. Графические редакторы. Широкий класс программ, предназначенных для создания и обработки графических изображений. Различают три категории:
В растровых редакторах графический объект представлен в виде комбинации точек (растров), которые имеют свою яркость и цвет. Такой подход эффективный, когда графическое изображение имеет много цветов и информация про цвет элементов намного важнее, чем информация про их форму. Это характерно для фотографических и полиграфических изображений. Применяют для обработки изображений, создания фотоэффектов и художественных композиций.
Векторные редакторы отличаются способом представления данных изображения. Объектом является не точка, а линия. Каждая линия рассматривается, как математическая кривая ІІІ порядка и представлена формулой. Такое представление компактнее, чем растровое, данные занимают меньше места, но построение объекта сопровождается пересчетом параметров кривой в координаты экранного изображения, и соответственно, требует более мощных вычислительных систем. Широко применяются в рекламе, оформлении обложек полиграфических изданий.
Редакторы трехмерной графики используют для создания объемных композиций. Имеют две особенности: разрешают руководить свойствами поверхности в зависимости от свойств освещения, а также разрешают создавать объемную анимацию.
4. Системы управления базами данных (СУБД). Базой данных называют большие массивы данных, организованные в табличные структуры. Основные функции СУБД:
В связи с распространением сетевых технологий, от современных СУБД требуется возможность работы с отдаленными и распределенными ресурсами, которые находятся на серверах Интернета.
5. Электронные таблицы. Предоставляют комплексные средства для хранения разных типов данных и их обработки. Основной акцент смещен на преобразование данных, предоставлен широкий спектр методов для работы с числовыми данными. Основная особенность электронных таблиц состоит в автоматическом изменении содержимого всех ячеек при изменении отношений, заданных математическими или логическими формулами.
Широкое применение находят в бухгалтерском учете, анализе финансовых и торговых рынков, средствах обработки результатов экспериментов, то есть в автоматизации регулярно повторяемых вычислений больших объемов числовых данных.
6. Системы автоматизированного проектирования (CAD-системы). Предназначены для автоматизации проектно-конструкторских работ. Применяются в машиностроении, приборостроении, архитектуре. Кроме графических работ, разрешают проводить простые расчеты и выбор готовых конструктивных элементов из существующей базы данных.
Особенность CAD-систем состоит в автоматическом обеспечении на всех этапах проектирования технических условий, норм и правил. САПР являются необходимым компонентом для гибких производственных систем (ГВС) и автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП).
7. Настольные издательские системы. Автоматизируют процесс верстки полиграфических изданий. Издательские системы отличаются расширенными средствами управления взаимодействия текста с параметрами страницы и графическими объектами, но имеют более слабые возможности по автоматизации ввода и редактирования текста. Их целесообразно применять к документам, которые предварительно обработаны в текстовых процессорах и графических редакторах.
8. Редакторы HTML (Web-редакторы). Особый класс редакторов, объединяющих в себе возможности текстовых и графических редакторов. Предназначены для создания и редактирования Web-страниц Интернета. Программы этого класса можно использовать при подготовке электронных документов и мультимедийних изданий.
9. Браузеры (средства просмотра Web-документов). Программные средства предназначены для просмотра электронных документов, созданных в формате HTML. Восроизводят, кроме текста и графики, музыку, человеческий язык, радиопередачи, видеоконференции и разрешают работать с электронной почтой.
10. Системы автоматизированного перевода. Различают электронные словари и программы перевода языка.
Электронные словари - это средства для перевода отдельных слов в документе. Используются профессиональными переводчиками, которые самостоятельно переводят текст.
Программы автоматического перевода используют текст на одном языке и выдают текст на другом, то есть автоматизируют перевод. При автоматизированном переводе невозможно получить качественный исходный текст, поскольку все сводится к переводу отдельных лексических единиц. Но, для технического текста, этот барьер снижен.
Программы автоматического перевода целесообразно использовать:
11. Интегрированные системы делопроизводства. Средства для автоматизации рабочего места руководителя. В частности, это функции создания, редактирования и форматирования документов, централизация функций электронной почты, факсимильной и телефонной связи, диспетчеризация и мониторинг документооборота предприятия, координация работы подразделов, оптимизация административно-хозяйственной деятельности и поставка оперативной и справочной информации.
12. Бухгалтерские системы. Имеют функции текстовых, табличных редакторов и СУБД. Предназначены для автоматизации подготовки начальных бухгалтерских документов предприятия и их учета, регулярных отчетов по итогам производственной, хозяйственной и финансовой деятельности в форме, приемлемой для налоговых органов, внебюджетных фондов и органов статистического учета.
13. Финансовые аналитические системы. Используют в банковских и биржевых структурах. Разрешают контролировать и прогнозировать ситуацию на финансовых, торговых рынках и рынках сырья, выполнять анализ текущих событий, готовить отчеты.
14. Экспертные системы. Предназначены для анализа данных, содержащихся в базах знаний и выдачи результатов, при запросе пользователя. Такие системы используются, когда для принятия решения нужны широкие специальные знания. Используются в медицине, фармакологии, химии, юриспруденции. С использованием экспертных систем связана область науки, которая носит название инженерии знаний.
Инженеры знаний - это специалисты, являющиеся промежуточным звеном между разработчиками экспертных систем (программистами) и ведущими специалистами в конкретных областях науки и техники (экспертами).
15. Геоинформационные системы (ГИС). Предназначены для автоматизации картографических и геодезических работ на основе информации, полученной топографическим или аэрографическими методами.
16. Системы видеомонтажа. Предназначены для цифровой обработки видеоматериалов, монтажа, создания видеоэффектов, исправления дефектов, добавления звука, титров и субтитров. Отдельные категории представляют учебные, справочные и развлекательные системы и программы. Характерной особенностью являются повышенные требования к мультимедийной составляющей.
17. Инструментальные языки и системы программирования. Эти средства служат для разработки новых программ. Компьютер "понимает" и может выполнять программы в машинном коде. Каждая команда при этом имеет вид последовательности нулей и единиц. Писать программы на машинном языке крайне неудобно. Поэтому программы разрабатываются на языке, понятном человеку (инструментальный язык или алгоритмический язык программирования), после чего, специальной программой, которая называется транслятором, текст программы переводится (транслируется) на машинный код.
Трансляторы бывают двух типов:
Интерпретатор читает один оператор программы, анализирует его и сразу выполняет, после чего переходит к обработке следующего оператора.
Компилятор сначала читает, анализирует и переводит на машинный код всю программу и только после завершения всей трансляции эта программа выполняется.
Инструментальные языки делятся на языки низкого уровня (близкие к машинному языку) и языки высокого уровня (близкие к человеческим языкам). К языкам низкого уровня принадлежат ассемблеры, а высокого - Pascal, Basic, C/C++, языки баз данных и т.д. В систему программирования, кроме транслятора, входит текстовый редактор, компоновщик, библиотека стандартных программ, отладчик, визуальные средства автоматизации программирования. Примерами таких систем являются Delphi, Visual Basic, Visual C++, Visual FoxPro и др.
23. Сервисное программное обеспечение
1. Служебные программы Windows. Назначение, краткая характеристика
Операционная система Windows содержит служебные программы.
Служебные приложения Windows предназначены для обслуживания персонального компьютера и самой операционной системы. Они позволяют находить и устранять дефекты файловой системы, оптимизировать настройки программного и аппаратного обеспечения, а также автоматизировать некоторые рутинные операции, связанные с обслуживанием компьютера.
В служебные программы Windows входят: Вас приветствует Windows; дефрагментация диска; мастер обслуживания; проверка диска; очистка диска; сведения о системе; агент сжатия; преобразование диска в FAT32; сжатие данных.
«Вас приветствует Windows» (Welcome to Windows) -- запускает мультимедийную заставку, из которой можно узнать о новинках Windows. С помощью этой программы можно понять, есть ли там ответы на возникающие у вас вопросы.
«Дефрагментация диска» (Disk Defragmenter) -- служебное приложение, предназначенное для оптимизации структуры диска путем изменения расположения файлов на диске, которые могут быть разбросаны по всей поверхности диска. Понятие дефрагментации связано с процессом записи файлов на диске. Файлы на чистый диск пишутся подряд, занимая кластеры, идущие друг за другом. Однако уже после нескольких операций удаления файлов появляются короткие цепочки кластеров, окруженные занятыми кластерами. При записи очередного файла используются именно эти кластеры, а файл будет располагаться в кластерах, разбросанных по поверхности диска.
Дефрагментация (т.е. улучшение структуры фрагментированности диска) производится перемещением фрагментов файлов в новое место, где они могут идти друг за другом подряд, занимая следующие друг за другом кластеры. В процессе перемещения фрагментов файлов используются свободные кластеры. Чем больше на диске свободного пространства перед началом фрагментации, тем проще проводить дефрагментацию. Желательно иметь не менее 10% рабочего пространства.
«Мастер обслуживания» (Windows Tune-up) -- предназначена для составления расписания обслуживания диска с помощью программ по очистке, проверке, дефрагментации диска, а также для их автоматического выполнения.
Программа имеет два режима работы, которые устанавливаются кнопкой выбора в окне: непосредственное обслуживание по расписанию; составление расписания обслуживания.
В первом режиме Мастер немедленно приступает к обслуживанию компьютера, вызывая для этого стандартные программы очистки, проверки и дефрагментации диска.
Во втором режиме осуществляется подготовка расписания обслуживания по этапам: устанавливается время начала обслуживания, для ускорения загрузки Windows снимаются некоторые автоматически запускаемые программы, производится настройка программ дефрагментации, проверки и очистки диска.
«Проверка диска» - это исключительно важная программа, которую следует использовать достаточно регулярно. Она позволяет выявлять логические ошибки в файловой структуре (Стандартная проверка), а также физические ошибки, связанные с дефектами поверхности жесткого диска (Полная проверка).
Режим стандартной проверки диска обеспечивает только поиск и устранение логических дефектов в области диска, занятой папками и файлами. Стандартную проверку рекомендуется проводить после каждого сбоя в работе компьютера, особенно после некорректного завершения работы с операционной системой.
Режим полной проверки диска в дополнение к стандартной проверке включает тестирование всей поверхности диска. Полную проверку достаточно проводить два раза в год или в случае сомнений в качестве жесткого диска.
«Очистка диска» (Disk Cleanup) -- предназначена для удаления ненужных файлов и папок. Она может выполнять свои функции без участия человека. Такие программы в среде Windows называют программами-агентами. Использование программы «Очистка диска» особенно актуально, когда компьютер работает в автоматическом режиме, например, ночью, когда нет рядом человека, а для продолжения работы не хватает места на диске.
«Сведения о системе» (System Information) -- это специальный пакет программных средств, собирающих сведения о настройке операционной системы Windows, ее приложений и оборудования компьютерной системы. Средства этого пакета предназначены для специалистов, выполняющих ремонтно-восстановительные работы. Его дополнительное преимущество состоит в том, что он позволяет провести диагностику компьютера с удаленного сервера.
Программа «Агент сжатия» предназначена для дополнительного уплотнения файла сжатого тома. Она работает весьма медленно, но ее работу можно автоматизировать с помощью программы «Назначенные задания». Все настройки этой программы можно задать заранее и выполнять по расписанию.
«Преобразование диска в FAT32» (Drive Converter) -- помогает преобразовать файловую систему FAT16 существующего жесткого диска в FAT32, не разбивая диск на разделы. Наряду с поддержкой EIDE-дисков большой емкости (более 2 Гбайт) в FAT32 используются кластеры меньшего размера (4 Кбайт), что повышает плотность заполнения дискового пространства. Недостаток файловой системы FAT32 в том, что она несовместима с другими операционными системами, в том числе и со старыми версиями Windows. И потому перед принятием решения о преобразовании файловой системы для полноты картины запустите утилиту преобразования, а затем нажмите кнопку «Сведения» (Details).
Программа «Сжатие данных» предназначена для повышения плотности записи данных на жесткий диск. В ее основе лежит принцип устранения избыточности информации. Избыточностью обладают почти все файлы данных, ранее не уплотненные иными средствами.
2. Антивирусные программы, их классификация. Краткая характеристика российских и зарубежных программ-антивирусов, используемых наПК
Для обнаружения, удаления и защиты от компьютерных вирусов разработано несколько видов специальных программ, которые позволяют обнаруживать и уничтожать вирусы. Такие программы называются антивирусными.
Данные программы можно классифицировать по пяти основным группам: фильтры, детекторы, ревизоры, доктора (фаги) и вакцинаторы (иммунизаторы).
Антивирусы-фильтры или «сторожа» - это резидентные программы, которые оповещают пользователя обо всех попытках какой-либо программы записаться на диск, а уж тем более отформатировать его, а также о других подозрительных действиях. При этом выводится запрос о разрешении или запрещении данного действия. Принцип работы этих программ основан на перехвате соответствующих векторов прерываний. К преимуществу программ этого класса по сравнению с программами-детекторами можно отнести универсальность по отношению, как к известным, так и неизвестным вирусам, тогда как детекторы пишутся под конкретные, известные на данный момент программисту виды. Однако, программы-фильтры не могут отслеживать вирусы, обращающиеся непосредственно к BIOS, а также BOOT-вирусы, активизирующиеся ещё до запуска антивируса, в начальной стадии загрузки DOS. К недостаткам также можно отнести частую выдачу запросов на осуществление какой-либо операции.
Наибольшее распространение в нашей стране получили программы-детекторы, а вернее программы, объединяющие в себе детектор и доктор. Наиболее известные представители этого класса - Aidstest, Doctor Web, MicroSoft AntiVirus. Антивирусы-детекторы рассчитаны на конкретные вирусы и основаны на сравнении последовательности кодов содержащихся в теле вируса с кодами проверяемых программ. Многие программы-детекторы позволяют также «лечить» зараженные файлы или диски, удаляя из них вирусы (разумеется, лечение поддерживается только для вирусов, известных программе-детектору). Такие программы нужно регулярно обновлять, так как они быстро устаревают и не могут обнаруживать новые виды вирусов.
Ревизоры - это программы, которые анализируют текущее состояние файлов и системных областей диска и сравнивают его с информацией, сохранённой ранее в одном из файлов данных ревизора. При этом проверяется состояние BOOT-сектора, таблицы FAT, а также длина файлов, их время создания, атрибуты, контрольная сумма. Анализируя сообщения программы-ревизора, пользователь может решить, чем вызваны изменения: вирусом или нет. Программы - ревизоры относятся к самым надежным средствам защиты от вирусов.
К последней группе относятся самые неэффективные антивирусы - вакцинаторы - это резидентные программы, предотвращающие заражение файлов. Вакцины применяют, если отсутствуют программы-доктора, «лечащие» этот вирус. Вакцинация возможна только от известных вирусов. Вакцина модифицирует программу или диск таким образом, чтобы это не отражалось на их работе, а вирус будет воспринимать их зараженными и поэтому не внедрится. В настоящее время программы-вакцины имеют ограниченное применение.
AIDSTEST
В нашей стране особую популярность приобрели антивирусные программы, совмещающие в себе функции детекторов и докторов. Самой известной из них является программа AIDSTEST Д.Н. Лозинского. Одна из последних версий обнаруживает более 1500 вирусов.
Программа Aidstest предназначена для исправления программ, зараженных обычными вирусами, не меняющими свой код.
Недостатки программы Aidstest: не распознает обычные вирусы; не снабжена эвристическим анализатором, позволяющим находить неизвестные ей вирусы; не умеет проверять и лечить файлы в архивах; не распознает вирусы в программах, обработанных упаковщиками исполнимых файлов типа EXEPACK, DIET, PKLITE и т.д.
Достоинства Aidstest: легка в использовании; работает очень быстро; распознает значительную часть вирусов; хорошо интегрирована с программой-ревизором Adinf; работает практически на любом компьютере.
DOCTOR WEB
В последнее время стремительно растет популярность другой антивирусной программы - Doctor Web, которую предлагает фирма «Диалог-Наука». Эта программа была создана в 1994 г. И.А. Даниловым. Dr.Web так же, как и Aidstest относится к классу детекторов - докторов, но в отличие от последнего имеет так называемый "эвристический анализатор" - алгоритм, позволяющий обнаруживать неизвестные вирусы.
В отличие от Aidstest, программа Dr.Web: распознает полиморфные вирусы; снабжена эвристическим анализатором; умеет проверять и лечить файлы в архивах; позволяет тестировать файлы, вакцинированные CPAV, а также упакованные LZEXE, PKLITE, DIET.
AVSP (Anti-Virus Software Protection)
Интересным программным продуктом является антивирус AVSP. Эта программа сочетает в себе и детектор, и доктор, и ревизор, и даже имеет некоторые функции резидентного фильтра (запрет записи в файлы с атрибутом READ ONLY). Антивирус может лечить как известные, так и неизвестные вирусы, причем о способе лечения последних программе может сообщить сам пользователь. К тому же AVSP может лечить самомодифицирующиеся и Stealth-вирусы (невидимки).
ADINF (Advanced Diskinfoscope)
ADinf относится к классу программ-ревизоров. Эта программа была создана Д. Ю. Мостовым в 1991 г.
Работа программ основана на регулярном отслеживании изменений, происходящих на жестких дисках. В случае появления вируса, ADinf обнаруживает его по тем модификациям, которые он выполняет в файловой системе и/или загрузочном секторе диска и информирует об этом пользователя. ADinf особенно эффективен для обнаружения новых вирусов, противоядие для которых еще не придумано.
Полезные свойства ADinf не ограничиваются только лишь борьбой с вирусами. По сути ADinf является системой, позволяющей следить за сохранностью информации на дисках и обнаруживать любые, даже малозаметные изменения в файловой системе, а именно, изменения системных областей, изменения файлов, создание и удаление каталогов, создание, удаление, переименование и перемещение файлов из каталога в каталог.
Norton AntiVirus
Антивирус разработанный компанией Symantec Corporation. Один из наиболее известных и популярных антивирусов. Процент распознавания вирусов очень высокий (близок к 100%). В программе используется механизм, который позволяет распознавать новые неизвестные вирусы. Norton AntiVirus обезвреживает все виды вирусов, защищает компьютер во время работы в интернете, проверяет электронную почту и загружаемые из сети файлы. Антивирус Norton AntiVirus может по требованию пользователя просканировать все локальные диски, включая дискеты и CD, на наличие вирусов в файлах. Кроме того, в программе Norton AntiVirus реализована защита от шпионских модулей (spyware). Недостатком данной программы является сложность настройки (хотя базовые настройки изменять, практически не требуется).
AVP (AntiViral Toolkit Pro)
Данная программа была создана ЗАО «Лаборатория Касперского». AVP обладает одним из самых совершенных механизмов обнаружения вирусов. Сегодня AVP практически ни в чем не уступает западным аналогам.
AVP предоставляет пользователям максимум сервиса - возможность обновления антивирусных баз через Интернет, возможность задания параметров автоматического сканирования и лечения зараженных файлов. Обновления на сайте AVP появляются практически еженедельно, а база данных включает описания уже почти 40 тысяч вирусов.
3. Современные программы архивации, их возможности
Одним из наиболее широко распространенных видов сервисных программ являются программы, предназначенные для архивации, упаковки файла путем сжатия хранимой в них информации.
Архивация (упаковка) - помещение (загрузка) файлов в архивный файл в сжатом или несжатом виде.
Разархивация (распаковка) - процесс восстановления файлов из архива точно в таком виде, как они имели до загрузки в архив. При распаковке файлы извлекаются из архива и помещаются на диск или в оперативную память.
Программы-упаковщики (или архиваторы) позволяют помещать копии файлов в архив и извлекать файлы из архива, просматривать оглавление архива и тестировать его целостность, удалять файлы, находящиеся в архиве, и обновлять их, устанавливать пароль при извлечении файлов из архива и др. Разные программы архивации отличаются форматом архивных файлов, скоростью работы, степенью сжатия, набором услуг (полнотой меню для пользователя), удобством пользования (интерфейсом), наличием помощи, собственным размером.
В настоящее время применяется несколько десятков программ-архиваторов, которые отличаются перечнем функций и параметрами работы, однако лучшие из них имеют примерно одинаковые характеристики. Из числа наиболее популярных программ можно выделить: ARJ, PKPAK, LHA, ICE, HYPER, ZIP, PAK, ZOO, EXPAND, разработанные за рубежом, а также AIN и RAR, разработанные в России.
Наиболее высокоэффективными являются архиваторы RAR, ACE, AIN, ARJ. Они обеспечивают наибольшую степень сжатия информации и имеют наиболее высокую скорость работы. Архиватор RAR имеет удобный графический интерфейс и позволяет читать текстовые файлы, находящиеся как в rar-архиве, так и в arj и zip-архивах. Архиватор AIN имеет русскоязычный интерфейс. Ахиваторы WinRAR-95 и WinZIP работают только в среде Windows-95/98/2000. Они необходимы при работе с длинными и русскими именами файлов в Windows-95/98/2000. В настоящее время именно эти архиваторы применяются чаще всего.
Работа архиваторов ARJ, PKZIP, LHA и др. автоматизирована с помощью оболочек Norton Commander 4.0, 5.0, DOS Navigator, Windows Commander и др. Для этих архиваторов имеются специальные программы просмотрщики архивных файлов ARCVIEW и AVIEW.
Основным для всех архиваторов является режим работы в командной строке. Архиватор RAR может использовать для работы своё собственное меню. Некоторые архиваторы для извлечения файлов из архива используют отдельные программы-распаковщики, например PKUNZIP, PKXARC. Степень упаковки архива зависит от типа архивируемых файлов, их числа и размера, выбранной программы архивации и установленных в ней ключей, вида архива. Текстовые файлы в упакованном виде занимают гораздо меньше места, чем программы (exe и com файлы). Степень упаковки в среднем равна 2-3, но иногда она достигает нескольких десятков.
Кроме того, существуют упаковщики exe и com файлов PKLITE, DIET, LZEXE, EXEPACK, AINEXE и др. Упакованные exe и com файлы имеют те же расширения (exe и com) и сохраняют свою способность к исполнению, в отличие от архивных файлов. Они занимают значительно меньше места на диске, чем неупакованные файлы.
Обычно упаковка и распаковка файлов выполняются одной и той же программой, но в некоторых случаях это осуществляется разными программами, например программа PKZIP производит упаковку файлов, а PKUNZIP-распаковку файлов.
Многие программы-архиваторы производят распаковку файлов, выгружая их на диск, но имеются и такие, которые предназначены для создания упакованного исполняемого модуля (программы). В результате такой упаковки создается программный файл с теми же именем и расширением, который при загрузке в оперативную память самораспаковывается и сразу запускается. Вместе с тем возможно и обратное преобразование программного файла в распакованный формат. К числу таких архиваторов относятся программы PKLITE, LZEXE, UNP.
Сжатие информации в архивных файлах производится за счет устранения избыточности различными способами, например за счет упрощения кодов, исключения из них постоянных битов или представления повторяющихся символов или повторяющейся последовательности символов в виде коэффициента повторения и соответствующих символов. Алгоритмы подобного сжатия информации реализованы в специальных программах-архиваторах (наиболее известные из которых arj/arjfolder, pkzip/pkunzip/winzip, rar/winrar) применяются определенные. Сжиматься могут как один, так и несколько файлов, которые в сжатом виде помещаются в так называемый архивный файл или архив.
Архиватор RAR служит мощным средством для создания и ведения архивов. Преимущества RAR особенно заметны при архивировании исполняемых модулей (.EXE), объектных файлов (.OBJ), больших текстовых файлов и т.д.
Популярные программы-упаковщики -- PKZIP/ PKUNZIP (версии 2.04g) и ARJ (версия 2.30) обеспечивают высокую скорость работы и большую степень сжатия информации. При этом PKZIP/PKUNZIP выделяются непревзойденной скоростью работы и обеспечивают (при указании режима -ЕХ) наивысшую степень сжатия. Программа ARJ дает почти такую же степень сжатия, отличается разнообразным сервисом и умеет создавать архивы, располагающиеся на нескольких дискетах.
Имена архивных файлов программ PKZIP/PKUNZIP и ARJ обычно имеют следующие расширения:
.ZIP -- для архивных файлов программ PKZIP/PKUNZIP;
.ARJ -- для архивных файлов программы ARJ (у многотомных
архивов продолжения архива имеют расширения .А01,.А02 и т.д.).
Программы PKZIP/PKUNZIP и ARJ имеют большое количество функций, выбор нужных функций выполняется в командной строке при вызове программ.
Программы PKZIP и ARJ позволяют указывать пароль при помещении файлов в архив. При этом помещаемые в архив файлы зашифровываются с помощью этого пароля, поэтому их нельзя будет извлечь из архива, не указав того же пароля. И если Вы будете хранить пароль в тайне, то никто не сможет извлечь из архива файлы.
При выборе инструмента для работы с упакованными файлами и архивами следует учитывать два фактора: эффективность, т. е. оптимальный баланс между экономией дисковой памяти и производительностью работы, и совместимость, т. е. возможность обмена данными с другими пользователями.
24. Организация работы с файловой системой. Понятие файла, каталога (Папки), атрибуты, общепринятые типы файлов. Маски (шаблоны). Примеры
Предпосылки возникновения операционной системы MS Windows. Основные понятия, элементы пользовательского интерфейса.
Цель работы: знакомство с организацией индивидуального рабочего места - основные понятия и действия в графической ОС MS Windows, использование оконного интерфейса для взаимодействия с компьютером, находящимся в составе локальной сети, и выполнения действий по получению и обработке информации, формирование практических навыков работы в среде ОС MS Windows.
Основные понятия: объекты и операции, пиктограммы (значки) для их представления, окно, свойства и действия с окнами, индикация исполняющихся процессов, манипулятор "мышь" для работы с объектами (указание объектов и индикация действий), меню, контекстное меню, файловая система, информационные и аппаратные ресурсы
Задание: для целенаправленного использования при выполнении лабораторных работ графической ОС необходимо изучить режимы взаимодействия с компьютером и способы организации информационных материалов на индивидуальном рабочем месте и работы с ними. Требуется освоить основные функциональные возможности графической ОС, познакомиться с представлением объектов и выполнением операций (система обозначений и способы задания действий), выполнить вызов функциональных процессоров - приложений с целью получения данных о ресурсах рабочего места. Для этого надо рассмотреть виды представления объектов и задания операций в графической ОС, выполнить с использованием оконного интерфейса ряд задач по получению и поиску информации о ресурсах и файловой системе рабочего места (компьютера) и способах ее представления.
Ход работы:
1. Выполняю регистрацию, после окончания запуска ОС Windows, попадаю на индивидуальный рабочий стол.
2. Анализирую структурный состав экрана рабочего места:
1) Нахожу расположение на Рабочем столе объектов - значков приложений и файлов: "Мой компьютер", "Корзина", "Сетевое окружение";
2) Все изображения совпадают с надписями на значках;
3) Осматриваю состав Панели задач, располагающейся в нижней части экрана:
- Присутствует слева кнопка <Пуск>;
- в наличии имеются системные индикаторы (индикатор раскладки клавиатуры, текущее время и др.);
- в наличии имеются обозначения исполняющихся приложений (процессов) – кнопок, представляющих исполняющиеся процессы (открытые в данный момент окна);
3. Получаю информацию о назначении значков - окон "Мой компьютер", "Корзина", "Сетевое окружение" с помощью справочной системы ОС Windows, осваиваю принципы поиска информации в ней:
1) нажимаю клавишу [F1] на клавиатуре вызовается справочная система ОС Windows;
2) в появившемся окне перехожу на вкладку <Поиск>;
3) ввожу в качестве ключевого слова для поиска названия окон "Мой компьютер", "Корзина" или "Сетевое окружение";
4) нажимаю кнопку <Разделы>;
5) после получения списка соответствующих разделов выбераю интересующий меня раздел и нажмимаю кнопку <Показать>
6) Получаю справочну ю информацию об окне «Корзина»
4. Собираю данные и подготавливаю справку о структурном и качественном составе аппаратных и информационных ресурсов, собственных информационных материалов, которые доступны на рабочем месте:
1) Открываю «Мой компьютер»;
2) Доступен 1 логический диск;
3) открываю свойства диска «С»
4) перемещаясь по вкладкам “Общие”, “Сервис” и “Доступ”, просматриваю свойства логического диска;
5) Имеется 1 подключенное внешнее устройство (флэш-карта), просматриваю её свойства;
5. Изучаю способ вызова необходимого приложения с помощью главного меню на примере функционального процессора для работы с файловой системой "Проводник".
Вывод:
Проделов данную лабораторную работу я познакомился с организацией индивидуального рабочего места – с основными понятиями и действиями в графической ОС MS Windows, с использованием оконного интерфейса для взаимодействия с компьютером, находящимся в составе локальной сети, и с выполнением действий по получению и обработке информации, сформировал практические навыков работы в среде ОС MS Windows.
Скажем большое спасибо преподавателям, бесплатно распространяющим свои
лекции. Предоставляется без изменений.
Тема 5. Основы работы с операционной системой MS Windows
(на примере MS Windows 95, 98, 2000 или XP) (2 часа)
Основные объекты и приемы управления MS Windows.
Рабочий стол Windows. Стартовый экран Windows, начиная с версии 95
и выше, представляет собой системный объект, называемый "Рабочим столом".
Рабочий стол – это графическая среда, на которой отображаются объекты и
элементы управления Windows. Все, с чем пользователь имеет дело, работая с
компьютером в данной ОС, можно отнести либо к объектам, либо к элементам
управления. В исходном состоянии на Рабочем столе находится несколько
экранных значков (ярлыков) и панель задач (прямая полоса серого цвета с
кнопкой ПУСК (START) в левой стороне). Значки - это графическое представление
объектов Windows, а панель задач – один из основных элементов управления.
Управление Windows 98. В Windows большую часть команд можно
выполнять с помощью мыши. Элементом управления мыши на экране монитора является
указатель мыши (как правило, жирная белая стрелка, направленная в верхний
правый угол). Перемещение мыши по плоской поверхности сопровождается
перемещением указателя мыши на экране, в частности по Рабочему столу. Указатель
можно позиционировать (останавливать) на значках или ярлыках объектов
или на пассивных элементах управления приложений.
Основные приемы управления с помощью мыши:
1) щелчок – быстрое нажатие левой кнопки мыши;
2) двойной щелчок – два нажатия, выполненные с
минимальным интервалом времени между ними;
3) щелчок правой кнопкой – предназначен для вызова
динамического (или контекстного) меню;
4) перетаскивание (drag-end-
drop) – перемещение экранного объекта или элемента,
осуществляется с помощью перемещения мыши при удерживании нажатой ее левой
кнопки;
5) специальное перетаскивание – перемещение экранного
объекта или элемента, осуществляется с помощью перемещения мыши при удерживании
нажатой ее правой кнопки. После перемещения открывается диалоговое окно,
содержащее команды для копирования, перемещения или создания ярлыка объекта;
6) протягивание мыши (drag) – выполняется
как перетаскивание, но выполняет операцию изменения размеров объекта
(увеличения или сжатия);
7) зависание или "остановка" указателя на ярлыке
(значке) объекта ли на элементе управления, осуществляется в целях вызова
всплывающей подсказки, характеризующей свойства объекта.
Значки и ярлыки объектов. Значок является графическим
представлением объекта. Ярлык служит только указателем на
объект. Удаление значка приводит к удалению объекта, копирование к
копированию объекта и т.д. Удаление ярлыка удаляет не объект, а только
указатель на объект (также копирование и перетаскивание).
Для пользователя приемы работы с ярлыками ничем не отличаются от приемов
работы со значками. Например, программы точно также можно запускать двойным
щелчком по их ярлыку. Зато ярлыки позволяют экономить место на жестком диске.
Файлы и папки Windows.
Способ хранения файлов на дисках компьютера называется файловой системой
. Иерархическая структура, в виде которой ОС отображает файлы и папки диска,
называется файловой структурой. ОС Windows предоставляет следующие
средства управления файловой структурой.
1. Окна папок. Это контейнер, содержимое которого графически
отображает содержимое папки. Просмотр папок в Windows (открытие папки)
осуществляется двойным щелчком мышки по ее значку.
Структура окна папки: 1) строка заголовка – в ней написано название
папки. За эту строку выполняется перетаскивание папки на Рабочем столе. В левой
части строки заголовка находится значок системного меню (открывается двойным
щелчком мышки), команды данного меню позволяют управлять размером и размещением
окна на Рабочем столе с помощью клавиш управления курсором (клавиатура). В
правой части строки заголовка расположены три кнопки управления размером окна –
Свернуть, Свернуть, Закрыть. Под строкой заголовка расположена 2) Строка
операционного меню. Меню данной строки (ФАЙЛ, ПРАВКА, ВИД и др.) содержат
команды, позволяющие проводить операции с содержимым окна или с окном в целом.
Команды в меню собраны по смысловому содержанию. Открывается "ниспадающее" меню
щелчком мышки. Под строкой операционного меню располагается 3) панель
инструментов – содержит командные кнопки с пиктограммами (картинками),
соответствующими выполняемой команде. На панель инструментов пользователь
помещает кнопки команд, наиболее часто используемых в работе. В работе данная
панель удобнее, чем строка меню, но ограничена по количеству команд. Под
панелью инструментов находится 4) адресная строка, в которой указывается доступ
к текущей папке. Она также позволяет выполнить переход к другим разделам
файловой структуры (дискам, папкам и файлам, расположенном на компьютере) –
кнопка с правого края строки. Под адресной строкой находится 5) рабочая область
папки, в которой отображаются значки объектов, хранящихся в папке. Под рабочей
областью находится 6) горизонтальная панель прокрутки, справа вертикальная.
Панели прокрутки имеют по две концевые кнопки и движок. Прокрутка
осуществляется 3-мя способами: щелчком по одной из концевых кнопок,
перетаскиванием движка, щелчком на полосе прокрутки выше или ниже движка. В
нижней части окна папки, под полосой прокрутки расположена 7) строка состояний
(или статусная строка), которая отражает дополнительную информацию о папке.
Операции с файловой структурой.
Основными операциями считаются:
- навигация (перемещение) по файловой структуре;
- запуск программ и открытие документов;
- создание папок и ярлыков;
- копирование файлов и папок;
- перемещение файлов и папок;
- удаление файлов и папок;
- переименование файлов и папок.
Все операции с файлами и папками в можно выполнять несколькими различными
способами (на любителя).
Одним из способов является работа в окнах папок, основной из которых
является папка МОЙ компьютер.
1. Открыть окно исходной папки.
2. Найти нужный объект (файл(ы) или папку(и)). Копирование, перемещение
и удаление данных объектов также выполняется разными способами.
3. Переместить объект левой кнопки мыши - перетаскивание.
Если объектов несколько, прежде следует их выделить (маркировать). Маркировка
осуществляется 1) мышкой: при нажатой левой кнопке растянуть на объекты рамку
или при нажатой клавише CTRL выполнить щелчки по нужным объектам (клавиша Shift
и щелчок мышки выделяют рядом расположенные объекты), 2) с помощью клавиатуры –
клавиша Shift (ее следует держать нажатой) и клавиши управления курсором.
4. Перемесить объект правой кнопкой мышки – специальное перетаскивание.
5. Скопировать (вырезать, удалить) объекты с помощью команд
пиктографического меню.
6. Скопировать (вырезать, удалить) объекты с помощью команд меню Правка
строки операционного меню.
7. Скопировать (вырезать, удалить) объекты с помощью клавиатуры (клавиши
смотри в меню ПРАВКА).
Пункты 5 – 7 выполняются с помощью буфера обмена -
невидимой для пользователя область памяти, которую создает и обслуживает на
компьютере система Windows. В любой момент времени в буфере можно хранить
только один объект.
Принцип работы с буфером обмена.
Þ Открываем папку-источник. Выделяем щелчком нужный объект.
Þ Копируем или забираем объект в буфер. В первом случае объект остается в
папке-источнике и может быть размножен. Во втором случае он удаляется из
папки-источника, но может некоторое время храниться в буфере. Последняя
операция называется также вырезанием объекта.
Þ Открываем папку-приемник и помещаем в нее объект из буфера обмена.
Три указанные операции (Копировать, Вырезать и Вставить) можно выполнять
равными способами. Классический прием состоит в использовании пункта Правка
в строке меню, но более удобно пользоваться командными кнопками панели
инструментов:
— Копировать; — Вырезать; — Вставить.
Самый же эффективный способ работы с буфером обмена состоит в использовании
комбинаций клавиш клавиатуры:
CTRL + С — копировать в буфер; CTRL + X — вырезать в буфер; CTRL + V —
вставить из буфера.
Просмотр буфера обмена (Windows 98)– Пуск ® Программы ® Стандартные ®
Служебные ® Буф. Обм.
Другим способом работы с файловой структурой является Проводник.
Работа с файловой системой в окнах папок не вполне удобна, программа
Проводник более мощное средство для этой цели.
Проводник — служебная программа, относящаяся к категории диспетчеров
файлов. Она предназначена для навигации по файловой структуре компьютера и
ее обслуживания. Проводник очень глубоко интегрирован в операционную систему
Windows. По сути, мы работаем с ним даже тогда, когда его не видим. Если по
щелчку правой кнопкой мыши на каком-либо объекте мы получаем контекстное меню,
это результат невидимой работы Проводника. Если при перетаскивании объектов из
одного окна в другое происходит их копирование или перемещение, это тоже
результат заочной деятельности Проводника. Однако с ним можно работать и
«очно». Программа запускается командой Пуск > Программы >
Проводник.
Окно программы Проводник представлено на рис. 3.3. Как видно из рисунка, по
элементам управления это окно очень похоже на окна папок. Основное отличие в
том, что окно Проводника имеет не одну рабочую область, а две: левую панель,
называемую панелью папок, и правую панель, называемую панелью
содержимого.
Навигация по файловой структуре. Цель навигации состоит в обеспечении
доступа к нужной папке и ее содержимому. Мы специально не говорим о том, что
цель навигации — это поиск нужных файлов и папок, поскольку для этой
операции есть специальное программное средство (Пуск > Найти >
Файлы и папки).
Навигацию по файловой структуре выполняют на левой панели Проводника, на которой
показана структура папок. Папки могут быть развернуты или свернуты,
а также раскрыты или закрыты. Если папка имеет вложенные папки,
то на левой панели рядом с папкой отображается узел, отмеченный знаком
«+». Щелчок на узле разворачивает папку, при этом значок узла меняется на
«-». Таким же образом папки и сворачиваются.
Для того чтобы раскрыть папку, надо щелкнуть на ее значке. Содержимое
раскрытой папки отображается на правой панели. Одна из папок на левой панели
раскрыта всегда. Закрыть папку щелчком на ее значке невозможно — она
закроется автоматически при раскрытии любой другой папки.
Запуск программ и открытие документов. Эта операция выполняется двойным
щелчком на значке программы или документа на правой панели Проводника. Если
нужный объект на правой панели не показан, надо выполнить навигацию на левой
напели и найти папку, в которой он находится.
Создание папок. Чтобы создать новую папку, сначала следует на левой
панели Проводника раскрыть папку, внутри которой она будет создана. После этого
надо перейти на правую панель, щелкнуть правой кнопки мыши на свободном от
значков месте и выбрать в контекстном меню пункт Создать > Папку. На правой
панели появится значок папки с названием Новая папка. Название выделено, и в
таком состоянии его можно редактировать. После того как папка будет создана,
она войдет в состав файловой структуры, отображаемой на левой панели.
Копирование и перемещение файлов и папок. Папку, из которой происходит
копирование, называют источником. Папку, в которую происходит
копирование, называют приемником. Копирование выполняют методом
перетаскивания значка объекта с правой панели Проводника на левую.
Первая задача — найти и раскрыть папку-источник, чтобы на правой панели был
виден копируемый объект. Вторая задача — найти на левой панели папку-
приемник, но раскрывать ее не надо. Далее объект перетаскивают с правой
панели на левую и помещают на значок папки-приемника. Эта операция требует
аккуратности, поскольку попасть одним значком точно на другой не всегда
просто. Для контроля точности попадания надо следить за названием папки-
приемника. В тот момент, да наведение выполнено правильно, подпись под
значком меняет цвет, и кнопку мыши можно отпускать.
Если и папка-источник, и папка-приемник принадлежат одному диску, то при
перетаскивании выполняется перемещение, а если разным, то копирование. В тех
случаях, когда нужно обратное действие, выполняют специальное перетаскивание
при нажатой правой кнопке мыши.
Удаление файлов и папок. Работа начинается с навигации. На левой панели
открывают папку, содержащую удаляемый объект, а на правой панели выделяют
нужный объект (или группу объектов).
Удаление можно выполнять несколькими способами. Классический способ — с помощью
команды Файл > Удалить из строки меню (если ни один объект не
выделен, эта команда не активируется). Более удобный способ — использовать
командную кнопку на панели инструментов. Еще более удобно воспользоваться
контекстным меню. Щелкните правой кнопкой мыши на удаляемом объекте и выберите
в контекстном меню пункт Удалить. Однако самый удобный способ удаления
выделенного объекта состоит в использовании клавиши DELETE клавиатуры.
Создание ярлыков объектов. Ярлыки объектов можно создавать двумя способами:
- методом специального перетаскивания (вручную) или с помощью
специальной программы-мастера (автоматически). С приемом специального
перетаскивания мы знакомы. Объект выбирается на правой панели Проводника и
перетаскивается нажатой правой кнопке мыши на значок нужной папки на левой
панели. В момент отпускания кнопки на экране появляется меню, в котором надо
выбрать пункт Создать ярлык;
- второй способ (с использованием мастера) менее нагляден, но во многих
случаях ге удобен, особенно для начинающих. Мастерами в системе Windows
называют шальные программы, работающие в режиме диалога с пользователем. Диалог
строится по принципу «запрос — ответ». Если на все запросы от программы даны
корректные ответы, программа автоматически выполнит черновую работу.
1. Для того чтобы запустить Мастер создания ярлыка, надо щелкнуть правой
кнопкой мыши в окне той папки, в которой создается ярлык объекта.
2. В открывшемся контекстном меню следует выбрать пункт Создать > Ярлык —
произойдет запуск мастера.
3. В диалоговом окне мастера имеется командная строка, в поле которой следует
ввести путь доступа к объекту, для которого создается ярлык, например
C:\Windows\Calc.exe — путь доступа к стандартной программе Калькулятор.
Разумеется, пользователь не может помнить пути доступа ко всем нужным
объектам, поэтому ввод адреса автоматизирован. Для этого служит командная
кнопка Обзор.
4. При щелчке на кнопке Обзор открывается диалоговое окно Обзор. Это
стандартное средство для установления пути доступа к объекту.
В поле Папка выбирают нужный диск, на котором расположен искомый файл, — в
нашем случае это диск С:.
В рабочей области выбирают папку, в которой расположен файл, — в нашем случае
это папка \Windows. Раскрывают эту папку. Если папка раскрыта по ошибке и в
ней нет искомого объекта, можно вернуться на шаг назад щелчком на кнопке На
один уровень вверх.
Разыскав нужный объект, его выделяют и щелкают на кнопке Открыть. Путь
доступа к объекту автоматически заносится в командную строку мастера
создания ярлыка.
5. Переход к очередному диалоговому окну мастера выполняют щелчком на
командной кнопке Далее.
6. В очередном окне мастера вводят название ярлыка, например: Калькулятор.
Если это последнее окно мастера, то кнопка Далее сменяется кнопкой Готово.
Щелчок на этой кнопке приводит к выполнению заданной операции.
Данные приемы являются общесистемными. Они относятся не только к Проводнику,
но и ко всем окнам папок и большинству окон приложений.
Представление объектов. В системе Windows можно управлять тем, как
представляются объекты в окнах папок или на правой панели программы Проводник.
Существует четыре типа представления объектов: • Крупные значки •
Мелкие значки • Список • Таблица.
Выбор метода представления выполняют либо с помощью команд строки меню (пункт
Вид), либо с помощью командной кнопки Вид на панели инструментов. Командная
кнопка Вид действует как переключатель, автоматически изменяющий способ
представления объектов в окне. Если же надо самостоятельно выбрать способ
представления, то рядом с этой кнопкой есть раскрывающая кнопка, щелчок на
которой раскрывает список возможных режимов.
Упорядочение объектов. Под упорядочением понимают прежде всего
сортировку. В системе Windows 98 существует четыре метода сортировки: по имени,
по типу, размеру и по дате создания. Метод упорядочения выбирают с помощью
команды строки меню Вид» Упорядочить значки.
При упорядочении по имени объекты в окне располагаются в алфавитном порядке в
соответствии с именами связанных с ними файлов. При упорядочении по типу
объекты располагаются тоже в алфавитном порядке, но в соответствии с
расширениями имен связанных с ними файлов. Упорядочение по размеру применяют
перед проведением служебных операций. Например, перед очисткой жесткого диска
с целью высвобождения рабочего пространства удобно знать, какие объекты
наиболее ресурсоемки.
Использование Главного меню.
Структура Главного меню. Главное меню — один из основных системных
элементов управления Windows 98. Оно отличается тем, что независимо от того,
насколько Рабочий стол перегружен окнами запущенных процессов, доступ к
Главному меню удобен всегда — оно открывается щелчком на кнопке Пуск. С
помощью Главного меню можно запустить все программы, установленные под
управлением операционной системы или зарегистрированные в ней, открыть
последние документы, с которыми выполнялась работа, получить доступ ко всем
средствам настройки операционной системы, а также доступ к поисковой и
справочной системам Windows 98.
Главное меню — необходимый элемент управления для завершения работы с
операционной системой. В нем имеется пункт Завершение работы, использование
которого необходимо для корректного завершения работы с системой перед
выключением питания.
В структуру Главного меню входят два раздела обязательный и произвольный.
Произвольный раздел расположен выше разделительной черты. Пункты этого
раздела пользователь может создавать по собственному желанию. Иногда эти
пункты образуются автоматически при установке некоторых приложений. Структура
обязательного раздела Главного меню представлена в таблице 1.
Таблица 1 - Структура Главного меню Windows 98
|
Пункт Главного меню |
Назначение |
примечание |
|
Программы |
Открывает доступ к иерархической структуре, содержащей указатели для запуска приложений, установленных на компьютере. Для удобства пользования указатели объединяются в категории. Если категория имеет значок в виде треугольной стрелки, в ней имеются вложенные категории. Раскрытие вложенных категорий выполняется простым зависанием указателя мыши. |
Указатели, присутствующие в Главном меню, имеют статус ярлыков, а их категории — статус папок. Соответственно, указатели можно копировать и перемещать между категориями, перетаскивать на Рабочий стол и в окна папок. Это один из простейших способов создания ярлыка для недавно установленной программы. В Windows 95 такой возможности нет. |
|
Избранное |
Открывает доступ к некоторым логическим папкам пользователя, в которых он может размещать наиболее часто используемые документы, ярлыки Web-документов и Web-узлов Интернета. |
Если с одним компьютером работают несколько пользователей, то каждый может иметь свою персональную группу избранных логических папок. |
|
Документы |
Открывает доступ к ярлыкам последних пятнадцати документов, с которыми данный пользователь работал на компьютере. |
Физически эти ярлыки хранятся в скрытой папке C:\Windows\Recent. |
|
Выполнить |
Этот пункт открывает небольшое окно, имеющее командную строку для запуска приложений. |
Его удобно использовать для запуска приложений MS-DOS, а также в тех случаях, когда необходимо в строке запуска приложения указать параметры запуска. |
|
Настройка |
Открывает доступ к основным средствам настройки Windows, в частности, к логической папке Панель управления. Служит также для доступа к папке Принтеры, через которую производится установка принтеров и настройка заданий на печать. |
При активной работе с компьютером приходится настолько часто использовать обращение к папке Панель управления, что целесообразно создать для нее ярлык на Рабочем столе, однако перетаскиванием из Главного меню это сделать не удается. Для создания ярлыка используйте значок Панель управления в окне Мой компьютер. |
|
Найти |
Открывает доступ к средствам поиска, установленным на компьютере. Основным является средство Файлы и палки, с помощью которого производится поиск объектов в файловой структуре. |
При установке приложений, имеющих свои собственные средства поиска, может происходить автоматическое размещение дополнительных ярлыков в этой категории. |
Окончание таблицы 1
|
Завершение сеанса ... |
Если операционной системой зарегистрировано несколько пользователей одного компьютера, этот пункт позволяет завершить работу одного пользователя и передать компьютер другому. |
|
|
Завершение работы |
Корректное средство завершения работы с операционной системой. Открывает диалоговое окно Завершение работы в Windows, содержащее следующие пункты: * приостановить работу компьютера; • выключить компьютер; • перезагрузить компьютер; • перезагрузить компьютер в режиме MS-DOS. |
Если закрыты все окна процессов, завершить работу с Windows можно комбинацией клавиш ALT+F4. Пункт Приостановить работу компьютера переводит вычислительную систему в «ждущий режим». Если использовать пункт Перезагрузить компьютер при нажатой клавише SHIFT, происходит не полная перезагрузка, а только перезапуск операционной системы. Перезагрузку в режиме MS-DOS практикуют для запуска приложений MS-DOS, которые не удается запустить иными средствами. |
Настройка операционной системы MS Windows.
Операционная система Windows обладает широкими возможностями настройки. Цель
настройки состоит в создании условий для эффективной работы путем
автоматизации операций и создания комфортной рабочей среды. Основные
настраиваемые объекты — средства управления и оформления.
Средствами настройки являются: специальная папка Панель управления (Пуск >
Настройка > Панель управления), контекстные меню объектов Windows и
элементы управления диалоговых окон операционной системы и ее приложений.
Настройка средств ввода-вывода данных:
- настройка клавиатуры - выполняется в диалоговом окне
Свойства: Клавиатура, которое открывается по следующему алгоритму: кнопка
ПУСК > НАСТРОЙКА > Панель управления > двойной щелчок на значке
Клавиатура. На вкладке Скорость представлены средства настройки параметров
функции автоповтора символов (величина задержки перед началом повтора
символов и темп повтора), а также средства управления частотой мерцания
курсора. На вкладке Язык - средства для установки дополнительных раскладок
клавиатуры и элементы управления для выбора клавиатурной комбинации,
переключающей раскладку. Здесь же можно выбрать раскладку, принятую по
умолчанию, а также задать отображение индикатора раскладки языка клавиатуры на
панели задач. При наличии этого индикатора диалоговое окно настройки свойств
клавиатуры удобнее открывать через контекстное меню индикатора;
- настройка мыши - выполняется в диалоговом окне
Свойства: Мышь, которое открывается аналогично окну Свойства:
Клавиатура, т.е. с помощью значка Мышь в окне Панель управления. Здесь
можно: выбрать левую или правую кнопки мыши в качестве основной кнопки
, настроить интервал времени между щелчками, при котором два отдельных
щелчка интерпретируются как один двойной; выбрать указатель мыши (вкладка
Указатели); установить чувствительность мыши, т.е. величину ее экранного
перемещения (вкладка Перемещение); средства управления величиной шлейфа,
тянущегося за указателем мыши (нужда в нем возникает при работе с
малоконтрастными дисплеями, например жидкокристаллическими дисплеями
портативных компьютеров).
Настройка фона Рабочего стола. Операционная система Windows 98
позволяет использовать в качестве фона Рабочего стола фоновый узор, фоновый
рисунок или документ в формате HTML, последующие версии - фоновый
рисунок или документ в формате HTML. Выбор метода оформления
осуществляют на вкладке Фон диалогового окна Свойства Экрана, которое открывают
с помощью кнопки ПУСК > НАСТРОЙКА > Панель управления > значок Экран
или с помощью пункта Свойства контекстного меню Рабочего стола.
Настройка экранной заставки. Экранные заставки — это
динамические изображения, воспроизведение которых включается автоматически,
если пользователь в течение заданного времени не работает с компьютером.
Первоначальное назначение заставок состояло в том, чтобы снизить угрозу
«выгорания люминофора» на тех участках экрана, которые подвержены особо
длительному стационарному воздействию электронного луча. Современным мониторам
такой эффект не грозит, но экранные заставки продолжают использовать как
средство сокрытия экранной информации от посторонних наблюдателей в период
отсутствия пользователя на рабочем месте.
Выбор и настройку режима действия экранной заставки осуществляют на вкладке
Заставка диалогового окна Свойства Экрана. Здесь можно задать интервал
времени, по прошествии которого происходит автоматический запуск заставки,
если пользователь не ведет диалог с компьютером, назначить пароль, без знания
которого нельзя отключить заставку и вернуться к текущей работе. Здесь же
представлены средства для управления энергосберегающими функциями монитора.
Настройка оформления элементов управления Windows. Прежде всего,
они предназначены для выбора цветовых и шрифтовых настроек и находятся на
вкладке Оформление диалогового окна Свойства Экрана. Именованная совокупность
данных, описывающих конкретную настройку, называется схемой оформления —
она может быть сохранена в файле. Средства настройки оформления позволяют
загружать готовые схемы оформления, создавать на их основе новые схемы путем
редактирования и сохранять их под заданными именами. При редактировании
конкретной схемы возможно изменение каждого из двух десятков элементов
оформления по используемому шрифту и цвету. Для некоторых элементов оформления
Windows 98 позволяет использовать многоцветное оформление путем создания
градиентных растяжек (плавных переходов) между двумя заданными краевыми
цветами. Выбор цвета осуществляют в раскрывающейся палитре с фиксированным
количеством цветов. Любой цвет палитры можно определить самостоятельно — доступ
к цветовой матрице открывает командная кнопка Другой в палитре цветов.
Дополнительные средства оформления Рабочего стола. Ряд
дополнительных средств оформления Рабочего стола представлен на вкладке Эффекты
диалогового окна Свойства: Экран. Действие визуальных эффектов,
представленных здесь, прокомментировано названиями соответствующих элементов
управления и легко проверяется практическими экспериментами.
Так же можно настраивать параметры экрана, свойства видеоадаптера и
монитора, звуковые схемы.
Настройка Панели задач. Панель задач в Windows в исходном
состоянии расположена вдоль нижней кромки экрана, но методом перетаскивания ее
можно расположить вдоль любой другой кромки. Соответственно, вместе с нею
изменится и положение кнопки Пуск и панели индикации.
Размер Панели задач настраивается протягиванием мыши, если навести указатель
на внешнюю рамку и дождаться, когда он сменит форму на двойную вертикальную
стрелку. Предельный размер Панели задач — половина экрана.
Изменение свойств Панели задач осуществляется через ее контекстное меню,
пункт Свойства. В открывшемся диалоговом окне важны установки двух флажков:
Расположить поверх всех окон и Автоматически убирать с экрана. Установка
первого флажка позволяет сделать так, чтобы окна, открытые на Рабочем столе,
не могли перекрывать Панель задач. Установка второго флажка делает Панель
задач скрытой и освобождает дополнительное место на Рабочем столе. Чтобы
вызвать скрытую Панель задач, достаточно подвести указатель мыши к тому краю
экрана, у которым она находится.
Свойства Панели задач операционных систем Windows 98 и выше существенно
расширены по сравнению с операционной системой Windows 95. Так, например, в
рамках Панели задач можно создать несколько дополнительных инструментальных
панелей:
• Панель адресов Интернета;
• Панель ссылок на Web-страницы Интернета;
• Панель объектов Рабочего стола;
• Панель быстрого запуска.
Для создания (или удаления) этих панелей служит команда Панели инструментов,
присутствующая в контекстном меню Панели задач. Особенно широко используется
Панель быстрого запуска. Методом перетаскивания на ней можно разместить
значки наиболее часто используемых программ. Запуск программ с этой панели
производится одним щелчком на ярлыке.
Настройка Главного меню. Главное меню — основной элемент
управления в Windows. С его помощью можно запустить любую программу,
установленную на компьютере, открыть документы, с которыми выполнялась работа в
последнее время, и выполнить большинство настроек компьютера и операционной
системы. Главное меню открывается щелчком на кнопке Пуск. Главное меню –
многоуровневое, т.е. имеет вложенные меню (программы > стандартные >
блокнот и т.д.). Каждая категория Главного меню имеет статус папки, а каждый
пункт – статус ярлыка. Самый простой и удобный способ редактирования Главного
меню через контекстное меню кнопки пуск, пункт Проводник.
Настройка свойств Корзины. Корзина – специальная
папка в которой временно хранятся удаленные объекты. Настройка свойств корзины
выполняют через пункт Свойства контекстного меню Корзины. Основным параметром
корзины является ее емкость (выставляется движком и измеряется в % от емкости
соответствующих дисков (по умолчанию 10 %)).
Автоматический запуск приложений. Для автоматического запуска
приложений после загрузки ОС в Windows существует специальная папка
Автозагрузка, в которую следует поместить ярлыки желаемых приложений
(С:\Windows\Главное меню\Программы \Автозагрузка). Настройка автозапуска
приложений осуществляется созданием в папке Автозагрузка ярлыков данных
приложений, например с помощью специального перетаскивания приложения в папку
Автозагрузка.
Настройка команды Отправить. Эта команда имеется в контекстном
меню большинства объектов, и с ней связан список объектов, которые могут
служить адресатами (получателями) при пересылке текущего объекта. Использование
команды Отправить — простейший способ копирования документа на гибкий диск,
отправки его по заданному адресу электронной почты, создания его ярлыка на
Рабочем столе и т.п. Пункты меню команды Отправить — настраиваемые и
редактируемые. Неиспользуемые пункты можно удалить, а вместо них создать
другие, более удобные.
Настройка команды Отправить выполняется путем наполнения специальной папки
\SendTo ярлыками папок, устройств и каналов связи. Полный адрес этой папки
C:\Windows\SendTo. Каждый ярлык, находящийся в данной папке, соответствует
одному из пунктов меню команды Отправить.
Настройка шрифтов. Если пользователю надо установить новый тип
шрифта проще всего скопировать его в папку Fonts и проверить установку через
меню настройка главного меню Windows.
Прочие настройки Windows (принтеров; автоматизации очистки жесткого диска;
запуска приложений по расписанию; обслуживания компьютера в автоматическом
режиме; национальных стандартов и форматов; часов и календаря и т.д.).
Установка и удаление приложений MS Windows.
В операционной системе Windows 98 есть несколько способов установки приложений,
но основным является метод, основанный на использовании значка Установка и
удаление программ в папке Панель управления (Пуск > Настройка
> Панель управления). Во всех случаях рекомендуется использовать именно
это средство, поскольку прочие методы установки не гарантируют правильной
регистрации приложений в реестре операционной системы. Перед началом установки
нового приложения следует закрыть все работающие программы и все открытые
документы. В некоторых случаях необходимо закрывать и ряд фоновых процессов (их
наличие может отображаться в виде значков панели индикации на правом краю
Панели задач).
Послe двойного щелчка на указанном значке открывается диалоговое окно
Свойства Установка и удаление программ. Для установки произвольного
программного обеспечения используется вкладка Установка/Удаление. Установка
приложения начинается с щелчка на кнопке Добавить/удалить После этого
запускается вспомогательная программа Мастер установки С помощью кнопки Обзор
следует разыскать местоположение программы Setup.exe, которая входит в
дистрибутивный комплект устанавливаемого приложения, после чего щелкнуть на
кнопке Готово.
Во многих случаях посте установки приложения следует перезагрузить компьютер.
Удаление ранее установленных приложений Windows производится средствами
того же диалогового окна Свойства Установка и удаление программ. Следует
выделить удаляемый объект и щелкнуть на кнопке Добавить/удалить. Удаление
редко бывает полным. Скорее всего, какие-то компоненты останутся. Чаще всего
остаются некоторые папки (как правило, пустые). Компоненты, не удаленные
автоматически, следует удалить вручную. Рекомендуется удалять их в Корзину и
наблюдать за компьютером в течение нескольких дней. Если после этого
работоспособность прочих программ не нарушается, эти компоненты можно удалить и
из Корзины.
Установка оборудования.
Оборудование подключается к компьютеру дважды: аппаратно и программно.
Под аппаратным подключением понимают физическое соединение с компьютером
било с помощью слотов на материнской плате, либо с помощью внешних разъемов на
задней стенке системного блока. Иногда бывает смешанное подключение –
вставляется интерфейсная плата устройства и для нее выводится новый разъем,
например для сканеров.
Под программным подключением поднимется подключение программы-драйвера –
посредника между операционной системой и устройством. При этом операционная
система выделяет часть ресурсов новому устройству и регистрирует его и драйвер.
Базовым программным средством установки оборудования является команда установка
оборудования (Пуск > Настройка > Панель управления > Установка
оборудования).
Порядок установки оборудования. Новое оборудование
подключается при выключенном питании компьютера. Если устройство является
самоустанавливающимся (соответствует спецификации plug-and-play), то после
включения питания его наличие выявляется автоматически, и после сообщения
Обнаружено неизвестное устройство, операционная система приступает к подбору
драйвера для него. В этот момент может потребоваться вставить дистрибутивный
диск с драйвером устройства или с ОС. Иногда необходимы оба диска.
Если устройство не опознано при запуске, следует воспользоваться базовым
средством его установки, т.е. мастером установки оборудования.
Тема 6. Стандартные и служебные приложения MS Windows. (2 часа)
Стандартные прикладные программы.
От ОС не требуется наличия средств, предназначенных для исполнения конкретных
прикладных задач, т.к. существует прикладное программное обеспечение. Тем не
менее, в операционную систему Windows входит ограниченный набор прикладных
программ для выполнения простейших повседневных задач. Такие программы
(входящие в поставку Windows) называются стандартными приложениями.
К стандартным приложениям относятся программы.
1. Блокнот – простейший текстовый редактор.
Структура окна программы: 1 - строка заголовка; 2 - строка операционного
меню, 3 – рабочая область окна, 4 – полосы прокрутки.
Функциональные возможности: просмотр текстовых файлов (формат .txt
и некоторые другие); создание и редактирование простейших текстовых
документов, например, записок; выбор типа шрифта (меню Правка команда Шрифт),
его начертания и размера; сохранение документа (меню Файл команда Сохранить
(команда Сохранить как позволяет переименовать документ, папку или диск));
работа в маркированными фрагментами текста (копирование, вставка, удаление);
автоматическая вставка времени и даты (клавиша F5); печать документа (ФАЙЛ >
ПЕЧАТЬ).
Запуск: кнопка ПУСК > программы > стандартные > блокнот.
Закрытие программы: 1 – системное меню (кнопка в левой части строки
заголовка) команда Закрыть; 2 – Alt+F4; 3 – меню Файл команда ВЫХОД; 4 –
кнопка ЗАКРЫТЬ в правой части строки заголовка.
Создание документа: ввод текста с клавиатуры осуществляется с позиции курсора
ввода (черная вертикальная мигающая линия, высотой » 1 см.) – место документа,
в которое происходит ввод. По активным строкам перемещается с помощью: клавиш
управления курсором на клавиатуре; щелчком мышки - помесить указатель мышки в
нужное место и выполнить один щелчок (указатель мыши в текстовом документе
выглядит в виде вертикальной линии высотой » 1 см, ограниченной горизонтальными
штрихами – не путать с курсором ввода).
Для написания прописных букв используется клавиша Shift.
При вводе текста переход на другую строку может происходить автоматически, по
достижению провой границы окна, или с помощью клавиши Enter.
Перевод курсора на нижний абзац осуществляется клавишей Enter (ввод),
пустые активные строки добавляются также клавишей Enter.
27.
Введение
1. Операционные системы корпорации MICROSOFT
2. Файлы и папки
2.1. Диски и файлы
2.2. Папки
3. Основы Windows XP
3.1. Включение компьютера
3.2. Выключение компьютера
3.3. Основные объекты и элементы управления Windows
4. Приемы управления Windows
4.1. Управление Windows XP с помощью мыши
4.2. Выбор элемента на рабочем столе
4.3. Работа с контекстным меню
4.4. Запуск объектов двойным щелчком мыши
4.5. Перемещение объектов с помощью мыши
4.6. Запуск программ в Windows XP
5. Меню Пуск и Панель задач
5.1. Основные элементы меню Пуск
5.2. Панель задач
5.3. Языковая панель
5.4. Настройка даты и времени
6. Справочная система Windows XP
6.1. Просмотр содержимого Справки
6.2. Работа с разделами справки
6.3. Поиск информации в справочной системе
6.4. Получение справки в диалоговом окне
7. Окна и работа с ними
7.1. Структура окна
7.2. Диалоговые окна
7.3. Задание параметров в диалоговом окне
7.4. Управление окнами в многооконном режиме
Выводы и рекомендации
Библиографический список
Введение
Программное обеспечение персонального компьютера (ПК) можно классифицировать по различным признакам. Рассмотрим классификацию, в которой основополагающим признаком является область использования программных продуктов:
- аппаратная часть автономных компьютеров и сетей ЭВМ;
- функциональные задачи различных предметных областей;
- технология разработки программ.
Для поддержки информационной технологии в этих областях можно выделить три класса программных продуктов:
системное программное обеспечение - предназначено для эксплуатации и технического обслуживания ПК и сетей ЭВМ, управления и организации вычислительного процесса при решении любой конкретной задачи на ПК и т.д.
прикладное программное обеспечение, непосредственно обеспечивающее выполнение необходимых пользователям работ - решение задач определенного класса конкретной предметной области, например: редактирование текстов, рисование картинок, обработку информационных массивов и т.д.;
инструментальные системы (системы программирования), обеспечивающие технологию разработки, отладки и внедрения новых программных продуктов для компьютера.
К системному программному обеспечению относятся.
Базовое программное обеспечение - минимальный набор программных средств, обеспечивающих работу компьютера. Как правило, поставляется вместе с компьютером.
Сервисное программное обеспечение - программы и программные комплексы, которые расширяют возможности базового программного обеспечения и организуют более удобную среду работы пользователя. Оно может быть приобретено дополнительно.
Основу базового системного программного обеспечения составляет операционная система.
Операционная система (далее - ОС) представляет собой совокупность программных средств, созданных специально для организации диалога пользователя и компьютера, для управления аппаратурой и ресурсами, для запуска программ и выполнения некоторых других функций.
Основная функция всех операционных систем - посредническая. Она заключается в обеспечении нескольких видов взаимодействия - интерфейса:
интерфейс между пользователем и программно-аппаратными средствами (интерфейс пользователя);
интерфейс между программным и аппаратным обеспечением (аппаратно-программный интерфейс);
интерфейс между разными видами программного обеспечения (программный интерфейс).
ОС загружается автоматически при включении компьютера. Каждая программа пользуется услугами ОС, а потому может работать только под управлением той ОС, которая обеспечивает для нее эти услуги. Таким образом, выбор ОС очень важен, так как он определяет, с какими программами Вы сможете работать на своём компьютере. От выбора ОС зависят также производительность Вашей работы, степень защиты Ваших данных, необходимые аппаратные средства и т.д.
1. Операционные системы корпорации Microsoft
Для компьютеров IBM PC основной операционной системой с 1981 г. по 1995 г. была система MS-DOS. За эти годы она прошла развитие от MS-DOS 1.0 до MS-DOS 6.22.
Операционная система MS-DOS позволила успешно работать с ПК на протяжении 15 лет. Тем не менее, эту работу нельзя было назвать удобной.
Главным уязвимым местом была работа с оперативной памятью. DOS могла работать с 640 кб оперативной памяти.
Во-вторых, MS DOS - неграфическая операционная система, которая использует интерфейс командной строки. Это значит, что все команды надо набирать по буквам в специальной строке. Требовалось хорошо знать эти команды, помнить, как они записываются. Это достаточно сложно для пользователя.
Третий недостаток - однозадачность MS DOS.
Работы над графической операционной системой для ПК в компании Microsoft начались еще в 1981 г., но впервые такая система вышла в свет только в 1995 г. под названием Microsoft Windows 95. До появления Windows 95 компьютеры IBM работали с неграфической системой MS-DOS, но для нее были сделаны несколько графических оболочек Windows 1.0, Windows 2.0, Windows 3.0, Windows 3.1 и Windows 3.11 для рабочих групп.
Далее появились Windows 98/98 SE, Windows 2000, Windows ME (Millennium Edition - «редакция тысячелетия»). Все эти системы - близкие родственницы, у них есть общее название - Windows 9х. Кроме 9х существует и другое семейство ОС компании Microsoft - Windows NT (от New Technology - «новая технология»).
Преемницей Windows 2000 стала операционная система под кодовым названием Whistler, которая получила имя - Windows XP. Под именем Windows XPсуществует несколько основных версий Windows XP, но наибольшую популярность приобрели версии Professional и Home Edition, именно они рассмотрены в данном пособии. Компания Microsoft постоянно совершенствует Windows XP, исправляя найденные ошибки и улучшая работу компонентов системы. Обновления и исправления объединяются в пакеты. Первый пакет Service Pack 1 (SP1), вышел в 2002 году, а в августе 2004года появился второй пакет обновлений Service Pack 2 (SP2), который разрабатывался довольно длительное время и внёс существенные изменения в организацию безопасности системы.
2. Файлы и папки
2.1 Диски и файлы
Вся информация в компьютере хранится на дисках. Диск - это общее название устройств хранения информации, таких как жесткий диск (винчестер), гибкий диск (дискета), компакт-диск (CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD-диск). Если говорят: «программа хранится на диске», то слово «диск» может означать любое из названных устройств.
Операционная система присваивает каждому диску обозначение при помощи латинской буквы и двоеточия. Например, гибкий диск почти всегда обозначается как А: Жесткий диск принято делить на несколько разделов, каждый из которых обозначается своей буквой, начиная с С: Следующие буквы после разделов жесткого диска используются для приводов компакт-дисков, DVD и др. Рассмотрим для примера компьютер, в котором имеется: привод гибких дисков, жесткий диск, разделенный на два раздела, и привод компакт-дисков. В таком случае операционная система назначит устройствам следующие буквы: А: - приводу гибких дисков, С: и D: - первому и второму разделу винчестера, Е: - приводу компакт-дисков.
Файл - это информация определенного типа, размещенная на диске, которая имеет имя и является единым целым. Имя может иметь до 255 русских или латинских символов, за исключением следующих - \ /: *? «< > |.
Существуют файлы различных типов: программы, текстовые документы, рисунки, таблицы и др. Для определения типа файла служитрасширение - обычно три символа, которые добавляются через точку к имени файла. Например, файл «Лунный цветок.bmp» имеет имя «Лунный цветок» и расширение «.bmp», которое указывает, что тип данного файла - точечный рисунок. Рассмотрим ещё несколько стандартных расширений:
exe - обозначает исполняемый файл, хранящий в себе программу. Например: winword.exe;
mp3, wav - звук в цифровом формате;
avi - видеозапись;
txt, doc - текстовые файлы;
bmp, jpg - графическая информация;
xls - таблица;
htm, html - гипертекстовый документ Интернет;
arj, zip, rar - файлы архивов.
Расширение указывает операционной системе, как следует обрабатывать данный файл. Например, любой файл с расширением.exe операционная система будет пытаться выполнить как программу, а с расширением.bmp - будет выводить на экран с помощью программы просмотра изображений.
Таким образом, имя файла состоит из двух частей: собственно имя - название файла и идентификатор, определяющий его тип. Имя файла чаще всего может быть выбрано произвольно самим пользователем. Расширение, наоборот жестко привязано к типу файла, и менять его противопоказано.
Внимание
Рисунок 2.1 - Окно свойств файла
По умолчанию операционная система скрывает известные расширения файлов от пользователя, а узнать о типе любого файла можно с помощью команды контекстного меню Свойства (см. рис. 2.1).
Папки
На дисках может храниться большое количество файлов, например, только системных файлов Windows XP несколько тысяч. Чтобы упорядочить их, используют папки. Папки, также как и файлы, размещаются на диске и служат для регистрации имен файлов. Каждая папка имеет имя, требования к именам папок такие же, как и для имен файлов. Кроме файлов, любая папка может содержать и другие папки, которые в свою очередь также могут иметь папки. В итоге получается иерархическая структура папок, которую еще называют деревом папок.Вы можете посмотреть на дерево папок с помощью стандартной программы Проводник (рис. 2.2).
В одну папку помещаются файлы, соответствующие какому-то общему признаку. Чтобы указать расположение на компьютере определенного файла, нужно указать имя диска и последовательно имена папок, которые необходимо открыть, чтобы добраться до этого файла. Эта последовательность называется путем к файлу, или адресом или полным именем файла. При записи адреса принято разделять имена дисков и файлов символов \. Например, путь к файлу Водяные лилии (см. рис. 2.2) будет выглядеть так:
C:\ Documents and Settings \ All Users\ Документы \ Мои рисунки \ Образцы рисунков
Рисунок 2.2 - Дерево папок в окне программы Проводник
Чтобы найти этот файл, нужно открыть содержимое диска С:, после чего последовательно открывать указанные в адресе папки.
2.2 Основы WINDOWS XP
Windows XP - это наиболее популярная на сегодняшний день графическая операционная система для персональных компьютеров платформы IBM PC и, несмотря на свой уже почтенный, по компьютерным меркам, возраст, продолжит оставаться ею еще, по крайней мере, несколько ближайших лет.
Операционная система Windows XP выполняет все основные функции предыдущих версий графических операционных систем семейства Windows:
Обеспечивает связь между пользователем и компьютером (программно-аппаратными средствами), создавая интерфейс, т.е. специальную среду для общения человека с компьютером - интерфейс пользователя.
Осуществляет такие внутренние функции, как управление памятью компьютера и операциями ввода-вывода - аппаратно-программный интерфейс.
Является базовым (системным) программным обеспечением, на основе которого могут работать многочисленные прикладные программы, такие как текстовые редакторы, например Microsoft Word, электронные таблицы, например Microsoft Excel, и базы данных, например Microsoft Access - программный интерфейс.
Предоставляет ряд служебных программ, обслуживающих вашу систему, и программ для работы с файлами, директориями и дисками.
Windows XP как и предыдущие версии ОС обеспечивает пользователя такими средствами как:
Графический интерфейс, с которым вы можете работать при помощи мыши;
Набор стандартных встроенных программ;
Возможность отображать на экране несколько документов и работать с несколькими программами в разных окнах одновременно.
Windows XP сумела завоевать огромную популярность по всему миру благодаря следующим основным особенностям.
Улучшенный интерфейс. Цветовая схема, внешний вид кнопок и значков способствуют улучшению внешнего вида системы и повышают комфортность работы пользователя. Новые удобные возможности появились для меню Пуск и Панели задач.
Упрощенная работа с файлами. Во всех окнах папок теперь присутствует список наиболее часто выполняемых действий, введены новые способы просмотров файлов и папок, имеются специальные возможности отображения и работы с папками документов.
Интеграция с Интернетом. Если говорить о нововведениях Windows XP для работы в Интернете, то это, прежде всего браузер Internet Explorer 6.0, который отличается более высокой скоростью работы, уровнем безопасности и защиты личных данных пользователя, а также простотой управления и новыми функциями.
Мультимедийные возможности. Windows XP содержит удобные средства для работы со звуком, видео и рисунками. Особенно следует отметить программу Проигрыватель Windows Media, который позволяет слушать музыку и смотреть видео в различных форматах, имеет множество полезных функций, но, несмотря на это, прост и удобен в управлении.
Повышенная надежность. Windows XP хорошо защищена от возможных ошибок в работе, по надежности эта система значительно превосходит предыдущие версии Windows. Также имеются специальные средства, которые позволяют справиться с неполадками даже начинающим пользователям.
Часто для выполнения определенного действия пользователь должен по очереди раскрывать несколько пунктов меню. В дальнейшем при описании последовательности нескольких действий будет использоваться условное обозначение переходов. Например, чтобы открыть программу Блокнот необходимо сделать следующие действия: ПускВсе программыСтандартныеБлокнот.
Включение компьютера
Для того, что бы включить компьютер, необходимо нажать кнопку включения подачи электропитания элементам компьютера. Эта кнопка находится на передней панели системного блока.
При включении компьютера Windows стартует автоматически. Сразу после включения начинается проверка всех узлов компьютера с помощью специальной программы - BIOS (Basic Input /Output System, базовой системы ввода / вывода), расположенной на микросхеме CMOS. Если обнаруживается неисправность, то загрузка компьютера останавливается и на экран выводится сообщение о найденной неисправности.
После проверки оборудования начинается загрузка операционной системы.
В процессе загрузки операционной системы семейства Windows на экран выводится рисунок с логотипом, а в это время запускаются все программы, необходимые для обеспечения работоспособности компьютера.
Процесс загрузки Windows XP отличается от загрузки предыдущих версий экраном приветствия (рис. 3.1) со значками пользователей, зарегистрированных на этом компьютере. Для входа в систему нужно щелкнуть на своем значке левой кнопкой мыши, при необходимости ввести пароль, и после нажатия Enter загрузка продолжится. Либо, будучи подключенным к домену, нажмите клавиши CTRL+ALT+DEL, а затем введите данные пользователя. Домен - это группа компьютеров, образующих часть сети и использующих общую базу данных каталога. Каждый домен имеет уникальное имя.
Загрузка Windows завершается после появления Рабочего стола со значками и ярлыками, кнопки Пуск и Панели задач.
Примечание
Если на компьютере зарегистрирован всего один пользователь и пароль для него не задан, то экран приветствия появляться не будет.
Рисунок 3.1 - Экран приветствия Windows XP
Выключение компьютера
Перед выключением компьютера рекомендуется закрыть все открытые окна. Затем нужно нажать на кнопку Пуск (рис. 3.2).
Рисунок 3.2- Кнопка Пуск
В результате на экране появится Главное меню, в котором имеется два режима: Выход из системы и Выключение (рис. 3.3).
Рисунок 3.3- Главное меню Пуск с названиями режимов
Если нажать на Выход из системы, то на экране появится окно, показанное на рисунке 3.4.
Рисунок 3.4 - Режим выхода из системы
Система Windows XP предназначена для работы нескольких пользователей одновременно. Каждый пользователь имеет свое имя. Если нажать на кнопкуСменить пользователя, то начнется сеанс работы с другим пользователем, при этом все открытые программы и установки не изменятся. Если же нажать наВыключение, то на экране появится панно, показанное на рисунке 3.5, в котором можно выбрать следующие действия:
Рисунок 3.5 - Выключение компьютера
· Ждущий режим позволяет перейти в ждущий режим, при котором компьютер не будет выключен, но будет потреблять минимальное количество электроэнергии, а для включения его следует нажать на любую клавишу или переместить мышь по столу;
· Выключение позволяет выключить компьютер;
· Перезагрузка выключает компьютер и сразу же, насколько это возможно, включает его, при этом подача электроэнергии на компьютер не прекращается. Этот режим эквивалентен нажатию кнопки перезагрузки, которая находится на передней панели системного блока;
· Отмена предназначена для прекращения выполнения режима выключения компьютера.
Чтобы завершить работу с операционной системой и выключить компьютер, нужно щёлкнуть на кнопке Пуск, выбрать в меню команду Выключение, а затем кнопку с таким же названием Выключение. Дождитесь сохранения параметров и завершения работы системы, после чего большинство современных компьютеров выключаются автоматически. Если ваш компьютер не поддерживает автоматическое включение, то после завершения работы системы появится сообщение о том, что питание компьютера можно отключить.
Основные объекты и элементы управления Windows
Основные средства управления Windows ХР - графический манипулятор (мышь или иной аналогичный) и клавиатура. Система предназначена для управления автономным компьютером.
Стартовый экран Windows XP представляет собой системный объект, называемый Рабочим столом. Практически, весь экран Windows XPявляется Рабочим столом. Однако существуют видеоадаптеры, позволяющие создать Рабочий стол, размер которого больше, чем видимый размер экрана. Кроме того, Windows XP имеет штатные средства, позволяющие разместить Рабочий стол на нескольких экранах, если к компьютеру подключено несколько мониторов.
Рабочий стол (рис. 3.6) - это графическая среда, на которой отображаются объекты Windows и элементы управления Windows. Все, с чем мы имеем дело, работая с компьютером в данной системе, можно отнести либо к объектам, либо к элементам управления. В исходном состоянии на рабочем столе можно наблюдать несколько экранных значков и Панель задач. Значки - это графическое представление объектовWindows, а Панель задач - один из основных элементов управления.
Рисунок 3.6 Рабочий стол Windows XP
Панель задач располагается, как правило, в нижней части экрана, содержит кнопку Пуск в левом углу. Эту кнопку иногда называют главной кнопкой системы (см. рис. 3.7). В правом углу Панели задач находится область уведомлений.
При щелчке на кнопке Пуск открывается Главное меню Windows, в котором расположены команды для выполнения большинства действий и ярлыки для запуска установленных программ. В области уведомлений отображается текущее время, и могут находиться индикаторы работы некоторых программ. В основной части Панели задач размещаются кнопки открытых программ, документов или папок. Щелкая на этих кнопках, можно переходить от одного открытого объекта к другому.
Щелчок правой кнопки мыши по незанятой области Панели задач выводит на экран контекстное меню, с помощью которого можно управлять окнами,расположенными на Рабочем столе, настраивать Панель задач и Главное меню, а также выводить на экран окно Диспетчер задач.
Рисунок 3.7 - Панель задач
Окна - одни из самых важных объектов Windows, представляют собой ограниченную рамкой прямоугольную область экрана, в которой может отображаться приложение, документ или сообщение. Абсолютно все операции, которые мы делаем, работая с компьютером, происходят либо на Рабочем столе, либо в каком-либо окне.
По наличию однородных элементов управления и оформления можно выделить следующие типы окон:
окна папок (рис. 3.8);
Рисунок 3.8 Окно папки Мой компьютер
диалоговые окна (рисунок 3.9);
Рисунок 3.9 - Диалоговое окно: Свойства панели задач и меню «Пуск»
окно справочной системы (рисунок 3.10);
Рисунок 3.10 - Окно справочной системы
рабочие окна приложений, а внутри окон многих приложений могут существовать отдельные окна документов (если приложение позволяет работать с несколькими документами одновременно) (рисунок 3.11).
Рисунок 3.11 - Рабочее окно программы Word
Меню - список команд, из которых необходимо сделать выбор.
Вся информация в компьютере хранится в файлах, размер которых указывается, как правило, в килобайтах (Кбайт).
Файл - хранящаяся на диске однородная по своему назначению и имеющая имя совокупность информации.
Каталог - поименованная группа файлов, объединенных по какому-либо признаку.
Папка - понятие, которое используется в Windows XP вместо понятия каталог в более ранних операционных системах. Понятие папка имеет расширенное толкование, так как наряду с обычными каталогами папки представляют и такие «нетрадиционные» объекты, как Мой компьютер, Проводник, Принтер, Модем и др.
Объектом в Windows называют все то, что находится на Рабочем столе и в папках, включая и сами папки.
Значком называют графический объект, соответствующий папке, программе, документу, сетевому устройству или компьютеру.
В открытых окнах рядом с именами файлов располагаются значки, вид которых зависит от характера файла или документа.
Значками изображаются файлы, папки, диски, устройства, элементы управления и другие объекты.
На рисунке 3.12 изображены примеры значков для различных типов объектов.
Рисунок 3.12 - Пример значков
Значки папок имеют стандартный вид, который может отличаться от некоторых важных папок.
Значки приложений отличаются друг от друга, на них может быть изображена эмблема или логотип конкретного приложения; для устаревших приложений используется один стандартный значок. Файлы документов одного типа имеют одинаковые значки, которые определяются программой, отвечающей за обработку документов выбранного типа.
Системные устройства имеют специальные значки, отображающие их назначение;
Для всех файлов, не являющихся приложениями или документами, используется стандартный значок файла неизвестного типа.
Если попытаться открыть объект, два раза щелкнув на значке мышкой, в зависимости от типа объекта операционная система выполнит одно из следующих действий:
Значок папки - откроется окно с её содержанием;
Значок программы - программа будет запущенна на исполнение;
Значок документа - сначала будет запущена программа, отвечающая за данный тип документов, после чего будет открыт сам документ;
Значок файла неизвестного типа - Windows предложит найти программу для открытия этого файла.
Внимание
Многие важные компоненты системы или приложений отображаются как файлы неизвестного типа. Поэтому лучше не выполнять никаких действий над файлами, назначение которых вам не известно.
Ярлыки представляют не сами объекты. Они лишь являются указателями объектов. Ярлык - это специальный файл, в котором содержится ссылка на представляемый им объект (информация о месте его расположения на жестком диске). Ярлыки называют также значками ускорителей, так как они обеспечивают наиболее быстрый доступ к объектам. Двойной щелчок мыши по ярлыку позволяет запустить (открыть) представляемый им объект.
Достаточно часто нужное приложение или документ находится где-то в глубине папок, и чтобы добраться до него, необходимо затратить определенное время. Для ускорения доступа к часто используемым объектам используются ярлыки. Он обычно размещается на Рабочем столе или в Главном меню. В нижнем левом углу значка ярлыка есть маленькая стрелка, обозначающая, что это всего лишь указатель на объект (рис. 3.13).
Рисунок 3.13 - Примеры ярлыков для различных объектов
Если дважды щелкнуть на ярлыке, то операционная система перейдет по указанному в ярлыке адресу и выполнит необходимые действия, в зависимости от конкретного типа объекта.
Ярлыки также могут играть роль своеобразного предохранителя от неосторожных действий пользователей: при удалении или перемещении ярлыка исходный объект всегда остается на прежнем месте.
Рисунок 3.14 - Окно папки Корзина
Корзина в Windows XP - специальная папка (программа), в которую временно помещаются удаляемые объекты (файлы, папки, ярлыки). С помощьюКорзины можно легко восстановить ранее удаленные папки и файлы (рис. 3.14).
Проводник - программное средство Windows XP - предназначен для управления файловой системой и обеспечивает доступ к локальным и сетевым ресурсам. Он отображает содержимое папок, позволяет открывать, копировать, перемещать, удалять, переименовывать папки и файлы (рис. 3.15).
Рисунок 3.15 - Окно программы Проводник
3. Приемы управления WINDOWS
Управление Windows XP с помощью мыши
Управление объектами Windows XP (ввод команд) осуществляется с помощью мыши и клавиатуры. Указатель (курсор) мыши в зависимости от конкретной ситуации может иметь различный вид.
Основные приемы управления с помощью мыши:
однократный щелчок левой кнопкой мыши - для выделения и активизации объектов, ввода команд меню;
однократный щелчок правой кнопкой мыши - для вызова контекстного меню;
двойной щелчок по объекту - для запуска приложений и открытия документов, папок и окон;
перетаскивание - «Переместить и оставить» при нажатой левой кнопке мыши (иногда при одновременном нажатии клавиш Ctrl, Shift или Alt);
специальное перетаскивание - при нажатой правой кнопке мыши;
зависание - наведение указателя мыши на значок объекта или на элемент управления и задержка его на некоторое время (при этом обычно на экране появляется всплывающая подсказка, кратко характеризующая свойства объекта).
Слева на Панели задач имеется кнопка Пуск. Это элемент управления Windows XP, называемый командной кнопкой. Наведите на нее указатель мыши и задержите на некоторое время - появится всплывающая подсказка: Начните работу с нажатия этой кнопки.
Укажите на кнопку Пуск внизу экрана и щелкните левой кнопкой мыши. Откроется Главное меню (рис. 4.1). Оно называется также стартовым.
Переместите указатель за пределы Главного меню и щелкните на Рабочем столе.
Стартовое меню закроется.
Рисунок 4.1 - Главное меню
Справа на Панели задач расположена панель индикации. На этой панели, в частности, расположен индикатор системных часов. Наведите на него указатель мыши и задержите на некоторое время - появится всплывающая подсказка с показаниями системного календаря.
При выполнении заданий необходимо знать:
Слово «Указать» означает, что вы должны переместить мышь так, чтобы ее указатель оказался на нужном элементе.
Фраза «Щелкните кнопкой мыши» или «Щелкните на элементе» означает, что вы должны указать на элемент, затем нажать и отпустить кнопку мыши.
Фраза «Перетащите элемент» означает, что вы должны указать на элемент и, передвигая мышь, удерживать кнопку нажатой.
Фраза «Дважды щелкните кнопкой мыши» означает, что вы должны дважды быстро нажать и отпустить кнопку мыши.
Выбор элемента на рабочем столе
Переместите мышь, чтобы указатель оказался на значке Мой компьютер.
Щелкните левой кнопкой мыши, один раз нажав и отпустив кнопку. Будьте осторожны, чтобы при этом не сдвинуть мышь. Значок Мой компьютер изменит цвет, показывая, что он выбран для дальнейших действий, т.е. активизирован.
Подведите указатель к верхней границе Панели задач. Указатель превратится в двустороннюю стрелку.
Снова переместите указатель на пустое пространство Рабочего стола и он примет вид обычной стрелки.
Работа с контекстным меню
Контекстное меню вызывается щелчком правой кнопки мыши на каком-либо объекте. В контекстном меню содержится список наиболее часто используемых команд для этого объекта.
Для примера пощелкайте правой кнопкой на Рабочем столе, значках, различных областях Панели задач и посмотрите список доступных для них команд. Чтобы убрать меню с экрана, щёлкните правой кнопкой в любом свободном месте Рабочего стола. Ещё раз обратите внимание на основную особенность контекстного меню: список команд меню относится именно к тому объекту или области экрана, где был выполнен щелчок.
С помощью команд контекстного меню можно выполнить очень много разнообразных действий. Для начала рассмотрим несколько наиболее общих приёмов работы с контекстным меню.
Команда Свойства имеется в контекстном меню почти всех объектов (рис. 4.2).
Рисунок 4.2 - Контекстное меню
Эта команда выводит окно, содержащее сведения об объекте, а также управляющие элементы для изменения его свойств.
Щёлкните правой кнопкой на значке любого файла или папке на Рабочем столе, выберите в контекстном меню команду Свойства, и вы увидите сведения о типе объекта, его размере, дате и времени создания и другую информацию (рис 4.3).
Рисунок 4.3 - Окно Свойства
Контекстное меню - это один из способов обеспечить так называемый интуитивный интерфейс, при помощи которого пользователь находит нужное решение непосредственно в процессе работы. На рисунке 4.4 приведено контекстное меню для рабочего стола.
Рисунок 4.4 - Контекстное меню для Рабочего стола
Контекстное меню присутствует почти во всех программах и позволяет найти способ выполнения того или иного действия, даже если вы работаете с определённой программой впервые.
Запуск объектов двойным щелчком мыши
Два последовательных щелчка одной и той же кнопкой мыши будут восприниматься системой как одна команда - двойной щелчок - если они выполнены достаточно быстро.
Дважды щелкнув левой кнопкой мыши, вы быстро откроете любой объект (значок или документ), который находится на Рабочем столе.
Щелкните правой кнопкой мыши на значке Корзина. Затем в контекстном меню щелкните на строке Открыть. Откроется окно Корзина, и наПанели задач появится кнопка с таким же именем.
Перемещение объектов с помощью мыши
Чтобы перетащить объект, подведите к нему указатель, нажмите левую кнопку мыши и передвигайте объект, удерживая кнопку нажатой. Когда он займет нужное положение, отпустите кнопку. Таким способом можно переместить окно или значок, увеличить или уменьшить размеры окна.
Запуск программ в Windows XP
Для каждой работы, как известно, нужны свои инструменты и приспособления. Компьютерные инструменты - это программы, предназначенные для определенных видов задач. Программа содержит детальный перечень логических инструкций компьютеру по решению одной или нескольких взаимосвязанных задач. Пример простой программы - часы на вашем Рабочем столе. Для обработки данных и построения графиков нужна другая, более сложная программа - такая, как электронные таблицы Microsoft Excel. Microsoft Windows поставляется с набором встроенных программ, которые называются «Стандартные». Вы легко можете найти и запустить многие из них с помощью кнопки Пуск, находящейся на панели задач (рис. 4.5).
Рисунок 4.5 - Запуск программ
4. Меню Пуск и Панель задач
С помощью меню Пуск можно запустить программу, открыть документ или выполнить настройку Windows. Большинство действий пользователя начинаются именно с меню Пуск, поэтому рассмотрим его в первую очередь (рис. 5.1).
Рисунок 5.1- Меню Пуск
Основные элементы меню Пуск
В верхней части меню Пуск указано имя пользователя, который выполнил вход в систему, а рядом с ним находится его значок. При щелчке мышью на значке откроется окно Учетные записи пользователей, которое является элементом Панели управления. Вам будет предложено выбрать новый рисунок для вашей учетной записи.
Меню Пуск состоит из двух колонок: в левой колонке находятся ярлыки часто используемых программ, а в правой - значки системных папок и утилит.
Во время работы пользователя система подсчитывает частоту запуска различных приложений и помещает в левую колонку меню Пускпрограммы с самым высоким «рейтингом» использования. Попробуйте несколько раз подряд запустить определенное приложение из менюВсе программы, значок этого приложения появится в меню Пуск вместо одного из ранее имевшихся значков. Приложения с более высокой частотой использования будут постепенно перемещаться в верхнюю часть списка, - таким образом, вы можете наблюдать своеобразное соревнование по частоте использования приложений.
Верхняя часть левой колонки меню Пуск называется закрепленной, помещенные в нее значки будут присутствовать всегда, независимо от частоты их использования. По умолчанию в закрепленной области находятся значки программ Internet Explorer и Outlook Express, но вы можете добавлять в эту область свои значки и удалять существующие. Чтобы добавить значок любого приложения в закрепленную область, щелкните правой кнопкой на его значке и выберите в контекстном меню команду Закрепить в меню Пуск. Для удаления любого значка из левой колонки меню Пуск щелкните на нем правой кнопкой и выберите команду Удалить из этого списка.
Для запуска большинства приложений используется пункт Все программы, который открывает многоуровневое (каскадированное) меню, содержащее все установленные в системе приложения.
В нижней части меню Пуск находятся две кнопки:
Выход из системы - для завершения сеанса текущего пользователя и возврата к экрану приветствия;
Выключение - в появившемся окне можно указать одно из трех действий: переход в ждущий режим, выключение или перезагрузка компьютера.
Правая колонка меню Пуск содержит значки наиболее важных системных папок и утилит, имеющих следующее назначение.
Мои документы - папка для хранения документов пользователя. Начинающим пользователям рекомендуется хранить все личные файлы именно в этой папке,
Недавние документы - при выборе этого пункта открывается меню с ярлыками 15 последних открытых документов. С помощью этого меню вы можете быстро найти документ, который недавно редактировали.
Мои рисунки - папка для хранения графических файлов пользователя. Находится в папке Мои документы.
Моя музыка - папка для хранения музыкальных файлов. Как и папка Мои рисунки, она содержится в папке Мои документы.
Мой компьютер - окно Мой компьютер содержит значки имеющихся в системе дисков и других устройств. Здесь также можно найти значки папок Мои документы всех пользователей компьютера. Мой компьютер является наиболее важным системным объектом, очень многие действия по настройке и использованию компьютера будут начинаться именно с него.
Сетевое окружение - папка, содержащая значки доступных ресурсов локальной сети. Она будет отсутствовать, если ваш компьютер не подключен к локальной сети.
Панель управления - содержит ссылки и значки для выполнения различных действий по настройке компьютера.
Подключение - при наличии настроенных подключений к Интернету вы сможете найти их в меню Подключение.
Принтеры и факсы - этот значок открывает системную папку для настройки принтеров.
Справка и поддержка - запускает окно Центр справки и поддержки, которое будет рассмотрено в следующем разделе.
Поиск - окно поиска позволяет находить файлы, папки и другую информацию.
Выполнить - при выборе этого пункта откроется окно Запуск программы, которое используется в основном для запуска раз личных системных утилит.
Мы рассмотрели меню Пуск с элементами, которые устанавливаются по умолчанию, но может оказаться, что на вашем компьютере меню Пускзначительно отличается от показанного на рисунке 5.1. Дело в том, что в Windows XP имеется возможность выполнять гибкую настройку этого меню.
Панель задач
Основное назначение Панели задач - отображение кнопок дня работающих приложений и открытых окон. С помощью кнопок на Панели задачможно быстро переключаться между работающими приложениями. Если щелкнуть правой кнопкой на свободном участке Панели задач, то откроется ее контекстное меню, в котором имеются команды для упорядочения окон на Рабочем столе.
В Windows XP применяется механизм группировки сходных кнопок Панели задач, что позволяет более рационально использовать место на ней. При наличии нескольких открытых окон одного приложения, например Internet Explorer или Microsoft Word, они могут отображаться на экране одной кнопкой, щелчок на которой откроет меню для выбора нужного окна (рисунок 5.2).
Рисунок 5.2. - Пример группировки нескольких кнопок Internet Explorer
Кроме кнопок работающих приложений, на Панели задач обычно присутствует языковая панель и область уведомлений. В области уведомлений обычно находятся значки приложений, работающих в фоновом режиме. Иногда количество подобных значков может стать довольно большим, и они будут занимать значительную часть Панели задач. Windows XP автоматически скрывает значки, к которым вы обращаетесь редко, но соответствующие приложения работают даже при скрытом значке. Чтобы «добраться» до скрытого значка нужно щелкнуть на кнопке со стрелкой. Нажав ее, вы увидите все имеющиеся в области уведомлений значки (рисунок 5.3).
а б
Рисунок 5.2. - Значки в области уведомлений скрыты (а), значки отображены (б)
Языковая панель
В процессе работы на компьютере возникает необходимость вводить тексты или команды как на русском, так и на английском языках. Для переключения языков ввода используется языковая панель, которая обычно находится в правой части Панели задач и отображает текущий язык ввода буквенным обозначением (например, RU - русский, EN - английский). Для переключения языков ввода достаточно щелкнуть на индикаторе текущего языка и в появившемся меню выбрать нужный язык из списка
На Панели задач языковая панель всегда отображается в свернутом виде. Чтобы развернуть ее, щелкните на индикаторе языка ввода и выберите команду Отобразить языковую панель. После этого языковая панель переместится в верхнюю часть Рабочего стола, но вы можете перетащить ее мышью в любое другое место. Чтобы возвратить языковую панель на Панель задач, щелкните на кнопке Свернуть в верхней части панели.
Настройка даты и времени
Для настройки даты и времени дважды щелкните на изображении часов в области уведомлений. В появившемся окне (рисунок 5.4) можно выбрать из списка месяц и год, а на календаре - нужную дату. Чтобы изменить время, щелкните мышью в поле с показаниями времени, после чего используйте кнопки с изображением стрелок. Нажмите Применить или ОК после установки правильных значений даты и времени.
Рисунок 5.4. - Окно настройки даты и времени
На вкладке Часовой пояс следует выбрать один из доступных поясов, который наиболее подходит для вашей местности, и установить при необходимости флажок перехода на летнее время.
5. Справочная система Windows XP
Современное программное обеспечение отличается высокой сложностью, поэтому в операционной системе, и в большинстве её приложений предусмотрено наличие справочных систем. Справочную систему Windows XP можно рассматривать как автоматизированное информационно-справочное средство.
Просмотр содержимого Справки
Необходимые сведения о Windows проще всего получить через справочную систему Центр справки и поддержки.
Чтобы запустить Центр справки и поддержки, откройте меню Пуск и выберите команду Справка и поддержка. Окно справочной системы обычно имеет вид, показанный на рис. 6.1. В зависимости от стоящей перед вами задачи вы можете выбрать один из нескольких вариантов работы со справкой, которые описаны далее.
Основные сведения находятся в разделе Основы работы в Windows. Информацию по специальным вопросам можно найти через Предметный указатель. Справочная система быстро предоставит вам короткую, сжатую информацию по интересующему вас вопросу. Во многих справочных разделах ecть кнопки, позволяющие непосредственно из системы Справка перейти к выполнению интересующей вас задачи.
Работа с разделами справки.
Выберите один из нескольких разделов справочной системы в левой части окна, после чего появится список подразделов данного раздела. Выбрав нужный подраздел, вы сможете указать одну из тем, и её текст появится в правой части окна справочной системы. Навигация по разделам справочной системы построена по принципу Web - страниц. Вы можете применять следующие приемы:
· используйте имеющиеся на страницах ссылки на связанные разделы справки;
· для возврата к предыдущим просмотренным страницам нажмите кнопку назад в верхней части окна;
· чтобы быстро вернуться на главную страницу Центра справки и поддержки нажмите кнопку с изображением домика ;
· для просмотра списка всех посещенных страниц нажмите кнопку Журнал.
Поиск информации в справочной системе.
Если вы точно не знаете, в каком разделе искать ту или иную информацию, воспользуйтесь средством поиска. Введите ключевую фразу для поиска, после чего нажмите кнопку поиска с изображением стрелки. В результате вы получите список ссылок, сгруппированный по следующим критериям. Например, вы хотите найти в справочной системе таблицу с сочетаниями клавиш для выполнения типичных действий в Windows XP. Введите для этого в поле поиска текст Сочетания клавиш и нажмите кнопку поиска (рисунок 6.2). Система отобразит вам несколько ссылок на рекомендуемые разделы, среди которых самой подходящей будет ссылка Общие сведения о сочетании клавиш Windows XP. Выбрав её, вы получите то, что искали. Можете распечатать эту тему для дальнейшего изучения, щелкнув на кнопке Печать.
Рисунок 6.2- Пример поиска в окне Центр справки и поддержки
Альтернативным способом поиска является использование указателя. Щелкните на кнопке Указатель на панели инструментов справочной системы, после чего введите имя для поиска. Обычно достаточно набрать только первые буквы слова, чтобы появился список тем, начинающихся с введённых букв. Среди них вы можете выбрать наиболее подходящую.
Если во время поиска ваш компьютер подключен к Интернету, то справочная система выполнит также поиск по вашему запросу среди технической документации на сайте Microsoft. Чтобы увидеть ссылки на найденные статьи, щелкните на кнопке База знаний Майкрософт в нижней части панели результатов поиска.
Получение справки в диалоговом окне
Почти во всех диалоговых окнах в верхнем правом углу есть кнопка, на которой изображен знак вопроса . Если вы щелкнете на ней, а потом на любом элементе управления окна, появится окно со справочной информацией об этом элементе управления. В этом упражнении вы научитесь получать справку в диалоговом окне.
1. Окна и работа с ними
Программа, документ или другой объект открываются в окне - ограниченной области экрана, в которой отображается содержимое данного объекта. Работа пользователя в среде Windows - это работа с окнами. Окна различных программ и документов имеют одинаковые элементы управления, что значительно упрощает работу с ними.
Структура окна
Рассмотрим для примера окно WINDOWS (рис. 7.1). Чтобы открыть это окно, щелкните на кнопке Пуск и выберете в открывшемся меню пунктМой компьютерC:\ WINDOWS
В любом окне Windows можно выделить следующие стандартные элементы.
· Строка заголовка - это верхняя строка окна, в которой указано его имя. Используя заголовок, можно перемещать окно по экрану.
· Кнопки управления окном - находятся в правом углу строки заголовка. Подведите указатель мыши к любой кнопке и задержите на некоторое время - вы увидите подсказку с названием кнопки:
ь Свернуть - окно будет свернуто в кнопку на Панели задач, чтобы вернуть предыдущее состояние окна, нужно щелкнуть на его кнопке наПанели задач.
ь Развернуть - если окно занимает часть экрана, то нажатие на эту кнопку, развернет его во весь экран.
ь Свернуть в окно - нажатие этой кнопки позволит вернуть первоначальные размеры окна;
ь Закрыть - закрытие окна или прекращение работы программы.
Рисунок 7.1 - Вариант окна папки Windows XP типичный для Web_страниц
· Строка меню. Находится под заголовком. В меню содержатся команды для выполнения тех или иных действий над содержимым окна.
· Панель инструментов. Содержит кнопки для вызова наиболее часто используемых команд. Обычно кнопки панели инструментов дублируют команды меню. Чтобы узнать назначение конкретной кнопки панели инструментов, наведите на нее указатель мыши и задержите его до появления всплывающей подсказки с названием кнопки. При желании можно настроить некоторые атрибуты, связанные с отображением кнопок, входящих в панель инструментов. К ним относится изменение размера кнопок, возможность отображения названия кнопок и места расположения названия.
· Адресная строка. В ней указан путь доступа к текущей папке, что удобно для ориентации в файловой структуре. Адресная строка позволяет выполнить быстрый переход к другим разделам файловой структуры с помощью раскрывающей кнопки на правом краю строки.
· Рабочая область окна. Здесь находится содержимое окна. Например, для окна Мой компьютер содержимым являются значки имеющихся устройств. Различные окна могут содержать тексты, рисунки, таблицы и т.д.
· Линейка прокрутки. Позволяет просмотреть все содержимое окна, если его размеры не разрешают это сделать. Прокручивать содержимое можно, щелкая на кнопках прокрутки или перемещая бегунок. Аналогичного эффекта можно достичь, вращая колесико мыши.
· Строка состояния. Здесь выводится дополнительная, часто немаловажная информация. Так, например, если среди объектов, представленных в окне, есть скрытые или системные, они могут не отображаться при просмотре, но в строке состояния об их наличии имеется специальная запись.
На рис. 7.1 представлен вариант окна Windows, использующий формат представления информации, типичный для Web_страниц. В отличие от классического, в него включены дополнительные элементы, позволяющие получить информацию о выбранном в данном окне объекте или выполнить различные операции. По умолчанию используется именно этот вид окна.
Для того чтобы сменить вид отображения окна Windows XP следует выполнить следующие действия:
a. Выбрать команду: СервисСвойства папки.
b. Перейти на вкладку Общие и установить в разделе Задачи переключатель Отображение списка типичных задач в папках (рис. 7.2).
28. Число людей, постоянно пользующихся компьютером, растет во всем мире, и Россия здесь - не исключение. К середине 2002 года на 100 жителей нашей страны приходилось около 7,5 компьютера (годом ранее - 6,4). Только в Москве проживает больше миллиона владельцев ПК, в целом же в крупных промышленных городах нашей страны так или иначе общаются с компьютерной техникой около трети жителей.
А что же остальные? Что мешает им влиться в ряды людей, уже приобщившихся к новым технологиям, и завести собственный компьютер? Финансовые соображения? Отсутствие интереса? Как ни странно, одной из основных причин является? страх: опасение не совладать с "умной машиной", не освоить правила работы на ней или "осрамиться" в глазах собственных детей.
Но технический прогресс не остановишь. Подобно тому, как неотвратимо "расселялись" в наших квартирах телевизоры, рано или поздно компьютер также завоюет себе место в каждом доме.
Что же касается опасений. Эта проблема разрешима. С давних времен существуют так называемые самоучители: книги-инструкции, которые шаг за шагом ведут человека к освоению сложных навыков. Вот таким "самоучителем по освоению компьютера" и хочет снабдить вас наш журнал.
Понятно, что никто не будет покупать впрок инструкцию по обращению с еще не купленной машиной. Журнал же "сам" приходит в дом. И пусть это краткое, но подробное руководство будет у вас под рукой. Ведь предназначено оно и тем, кто только что приобрел компьютер, и тем, кто лишь собирается это сделать, и даже тем, кто еще не до конца осознал, что век компьютер ных технологий все равно возьмет свое. Приобретен первый в жизни персональный компьютер... Чтобы новый "член семьи" не только украшал интерьер, но и приносил пользу и удовольствие, необходимы, конечно, начальные знания и определенные навыки работы. В первую очередь - с операционной системой MS Windows 98, поскольку сегодня она наиболее часто устанавливается на "домашних" компьютерах. Однако все приведенные в статье советы в основном приемлемы и для других операционных систем семейства MS Windows (Windows 2000, Windows Me, Windows XP).
Вместо предисловия
Возможности операционной системы MS Windows 98 настолько обширны, что о работе с ней написаны толстенные книги. Начинающему пользователю трудно в них не "утонуть". Поэтому, ориентируясь на силы и возможности новичка в компьютерной технике, мы затронем только самые основные принципы работы операционной системы Windows.
При освоении принципов работы следует учитывать, что одного и того же результата можно достичь разными способами: используя манипулятор типа "мышь" (в дальнейшем - просто мышь), клавиатуру (сочетание одновременно нажатых клавиш), панели инструментов и т.д. Понятно, что в данной статье приведены способы, которыми предпочитает пользоваться сам автор.
Итак, вы привезли компьютер домой, подключили все необходимые провода, нажали на кнопку включения процессорного блока (не забудьте включить и монитор), и ваш ПК заработал. Загрузка операционной системы займет некоторое время, поэтому необходимо набраться терпения и немного подождать.
А пока это происходит, у нас есть время для еще одного очень важного замечания: приступая к освоению компьютера, главное - не бояться. Ведь всем нам не один раз в жизни приходилось делать что-то впервые. Да и постепенно приобретаемый багаж знаний поможет все более уверенно справляться с возникающими проблемами.
Рабочий стол - не только мебель...
Рассмотрим структуру стандартного экрана, появляющегося на мониторе после загрузки операционной системы (1). (Если изображение на вашем экране отличается от приведенного незначительными деталями, этим можно пренебречь.)
Центральная часть экрана носит название рабочего стола. Размещенные на нем "картинки" - это ярлыки (пиктограммы) программ, наиболее часто используемых при работе. Установив указатель мыши на нужном ярлыке и два раза быстро нажав на левую кнопку, вы можете запустить программу, с которой связан данный ярлык. (Указание на правую и левую кнопки относится к мыши, настроенной для "правши".)
В нижней части экрана расположены строка панели задач и кнопка Пуск.
Для начала, что называется, научимся "наводить порядок" на своем рабочем столе, то есть рассмотрим основные установки, которые можно сделать, чтобы работать на персональном компьютере было удобно.
Счастливые часов не наблюдают... Но все же, который час?
В правом нижнем углу экрана (1) отображается текущее время. Если подвести маркер мыши к этим цифрам, то вскоре здесь же появится маленькое окошко, в котором отображена текущая дата. Как правило, установку системных часов компьютера (а именно их работой определяются цифры на экране) приходится делать довольно редко. Однако иногда все же приходится.
Операция изменения временных параметров напоминает настройку обычных электронных часов. Научимся производить подобную процедуру и на компьютере.
Прежде всего, установите маркер мыши на цифрах, отображающих время, и два раза подряд нажмите на левую кнопку мыши. Это действие откроет на экране монитора панель настройки даты и времени (2). Затем начинается собственно настройка.
Первый ее этап - изменение даты. Дата, как известно, включает в себя год, месяц и число. Чтобы установить нужное значение месяца, подведите маркер мыши к стрелке справа от рамки, где находится не устраивающее вас название месяца, нажмите на левую кнопку мыши и выберите из появившегося списка то, что нужно. (Выбранный месяц высветится в окошке.)
Для изменения года в большую сторону - подведите маркер мыши к направленной вверх стрелочке справа от рамки, в которой отображен год, и нажмите на стрелочку нужное количество раз левой кнопкой мыши; в меньшую - действуйте аналогично, но нажимайте на стрелочку, направленную вниз.
При установке числа подведите маркер мыши к нужному его значению и выделите его однократным нажатием на левую клавишу.
Далее займемся изменением текущего времени. Для этого в окошке, отображающем время, совместите маркер мыши с левой парой цифр (часами) и два раза нажмите на левую кнопку. В результате две цифры, отображающие часы, выделяются цветом. Затем, нажимая на стрелки, расположенные справа от "временного" окошка, вы можете изменить выделенные цифры, установив нужное значение. Аналогично "настраиваем" минуты и секунды, то есть вторую и третью пары цифр: (подводим маркер мыши, два раза нажимаем на левую кнопку и изменяем значение с помощью стрелочек).
После того как нужная пара цифр (часы, минуты или секунды) выделена, вместо того, чтобы нажимать на стрелочки справа от окна, можно просто набрать на цифровой клавиатуре требуемое значение.
Когда установка даты и времени произведена, необходимо сохранить сделанные изменения. Для этого нажмите в правом нижнем углу экрана кнопку Применить, однократно щелкнув по ней левой кнопкой мыши. Если же вы захотите отказаться от сделанных изменений, нажмите на кнопку Отмена.
Учтите, что в момент нажатия кнопки Применить произведенные изменения вступят в силу и отменять их станет поздно - придется вновь перенастраивать часы.
Русский или английский?
При первом же внимательном взгляде на новенькую клавиатуру можно схватиться за голову: на большинстве клавиш нанесено обозначение двух, а то и трех символов! Как же заставить компьютер печатать нужную букву или цифру, а не "абракадабру"?
За выбор русского или английского языка (а буквы именно этих двух алфавитов наиболее часто встречаются на продаваемых в России клавиатурах) отвечает так называемый индикатор языка. Он располагается на панели задач левее цифр, отображающих время (1), и выглядит цветным квадратиком с белыми буквами. Подведя маркер мыши к индикатору языка и нажав один раз на левую клавишу мыши, вы производите нужный выбор.
Сменить используемый язык можно и с помощью клавиатуры. При стандартной установке Windows для этого следует одновременно нажать клавишу Alt (слева) и клавишу Shift (<Alt (сл.)> + <Shift>). Индикатор языка и раскладка клавиатуры изменят свое значение так же, как и при использовании мыши.
По желанию сочетание клавиш для изменения языка можно изменить. Для этого установите маркер мыши на индикатор клавиатуры и нажмите на правую кнопку. Затем подведите маркер к строке Свойства... и щелкните левой клавишей мыши.
С помощью открывшейся вкладки Свойства: Клавиатура (3) можно добавить язык, нажав на кнопку Добавить... , посмотреть свойства выбранного языка (кнопка Свойства ), удалить выбранный язык (кнопка Удалить).
На начальных этапах освоения компьютера следует с осторожностью относиться к возможности удалить что-либо, поскольку удаление того или иного элемента может привести к непоправимым для работы последствиям.
Кроме уже перечисленных возможностей эта же вкладка позволяет выбрать язык, используемый системой по умолчанию, то есть тот, который будет автоматически "включаться" при начале работы различных программ.
Для выбора языка по умолчанию (обычно им становится русский) установите маркер мыши на название нужного языка, выделите его однократным нажатием левой клавиши. Затем передвиньте маркер на кнопку Назначить используемым по умолчанию и нажмите на нее с помощью левой клавиши мыши. Надпись в информационной строке над кнопкой выбора языка по умолчанию отразит сделанные изменения.
Теперь посмотрим чуть ниже. Блок Переключение раскладок позволяет выбрать одно из двух сочетаний клавиш для "переключения" языка. (Независимо от выбора нажимать обе клавиши следует одновременно). Существует и третья возможность: вовсе отказаться от использования клавиатуры для изменения языка (за этот вариант отвечает кнопка отсутствует ).
Какой бы из вариантов ни был выбран, для его осуществления достаточно однократно нажать левой клавишей мыши на выбранный режим или находящуюся слева от него кнопку выбора режима. Появление точки в ее центре означает, что выбор произведен.
Еще ниже на панели Свойства: Клавиатура расположена надпись: Отображать индикатор языка на панели задач. Галочка в маленьком окошке слева от нее указывает на то, что индикатор языка будет высвечиваться на панели задач. "Снять" эту галочку можно, установив на нее маркер мыши и нажав один раз на левую клавишу.
Теперь индикатор языка высвечиваться не будет, а раскладку клавиатуры и язык придется менять "вслепую" с помощью клавиатуры (если, конечно, вы не выбрали опцию отсутствует в блоке Переключение раскладок).
Очень не советую удалять индикатор языка с панели задач: места он занимает немного, а польза от него большая!
Для того чтобы все сделанные изменения в настройке вступили в силу, необходимо нажать кнопку Применить. Если же вы не хотите сохранить сделанные изменения и оставить уже существующие, нажмите кнопку Отмена.
Великая сила красоты
Из своего многолетнего опыта я вынесла твердое убеждение: при работе с компьютером на пустой рабочий стол (даже если на нем много ярлыков различных программ) смотреть скучно. Куда приятнее время от времени любоваться милым сердцу пейзажем или фотографией любимой собаки. (Но это, разумеется, дело вкуса, и если вам нравится вид рабочего стола, установленный по умолчанию, можете смело пропустить данный раздел.)
Для оформления фона экрана ныне существует огромное количество коллекций изображений и программ-заставок для режима сохранения экрана. Все это изобилие вы научитесь устанавливать позже, а сейчас рассмотрим стандартные возможности, предоставляемые Windows.
Итак, отправляясь в поход за красотой, установите маркер мыши в любом свободном месте экрана, нажмите на правую кнопку и, выбрав строку Свойства в открывшейся табличке (4), нажмите на нее.
Вид окна, которое откроется перед вами (5), требует некоторых пояснений. Если присмотреться к его верхней части, можно увидеть как бы "корешки" карточек (совсем как в библиотеке). Щелкая по ним указателем мыши, вы будете попадать на различные вкладки, отвечающие за настройки экрана и объединенные общим названием: Свойства: Экран.
Принцип объединения вкладок используется в Windows достаточно часто. Попадая в подобное информационное окно, вы выбираете именно тот "корешок" (вкладку), который нужен. При этом совсем не обязательно изменять настройки и других вкладок.
С помощью вкладки Фон несложно выбрать фон экрана, выделив одну из строк, предложенных в списке. Как правило, это маленькие фрагменты орнамента, которые можно поместить по центру (выбрав из списка, расположенного под строкой Поместить), размножить на весь экран (строка Рядом из того же списка) или растянуть на весь экран (Растянуть ). Используется в качестве фона и узор (кнопка Узор).
Поэкспериментируйте, подбирая фон по душе. Когда же результат вас удовлетворит, для сохранения достигнутого нажмите кнопку Применить .
Не ищите в стандартном списке фон, установленный на экране в иллюстрациях 4 и 5! Хотя для установки подобного фона существует кнопка Обзор, начинающему пользователю задача может оказаться не по силам. Однако для тех, кто готов рискнуть, попробую в общих чертах объяснить, как птавить в качестве фона понравившуюся картинку.
Для этого необходимо:
* иметь файл с изображением, созданный графическим редактором;
* используя кнопку Обзор, найти этот файл на компьютере;
* выделить найденный файл и нажать кнопку Открыть;
* посмотреть, как в окне Свойства: Экран он будет отображаться на экране монитора;
* нажать кнопку Применить (или Отмена, если результат оказался неудовлетворительным).
Однако вернемся к нашим текущим задачам и перейдем к вкладке Заставка (6). Для ее вызова установите курсор на "корешок" вкладки и нажмите левую клавишу мыши.
С помощью этой вкладки задается режим так называемого хранителя экрана (save screener), который предохраняет монитор от порчи при длительном отображении статического изображения. Другими словами, совсем нелишне установить этот режим, если у вас случаются длительные перерывы в работе с компьютером (а у кого они не случаются?) и вы дорожите своим монитором. Высвечивание заставки прерывается нажатием любой клавиши клавиатуры или перемещением мыши.
Установка "охранного" режима проводится в несколько этапов. Необходимо сначала выбрать тип заставки из списка Заставка, затем установить интервал, через который она будет активирована. Так, если выбранное время составляет 5 минут и в течение этого времени вы не нажали ни одной клавиши и не перемещали мышь, то на экране появится выбранная динамическая заставка. Режим ее высвечивания (элементы, скорость и т.д.) позволяет настроить кнопка Настройка.
Подбирая тип и скорость отображения заставки, постарайтесь, чтобы они по крайней мере вас не раздражали.
Определиться с окончательным выбором поможет кнопка Просмотр, нажав на которую вы увидите, как будет выглядеть заставка "в реальной жизни".
Использовать динамическую заставку можно и с иными защитными целями. Установив "галочку" слева от слова Пароль (6), вы активизируете кнопку Изменить, которая позволяет задать пароль выхода из режима заставки. Другими словами, если у вас на экране находится конфиденциальная информация или вы не хотите, чтобы в ваше отсутствие кто-то мог работать на вашем компьютере, установите пароль на заставку. Только хорошенько запомните его или запишите в недоступном для посторонних месте, поскольку без ввода данного пароля выйти из режима заставки будет невозможно.
И в заключение не забудьте нажать кнопку Применить (можно, конечно, нажать и кнопку Отмена, если не жалко своих трудов по установке заставки).
Существует множество программ-заставок - часть распространяется бесплатно, другие же необходимо покупать. Находить их и устанавливать на свой компьютер вы научитесь позднее, но дело того стоит. По моему мнению, установка хорошей заставки не только защищает монитор, но и сильно скрашивает не самые приятные жизненные минуты (а они случаются у всех).
Следующая вкладка Оформление позволяет выбрать один из предложенных Windows стилей оформления. Попробуйте разные режимы - это не трудно.
С помощью еще одной вкладки: Эффекты можно, в частности, изменять отображение стандартных значков рабочего стола. Использование того или иного значка - дело вкуса, но тех, кому приходится работать на разных компьютерах, установка нестандартных значков способна иногда вводить в заблуждение.
Отдельного внимания заслуживает вкладка Настройка (7).
Использование этой вкладки позволяет установить разрешение экрана. Максимальное значение этого параметра зависит от типа монитора и видеокарты, установленной на компьютере.
Работая с кнопкой Цветовая палитра и "ползунком" Область экрана, можно установить режим работы, наиболее приемлемый для восприятия. А нажав на кнопку Дополнительно на вкладке Общие в группе Экран - Размер шрифта, вы устанавливаете удобный размер шрифта в тексте под значками рабочего стола (8).
Что же касается остальных вкладок в окне Свойства: Экран, то начинающему пользователю изменять их лучше не стоит.
При изменении параметров экрана компьютер может предложить перезагрузить его. Желательно сделать это сразу, чтобы произведенные вами установки вступили в силу.
В результате всех произведенных действий мы обеспечили себе комфортные для работы условия. Теперь можно заняться более серьезными делами.
Ярлык - это еще не программа...
Рабочий стол существует не только для размещения на нем приятных для глаз пейзажей. Он, как и письменный, служит, прежде всего, для работы. А для рабочих целей очень полезно и удобно размещать на нем значки (иконки, ярлыки) различных программ.
Что же такое "ярлык"? Выглядит он как маленькая картинка, двукратно щелкнув по которой левой клавишей мыши вы запустите связанную с данным ярлыком программу. Но ярлык - это не сама программа, а лишь ссылка на нее. То есть ярлык "запоминает" место, где находится программа - "родитель". Характерная деталь ярлыка - маленькая изогнутая стрелка в левом нижнем углу (9). Размещая ярлыки программ на рабочем столе, мы обеспечиваем легкий способ запуска наиболее часто используемых программ. (О том, как создавать ярлыки программ, будет рассказано ниже.)
Когда ярлыков на рабочем столе скапливается много, возникает необходимость упорядочить их расстановку. Это делается "штучно": установив маркер на ярлык, нажимаем один раз левую кнопку мыши и, не отпуская ее, передвигаем ярлык в любое место рабочего стола.
А вот "подровнять" ярлыки по горизонтали и вертикали возможно и "оптом": помещаем курсор в любом свободном месте рабочего стола, нажимаем правую кнопку мыши и выбираем из контекстного меню строку: Выстроить значки.
Из этого же меню можно выбрать строку Упорядочить значки и критерий сортировки. Как они работают? Попробуйте и посмотрите! В любом случае порядок на "компьютерном" столе намного облегчает работу.
Самые "востребованные" (но не все, размещенные на рабочем столе) ярлыки можно поместить и на панели задач. Насколько это удобно, вы оцените очень быстро, как только в процессе работы с какой-либо программой, когда рабочий стол не виден, возникнет необходимость запустить другие приложения. Можно, конечно, "свернуть" окно активной программы, нажав на значок " - " в правом верхнем углу окна, но проще "щелкнуть" по нужной пиктограмме на панели задач, которая видна практически всегда.
Чтобы обеспечить себе такое удобство, установите маркер на выбранный значок на рабочем столе, зажмите левую кнопку мыши и "протащите" этот значок на свободное место панели задач правее кнопки Пуск (положение значка на панели отображается вертикальной полосой), затем отпустите кнопку мыши. "Перетаскивая" таким же образом значки уже на самой панели задач, можно поменять их взаимное расположение, то есть скомпоновать удобным для себя образом. На строгом языке профессионалов проделанная нами работа называется формированием панели быстрого запуска.
Используя панель задач, можно обеспечить себе и еще одно удобство: активировать на ней панель рабочего стола. Для этого установите маркер мыши на свободное место панели задач, нажмите правую кнопку мыши, выберите строку меню Панели инструментов и активируйте панель Рабочий стол (щелкните левой кнопкой мыши до появления галочки слева от строки). Теперь вы в любой момент сможете увидеть все ярлыки программ, сами программы и файлы (если они сохранены на рабочем столе).
VIP кнопка - Пуск
Кнопку меню Пуск пользователь должен находить, что называется, с закрытыми глазами. С помощью этого меню можно (и нужно!) заканчивать работу, запускать программы, находить файлы и папки, открывать рабочие документы, устанавливать принтеры и совершать много других полезных действий в среде Windows. Возможностей в меню Пуск заложено столь много, что мы рассмотрим лишь часть из них.
Корректное завершение работы
Чтобы при каждом запуске компьютера не "наслаждаться" картиной сканирования дисков компьютера и исправления ошибок, необходимо раз и навсегда запомнить: заканчивать работу в среде Windows простым выключением электропитания - НЕЛЬЗЯ! Рано или поздно это может привести к сбоям в работе операционной системы и необходимости ее переустановки.
Как же следует действовать? Прежде всего, закройте все активные приложения. Затем подведите маркер мыши к кнопке Пуск и один раз нажмите левую кнопку мыши. В открывшемся меню Пуск (10) выберите строку Завершение работы и вновь однократно нажмите левую кнопку. В зависимости от того, чего вы хотите: выключить компьютер, перезагрузить его (если в работе компьютера что-то "не так"...) или приостановить работу ПК (режим MS-DOS в этой статье мы рассматривать не будем), выберите с помощью мыши нужную строку и нажмите ОК (11).
В случае "зависания" компьютера можно воспользоваться так называемыми "тремя кнопками": одновременно нажать на клавиатуре <Ctrl>+<Alt>+<Del > и в открывшемся окне щелкнуть по кнопке Завершить работу. В этом же окне можно завершить работу и только одной, "зависшей", программы: для этого в списке программ надо выбрать нужную и также нажать на кнопку Завершить задачу. В результате данное приложение будет снято и работу можно продолжать.
Елочка - зажгись! или Как запустить программу
В меню Пуск (10) подведите маркер мыши на строку Программы. Из высветившегося списка программ, установленных на вашем компьютере, выберите нужную. Подведя маркер к нужной строке и нажав один раз на левую кнопку мыши, вы запустите эту программу на исполнение.
Наличие стрелочки справа от названия интересующей вас программы говорит о существовании подкаталога, который откроется при подведении к нему маркера мыши (12). В этом случае для запуска программы следует выбрать строку из подкаталога.
Возвращаясь к ярлыкам
Как уже было сказано, если вы часто работаете с определенными программами, удобно поместить их ярлыки на рабочий стол и запускать программу двукратным нажатием левой клавиши мыши на соответствующий ярлык без использования меню Пуск.
Теперь, располагая сведениями и о ярлыках и о меню Пуск, можно заняться созданием ярлыков. Для этого установите маркер на нужную программу (12) и нажмите правую кнопку мыши. В открывшемся контекстном меню выберите строку Отправить, а затем Рабочий стол (создать ярлык). После того как система уведомит вас, что ярлык будет размещен на рабочем столе, нажмите кнопку ОК.
Услуга "для ленивых", или Короткий путь к документу
Нажав в меню Пуск строку Документы, вы откроете список документов, с которыми недавно работали. Щелкнув один раз левой кнопкой мыши на имени нужного документа, вы тут же откроете его для работы.
Потеряли документ? Не беда!
Каждому из нас приходилось что-либо терять, иногда - невосполнимо. К счастью, потеря сохраненного в компьютере файла к невосполнимым не относится (если вы его не удалили из компьютера в "корзину").
Чтобы восстановить утрату, выберите строку Найти - Файлы и папки в меню Пуск. Далее надо хоть что-нибудь вспомнить о потерянном файле: его тип, называние (или фрагмент имени), когда он был создан или изменен, где был сохранен, и заполнить открывшееся окно (13). (В худшем случае можно затребовать поиск на каждом из логических дисков.) Затем нажмите кнопку Найти и подождите.
В появившемся вскоре списке подходящих под введенные параметры файлов может оказаться и искомый. Посмотрев, где он сохранен, можете сразу открыть его, два раза щелкнув левой кнопкой мыши по имени файла в открывшемся списке. Если же список окажется пустым, подумайте, что еще можно вспомнить о пропавшем файле, чтобы изменить параметры поиска.
Спрашивайте - отвечаем, или Справочная система Windows
Выбрав строку Справка в меню Пуск, можно найти ответы на многие вопросы, возникающие при работе с операционной системой. Пользоваться справочной системой достаточно просто, чтобы освоить это самостоятельно.
Проводник. Куда он может завести?
Ни один пользователь ПК не может обойтись без Проводника, программы, чье название в полной мере отражает ее суть.
Очень рекомендую разместить ярлык этой программы не только на рабочем столе, но и на панели задач.
Рассмотрим структуру окна и основные принципы работы проводника. В меню Пуск выберите строку Программы и найдите строку Проводник.
Зате запустите программу одним из следующих способов:
меню Пуск - Программы - Проводник (один щелчок левой кнопкой мыши по этой строке);
нажмите два раза на ярлык программы на рабочем столе левой кнопкой мыши;
нажмите один раз на ярлык на панели задач левой кнопкой мыши.
Во всех этих случаях на экране откроется стандартное окно проводника (14). Рассмотрим его структуру. (Кстати, такова же, как правило, структура всех программ, функционирующих в среде Microsoft Windows.)
В верхней строке, имеющей синий фон (при выборе схемы оформления экрана обычная Windows. Помните?), отображается название программы и активного элемента (в данном случае - логического диска С). В правом верхнем углу располагаются три кнопочки, которые "отвечают" за размер окна.
Самая левая "сворачивает" данную программу. При этом программа остается активной, о чем говорит соответствующая кнопка на панели задач. Нажав на последнюю, можно вновь "развернуть" приложение.
Средняя или позволяет "развернуть" приложение на полный экран или "свернуть" его в оконный режим просмотра.
Правая кнопка закрывает данное приложение (прекращает его работу).
Ниже расположены панели инструментов, вид которых зависит от приложения. Но, как правило, в них всегда присутствуют строка меню и стандартная панель инструментов. Панели инструментов можно настраивать, что называется, "под себя", но в данной статье рассказывать об этом мы не будем.
Говоря о проводнике, необходимо сказать несколько слов о принципе хранения информации в среде Windows. Все программы и рабочие документы хранятся на жестком диске (винчестере) компьютера, который может быть разбит на один или несколько логических дисков (C, D, E и т.д), в виде файлов. Для удобства файлы группируют в так называемые папки. Грамотно организованная структура дерева папок делает работу удобной и позволяет редко обращаться к опции поиска файлов.
Начинающие пользователи обычно хранят всю информацию в "одной куче", чаще всего в папке Мои документы . Настоятельно рекомендую продумать принцип хранения документов (и не только их) на вашем компьютере.
Например, если винчестер представляет собой только один логический диск, полезно завести для работы папку с именем, например "Рабочая", и уже ее разбивать на более мелкие папки: "Служебные записки", "Документы". Игры (а кто может отказать себе в удовольствии установить хотя бы одну игру?) храните в другой папке, пусть даже она называется "Важные документы".
В левой части окна (14) отображается структура дисков (и папок). В правой части - структура папок и содержимое выбранного элемента. В зависимости от того, в какой части (левой или правой) вы будете "щелкать" по имени диска или папки, там и будет отображаться структура. Объяснить это на словах не так просто, а сделать - не сложно, и тут же все станет ясно. Попробуйте! Обобщая, можно сказать, что слева в окне проводника отображается "структура", а справа - "содержимое".
Маленький знак "плюс" в левом окне означает, что данная папка, как матрешка, содержит в себе другие папки. "Щелкнув" по плюсу, вы развернете содержимое папки (и в обратном порядке, "щелкнув" по минусу, - свернете ее содержимое). Можно также посмотреть дерево файлов и выбрать в нем нужный элемент для просмотра, нажав в строке Адрес на стрелочку справа.
Кроме того, вы можете активировать приложение, породившее данный файл (открыть файл для просмотра и редактирования), если два раза нажмете на левую кнопку мыши, установив маркер на имя файла. Таким же образом можно запустить исполняемую программу.
В левой части рисунка (14) представлены два логических диска (C и D) и CD-ROM (E). Для просмотра содержимого логического диска D щелкните два раза левой клавишей мыши по букве D или по расположен ной левее пиктограмме.
Папка - как ее создать?
Рассмотрим основные возможности строки меню проводника (15). (Отметим, что в зависимости от ситуации состав активных - ярко высвеченных - строк может изменяться.)
Устанавливаем маркер на слово Файл в строке меню и нажимаем на левую кнопку мыши. Далее, выделив с помощью мыши строку Создать, можно создать новую папку в активной папке, ярлык для программы или файла, новые документы.
Наиболее часто используется режим создания папки. При создании лучше сразу задать нужное имя папки (вместо стандартного Новая папка).
Старайтесь присваивать файлам и папкам осмысленные имена, которые впоследствии смогут подсказать вам, что содержит данная папка или файл (документ).
На символы, пригодные для наименования папок и файлов, операционной системой накладываются некоторые ограничения:
* не используется в именах символ точки, так как она является разделителем между именем файла и расширением, определяющим тип файла. Вместо точки удобно использовать знак подчеркивания;
* максимально допустимая длина имени файла составляет 255 символов, включая пробелы. Однако очень длинные имена использовать неудобно, так как в проводнике их все равно читать будет трудно;
* имена не должны содержать следующих символов: \ / : * ? " < > |.
Если выделить объект в правой части проводника, содержание меню Файл предстанет несколько иным (16). Тут перед вами возникнут следующие возможности: открыть выделенную папку или файл, посмотреть содержимое папки, найти файл или папку, заархивировать (см. "Наука и жизнь" №11, 2002 г.) папку или файл (при условии, что у вас установлена программа-архиватор), сделать папку доступной для совместного использования (если компьютер находится в локальной сети), проверить компьютер на наличие вирусов (если установлена антивирусная программа), отправить в то или иное место, создать, удалить или переименовать ярлык, посмотреть свойства выделенного объекта.
Удалять или не удалять?
Если вы выделите объект и выберете строку Удалить, система высветит на экране предупреждение об удалении объекта (файла или папки). Вы можете отказаться от удаления или согласиться, и тогда объект будет перемещен в "корзину". Но это не означает, что файл удален из памяти компьютера безвозвратно. Корзина (RECYCLED) - это системная папка, в которой хранятся удаленные файлы.
Пиктограмма корзины размещается на рабочем столе. Кликнув по ней два раза левой кнопкой мыши и выбрав удаленный файл, вы можете восстановить его, выбрав в меню Файл строку Восстановить. Объект будет восстановлен и вернется в то же место, откуда был удален.
Нелишне время от времени корзину "чистить". Убедившись, что хранящиеся в ней файлы и папки больше не нужны, выберите в меню Файл корзины строку Очистить корзину. После этого все "мусорные" файлы будут окончательно удалены из компьютера. Относитесь к этому процессу внимательно, так как восстановить удаленные файлы удается только специальными средствами, да и то не всегда.
В тех случаях, когда вы полностью уверены, что данный файл или папка совершенно не нужны, можно произвести удаление, не помещая объект в корзину. Для этого одновременно с выбором опции удаления нажмите на клавиатуре клавишу Shift.
Однако использовать этот метод начинающим не рекомендую! Очень уж часто сначала что-то быстро удаляют, а потом долго сожалеют.
С места на место: перемещаем и копируем
Для перемещения и копирования файлов и папок в основном используется меню Правка (команды для редактирования) (17).
Щелчок по строке Вырезать - и выделенный объект удален из данного места, а обращение к команде Копировать создает копию папки или файла.
Затем выберите с помощью проводника новое место для объекта, нажмите меню Правка и в нем строку Вставить . Это переместит файл или папку в указанное место.
Если вы выделите объект и нажмете правую кнопку мыши, то увидите контекстное меню, содержащее все основные действия, которые можно произвести над объектом. Так что, выбирая нужную строку, вполне удается обойтись без меню проводника.
Я ль на свете всех милее?.. или Настройка отображения
Заголовок Вид (команды для управления отображением) меню проводника полностью отражает функции, которые могут реализовываться с помощью данного меню. Попробуйте поработать с этим меню самостоятельно: подберите вид окна проводника, наиболее подходящего для вашей работы.
Остановимся на последней строке меню Свойства папки. Вкладка Общие (18) определяет отображение окна проводника. Это еще один случай, когда гораздо проще попробовать все самому, чем читать длинное объяснение на бумаге. Пробуйте!
Вкладка Вид определяет, каким образом и какие будут высвечиваться файлы (19). Расставьте галочки в соответствии с собственными желаниями. Если же "по дороге" вы передумали или натворили что-то вас совсем не устраивающее, нажмите кнопку Восстановить значения по умолчанию.
Посмотрите, как новые настройки скажутся на отображении папки. А если вы захотите, чтобы все папки отображались именно таким образом, как "настроенная" текущая, нажмите кнопку Как у текущей папки. Только не забывайте нажимать кнопку ОК, если настройки вас удовлетворяют, или Отмена, если сами не поняли, что наустанавливали.
Вкладка Типы файлов определяет соответствие между расширением файла и родительским приложением. Изменение содержимого этой вкладки "по силам" только опытным пользователям и, как показывает практика, требуется редко.
В заключение раздела о проводнике хочу сказать, что при работе с ним предпочитаю использовать контекстное меню, которое высвечивается при нажатии правой кнопки мыши. По-моему, это наиболее простой и удобный способ работы с папками и файлами и использования возможностей проводника. Но это, как говорится, "дело вкуса", и каждому пользователю при работе в среде Windows удобнее обращаться к тому набору предоставляемых системой возможностей, к которому он привык.
Мышь "умерла", да здравствует клавиатура!
Использование клавиатуры для служебных функций - дело спорное и зависит от ситуации и привычки. Люди, много работающие с текстами и соответственно с клавиатурой, предпочитают не отрывать от нее рук, пользуясь специальными сочетаниями клавиш.
Внимательно посмотрев на любое меню, вы увидите, что некоторые буквы в строках подчеркнуты или справа от строки написано что-то вроде Ctrl+A. Это означает, что для выполнения данного действия нужно нажать указанное сочетание клавиш. Количество таких сочетаний велико, и осваивать их лучше на практике. К ней и обратимся.
Для примера создадим папку на диске C, переименуем ее и удалим с помощью клавиатуры:
<Alt+П> активация меню Пуск
<?> или <-> перемещение до строки Программы
<Enter> выбор строки Программы
<?> перемещение вниз до строки Проводник
<Entr> выбор строки Проводник
<?> или <-> выбор местоположения новой папки (перемещение между элементами окна Проводник можно осуществлять с помощью клавиши <Tab">)
<Alt+Ф> активация меню Файл (с помощью клавиши <Tab"> должно быть активировано правое окно проводника). С помощью клавиш <╛><╝> можно перемещаться по строке меню проводника
<Enter> выбор строки Создать
<Enter> выбор строки Папку
Введите имя папки
<Enter> окончено создание папки
<?> или <-> выбор местоположения папки для переименования
<Alt+Ф> активация меню Файл
<?> или <-> выбор строки Переименовать
<Enter> выбор строки Переименовать
Введите новое имя папки
<Enter> окончено переименование папки
<?> или <-> выбор местоположения папки для удаления
<Alt+Ф> активация меню Файл
<?> или <-> выбор строки Удалить
<Enter> выбор строки Удалить
<Alt+Ф> активация меню Файл
<?> или <-> выбор строки Закрыть или <Alt+З>
<Enter> выбор строки Закрыть
Чаще же всего клавиатурой приходится пользоваться для завершения работы (перезагрузки) Windows, когда в результате "сбоя" программы или по другим причинам мышь перестает реагировать на воздействия.
Последовательность действий в этом случае такова:
<Alt+П> активация меню Пуск
<?> или <-> перемещение до строки Завершение работы
<Enter> выбор строки Завершение работы
<?> перемещение вниз до строки Перезагрузить компьютер
<Enter> выбор строки Перезагрузить компьютер
Если при работе одновременно активировано несколько приложений, то для перемещения из одной активной программы в другую можно воспользоваться сочетанием клавиш <Ctrl>+<Tab>.
В заключение хочу упомянуть о клавише <Esc>, прерывающей данный режим работы. Она удобна для выхода из различных режимов и закрытия активных окон.
Несколько слов в заключение
Итак, мы рассмотрели основные принципы работы в среде Windows. Надеюсь, что это краткое руководство позволит вам сделать первые, самые, как известно, трудные шаги в "налаживании контактов" со своим ПК. Поверьте, дальше будет легче и интереснее!
30. Основы алгоритмизации и программирования: понятие алгоритма его свойства и способы задания. Примеры.
. Понятие алгоритма и способы его описания Одним из основных данной дисциплины является понятие алгоритма. В основе каждой программы заложен свой алгоритм. Но алгоритм встречается во многих областях деятельности человека. Пример: Кулинарная книга, аэробика, как найти дорогу. Алгоритм – это конечная последовательность команд исполнителю, направленная на достижение определенной цели. Цель – это достижение желаемого результата. Исполнителем может быть человек, живое существо, автоматическое устройство которое способно к восприятию и исполнению команд. Перечень команд, которые воспринимает и может выполнить исполнитель, называется системой команд. Каждый алгоритм предназначен для определенного исполнителя. Исполнять алгоритм начинают с первой команды. После ее исполнения переходят ко второй и так далее до конца. Способы описания алгоритмов могут быть различными. Перечислим основные: словесный (по шагам), в виде таблиц и формул, графический (в виде схемы), с использованием псевдокода (алгоритмического языка). Алгоритмический язык — формальный язык, предназначенный для записи алгоритмов. Алгоритмический язык задается набором основных символов (алфавитом), системой точных правил построения текстов (синтаксисом) и соответствием синтаксически допустимых текстов языка описываемым объектам и действиям (семантикой). Многие языки программирования, используемые при решении задач на ЭВМ, являются алгоритмическими языками. Псевдокод — способ описания логики программы до начала ее программирования, занимает промежуточное положение между естественным и машинным языками. Под схемой алгоритма будем понимать графическое представление последовательности шагов алгоритма, которое наглядно показывает очередность и взаимосвязь операций, осуществляемых в алгоритме на каждом его шаге. Иначе говоря, блок-схема служит для графического изображения структуры алгоритма. Последовательность действий в соответствии с блок-схемой указывается с помощью стрелок, соединяющих отдельные блоки и показывающих, какой блок и вслед за каким должен выполняться. Алгоритм должен отвечать определенным требованиям. Принято выделять следующие семь условий: 1) наличие ввода исходных данных; 2) наличие вывода результата выполнения; 3) однозначность — компьютер «понимает» только однозначные инструкции; 4) общность — алгоритм предназначен для решения не одной задачи, а целого класса задач; 5) корректность — алгоритм должен давать правильное решение задачи; 6) конечность — решение задачи должно быть получено за конечное число шагов; 7) эффективность — для решения задачи должны использоваться ограниченные ресурсы компьютера (процессорное время, объем оперативной памяти и т. д.). Эффективность алгоритма определяется потребляемыми ресурсами компьютера, а именно быстродействием (по количеству выполняемых операций, с учетом трудоемкости каждой из них) и общим объемом оперативной памяти, выделяемой (запрашиваемой) под данные. Эти показатели порой противоречивы: повышение быстродействия может потребовать дополнительных расходов памяти, либо наоборот. Если можно улучшить один показатель без ущерба для другого, следует этого добиваться; при возникновении же дилеммы в современных условиях следует отдавать предпочтение экономии памяти в ущерб производительности, так как тактовая частота компьютеров растет опережающими темпами в сравнении с объемом оперативной памяти. Существует ряд мер, которые рекомендуют для повышения эффективности. В ходе изучения данной дисциплины будут рассматриваться алгоритмы, описанные при помощи языка программирования и при помощи специальных схем, называемых блок-схемами. 2. Блок-схемы Для изображения основных алгоритмических структур используются специальные графические символы. Все составляющие блок-схемы соединены между собой в той последовательности, в какой они должны выполняться. Существуют также разветвляющие и циклические блоки. Начало и конец алгоритма. Между этими блоками и помещаются все остальные, образующие алгоритм. Операторный блок(блок действия) (открыть зонт) Блок проверки условия. Этот блок предполагает два варианта дальнейшего выполнения алгоритма, в зависимости от того, выполнено ли поставленное условие. Если место в маршрутке есть то я еду домой, если нет, то жду следующую. Блок ввода или вывода. Для того, что бы алгоритм выполнялся, необходимы не только команды, но и информация, поступающая из вне. (Есть ли место в маршрутке, нам сообщает приятель). Для получения такой информации используется блок ввода. Для того чтобы можно было продемонстрировать результат выполнения программы, какое либо сообщение используется блок ввода или вывода. 3. Типы алгоритмов Линейный алгоритм. Алгоритм называется линейным, если все команды должны выполняться одна за другой в порядке их записи. Ни одна команда не может быть выполнена более одного раза. Набрать 8, дождаться гудка, набрать код, набрать номер телефона. Разветвляющиеся алгоритмы. В ходе решения задач часто возникают ситуации, которые исполнителю надо учитывать. От того как складывается ситуация может зависеть ход решения задачи. Ситуации оцениваются при помощи условий. Условие понимается как вопрос, на который исполнитель дает один из двух ответов – условие выполняется(условие истинно) и условие не выполняется – (условие ложно) 1. Проверить условие «Идет дождь» Если условие выполняется перейти к команде 2. Если нет то к команде 3. 2. Взять с собой зонт 3. Оставить зонт на месте. Алгоритм называется разветвляющимся, если после проверки условия в разных ситуациях используется только один из двух наборов команд. Циклические алгоритмы При анализе алгоритмов, приведенных чуть выше, заметно было одно свойство. Каждая команда выполняется один раз. Но часто встречаются задачи, где одно и тоже действие или их набор надо повторить многократно. Например Красить дощечки забора до тех пор пока он не будет покрашен. Способ организации таких алгоритмов называется повторением. Повторение – это набор команд, который выполняется до тех пор, пока выполняется некоторое условие. Алгоритмы, содержащие команду повторения, - циклические алгоритмы (алг. с повторениями). Красить дощечки – тело цикла. Пока забор не покрашен, повторять – команда цикла. 4. Базовые структуры, применяемые при создании алгоритмов. Рассмотрим базовые структуры, применяемые при создании алгоритмов. Пунктирный контур вокруг каждой конструкции показывает, что она может служить для детализации одного операторного блока программы более высокого абстрактного уровня. В этой связи у каждой конструкции может быть только один вход и только один выход. Конструкция сочленения соответствует линейному алгоритму. Каждая из операций S1, S2, ..., Sn может быть представлена как последовательность конечного числа более простых операций. Конструкция выбора соответствует разветвляющемуся алгоритму. Она полезна в тех случаях, когда некая операция состоит в выборе одной из двух более простых операций S1 или S2 по условию. Блок B определяет условие выбора. Следующие две конструкции циклические. Применяются, когда некая операция может быть представлена как результат многократного повторения более простой операции S. Блок B в этих конструкциях определяет условие выполнения тела цикла. Переменная - это область оперативной памяти, занимающая несколько ячеек и имеющая свое имя. Переменная обладает следующими свойствами: переменная хранит не более 1 значения; переменная способна хранить значения только одного и того же типа; переменная хранит значение до тех пор, пока в нее не поместят новое значение, при этом предыдущее содержимое переменной стирается; значение переменной может быть вызвано для использования сколько угодно раз без изменения оригинала; к началу выполнения программы содержимое переменной считается неопределенным; ячейки памяти, отведенные под переменную путем ее описания, заполняются значениями в ходе выполнения программы с помощью оператора присваивания; этим переменная отличается от константы, которой значение присваивается до выполнения основной программы, в разделе определения констант. Рассмотрим пример разработки программы с применением метода пошаговой детализации. Задача: Составить программу определения максимального из трёх чисел входа. Сразу же можно предложить следующую абстрактную программу решения поставленной задачи: Эта программа содержит абстрактную операцию max(a,b,c). В этой связи выполним следующую детализацию блока 2: Очевидно, что блоки 2.2 и 2.3 нуждается в дальнейшей детализации: Теперь ни один из блоков не содержит абстрактных понятий, и мы можем окончательно записать программу на базовом языке программирования: Примечание: Существует и другой вариант детализации блока 2. После детализации блоков 2.1 и 2.2 нового варианта детализации блока 2 и соответствующей сборки мы получим ещё один вариант программы:
31. Структуры данных. Обработка массивов. Поиск в массиве. Основные алгоритмы сортировки массивов.
В связи с тем, что подавляющее большинство прикладных задач оперируют большим количеством разнообразных данных, практически все развитые универсальные языки программирования высокого уровня имеют в своем синтаксисе конструкции, предназначенные для организации сложных моделей представления данных.
Основное назначение таких конструкций — упростить описание модели, упорядочить дальнейшую обработку и позволить создавать объединения из отдельных переменных.
Самый простой случай такой структуры данных — массив. В компилируемых языках высокого уровня массив определяют как упорядоченный набор однотипных переменных. Такой набор переменных объявляется заранее, с указанием типа переменных и их количества — для отведения нужного объема памяти. Переменные в массиве называются его элементами. Каждый элемент массива имеет индекс — целое число, задающее его положение по порядку в массиве.
Основная операция с массивом — обращение к его элементам. Элементы массива используются и изменяются как обычные переменные.
Массивы активно используются в тех случаях, когда нужно обработать большое количество однотипных данных. Примеры: массив значений температуры, массив названий товаров и пр.
Часто возникает задача поиска (определения индекса) элемента в массиве по заданному критерию. Простейший способ такого поиска: перебор всех элементов до нахождения нужного. В качестве ответа можно хранить значение, а можно — индекс найденного элемента.
Если в массиве выдержан какой-то принцип расположения элементов (упорядочение), то все операции поиска можно ускорить. Упорядоченным по неубыванию считается массив, в котором каждый следующий элемент не меньше предыдущего, упорядоченным по невозрастанию — тот, где каждый следующий элемент не больше предыдущего.
В упорядоченных массивах можно искать любой заданный элемент методом деления отрезка пополам, а поиск максимума и минимума вообще не нужен.
Алгоритмов сортировки массивов достаточно много, наиболее простой в реализации — метод пузырька. Этот алгоритм предполагает многократный проход по массиву; на каждом проходе (итерации цикла) циклически обмениваются местами попарно элементы, стоящие в неправильной последовательности. В результате самый «легкий» элемент (минимальный или максимальный) «всплывает» и занимает свое место. На каждой итерации количество обрабатываемых элементов уменьшается на единицу. Итерации повторяются, пока требуется выполнить хотя бы одну перестановку:
Другой пример — сортировка вставками. На i-й итерации считается, что часть масива с 1-го по (i - 1)-й элемент уже упорядочена. Далее i-й элемент вставляется в отсортированную часть массива без нарушения упорядоченности. И так далее.
Логические переменные. Логические выражения и их преобразования. Построение таблиц истинности логических выражений.
^ Основные понятия и операции алгебры логики
Формальной логикой принято называть античную логику, основанную Аристотелем. Это название происходит от основного принципа логики как науки, который гласит, что правильность рассуждения (умозаключения) определяется только его логической формой, или структурой, и не зависит от конкретного содержания входящих в него суждений [16].
Логика изучает формы мышления с точки зрения их структуры, законы и правила получения некоторого знания. Формами мышления являются: понятие, суждение, умозаключение.
Понятие — форма мышления, отражающая существенные свойства предмета или класса однородных предметов. Характеризуется содержанием и объемом. Содержание понятия — те признаки предмета, которые позволяют отличить предмет от всех остальных. Объем понятия — множество предметов, каждому из которых принадлежат эти признаки.
Суждение — форма мышления, в которой что-либо утверждается или отрицается о наличии предмета, его свойствах и действиях. Характеризуется содержанием и формой. Содержанием суждения является его смысл. Форма — способ построения. Суждения бывают истинными и ложными.
Умозаключение — форма мышления, в которой из одного или нескольких суждений на основании определенных правил вывода получается новое суждение (вывод, или заключение).
В своем развитии логика прошла ряд этапов. Современную логику называют математической. ^ Алгебра высказываний (алгебра логики) — раздел математической логики.
Алгебра логики возникла в середине XIX века в трудах Джорджа Буля. Создание алгебры логики представляло собой попытку решать традиционные логические задачи алгебраическими методами.
Учение о высказываниях, называемое алгеброй высказываний (алгеброй логики), является первой из формальных логических теорий.Объектами алгебры логики являются высказывания.
Алгебра логики имеет приложения при синтезе релей-но-контактных и электронных схем. В этой теории отвлекаются от содержания высказывания, а рассматривают только то его свойство, что оно представляет собой или истину, или ложь. Тогда высказывание можно рассматривать как вели
Всякое сложное высказывание, составленное из некоторых исходных высказываний посредством логических операций, будем называть логическим выражением. Его также называют формулой алгебры логики.
Исходные высказывания могут быть логическими константами (если имеют постоянное значение «истина» или «ложь») или логическими переменными.
Переменные высказывания — это такие переменные, значениями которых могут быть любые наперед заданные простые высказывания — константы.
Логические операции позволяют каждой формуле при заданных значениях входящих в нее высказываний приписать одно из двух значений: 0 или 1. Тем самым каждая формула может рассматриваться как некоторый способ задания или реализации функции алгебры логики. Логическая функция — это функция, определенная на множестве значений (истина, ложь) и принимающая значение из того же множества [16]. Например: Л = А&В, F2 = AvB.
Функцию можно задавать как в виде формулы, так и в виде таблицы, которая содержит все наборы значений переменных и значения функции на этих наборах. Такую таблицу называют таблицей истинности.
^Логические выражения и их преобразования
Будем называть две функции F1 и F2 равносильными, или тождественными, если при любых значениях всех переменных, входящих вЛ и F2,эти функции принимают одинаковые значения. Равносильность обозначается знаком равенства (=).
Посредством приведенных операций над высказываниями могут быть образованы другие, сколь угодно сложные высказывания.
Так можно получать из одной функции другую, равносильную ей.
Логические операции имеют следующий приоритет: действия в скобках, инверсия, &, v, —>, ~.
В алгебре логики имеется ряд законов, позволяющих осуществлять равносильные преобразования формул.
^ Законы логики и правила преобразования логических выражений
В алгебре, которую мы изучаем в школе, существуют пять основных законов: переместительные, сочетательные и распределительный. Среди законов алгебры логики есть подобные законы.
С использованием законов алгебры логики выполняются преобразования сложных логических функций.
Если логическая функция представлена с помощью дизъюнкций, конъюнкций и инверсий, то такая форма представления называется нормальной.
Логическая функция называется тождественно ложной, если она принимает значение «ложь» на всех наборах входящих в нее простых высказываний. Например:
Логическая формула называется тождественно истинной, если она принимает значение «истина» на всех наборах входящих в нее простых высказываний (тождественно истинные высказывания часто называют тавтологиями). Например:
Построение таблиц истинности логических выражений
Таблица истинности логического выражения — это таблица, содержащая значения логического выражения, полученные на всех значениях входящих в него логических переменных.
Правило построения таблицы истинности:
6. Провести заполнение таблицы истинности по столбцам, выполняя логические операции в соответствии с установленной в п. 4 последовательностью.
Приведенные выше законы можно доказать построением таблиц истинности.
Построим таблицу истинности для доказательства равно-
Столбцы, соответствующие искомым выражениям, совпали. Следовательно, выражения равносильны.
Билет № 9
Логические элементы и схемы. Типовые логические устройства компьютера: полусумматор, сумматор, триггеры, регистры.
Работа компьютера состоит в операциях над двоичными кодами и пересылке этой информации по линиям связи. Средством обработки двоичных сигналов в компьютере являются логические элементы. Причем, для реализации любых логических операций над двоичными сигналами достаточно элементов трех типов, реализующих три основные логические операции — И, ИЛИ, НЕ. Логический элемент — это электронная схема с одним или несколькими входами и одним выходом, через которые проходят электрические сигналы, представляющие цифры 1 и 0; на выходе логический элемент выдает значение логического произведения, логической суммы или отрицания.
Так как сигнал, выработанный одним логическим элементом, можно подавать на вход другого элемента, то это дает возможность образовывать схемы из отдельных логических элементов, которые называются функциональными схемами. Из отдельных логических элементов можно создать функциональную схему арифметического назначения.
Устройства компьютера (сумматор в процессоре, регистры, ячейки памяти в оперативной памяти и др.) строятся на основе базовых логических элементов.
^ Типовые логические устройства
Триггер
Для хранения информации в оперативной памяти компьютера, а также во внутренних регистрах процессора используются триггеры. Триггер может находиться в одном из двух устойчивых состояний (одно из которых обозначает ноль, а другое — единицу), что позволяет запоминать, хранить и считывать 1 бит информации.
Самый простой триггер — iJS-трштер. Он состоит из двух элементов ИЛИ-НЕ, входы и выходы которых соединены кольцом: выход первого соединен со входом второго и выход второго — со входом первого. Триггер имеет два входа S (от англ. set — установка) и R (от англ. reset — сброс) и два выхода Q (прямой) и Q (инверсный).
Логическая схема .RS-триггера [39]:
Если на входы поступают сигналы R = 0 и S = O.jro триггер находится в режиме хранения, на выходах Q и Q сохраняются установленные ранее значения.
Если на установочный вход S поступает на короткое время сигнал 1, то триггер переходит в состояние 1 и после того, как сигнал на входе S станет равен 0, триггер будет сохранять это состояние, т. е. будет хранить 1. При подаче 1 на вход R триггер перейдет в состояние 0. Подача на оба входа S и R логической единицы может привести к неоднозначному результату, поэтому такая комбинация входных сигналов запрещена.
^ Сумматоры [9, 31]
Сумматор — это вычислительная схема, выполняющая процедуру сложения поступающих на ее вход двоичных кодов.
По числу входов различают полусумматоры, одноразрядные сумматоры (ОС) и многоразрядные сумматоры.
Рассмотрим построение схемы одноразрядного полусумматора, предназначенного для сложения двух двоичных чисел в одном разряде.
Составим таблицу логических значений для сумматора, где А, В — слагаемые, Р и Y — перенос и цифра разряда для суммы соответственно:
Заметим, что Р — это функция, реализующая операцию конъюнкции двух переменных А и В, а У — отрицание операции эквивалентности:
На основе полученных логических функций можно построить схему полусумматора. Схема требует два логических элемента И, один логический элемент ИЛИ, один логический элемент НЕ.
Эта схема называется полусумматором, так как в ней отсутствует третий вход — перенос из предыдущего разряда.
Схема полного одноразрядного сумматора должна содержать три входа: два слагаемых одного разряда и перенос из предыдущего разряда; и два выхода: сумму в данном разряде и перенос в следующий разряд.
Составим таблицу логических значений для одноразрядного сумматора, где А, В — слагаемые, Pq — перенос из предыдущего разряда, Р js.Y — перенос в следующий разряд и цифра разряда для суммы соответственно. В таблице будет 8 строк, так как имеется 3 входа.
Для сложения двух четырехразрядных чисел потребуется три одноразрядных сумматора и один полусумматор. Схема суммирования, на основе таких блоков, будет иметь вид:
Здесь As, А2, А\, Aq, В3, В%, ^1» ^0 — соответственно двоичные цифры слагаемых, У3> ^2» ^1> ^о — двоичные цифры результата. Если единица переноса возникнет в старшем разряде, то она будет потеряна, говорят, что произойдет переполнение разрядной сетки.
Чтобы избежать таких ситуаций, следует для переменных в программах задавать соответствующий тип данных для целых чисел (например, LONGINT вместо INTEGER) или выбирать экспоненциальную форму записи (например, REAL).
Суммируемые коды поступают на входы сумматора одновременно по всем разрядам. Для этого в каждом разряде используется сумматор на три входа, на выходах которого образуются значения суммы Yi данного разряда и переноса Pj+i в старший разряд. В процессе распространения сигнала переноса устанавливается окончательное значение суммы в каждом разряде. Очевидно, что в течение этого времени на входах сумматора присутствуют сигналы At, Bt, соответствующие суммируемым кодам. Максимальное по времени суммирование получается в том случае, когда перенос, возникший в первом разряде, распространяется по всем разрядам (например, при сложении кодов 11..11 и 00..01).
Регистр
Триггер запоминает один разряд двоичного числа. Для запоминания га-разрядного двоичного числа необходимо п соединенных между собой триггеров. Получаем n-разрядный регистр.
Билет № 10
Информационные (нематериальные) модели. Моделирование как метод познания. Назначение и виды информационных моделей. Основные этапы компьютерного моделирования.
^ Информационные (нематериальные) модели. Моделирование как метод познания
Прежде чем перейти к информационным и математическим моделям, следует рассмотреть несколько примеров, поясняющих, что такое модель.
Прежде чем построить новый корабль, кораблестроитель сначала строит модель — маленький деревянный кораблик — и испытывает ее. Для того чтобы объяснить, как функционирует система кровообращения, лектор демонстрирует плакат, на котором стрелочками изображены направления движения крови. Это модель системы кровообращения. Перед тем как запустить в производство самолет, его помещают в аэродинамическую трубу и с помощью соответствующих датчиков определяют величины напряжений, возникающих в различных местах конструкции. Это модель нагрузок, которые испытывает самолет .
Во всех перечисленных примерах имеет место сопоставление некоторого объекта с другим, его заменяющим: реальный корабль — деревянный кораблик; система кровообращения — схема на плакате; серийный самолет — единичный самолет в аэродинамической трубе. Причем во всех случаях предполагается, что какие-то свойства сохраняются при переходе от исходного объекта к его заменяющему. Например, хотя самолет, находящийся в аэродинамической трубе, и не летит, но напряжения, возникающие в его корпусе, соответствуют условиям полета.
Итак, можно сказать, что модель — это такой материальный или мысленно представляемый объект, который замещает объект-оригинал с целью его исследования, сохраняя некоторые важные для данного исследования типичные черты и свойства оригинала, т. е. его существенные стороны.
Хорошо построенная модель, как правило, доступнее для исследования, чем реальный объект (например, такой, как экономика страны, Солнечная система и т. п.). Другое, не менее важное назначение модели состоит в том, что с ее помощью выявляются наиболее существенные факторы, формирующие те или иные свойства объекта. Модель также позволяет учиться управлять объектом, что важно в тех случаях, когда экспериментировать с объектом бывает неудобно, трудно или невозможно (например, когда эксперимент имеет большую продолжительность или когда существует риск привести объект в нежелательное или необратимое состояние).
Таким образом, мы можем сделать вывод, что модель необходима для того, чтобы:
Интересно, что хорошо построенная модель обладает удивительным свойством: ее изучение может дать некоторые новые знания об объекте-оригинале. Примером может служить Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. С ее помощью оказалось возможным как предсказание свойств существующих элементов, так и открытие новых элементов.
Процесс построения модели называется моделированием.
Модели могут быть материальными и информационными. ^ Материальные модели воспроизводят физические, геометрические и другие свойства объекта. Примеры: глобус, скелет, макеты зданий и мостов, модели самолетов, кораблей, автомобилей.
Предметом изучения информатики являются информационные модели. ^ Информационные модели представляют объекты в образной или знаковой форме. Объектом информационного моделирования могут быть физические (падение тел), химические (реакции горения), биологические (фотосинтез в листьях растений) процессы, метеорологические явления (гроза, торнадо), экономические (падение курса валюты), социальные (миграция, рост населения) процессы и т. д. Знаковая информационная модель может быть представлена в виде текста (программа на языке программирования), формулы (второй закон Ньютона F = ma), таблицы (периодический закон Д. И. Менделеева), карты, схемы, чертежа (используется язык графических элементов). Естественные языки используются для создания описательных информационных моделей (гелиоцентрическая модель мира Коперника). С помощью формальных языков строятся формальные информационные модели (математические, логические). Модели, построенные с использованием математических понятий и формул, называются математическими моделями. В физике рассматривается много различных функциональных зависимостей, выраженных на языке алгебры, которые представляют собой математические модели изучаемых явлений или процессов.
^ Предметом изучения информатики являются общие принципы построения информационных модел
32. Эволюция языков программирования
Классификация языков программирования
В развитии инструментального программного обеспечения рассматривают пять поколений языков программирования (ЯП). Языки программирования как средство общения человека с ЭВМ от поколения к поколению улучшали свои характеристики, становясь все более доступными в освоении непрофессионалам.
Первые три поколения ЯП характеризовались более сложным набором зарезервированных слов и синтаксисом. Языки четвертого поколения все еще требуют соблюдения определенного синтаксиса при написании программ, но он значительно легче для освоения. Естественные ЯП, разрабатываемые в настоящее время, составят пятое поколение и позволят определять необходимые процедуры обработки информации, используя предложения языка, весьма близкого к естественному и не требующего соблюдения особого синтаксиса (табл. 2)
|
Таблица 2. Поколения ЯП |
||
|
Поколения |
Языки программирования |
Характеристика |
|
Первое |
Машинные |
Ориентированы на использование в конкретной ЭВМ, сложны в освоении, требуют хорошего знания архитектуры ЭВМ |
|
Второе |
Ассемблеры, макроассемблеры |
Более удобны для использования, но по-прежнему машинно-зависимы |
|
Третье |
Языки высокого уровня |
Мобильные, человеко-ориентированные, проще в освоении |
|
Четвёртое |
Непроцедурные, объектно-ориентированные, языки запросов, параллельные |
Ориентированы на непрофессионального пользователя и на ЭВМ с параллельной архитектурой |
|
Пятое |
Языки искусственного интеллекта, экспертных систем и баз знаний, естественные языки |
Ориентированы на повышение интеллектуального уровня ЭВМ и интерфейса с языками |
ЯП первого поколения представляли собой набор машинных команд в двоичном (бинарном) или восьмеричном формате, который определялся архитектурой конкретной ЭВМ. Каждый тип ЭВМ имел свой ЯП, программы на котором были пригодны только для данного типа ЭВМ. От программиста при этом требовалось хорошее знание не только машинного языка, но и архитектуры ЭВМ.
Второе поколение ЯП характеризуется созданием языков ассемблерного типа (ассемблеров, макроассемблеров), позволяющих вместо двоичных и других форматов машинных команд использовать их мнемонические символьные обозначения (имена). Являясь существенным шагом вперед, ассемблерные языки все еще оставались машинно-зависимыми, а программист все также должен был быть хорошо знаком с организацией и функционированием аппаратной среды конкретного типа ЭВМ. При этом ассемблерные программы все так же затруднительны для чтения, трудоемки при отладке и требуют больших усилий для переноса на другие типы ЭВМ. Однако и сейчас ассемблерные языки используются при необходимости разработки высокоэффективного программного обеспечения (минимального по объему и с максимальной производительностью).
Третье поколение ЯП начинается с появления в 1956 г. первого языка высокого уровня - Fortran, разработанного под руководством Дж. Бэкуса в фирме IBM. За короткое время Fortran становится основным ЯП при решении инженерно-технических и научных задач. Первоначально Fortran обладал весьма ограниченными средствами обеспечения работы с символьной информацией и с системой ввода-вывода. Однако постоянное развитие языка сделало его одним из самых распространенных ЯВУ на ЭВМ всех классов - от микро- до суперЭВМ, а его версии используются и для вычислительных средств нетрадиционной параллельной архитектуры.
Вскоре после языка Fortran появились такие ныне широко известные языки, как Algol, Cobol, Basic, PL/1, Pascal, APL, ADA, C, Forth, Lisp, Modula и др. В настоящее время насчитывается свыше 2000 различных языков высокого уровня.
Языки четвертого поколения носят ярко выраженный непроцедурный характер, определяемый тем, что программы на таких языках описывают только Что, а не как надо сделать. В программах формируются скорее соотношения, а не последовательности шагов выполнения алгоритмов. Типичными примерами непроцедурных языков являются языки, используемые для задач искусственного интеллекта (например, Prolog, Langin). Так как непроцедурные языки имеют минимальное число синтаксических правил, они значительно более пригодны для применения непрофессионалами в области программирования.
Второй тенденцией развития ЯП четвертого поколения являются объектно-ориентированные языки, базирующиеся на понятии программного объекта, впервые использованного в языке Simula-67 и составившего впоследствии основу известного языка SmallTalk. Программный объект состоит из структур данных и алгоритмов, при этом каждый объект знает, как выполнять операции со своими собственными данными. На самом деле, различные объекты могут пользоваться совершенно разными алгоритмами при выполнении действий, определенных одним и тем же ключевым словом ("так называемое свойство полиморфизма). Например, объект с комплексными числами и массивами в качестве данных будет использовать различные алгоритмы для выполнения операции умножения. Такими свойствами обладают объектно-ориентированные Pascal, Basic, C++, SmallTalk, Simula, Actor и ряд других языков программирования.
Третьим направлением развития языков четвертого поколения можно считать языки запросов, позволяющих пользователю получать информацию из баз данных. Языки запросов имеют свой особый синтаксис, который должен соблюдаться, как и в традиционных ЯП третьего поколения, но при этом проще в использовании. Среди языков запросов фактическим стандартом стал язык SQL (Structured Query Language).
И, наконец, четвертым направлением развития являются языки параллельного программирования (модификация ЯВУ Fortran, языки Occam, SISAL, FP и др.), которые ориентированы на создание программного обеспечения для вычислительных средств параллельной архитектуры (многомашинные, мультипроцессорные среды и др.), в отличие от языков третьего поколения, ориентированных на традиционную однопроцессорную архитектуру.
К интенсивно развивающемуся в настоящее время пятому поколению относятся языки искусственного интеллекта, экспертных систем, баз знаний (InterLisp, ExpertLisp, IQLisp, SAIL и др.), а также естественные языки, не требующие освоения какого-либо специального синтаксиса (в настоящее время успешно используются естественные ЯП с ограниченными возможностями - Clout, Q&A, HAL и др.).
Классификация ЯП
Изучение ЯП часто начинают с их классификации. Определяющие факторы классификации обычно жестко не фиксируются. Чтобы продемонстрировать характер типичной классификации, опишем наиболее часто применяемые факторы, дадим им условные названия и приведем примеры ЯП для каждой из классификационных групп (табл. 1.7).
Элементы языков программирования могут рассматриваться на следующих уровнях:
алфавит - совокупность символов, отображаемых на устройствах печати и экранах и/или вводимых с клавиатуры терминала. Обычно это набор символов Latin-1, с исключением управляющих символов. Иногда в это множество включаются неотображаемые символы, с указанием правил их записи (комбинирование в лексемы);
лексика - совокупность правил образования цепочек символов (лексем), образующих идентификаторы (переменные и метки), операторы, операции и другие лексические компоненты языка. Сюда же включаются зарезервированные (запрещенные, ключевые) слова ЯП, предназначенные для обозначения операторов, встроенных функций и пр.
|
Таблица 3. Классификация ЯП |
|||
|
Фактор |
Характеристика |
Группы |
Примеры ЯП |
|
Уровень ЯП |
Степень близости ЯП к архитектуре ПК |
Низкий |
Автокод, ассемблер |
|
Высокий |
Fortran, Pascal, ADA, Basic, С и др. |
||
|
Сверхвысокий |
Сетл |
||
|
Специализация ЯП |
Потенциальная или реальная область применения |
Общего назначения (универсальные) |
Fortran (инженерные расчёты), Cobol (Коммерческие задачи), Refal, Lisp(символьная обработка), Modula, ADA(программирование в реальном времени) |
|
Специализированные |
|
||
|
Алгоритмичность (процедурность) |
Возможность абстрагироваться от деталей алгоритма решения задачи. Алгоритмичность тем выше, чем точнее приходится планировать порядок выполняемых действий |
Процедурные |
Ассемблер, Fortran, Basic, Pascal, ADA |
|
Непроцедурные |
Prolog, Langin |
Иногда эквивалентные лексемы, в зависимости от ЯП, могут обозначаться как одним символом алфавита, так и несколькими. Например, операция присваивания значения в Си обозначается как "=", а в языке Pascal - ":=". Операторные скобки в Си задаются символами "{" и "}", а в Pascal - BEGIN и END. Граница между лексикой и алфавитом, таким образом, является весьма условной, тем более что компилятор обычно на фазе лексического анализа заменяет распознанные ключевые слова внутренним кодом (например, BEGIN - 512, END - 513) и в дальнейшем рассматривает их как отдельные символы;
синтаксис - совокупность правил образования языковых конструкций, или предложений ЯП - блоков, процедур, составных операторов, условных операторов, операторов цикла и пр. Особенностью синтаксиса является принцип вложенности (рекурсивность) правил построения конструкций. Это значат, что элемент синтаксиса языка в своем определении прямо или косвенно в одной из его частей содержит сам себя. Например, в определении оператора цикла телом цикла является оператор, частным случаем которого является все тот же оператор цикла;
семантика - смысловое содержание конструкций, предложений языка, семантический анализ - это проверка смысловой правильности конструкции. Например, если мы в выражении используем переменную, то она должна быть определена ранее по тексту программы, а из этого определения может быть получен ее тип. Исходя из типа переменной, можно говорит о допустимости операции с данной переменной. Семантические ошибки возникают при недопустимом использовании операций, массивов, функций, операторов и пр.
Исходная программа, как правило, состоит из следующих частей (впервые эти требования были сформулированы в языке Cobol):
раздел идентификации - область, содержащая наименование программы, а также дополнительную информацию для программистов и/или пользователей;
раздел связи - фрагмент текста, описывающий внешние переменные, передаваемые вызывающей программой (если таковая имеется), т.е. ту часть исходных данных, которая обязательно поступает на вход программы при ее запуске. Эти переменные часто называют параметрами программы;
раздел оборудования (среда) - описание типа ЭВМ, процессора, требований к оперативной и внешней памяти, существенных с точки зрения выполнимости программы.
Дело в том, что даже среди семейства однотипных ЭВМ могут существовать отличия в наборе машинных инструкций (команд), средств программирования ввода-вывода, кодированного представления данных, в связи с чем описание среды, приводимое в данном разделе оказывается необходимым транслятору с языка с точки зрения оптимизации выполнения или вообще оценки возможности создания рабочей программы;
раздел данных - идентификация (декларация, объявление; описание) переменных, используемых в программе, и их типов. Понятие типа позволяет осуществлять проверку данных на совместимость в операциях еще на этапе трансляции программы и отвергнуть недопустимые преобразования;
раздел процедур - собственно программная часть, содержащая описание процессов обработки данных. Элементами процедуры являются операторы и стандартные функции, входящие в состав соответствующего языка программирования.
Необходимо отметить, что конкретные ЯП могут не требовать наличия всех выше перечисленных разделов исходного модуля. В некоторых случаях описания переменных могут размещаться произвольно в тексте, или опускаются, при этом тип переменной определяется компилятором, исходя из системы умолчаний; есть средства программирования, в которых тип переменной задается в момент присвоения ей значения другой переменной или константы и т.д. Существуют фрагменты описания данных, которые могут быть отнесены как к разделу данных, так и к разделу оборудования (указания на устройство, длину и формат записи, организацию файла и т.п.).
33
В компьютерной лаборатории моего колледжа в перерывах еженощных бдений над кодированием и отладкой обсуждались две вечные темы: «что лучше, emacs или vi?» и «какой язык программирования самый хороший?». Позже, когда я начал работать в индустрии, я заметил, что споры вокруг языков программирования продолжались и в кампусах Кремниевой Долины. Это было в 1990-е гг., и многие в Sun ожидали, что Java завоюет значительную популярность среди разработчиков, особенно тех, которые до этого использовали C или C++.
Я всегда считал, что понятие наилучшего языка является слишком субъективным и слишком зависимым от природы текущей программистской задачи. Однако в течение своей карьеры я потратил много времени на обдумывание двух связанных с этим вопросов, которые кажутся мне более принципиальными. Во-первых, не сокращается ли со временем число языков, используемых при разработке программного обеспечения в целом? Другими словами, не сужается ли множество компьютерных языков? Во-вторых, из-за чего некоторый конкретный язык оказывается более пригодным, или более полезным, или быстрее осваиваемым при решении некоторой частной задачи?
При размышлении над этими вопросами я пришел к заключению, что интереснее наблюдать не за битвой тяжеловесов, а за их менее изученными отпрысками – специализированными (purpose-built) языками. Эти языки вырастают как сорняки на обочине основного пути развития языков, и их свойства и история заставляют пересмотреть интуитивные ответы на принципиальные вопросы относительно языков программирования. С учетом специализированных языков оказывается, что разработка языков программирования вовсе не сокращается, а их полезность определяется вовсе не улучшенной структурой или более развитыми свойствами с традиционных позиций конструирования языков. В специализированных языках даже игнорируется строгое определение, являющееся нормой для разработчиков компиляторов:
И у некоторых таких языков даже отсутствует название.
Наиболее важно то, что на использовании специализированных языков часто основывается значительная часть разработки крупных программных систем, таких как операционные системы. Они либо служат инструментами разработки, либо позволяют «склеивать» различные части более крупной среды. Поэтому особенно интересно «раскопать» некоторые малоизвестные подобные творения и взглянуть на их связи с нашими общими представлениями о языках программирования. В течение своей карьеры, работая над несколькими коммерческими операционными системами и крупными программными компонентами, я пришел к выводу, что постоянная разработка новых языков является неотъемлемой частью процесса развития и сопровождения широкомасштабных программных систем
Среда Unix с ее философией поддержки многочисленных легко связываемых мелких инструментальных средств была идеальной оранжереей для взращивания специализированных языков. Поверхностный просмотр руководств по ОС Unix начала 1980-х гг. показывает, что в это время активно использовалось более 20 мелких языков разного вида (см. рис. 1).
Рис. 1. Небольшие языки в Unix в начале 1980-х гг.
В состав этих языков входили полные языки программирования (sh), препроцессоры (yacc), командные языки (adb) для представления конечных автоматов и структур данных (регулярных выражений, отладочных «заглушек»). Двадцать лет спустя, когда Sun выпустила современную Unix-систему Solaris 10, почти для всех новых существенных средств операционной системы потребовалось введение новых специализированных языков:
История одного из этих небольших языков из мира Unix, а именно, того, который используется в отладчике adb, особенно хорошо иллюстрирует стихийное развитие и одновременную закоснелость мелкого языкового средства, полезного в крупной системе.
Развитие без отчетливой цели
Ранняя разработка Unix происходила на системах PDP компании DEC, на которых имелся очень простой отладчик ODT (Octal Debugging Technique). В программах ODT поддерживался совершенно примитивный синтаксис: каждая команда состояла из восьмеричного адреса слова физической памяти, за которым следовал одиночный символ («B» для установки точки прерывания или слеш («/») для чтения и, возможно, записи содержимого в эту ячейку памяти) (см. рис. 2A).
Рис. 2. Синтаксис отладчика ODT-8, примерно 1967 г.
Итак, появился небольшой язык. Синтаксис ODT, очевидно, повлиял на вид первого отладчика новой системы Unix, разрабатывавшейся на PDP. Этот отладчик назвали просто db. Ко времени Unix V3 в 1971 г. в командном синтаксисе db были заимствованы основные черты языка ODT, который начал расширяться за счет использования дополнительных символов для определения режимов адресации и вариантов форматирования вывода, как показано на рис. 2B.
К 1980 г. db был заменен на adb, который был включен в описание AT&T SVR3 Unix. За это время в языке появилось несколько новых отладочных команд. Теперь поддерживались не только простые адреса, но и арифметические выражения (например, допустимой конструкцией стала «123+456 /»). Кроме того, символ после «/» теперь обозначал формат, а символ после «$» – действие. Синтаксис adb показан на рис. 2C.
Особенно интересной была конструкция «$<» для чтения внешнего командного файла, поскольку она обеспечила возможность разработки примитивных adb-программ, или макросов, в которых выполнялись последовательности команд, отображающих содержимое структур данных языка C по заданным адресам памяти. Т.е. для отображения структуры данных ядра proc нужно было взять ее адрес и затем ввести $ для выполнения предопределенной последовательности команд, отображающих содержимое памяти, в которой располагалась структура данных языка C, описывающая соответствующий процесс. Вид макросаproc в SunOS 4 образца 1984 г. показан на рис. 3. Для облегчения понимания вывода теперь стало позволяться дописывать к команде «/» в кавычках символы перехода на новую строку («n») и табуляции («16t»), которые включались в выводимые данные макроса. Переменная «.» содержала адрес, указанный при вызове макроса, а переменная «+» – этот исходный адрес, увеличенный на число байт, которые занимали все предшествующие символы форматирования. Такие макросы поддерживались вместе с исходным кодом ядра.
Рис. 3. Отладка структуры proc в SunOS 4, около 1984 г.
Более чем на 10 лет позже, в 1997 г. я работал в Sun над системой, которая стала Solaris 7. Это было наше первое 64-разрядное ядро, но для отладки ядра был доступен только все тот же adb, что и в 1984 г., и в нашей базе исходных кодов теперь содержались сотни полезных файлов с макросами. К сожалению, было практически невозможно портировать adb с 32-разрядной на 64-разрядную архитектуру, так что казалось, что пришло время для разработки нового, более современного отладчика с многими более развитыми возможностями.
Когда я размышлял, как лучше подойти к решению этой проблемы, мне пришло в голову, что, несмотря наличие у adb машинно-зависимого, неструктурированного кода, ключевой особенностью этого отладчика является его синтаксис, который глубоко проник в умы и стиль работы всех наших наиболее опытных и эффективных инженеров. (Как кто-то метко заметил в то время, «он на кончиках наших пальцев».) Поэтому я предложил создать новый модульный отладчик (mdb), поддерживающий API для развитой отладки ядра и другие современные возможности, но сохраняющий точную обратную совместимость с существующим синтаксисов и макросами. Усложненные новые конструкции добавлялись путем введения нового префикса («::»), так что они не подрывали существующий синтаксис (например, появилась конструкция «::findleaks» для проверки отсутствия утечки памяти в ядре). Полный синтаксис был должным образом закодирован как парсер yacc. От использования файлов-макросов постепенно отказались в пользу отладочной информации, генерируемой компиляторами, но синтаксис «$<» был оставлен в качестве алиаса. Десять лет спустя mdb остается стандартным инструментом «посмертной» отладки ядра OpenSolaris и расширяется сотнями программистов.
Эта история об отладчиках иллюстрирует ту мысль, что небольшие встраиваемые специализированные языки могут развиваться, по существу, случайным образом, без наличия отчетливой цели, согласованной грамматики или парсера и даже названия, и, тем не менее, выживать и разрастаться в средах производственных операционных систем в течение более чем 40 лет. За этот же период времени возникли и ушли в небытие многие массовые языки (Algol, Ada, Pascal, Cobol и т.д.). По сути дела, этот язык отладчиков выжил по одной причине: он позволял точно кодировать задачу, выполнение которой требовалось пользователям, и поэтому был им близок. Взять адрес, получить содержимое соответствующей ячейки памяти, найти следующий адрес, перейти к следующей интересующей ячейке, получить ее содержимое и т.д. Для специализированных языков глубокая связь с некоторой задачей и соответствующим сообществом пользователей часто является более ценной, чем отчетливая цель и элегантный синтаксис.
Мутация и гибридизация
При разработке специализированных встроенных языков часто играет важную роль мутация, иногда случайная, а иногда намеренная. Один из распространенных видов мутации состоит в добавлении к одному языку некоторого подмножества синтаксических конструкций другого языка (например, регулярных выражений). Этот тип мутации может реализовываться путем использования препроцессора, преобразующего одни высокоуровневые конструкции в другие или переплетающего синтаксис добавляемых конструкций с синтаксисом целевого языка. Мутации могут зайти настолько далеко, что в результате образуется новый гибридный язык. Наиболее известные примеры полностью гибридных языков представляют инструментальные средства построения синтаксических анализаторов yacc и bison. Грамматика целевого языка определяется в виде набора правил синтаксического разбора, переплетенных с кодом на языке С, который выполняется под управлением этих правил. В результате работы этих инструментальных средств порождается C-программа, включающая код для правил и код автомата синтаксического разбора на основе заданной грамматики.
Еще одним примером этого типа мутации в среде ранних вариантов Unix являлся препроцессор Ratfor(Rational Fortran), разработанный Брайаном Керниганом (Brian Kernighan). В программах на языке Ratforпозволялось писать Fortran-код с использованием выражений и логических блоков языка C. Препроцессор транслировал такую программу в программу на чистом языке Fortran с номерами строк и операторами goto, как это показано на рис. 4.
Рис. 4. Fortran и Ratfor, примерно 1975 г.
Еще более странным мутантным языком был гибрид языков C и Algol, реализованный с использованием препроцессора для языка C и применявшийся в коде adb. По-видимому, Стив Борн (Steve Bourne), автор алголоподобного синтаксиса shell, хотел, чтобы в будущих языках сохранялась часть генома языка Algol. Примерный код показан на рис. 5.
Рис. 5. Мутант C и Algol из раннего варианта adb
Увы, для облегчения сопровождения более поздние версии этого кода пропускались через препроцессор и сохранялись уже в преобразованном виде. Во многих дальнейших языках имелась более четкая гибридизация, облегчающая переход от одной среды к другой. Вслед за широким распространением языкаC синтаксис его выражений стал использоваться в огромном числе новых языков, больших и маленьких, включая Awk, C++, Java, JavaScript, D, Ruby и многие другие. Аналогично, вслед за успехом языка Perl во многих других скриптовых языках были переняты его полезные расширения синтаксиса регулярных выражений как новая каноническая форма. Базовые концепции, такие как синтаксис выражений, часто образуют основную часть небольшого языка, и заимствования из какой-либо общепринятой модели позволяют быстро его реализовать и внедрить в практическое использование.
Симбиоз
При разработке крупных программных систем небольшие языки часто находятся в симбиотическом партнерстве с основным языком разработки или с самой системой. Описанный выше макроязык adb не выжил бы вне базы исходных кодов своего родителя – системы Unix. Другим примером является макроязык любимых многими электронных таблиц: он существует для обеспечения удобного способа манипулировать видимыми пользователями абстракциями содержащего их программного приложения.
В мире операционных систем моим любимым примером симбиоза является объединение языка Forth с языком ассемблера SPARC, созданное в Sun в ходе работы над встроенным программным обеспечениемOpenBoot. Идея состояла в том, чтобы создать небольшой интерпретатор, используемый в качестве среды начальной загрузки рабочих станций SPARC. Для среды начальной загрузки был выбран язык Forth, поскольку ядро этого языка является крошечным и может быть моментально перенесено на новые процессор и платформу. Кроме того, с использованием словарей Forth в интерпретаторе можно «на лету» определять новые команды для отладки. Поскольку в языке Forth допускается, чтобы его словари подменяли определения слов (лексем) в интерпретаторе, возникла оригинальная идея использования интерпретатора как макроассемблера для аппаратуры. Был создан набор словарей для переопределения всех кодов операций SPARC (ld, move, add и т.д.) кодами Forth, которые вычисляли бинарное представление ассемблируемых команд и сохраняли его в памяти. Тем самым, все низкоуровневые функции можно было писать на языке, который выглядел как язык ассемблера, сопровождаемый Forth-заголовками. Текст вводился в крошечный интерпретатор, который ассемблировал его в объектный код в основной памяти по мере разбора лексем и выполнял результирующую подпрограмму.
В последние годы плодородной почвой для мутации и симбиоза стали Web-браузеры. Центральными фигурами в современной Web-разработке являются интерпретируемые JavaScript и XML. (XML является синтаксической основой для разнообразных других языков и богатым источников гибридных языков и мутаций.) В распространенной модели программирования Ajax объекты JavaScript могут сериализоваться в форме XML, и XML-кодировки могут использоваться для передачи на сервер обратных вызовов удаленных процедур. В одной из таких кодировок, XML-RPC, обеспечивается стандартное расширение multicall, позволяющее браузеру на стороне клиента вызывать несколько процедур на стороне сервера за одну передачу данных по сети. Ниже показан пример одиночного вызова методаx.foo, за которым следует последовательность вызовов того же метода с использованием multicall:
x.foo( { bar: 123, baz: 456 } ) ;
system.multicall (
{ methodName: ‘x.foo’,
params: [ { bar: 123, baz: 456 } ] },
{ methodName: ‘x.foo’,
params: [ { bar: 789, baz: 654 } ] },
{ methodName: ‘x.foo’,
params: [ { bar: 222, baz: 333 } ] }
)
При разработке кода пользовательского интерфейса Ajax для новой линейки продуктов хранения данных группа Fishworks компании Sun хотела обеспечить способ минимизации числа взаимодействий клиента и сервера. Сначала было придумано понятие множественного вызова, в котором параметр являлся результатом другого вызова. В следующем примере метод x.foo вызывается над результатом вызоваx.bar при одном взаимодействии XML-RPC:
system.multicall (
{ methodName: ‘x.foo’, methodParams: [
{ methodName: ‘x.bar’, params: [ 1, 2, 3 ] }
] } ,
...
)
Хитрость здесь состоит в том, что новый член структуры methodParams указывает, что следующие члены являются не статическими параметрами, а требуется рекурсивно вызывать другие методы, записывая в стек результаты этих вызовов. Поскольку требовалось поддерживать стек, единственным естественным путем было использование операций из какого-нибудь языка, основанного на стеке, с формированием полностью нового интерпретируемого языка, программа на котором объявляется как данные вJavaScript, посылается серверу с использованием существующей сериализации XML-RPC и исполняется расширениями нашего интерпретатора XML-RPC. Некоторые операции, реализованные нами в Sun, показаны ниже:
system.multicall (
{ foreach: [ [ 2, 4, 6 ], [
{ methodName: ‘x.foo’, params: [] },
{ push: [ ] },
{ div: [ { pop: [] }, 2 ] }
] ] }
...
)
Этот пример показывает, что симбиотическая связь с JavaScript, по существу, позволяет существовать нашему языку без потребности в наличии собственного лексического или синтаксического анализатора и в основном служит целям переноса кода, критичного для производительности, из JavaScript на наш сервер и минимизации числа взаимодействий клиента и сервера. В индустрии видеоигр аналогичный симбиоз (без гибридного синтаксиса) был разработан между Lua и C/C++. Скриптовый язык Luaподдерживает распространенный способ написания кода игровых движков, не критичного для производительности, а конструкция интерпретатора Lua облегчает связывание с C-кодом.
Если в крупной программной системе взаимодействуют два или большее число языков, естественно образовать вокруг них экосистему инструментальных средств (возможно, путем соединения небольших языков на основе гибридного синтаксиса) для облегчения поддержки, развития и отладки системы в целом. Чем богаче экосистема, развивающаяся вокруг языков полной программной системы, как небольших, так и крупных, как специализированных, так и универсальных, тем дольше будет процветать среда в целом, и тем дольше будут успешно использоваться ее элементы. Поэтому, чем выше становятся наши башни программных абстракций, тем большее, а не меньшее число язы
34.
35
ЯЗЫК ПРОГРАММИРОВАНИЯ VISUAL BASIC. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ. ОБЪЕКТЫ, СВОЙСТВА, МЕТОДЫ
Visual Basic — это последняя версия одного из популярных языков программирования. В настоящее время с помощью Visual Basic можно быстро создавать приложения, работающие в среде Windows для любой области компьютерных технологий: бизнес-приложения, мультимедиа, приложения типа клиент — сервер и приложения управления базами данных. Кроме того, Visual Basic является встроенным языком для приложений Microsoft Office. Многие разработчики приложений также используют Visual Basic в качестве внутреннего языка своих приложений.
Visual Basic представляет собой интегрированную среду разработки, которая содержит набор инструментов, облегчающих и ускоряющих процесс разработки приложений. Причем процесс разработки заключается не в написании программы (программного кода), а в проектировании приложения. Приложение формируется средствами графического редактирования (компоновки), что позволяет свести процесс создания программного кода к минимуму.
Как и во всех современных системах визуального проектирования, в Visual Basic применяется объектно-ориентированный подход к программированию. Любое приложение, написанное на Visual Basic, представляет собой совокупность объектов.
Объект — некая сущность, которая четко проявляет свое поведение и является представителем некоторого класса подобных себе объектов. Почти все, с чем производится работа в VB, является объектами. Например: Форма, Командная кнопка, Текстовое поле и т. д.
Каждый объект характеризуется:
Свойство — это имеющий имя атрибут объекта. Свойства определяют характеристики объекта (цвет, положение на экране, состояние объекта).
Методы — это действия или задачи, которые выполняет объект (то, что можно делать с объектами).
Классом объектов в объектно-ориентированных языках программирования называется общее описание таких объектов, для которых характерно наличие множества общих свойств и общих действий, которые способны выполнять эти объекты (например, класс Командная кнопка — общее описание кнопок в окнах приложений). Они должны иметь множество общих свойств и других характеристик (например событий, одинаковых для всех этих объектов: щелчок мышью).
Приложение, создаваемое в среде Visual Basic, называется проектом. Программный проект — это совокупность частей, составляющих будущее WINDOWS-приложение. Любой проект должен обязательно состоять из экранных форм (хотя бы одной) и программных модулей (хотя бы одного). Visual Basic хранит каждый проект в отдельном файле с расширением vbp.
Экранная форма — это графическое представление WINDOWS-приложения вместе с содержанием этого окна. Содержание включает в себя:
В Visual Basic экранная форма хранится в отдельном файле с расширением frm.
Программный модуль — это хранящийся в отдельном файле программный код (текст некоторой программы). Он может использоваться при решении чаще всего одной, а иногда и нескольких задач. Имя этого файла имеет расширение bas.
Программный код проекта существует не сам по себе, он привязан к отдельным объектам экранной формы. Часть кода, которая относится только к одному объекту, в свою очередь может состоять из нескольких фрагментов-процедур.
В Visual Basic программный код почти всегда привязывается к какому-либо событию, которое является сигналом к началу работы программы. Например, щелчок мыши по какому-либо объекту экранной формы; загрузка новой экранной формы; перемещение указателя мыши вдоль полосы прокрутки; нажатие какой-либо клавиши на клавиатуре.
Сначала проектируется экранная форма, затем устанавливаются события, которые будут происходить в работающем приложении, и только затем программируются действия, связанные с этими событиями.
Событие — это характеристика класса объекта, описывающая внешнее воздействие, на которое реагирует объект этого класса во время работы приложения.
Большинство процедур, из которых состоит программный код VB, привязаны к событиям и называются процедурами-событиями.
Создание любого приложения состоит из следующих этапов.
Приложение может работать в режиме компиляции или интерпретации. В режиме интерпретации все инструкции на языке БЭЙСИК, из которых состоит программа, будут выполняться системой Visual Basic непосредственно в процессе их чтения компьютером строка за строкой в среде разработки.
В режиме компиляции сначала производится отладка программы с помощью интерпретатора, затем она полностью транслируется (переводится) с языка высокого уровня (Бейсика) на язык низкого уровня (язык машинных команд компьютера), т. е. компилирует.
Скомпилированная программа помещается в файл с расширением ехе. Этот файл может быть запущен на исполнение самостоятельно, без поддержки среды Visual Basic.
36
Структура языка программирования Visual Basic. Алфавит и основные конструкции.
Образовательные задачи:
1. Дать понятие структуры языка программирования Visual Basic .
2. Расширить представление о проекте путём создания более сложного проекта.
Воспитательные задачи:
Язык Visual Basic имеет разнообразные средства визуализации разрабатываемых приложений. Однако создать готовую программу без написания программного кода, как правило, не удается. Поэтому в ходе лекции мы рассмотрим структуру языка программирования и частично основные операторы Visual Basic.
^ 1. Структура языка программирования Visual Basic
Структура любого языка программирования высокого уровня состоит из следующих элементов:
Алфавит
Данные
Выражения и операции
Операторы и функции
^ 1.1. Алфавит языка Visual Basic
Алфавит - это полный набор букв, цифр и символов, принятых в языке для обозначения данных и действий над ними.
Алфавит языка Visual Basic включает следующий набор символов:
- прописные (A - Z) и строчные (а - z) буквы латинского алфавита;
- цифры от 0 до 9;
- знаки арифметических операций (в порядке возрастания приоритета): +, -, *, /, |, ^;
- знаки операций отношения: =, <, >.
- знаки препинания и разделители: , . : ; ( );
В алфавит языка входят также зарезервированные слова, которые не могут быть использованы в качестве имен переменных или процедур. Примеры зарезервированных слов: Dim, Sub, Integer и т.д. По умолчанию для выделения ключевых слов в окне редактирования кода Visual Basic используют шрифт синего цвета.
1.2. Данные
Данные - это возможные структуры языка, над которыми выполняются разрешенные действия (операции): константы, переменные и массивы. По способности к изменению все данные делятся на переменные и константы.
Переменная - это величина, которая может меняться при выполнении программы.
Константа .- величина, не меняющаяся в процессе работы. Примером константы может быть число
^ Типы переменных.
В Visual Basic различают переменные следующих типов.
Тип |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В отличие от других языков программирования Visual Basic не требует объявлять переменные перед их использованием. В случае, если переменная не объявлена, Visual Basic использует тип данных, заданный по умолчанию Variant (произвольный).
Однако правилом хорошего тона считается все-таки объявление переменной в начале процедуры.
– Dim VarName [As VarType] [,VarName 2[As VarType 2]]
– Private VarName [As VarType] [,VarName 2[As VarType 2]…]
– Static VarName [As VarType] [,VarName 2[As VarType 2]…]
– Public VarName [As VarType] [,VarName 2[As VarType 2]…],
где VarName – имя переменной,
VarType – тип переменной.
Определение: Переменные, доступные в любой процедуре, форме или модуле программы, называются глобальными.
Для создания глобальной переменой необходимо поместить оператор объявления переменной Public в раздел объявлений модуля.
Определение: Переменные, доступные только в пределах той процедуры, в которой они объявлены, называются локальными.
Константы
Visual Basic предлагает целый ряд констант. Существуют константы для определения цветовых наборов, типов доступа к данным, кодов клавиш и пр. Все константы в VB имеют префикс VB, например vbActiveTitleBar.
Чтобы узнать конкретное значение какой-либо из констант необходимо вызвать Object Browser при помощи кнопки на панели инструментов.
Кроме стандартных констант Visual Basic предоставляет возможность пользователю самому создать свои собственные константы:
Const name [As Type] = Value
^ 1.3. Выражения и операции.
Последовательность операций, которые необходимо произвести над данными, чтобы получить требуемое значение, называетсявыражением.
В Visual Basic существуют 4 категории операции:
1. Арифметические.
2. Сравнения.
3. Логические.
4. Строковые.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.4. Операторы
Оператор присваивания.
Формат оператора:
V = <выражение>,
где V – переменная;
<выражение> – выражение определенной категории.
Операторы присваивания позволяют реализовать лишь линейную структуру программы. В программировании используются и другие операторы, называемые управляющими, которые позволяют изменять линейную структуру вычислительного процесса. К таким операторам относятся условные операторы и операторы цикла.
Существуют два условных оператора:
1). IF…THEN
2). SELECT…END SELECT.
Специальные команды, которые располагаются в начале и конце набора операторов и обеспечивают их повторное выполнение, называются операторами цикла.
В Visual Basic имеются следующие типы циклов:
1). циклы со счетчиком– For…Next;
2). циклы с условием - Do…Loop.
Циклы со счетчиком используют при необходимости выполнить некоторые действия определенное число раз.
Циклы с условием используют тогда, когда некоторые действия должны повторяться, пока выполняется определенное условие или до тех пор, пока не будет выполнено определенное условие.
^ IV.Создание проекта
Игровой автомат дает выигрыш, если хотя бы одна из трех цифр будет семеркой. Создать проект, имитирующий действия этого автомата.
^ А) Создадим следующую форму:
Б) Поместим на форму следующие элементы:
Label1 – свойство Caption: “ Счастливая семерка “
Command1 – свойство Caption: “ Вращать “
Command2 – свойство Caption: “ Конец “
Text1 – свойство Text=0
Text2 – свойство Text=0
Text3 – свойство Text=0
Image1 – свойства Strech=true; Picture( путь поиска файла-катинки: Мои документы\
В) Введем в поле программного кода следующие процедуры:
Private Sub Command1_Click()
Image1.Visible = False
Label1.Caption = Int(Rnd * 10)
Label2.Caption = Int(Rnd * 10)
Label3.Caption = Int(Rnd * 10)
If (Label1.Caption = 7) Or (Label2.Caption = 7) Or (Label3.Caption = 7) Then
Image1.Visible = True
Beep
End If
End Sub
Private Sub Command2_Click()
End
End Sub
Г) Запустим проект на выполнение , щелкнув по кнопке Start на панели инструментов.
^ V.Самостоятельная работа
1. Удалить на форме элемент Text3 и изменить соответственно программный код, чтобы автомат срабатывал от двух цифр.
2. Изменить положения элементов на форме, перемещая их указателем мыши.
3. Заменить у элемента Label1 свойство Caption – на “Предлагаем выиграть!”.
^ VI.Фронтальный опрос
Перечислить основные элементы управления
Как перейти в поле программного кода?
Как установить свойство элемента?
Где можно увидеть список методов и событий относительно конкретного элемента на форме?
Что такое проект?
Что такое форма?
На какой панели находятся элементы управления?
Где можно увидеть свойства конкретного элемента?
Как запускается проект на выполнение?
^ VII.Итог урока
На уроке получены новые представления о создании проекта. Чтобы создать проект, необходимо выбрать форму и установить на ней необходимые элементы управления, затем перейти в поле программного кода и записать процедуры, описывающие действия этих элементов. Познакомившись с основными операторами программного кода, получены навыки их применения.
^ VIII.Задание на дом
Примечание: при изучении нового материала учащиеся делают в тетрадь необходимые записи под руководством учителя.
Формы обучения: общеклассные, групповые.
37.
|
программирование на языке бейсик |
|
Список операторов языка Бейсик.Ниже приведен список основных операторов языка Бейсик. Синтаксис операторов можно узнать из справочной системы Бейсик. Однако, часто нужно просмотреть синтаксис оператора на примере, чтобы понять его возможности. Поэтому в данном разделе для основных операторов приведены примеры, которые довольно исчерпывающе дают представление об их работе. Цифры и символы в двойных скобках показывают выводимый на экран результат работы операторов. ABS – возвращает абсолютное значение числа. Примеры. 1. PRINT ABS(4) ((4)) 2. i%=-4; PRINT ABS(i%) ((4)) 3. PRINT ABS(0) ((0)) AND - операция логического сложения. Примеры. 1. PRINT AND(0,0) ((0)) 2. PRINT AND(0,1) ((0)) 3. PRINT AND(1,0) ((0)) 4.PRINT AND(1,1) ((1)) ASC - возвращает код ASCII первого символа в их последовательности. Примеры. 1. PRINT ASC (“а”) ((97)) 2. PRINT ASC (“Москва”) ((140)) В данном примере выводится код первого символа, а именно символа «М». Отметим, что символы «а» латинское и «а» на кириллице имеют разные коды, соответственно - 97 и 160. ATN - возвращает значение арктангенса, где аргумент задан в радианах. Примеры. 1. PRINT ATN(3.141592) ((-6.278329E-07)) в данном примере в силу неточности задания числа пи, выводится не значение 0, а числа, которое довольно близко к нему 2.PRINT ATN(0) ((0)) BEEP - выдача звукового сигнала. Пример. BEEP - сигнал, который производит данный оператор не может быть изменен по тональности. Этот сигнал воспроизводится динамиком, который находится в системном блоке, а не при помощи звуковой платы. BLOAD - копирует данные в область оперативной памяти из файла, в который записывались данные при помощи команды BSAVE. BSAVE - копирует содержимое области памяти в файл. CALL - вызов подпрограммы. Отличие от вызова при помощи GOSUB заключается в том, что основная программа и подпрограмма не имеют общих переменных. Пример. DECLARE SUB m1 () i1% = 1: PRINT i1% |
|
CALL m1 PRINT " after ", i1% |
SUB m1 i1% = 2 : PRINT "sub ", i1% END SUB |
|
Как видно, в основной программе переменной i1% присваивается значение 1, а в подпрограмме переменной i1% присвоено значение 2. При выходе из подпрограммы в переменной оказывается значение 1. Это происходит потому, что переменные i1% в основной программе и в подпрограмме - разные и занимают разные области в оперативной памяти. CALL ABSOLUTE - передача управления машинным командам. CDBL - перевод вычисленного выражения в двойную точность. Пример. PRINT 7/11, CDBL (7/11) CHAIN - вызов другой программы. Примеры. 1. CHAIN “PRIM1” 2. a$=”C:\BASIC\prim1.bas”: CHAIN a$ Как видно из примеров, можно указать непосредственно имя программы, которая находится в той же директории, что и вызванная (Пример 1), а можно через переменную (а$). Кроме того, можно указать полный путь в случае, когда программа находится в другой директории, нежели текущая (Пример 2). CHDIR - установка текущей директории. Примеры. 1. CHDIR “C:\BASIC\PROGR” 2. a$=”C:\BASIC\PROGR”: CHDIR a$ Данный оператор устанавливает новую текущую директорию. В дальнейшем из нее будут искаться файлы в случае, когда не указан явный путь к ним, например, в операторе OPEN. Как видно из примеров, можно указать путь непосредственно в операторе (Пример 1), а можно через переменную (а$) (Пример 2). CHR$ – возврат символа по коду. Примеры. i1$=CHR$(67) 2. i1%=67: i1$ = CHR$(i1%) В результате выполнения примеров, в переменной i1$ будет находиться символ «С» латинское, код которого равен 67. Как видно из примеров, можно указать непосредственно в операторе код символа (Пример 1), а можно через переменную (i1$) (Пример 2). CINT - позволяет округлить число одинарной точности до целого. Примеры. 1. i1 = 12.346: PRINT i1, CINT(i1) ((12.345 12)) 2. i1 = 12.346: i2 = i1 * 100: i2 = CINT(i2): i2 = i2 / 100: PRINT i1, i2 ((12.346 12.35)) Во втором примере показана возможность округления не до целого, а до второй цифры после запятой. Округление производится по следующему правилу: Если число после запятой меньше или равно 0.5, то дробная часть отсекается, если дробная часть больше 0.5, например, 0.500001, то к целой части прибавляется 1. CIRCLE - прорисовка окружности или сектора в графическом режиме. Примеры. 1. SCREEN 9: CLEAR : CIRCLE (75, 100), 50 2. SCREEN 9: CLEAR : CIRCLE (75, 100), 50, 2, 0, 3.14 3. SCREEN 9: CLEAR : CIRCLE (75, 100), 50, , 0, 3.14, 1.1 4. SCREEN 9: CLEAR : CIRCLE (75, 100), 50, , -1, -3.14, 1.1 5. SCREEN 11: CLEAR : PSET (50, 100): CIRCLE STEP(25, 25), 50 В первом примере выводится окружность белого цвета на черном фоне, так как цвет не указан. В режиме «SCREEN 9» окружность будет выведена овалом. Для того, чтобы был выведен круг, следует воспользоваться режимом «SCREEN 11». Во втором примере выводится зеленым цветом полукруг в диапазоне от 0 радиан до 3.14 радиан. Третий пример позволяет сжать/растянуть окружность. При этом четвертый параметр дает коэффициент сжатия изображения относительно осей Х и У. Четвертый пример позволяет вывести сектор окружности, при этом концы ее соединены с центром окружности, так как параметры сектора даны в отрицательных значениях. Если указать параметры как «1, -3.14», то будет выведен один радиус к дуге со значением «-3.14», а если установить «-1, 3.14», то будет показан только радиус ко второй части дуги. Пятый пример позволяет вывести окружность, используя относительные координаты. В первых четырех примерах присутствовали абсолютные координаты, при котором центр окружности имеет координаты (75, 100). В четвертом примере, оператор PSET устанавливает координаты текущей точки как (50, 100), а затем переводит относительно данной точки в координаты (50+25, 100+25) = (75, 125). Аналогично, как и в предыдущих примерах вместо точных значений параметров окружности, можно установить переменные, например, «SCREEN 9: CLEAR : i1! = 75: i2! = 100: i3! = 50: i1% = 2: i4! = 1.1: i5! = 3.14: i6! = 1: CIRCLE (i1!, i2!), i3!, i1%, i4!, i5!, i6!». CLEAR – закрытие всех файлов, очистка всех переменных и массивов, а также очистка стека. Пример. CLEAR CLNG - позволяет округлить число двойной точности до целого. Примеры. 1. i1 = 12.346: PRINT i1, CLNG(i1) ((12.345 12)) 2. i1 = 12.346: i2 = i1 * 100: i2 = CLNG(i2): i2 = i2 / 100: PRINT i1, i2 ((12.346 12.35)) Во втором примере показана возможность округления не до целого, а до второй цифры после запятой. Округление производится по следующему правилу: Если число после запятой меньше или равно 0.5, то дробная часть отсекается, если дробная часть больше 0.5, например, 0.500001, то к целой части прибавляется 1 CLOSE – закрывает открытые файлы. Примеры. 1. OPEN “Rab.txt” FOR INPUT AS #1 : CLOSE #1 2. OPEN “Rab.txt” FOR INPUT AS #1 : CLOSE Несмотря на кажущуюся одинаковость, данные примеры немного по разному работают. В первом примере открывается файл «Rab.txt» и следующей командой он закрывается. Во втором примере закрываются все открытые файлы, то есть, если до этих операторов был открыт другой файл, то и он закроется, в то время, как в первом примере он останется открытым. CLS – очистка экрана от текста и графики. При работе с программой можно задать зону работы с графикой и текстом при помощи операторов VIEW (зона для графики) и VIEW PRINT (зона для текста). Если эти зоны не заданы, то происходит очистка всего экрана при любых параметрах оператора CLS. Если области заданы, то CLS без параметров - весь экран, CLS 0- очистка графической и текстовой зоны, CLS 1 - очистка зоны для графики, CLS 2 - очистка зоны для текста. Перед использованием данного оператора с параметрами проверьте их действие на примерах. Пример. CLS COLOR - установка цвета, где цвет представлен числом, значение которого представлено ниже. |
|
0 - черный |
4 - красный |
8 - серый |
12 - ярко - красный |
|
1 - синий |
5 - сиреневый |
9 - ярко - синий |
13 - ярко - сиреневый |
|
2 - зеленый |
6 - коричневый |
10 - ярко - зеленый |
14 - желтый |
|
3 - бирюзовый |
7 - белый |
11 - ярко - бирюзовый |
15 - ярко - белый |
|
Примеры. 1. COLOR 3 2. COLOR 3, 7 В первом примере устанавливается цвет, которым будут окрашены выводимые далее фигуры (окружности, шрифт, прямоугольники и так далее). Во втором примере указывается не только цвет выводимого фона, которым окрашен экран, но и на котором будут выводиться символы и графика, по умолчанию. Если цвет не задавать, то экран будет окрашен черным цветом (фон указывается для экранов 7-10). Аналогично, как и в предыдущих примерах вместо числа в примерах можно указывать переменную, которая содержит номер цвета. СОМ - включает, выключает, приостанавливает коммуникационный порт (СОМ1 или СОМ2). На практике практически не используется, если потребуется, то см. справочную систему Qbasic. COMMON - определяет общие (глобальные) переменные для основной программы и для подпрограмм и функций. Примеры. |
|
1. DECLARE SUB iii () COMMON SHARED ii% ii% = 1 PRINT ii% CALL iii PRINT ii% |
SUB iii ii% = 3 PRINT " sub ", ii% END SUB |
|
2. DECLARE SUB iii () COMMON ii% ii% = 1 PRINT ii% CALL iii PRINT ii% |
SUB iii ii% = 3 PRINT " sub ", ii% END SUB |
|
3. COMMON i5 AS STRING: i5 = " page ": PRINT i5 В первом примере переменная ii% является общей для основной программы и подпрограммы, поэтому при выходе из подпрограммы в ней остается то значение, которое было присвоено ей в подпрограмме. Во втором примере данная переменная не является общей и поэтому ей присваивается значение в основной программе (1). В третьем примере переменная i5 определена как символьная. В этом операторе можно определить переменные как INTEGER, LONG, SINGLE, DOUBLE, STRING или пользовательский тип данных. CONST - определяет константы, которые будут использоваться в программе. Пример. CONST Pi2 = 3.14159265 * 2 COS - значение косинуса. Аргумент задается в радианах. Примеры. 1. PRINT COS(3) 2. i1% = 180 / 3.1415: PRINT COS(i1%) В первом примере вычисляется значение косинуса, причем аргумент задан в радианах. Для того, чтобы вычислить значение, данное в градусах, нужно перевести его в радианы, а затем вычислить значение синуса, как это показано во втором примере. CSNG - перевод вычисленного выражения из двойной точности в одинарную. Пример. ii# = 7 / 11: PRINT CSNG(ii#), ii# CSRLIN – возврат значения текущей позиции строки курсора. Для получения значения столбца используйте функцию POS. Пример. i1% = CSRLIN В переменную i1% заносится текущее положение строки курсора. CVI, CVL, CVS, CVD - преобразование чисел из формата, упакованного при помощи функцийMKI$, MKL$, MKS$, MKD$. Пример. ii% = 12.345678#: ii& = 12.345678#: ii! = 12.345678#: ii# = 12.345678# i1$ = MKI$(ii%): i2$ = MKL$(ii&): i3$ = MKS$(ii!): i4$ = MKD$(ii#) PRINT ii$, CVI(i1$), CVL(i2$), CVS(i3$), CVD(i4$) Функции MKI$, MKL$, MKS$, MKD$ предназначены для хранения в упакованном виде значений переменных с длинами чисел 2, 4, 4, 8. Данные функции используются обычно для хранения чисел в файлах, что позволяет занимать там меньше места. Функция MKI$ предназначена для переменных, в названии которых находится символ «%», MKL$ - для «&», MKS$ - «!», MKD$ - «#». Для того, чтобы распаковать значения, используются функции: CVI, CVL, CVS, CVD. CVSMBF, CVDMBF - преобразование чисел из формата, упакованного при помощи функцийMKSMBF$, MKDMBF$. Пример. ii! = 12.345678#: ii# = 12.345678# i1$ = MKS$(ii%): i2$ = MKD$(ii&) PRINT ii$, CVSMBF(i1$), CVDMBF(i2$) Функции MKSMBF$, MKDMBF$ предназначены для хранения в упакованном виде в двоичном формате компании Microsoft значений переменных с длиной числа 4. Данные функции используются обычно для хранения чисел в файлах, что позволяет занимать там меньше места. Функция MKSMBF$ предназначена для переменных, в названии которых находится символ «!» (вещественные числа простой точности), MKDMBF$ - «#» (вещественные числа двойной точности). Для того, чтобы распаковать значения используются функции: CVSMBF, CVDMBF. DATA - определяет данные в программе, которые в дальнейшем можно прочитать при помощи оператора READ. Пример. DATA 1,2,3 : FOR i1% = 1 TO 3: READ i2%: PRINT i2%,: NEXT i1% ((1 2 3)) DATE$ - функция, возвращающая значение даты. Пример. PRINT DATE$ DECLARE - определяет подпрограммы и функции в программе. Примеры. 1. DECLARE FUNCTION strok (i1%) 2. DECLARE SUB strok1 () В первом примере определяется функция, которая имеет один аргумент - параметр i1%, а во втором примере это подпрограмма, не имеющая аргументов, которые передаются. Переменные, которые передаются другим подпрограммам или функциям могут быть описаны, как «i1% AS INTEGER», где после ключевого слова ASмогут находиться ключевые слова: INTEGER, LONG, SINGLE, DOUBLE, STRING. Пример. |
|
DEF FNaa1 (ii1%) = ii1% * 3 DEF fnaa2 (ii2%) ii3% = ii2% * 2 fnaa2 = ii3% END DEF |
i1% = 5 i2% = FNaa1(i1%) PRINT i2%, i2% = fnaa2(i1%) PRINT i2%, i1% |
|
В данном примере определены две функции FNAA1 и FNAA2, причем как видно на примере данные названия можно набрать как большими, так и маленькими символами. Обе функции определены в самом начале программы, а вызываются дальше, в основном тексте. Первая функция записана в одной строчке, в то время, как вторая в несколько. При написании функции в несколько строчек в конце определения функции находится оператор «END DEF». Для того, чтобы возвратить значение функции, нужно это указать специальной строчкой («fnaa2 = ii3%»), в которой находится название функции и переменная, где находится возвращаемое значение. DEF SEG - устанавливает текущий сегмент DEFINT, DEFLNG, DEFSNG, DEFDBL, DEFSTR - определение типа данных для переменных и функций, где DEFINT определяет целое, DEFLNG - длинное целое, DEFSNG - вещественное число простой точности, DEFDBL - вещественное число двойной точности иDEFSTR - символьные переменные. Примеры. 1. DEFDBL А 2. DEFSTR А-С, Е По умолчанию все переменные представлены как вещественные числа одинарной точности. В первом примере все переменные, имена которых начинаются на символ «А», будут иметь размерность вещественного числа двойной точности. Однако, переменные, которые оканчиваются на символы: «%», «&», «!», «#», или «$» все равно вне зависимости от вышеуказанных операторов (DEFINT, DEFLNG, DEFSNG, DEFDBL и DEFSTR) будут иметь те представления, которые в них заложены. Так, переменная «аstr%» будет целым, «аstr!» - вещественным простой точности, а «аstr» - вещественное число двойной точности согласно оператора, приведенного в первом примере. Если бы данного оператора не было, то переменная «аstr» была бы вещественным числом простой точности. Отметим, что переменные: «аstr%», «аstr!» и «аstr» являются разными и содержат различные значения. Во втором примере все переменные, которые начинаются на символы «a», «b», «c» и «е» определяются как символьные. Отметим, что переменные «аstr», «Astr» и «ASTr» являются одной и той же переменной, так как не имеет значения, какими символами написаны их имена: большими или маленькими. DIM - определяет размерность массива. Примеры. 1. DIM a1(10) 2. DIM SHARED a1(10) В примерах определен массив «а1», в котором имеется 11 элементов: а1(0), а1(1), а1(2) … а1(10), так как индексация элементов массива начинается с нуля, а не с единицы. В первом примере данный массив определен в теле основной программы и при использовании в подпрограмме или функции массива с таким же именем, он будет отличаться. Во втором примере данный массив будет как разделяемый, то есть при использовании массива с таким же именем в подпрограмме или функции. Массив в основной программе и массив в подпрограмме (функции) будет один и тот же. DO… LOOP - позволяет организовать цикл. Примеры. |
|
1. i1% = 1 DO UNTIL i1% > 10 i1% = i1% + 1 LOOP PRINT i1% |
2. i1% = 1 DO WHILE i1% < 11 i1% = i1% + 1 LOOP PRINT i1% |
3. i1% = 1 DO i1% = i1% + 1 IF i1% = 11 THEN EXIT DO LOOP PRINT i1% |
|
Во всех трех примерах выполняется цикл десять раз до тех пор, пока в переменной i1% не будет достигнуто значение 11. Цикл выполняется от оператора «DO» до оператора «LOOP». Последний оператор распечатает значение переменной i1% как 11. В первом примере цикл выполняется до тех пор, пока не выполняется условие «i1% > 10», то есть пока значение в переменной будет меньше 11. Когда это значение будет достигнуто, произойдет выход из цикла. Во втором примере цикл продолжается, пока выполняется условие «i1% < 11». Как только значение в переменной достигнет 11, произойдет выход из цикла. В третьем примере цикл выполняется до тех пор, пока не будет выполнено условие в операторе «IF i1% = 11 THEN EXIT DO». Как только оно будет выполнено, то будет выполнен оператор «EXIT DO»,по которому произойдет выход из цикла. Во всех трех примерах оператор «PRINT i1%» выведет значение 11. DRAW - позволяет выводить графику при помощи специальных команд, список которых приведен ниже: Dn - перемещение курсора на n позиций ниже. Fn - перемещение курсора по диагонали на n позиций ниже и правее. Gn - перемещение курсора по диагонали на n позиций ниже и левее. Un - перемещение курсора на n позиций выше. En - перемещение курсора по диагонали на n позиций выше и правее. Hn - перемещение курсора по диагонали на n позиций выше и левее. Ln - перемещение курсора на n позиций налево. Rn - перемещение курсора на n позиций правее. Mx,y - перемещение курсора на позиции относительно текущего положения курсора: выше (-х), ниже (+х), левее (-у) или ниже (+у). Если знак «+» или «-» не указать, то считается, что указаны абсолютные координаты (х, у), то есть произойдет перемещение не относительно предыдущего положения курсора, а непосредственно к точке с координатами экрана. B - передвижение курсора без прорисовки. N - передвижение курсора с возвратом на исходную позицию. An - поворот системы координат на n * 90 градусов, где n может быть 0, 1, 2 и 3. Cn - установка цвета, где n - устанавливает номер цвета. Pn1,n2 - установка заполнения цветом; n1 – цвета заполнения, n2 - цвет границы, до которой устанавливается заполнение цветом. Sm - установка шага в ¼ пиксела, при котором происходит переход на n шагов. Если m=4, то при n=5 произойдет переход на 5 пикселов, если m=1, то при n=5 произойдет переход на 1 пиксел. По умолчанию m=4. TAn - поворачивает систему координат на n градусов (от -360 до 360). Х - используется, если далее данные находятся в символьной переменной. Параметр n в указанных выше командах можно не указывать, в таком случае он принимается равным 1. Цвет может быть: |
|
0 - черный |
4 - красный |
8 - серый |
12 - ярко - красный |
|
1 - синий |
5 - пурпурный |
9 - ярко - синий |
13 - ярко - пурпурный |
|
2 - зеленый |
6 - коричневый |
10 - ярко - зеленый |
14 - желтый |
|
3 - голубой |
7 - белый |
11 - ярко - голубой |
15 - ярко - белый |
|
Пример. SCREEN 9: CLS Tr$ = "C7 E10 F10 L20 C3 BR10 BU5 P2,7" DRAW "BM50,50 X" + VARPTR$(Tr$) DRAW "BM80,50 X" + VARPTR$(Tr$) DRAW "BM110,50 X" + VARPTR$(Tr$) Первая строка устанавливает вид экрана и его очистку. Во второй строке в переменнуюTr$ заносится прорисовка треугольника. В третьей строке производится с помощью оператора DRAW установка курсора с координатами (50,50) без прорисовки линии, по которой курсор перемещался. Далее находится символ «Х», который обозначает, что за ним будут исполняться команды из переменной. Далее в переменную вводится значение цвета линии - белый (С7), перемещение курсора вверх и вправо на 10 пикселов (Е10), вниз и вправо (F10), влево на 20 пикселов (L20), установка цвета - голубой (C3), перемещение курсора вправо на 10 пикселов без прорисовки пути курсора (BR10), наверх на 5 пикселов без прорисовки, попадая внутрь треугольника (BU5), закрашивание зеленым цветом и границы белым цветом, а точнее внутренности треугольника зеленым цветом до его границы (P2,7). В четвертой строке происходит установка курсора с координатами (80,50) и прорисовка треугольника, как было описано выше. В пятой строке производится установка курсора с координатами (110,50) и прорисовка треугольника, как описано выше. $DYNAMIC - определение массивов, которые находятся за этим оператором как динамические. Для динамических массивов можно освобождать память, которые они занимают при помощи команды ERASE. Данный оператор используется для программ, которые занимают много оперативной памяти. Пример. |
|
'$DYNAMIC DIM m1%(10) |
|
В данном примере во второй строке определяется массив m1%, в котором находится десять элементов и он определяется как динамический. В дальнейшем память, используемая данным массивом, можно освободить при помощи оператора ERASE (см. описание оператора ERASE). END, END DEF, END FUNCTION, END IF, END SELECT, END SUB, END TYPE - конец блока, программы и так далее, а именно: END - конец программы с закрытием всех файлов,END DEF - конец функции, END FUNCTION - конец функции, END IF - конец условия IF, END SELECT - конец блока CASE, END SUB - конец подпрограммы, END TYPE - конец определения пользовательских данных. Примеры с использованием данных операторов см. в описании соответствующих блоков. ENVIRON - работает с переменными окружения системы ДОС. Эти переменные можно встретить в файле Autoexec.bat. EOF - признак, который принимает два значения: True (или 1), если достигнут конец файла и False (или 0), если конец файла не достигнут. Пример. |
|
f1$ = "Rab.txt" OPEN f1$ FOR OUTPUT AS #1 FOR i% = 1 TO 10 PRINT #1, i% NEXT i% CLOSE #1 |
OPEN f1$ FOR INPUT AS #1 DO UNTIL (EOF(1)) INPUT #1, i1% PRINT i1%, LOOP |
|
В данном примере организуется файл под именем «Rab.txt», в который заносятся десять последовательных чисел от 1 до 10, а затем из данного файла они считываются до тех пор, пока не будет обнаружен конец файла (DO UNTIL (EOF(1))). Единица в данной записи обозначает номер файла, который нужно проверять на признак конца файла. ERASE - очистка массива или освобождение динамической памяти. Под очисткой массива подразумевается установка в каждом из элементов массива нулевых значений. Если массив был определен как динамический, то происходит освобождение памяти, выделенной под него. Пример. |
|
'$DYNAMIC DIM mm1%(10) mm1%(5) = 6 |
PRINT " До команды Erase: "; mm1%(5) ERASE mm1% PRINT " После выполнения Erase: "; mm1%(5) |
|
В данном примере во второй строке определяется массив m1%, в котором находится десять элементов. Оператор на первой строке свидетельствует о том, что данный массив будет динамическим. Далее, в пятый элемент массива заносится значение «6», оно выводится на экран дисплея. Команда ERASE освобождает память, которая была выделена под массив m1%. Поэтому в следующем операторе не будет выведено значение пятого элемента массива m1%, так как такого элемента не существует и на экране появится сообщение об этом. Если убрать оператор на первой строке ('$DYNAMIC), то на экран будет выведено значение пятого элемента массива m1%, а именно 0, так как команда ERASE для динамических массивов обнуляет все элементы массива, а для символьных массивов делает элементы массива нулевой длины, то есть отсутствие символов. ERDEV - возвращает код ошибки устройства, которое возникает в устройстве при появлении серьезной ошибки. Пример. ON ERROR GOTO err1 10 CHDIR "e:\" 20 a$ = "c:\ncc": CHDIR a$ 30 y = 0 40 x = 5 / y 50 PRINT "y ="; y; " x = "; x 60 ERROR 41 err1: PRINT "Ошибка - "; ERR; " на линии - "; ERL SELECT CASE ERR CASE 71: PRINT " Устройство - "; ERDEV$; " код ошибки - "; ERDEV RESUME NEXT CASE 76: PRINT "Не найдена директория - "; a$: RESUME NEXT CASE 11: INPUT " Какое значение должно быть делимым - "; y: RESUME CASE ELSE: PRINT " Другие ошибки. Номер - "; ERR: END Первая строка данного примера содержит оператор, который определяет, что при возникновении ошибки должна выполняться подпрограмма «err1». Далее находится текст основной программы, в которых присутствуют номера строк от 10 до 60. В строке с номером 10 происходит установка корневой директории на CD-ROM устройстве. Так как в момент выполнения программы там не находилось компакт-диска, то программа выдает ошибку под номером 71. При этом начинает работать подпрограмма «err1» для обработки ошибки. В этой подпрограмме вначале печатается возникший код ошибки и номер строки («PRINT "Ошибка - "; ERR; " на линии - "; ERL»), то есть для данного случая: ошибка под номером 71 на строке с номером 10. Далее происходит обработка ошибки, при этом на экран выдается имя устройства, где была ошибка (Е:) и код ошибки (20). Этот код не совпадает с кодами ошибок языка Бейсик и является разным для разных устройств. По команде «RESUME NEXT» происходит переход выполнения программы на следующую строчку, в данном случае на строчку с номером 20. В строке 20 производится установка новой директории, а так как ее не существует, то вызывается подпрограмма «err1». В подпрограмме происходит обработка данной ошибки при помощи оператора: «CASE 76: PRINT "Не найдена директория - "; a$: RESUME NEXT». В строке под номером 40 возникает ошибка деления на ноль, поэтому также вызывается подпрограмма «err1», в которой происходит запрос на новое делимое и по команде «RESUME» происходит повторное выполнение оператора на строке 40 («CASE 11: INPUT " Какое значение должно быть делимым - "; y: RESUME»). В строке 60 имеется ошибка пользователя под номером 41, которая также вызывает подпрограмму «err1». Так как в подпрограмме нет отдельной обработки по операторам «CASE», то выполняется оператор печати номера ошибки («CASE ELSE: PRINT " Другие ошибки. Номер - "; ERR:»). В данной строке нет оператора «RESUME», при этом программа прекращает выполнение своей работы. Ниже приведены коды ошибок языка Бейсик, которые могут встретиться при работе с программами: |
|
1- имеется NEXT без FOR 2- синтаксическая ошибка 3- имеется RETURN без GOSUB 4- считывание DATA, которое закончилось 5- неверный вызов функции 6- переполнение 7- выход за пределы памяти 8- метка не определена 9- индекс вне диапазона 10 - двойное определение 11 - деление на ноль 12 - неверно в прямом доступе 13 - тип смешан неверно 14 - выход за пределы строки 16 - символьная строка слишком сложная 17 - недопустимое продолжение 18 - функция не определена 19 - нет оператора RESUME 20 - RESUME без ошибки 24 - время устройства исчерпано 25 - неверное устройство 26 - оператор FOR без NEXT 27 - бумага кончилась 29 - оператор WHILE без WEND 30 - оператор WEND без WHILE 33 - двойное определение метки 35 - подпрограмма не определена 37 - неверное количество аргументов |
38 - массив не определен 40 - требуется переменная 50 - переполнение FIELD 51 - внутренняя ошибка 52 - неверный файл или его номер 53 - файл не найден 54 - неверный режим для файла 55 - файл уже открыт 56 - FIELD уже действует 57 - ошибка ввода/вывода 58 - файл уже существует 59 - неверная длина записи 61 - диск полон 62 - ввод данных при достижении конца файла 63 - неверный номер записи 64 - неверное имя файла 67 - слишком много файлов 68 - устройство недоступно 69 - переполнение буфера 70 - доступ запрещен 71 - диск не готов 72 - ошибка в компакт-диске 73 - недоступный параметр 74 - диск переименован 75 - ошибка доступа к файлу/пути 76 - путь не найден |
|
ERDEV$ - возвращает имя устройства, которое использовалось последним при работе программы (пример см. в функции ERDEV). ERR - переменная, содержащая код ошибки, который возникает при работе программы (пример см. в функции ERDEV). ERL - возвращает код строки, в которой встретилась ошибка, если линии пронумерованы. Если не пронумерованы, то возвращает значение ноль (пример см. в функции ERDEV). ERROR – признак, имеется ли ошибка в программе (пример см. в функции ERDEV). EXIT DEF, EXIT DO, EXIT FOR, EXIT FUNCTION, EXIT SUB - выход из блока, программы и так далее, а именно: EXIT DEF - выход из функции, EXIT FUNCTION - выход из функции,EXIT IF - выход из блока IF, EXIT SELECT - выход из блока CASE, EXIT SUB - выход из подпрограммы. Пример применения оператора «EXIT DO» см. в описании «DO… LOOP». EXP - возвращает значение экспоненты. Обратная операция к логарифму. Пример. PRINT EXP(1), EXP(2) FIELD - определяет поля для файла произвольного доступа. Пример. OPEN "FILE1.DAT" FOR RANDOM AS #1 LEN = 10 FIELD #1, 5 AS s1$, 5 AS s2$ LSET s1$ = "--1--" RSET s2$ = "--2--" PUT #1, 1 CLOSE #1 OPEN "FILE1.DAT" FOR RANDOM AS #1 LEN = 10 FIELD #1, 5 AS s3$, 5 AS s4$ GET #1, 1 PRINT "*" + s3$ + "*", "*" + s4$ + "*" CLOSE #1 В данном примере в первой строке открывается файл с произвольным доступом под именем «FILE1.DAT». Файлом с произвольным методом доступа называется файл, в котором в любой момент времени можно обратиться к любой записи по ее номеру. Также в первой строке указывается длина каждой записи в файле - 10 байт. Далее находится оператор «FIELD», в котором определяются поля для каждой записи, в данном примере два поля по 5 байт. В каждое поле заносится значение при помощи операторов LSET и RSET, причем оператором LSET происходит заполнение левых позиций поля, а в правой незаполненной части будут пробелы, а RSET производит заполнение правой части поля. После этого заполненные поля заносятся в запись в файле под номером 1 («PUT #1, 1»). Далее этот файл закрывается, открывается, считывается запись под номером 1 и выводится на экран дисплея. На самом деле не обязательно закрывать и открывать файл заново, а сделано для того, чтобы показать, что эти значения взяты из этого файла. FILEATTR - выдает информацию о типе открытого файла. Выданное значение может быть: 1 - последовательный для ввода данных (INPUT), 2 - последовательный для вывода данных (OUTPUT), 4 - произвольного доступа (RANDOM), 8 - последовательный для добавления данных (APPEND), 32 - двоичный (BINARY). Пример. OPEN "FILE1.DAT" FOR RANDOM AS #1 LEN = 20 FIELD #1, 10 AS s1$, 10 AS s2$ PRINT FILEATTR(1, 1) ((4)) Результат данного примера будет значение 4, которое обозначает файл произвольного доступа. FILES - вывод имен всех файлов в директории. Примеры. 1. FILES 2. FILES “*.doc” 3. FILES “C:\*.*” В первом примере на экран выводится список всех файлов, имеющихся в текущей директории. В начале этого списка приведен полный путь к этой директории, далее список файлов и в конце находится общее неиспользованное пространство на диске. Во втором примере на экран выводится список всех файлов текущей директории, имеющих расширение «.doc». В третьем примере выводится список файлов, которые находятся в корневой директории диска С:. FIX - перевод вещественного числа в целое, при котором происходит не округление, а отсечение целой части числа. Пример. PRINT FIX(23.19), FIX(23.99) ((12 12)) FOR - организация цикла, в котором по заданным правилам меняется переменная. Примеры. 1. FOR i1% = 1 TO 5: PRINT i1%,: NEXT i1% ((1 2 3 4 5)) 2. FOR i1% = 0 TO -5 STEP -1: PRINT i1%,: NEXT i1% ((0 -1 -2 -3 -4 -5)) 3. FOR i1 = 1 TO 1.5 STEP 0.1: PRINT i1%,: NEXT i1% ((1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5)) FRE - выводит на экран количество имеющейся памяти. Примеры. 1. PRINT FRE(“”) ((30788)) 2. PRINT FRE(-1) ((160100))) 3. PRINT FRE(-2) ((1052)) 4. i1%=-1: PRINT FRE(i1%) Оперативная память выделяется частями (кусками) для определенных целей задачи. Часть из нее выделяется под массивы, часть под стек. Поэтому при различных параметрах для функции FRE выдаются разные значения. В первом примере выделяется размер памяти для строковых данных, во втором - для числового массива, а в третьем - для стека. В четвертом примере показано использование переменной i1% для вывода свободного пространства для численного массива. FREEFILE - выводит следующий свободный номер файла. Пример. OPEN "Rab.txt" FOR INPUT AS #1 PRINT "Следующий номер файла - "; FREEFILE В примере на экран будет выведено значение «2», так как открыт только один файл с номером #1. FUNCTION - определение функции. Пример. |
|
DECLARE FUNCTION aa! (t%) DECLARE FUNCTION aa1! (t1%) COLOR 0, 7 i1% = 1 i2% = aa(i1%) PRINT i1%, i2%, i3% = aa1(i1%): i3% = aa1(i1%) PRINT i1% |
FUNCTION aa (t%) t% = t% * 5 aa = t% + 1 END FUNCTION FUNCTION aa1 (t1%) STATIC t1% = t2% + t1%: t1% = t1% + 4 t2% = 2 END FUNCTION |
|
((5 6 15)) В данном примере определены две функции - аа иаа1. Для того, чтобы установить новую функцию, необходимо после набора или во время набора текста основной программы воспользоваться режимом EditNew FUNCTION. При этом произойдет запрос на имя новой функции, как это показано на рисунке. В окне будет находиться имя переменной или оператора, на котором в момент вызова данного режима находился курсор. Лучше вызывать данный режим после набора имени функции, которая находится в тексте основной программы, при этом ее имя будет показано в этом окне. После ввода имени функции и нажатия на клавишу Enter, появится окно с двумя операторами, между которыми следует набрать описание функции. При этом следует иметь в виду следующее. В оператореFUNCTION после набора имени находится список параметров, которые передаются функции. Например, «FUNCTION aa (t%)», где передаваемые величины содержат один параметр - переменную t%. Имя данной переменной может не совпадать с именем переменной, которая передается функции. Например, вызов функции в виде «i2% = aa(i1%)» показывает, что передается переменная i1%, которая при выполнении функции совмещается с переменной t%. Далее в тексте функции должна находиться строка типа: «aa = t% + 1», в которой имени функции присваивается некоторое значение. Эта строка свидетельствует о том, что функция возвращает значение «t% + 1». Заканчивается определение функции ключевыми словами «END FUNCTION». После набора определения функции можно перейти к тексту основной программы, нажав на клавишу F2. При этом покажется окно (см. рис. 2), в котором находится имя основной программы (Prim28.bas) и имеющиеся подпрограммы (аа и аа1). Нажав на имя основной программы, мы перейдем в его поле. Кнопка Delete позволяет удалить выделенную подпрограмму. Ключевое слово «STATIC» в определении функции означает, что переменные, которые обозначены в функции, сохраняют свои значения после выхода из функции и в последующем при входе в нее. Если данное слово убрать, то результатом работы программы будет: ((5 6 13)). Таким образом, если присутствует ключевое слово «STATIC», то в переменной t2% после первого выполнения функции аа1 сохраняется значение 2, а при втором вызове функции оно добавится к значению переменной t1%. Если данного ключевого слова нет, то в переменной t2% значение 2 не сохранится и в переменной будет находиться значение 0. После запуска программы на выполнение, в основной программе появятся строчки, которые свидетельствуют о том, что в программе имеются функции: «DECLARE FUNCTION aa! (t%)» и «DECLARE FUNCTION aa1! (t1%)». Восклицательный знак в них означает о типе переменной, в которую возвращаются значения. Так, в строке «i2% = aa(i1%)», «aa(i1%)» будет вещественным числом простой точности. Параметры в функции можно определить и другим способом: «FUNCTION aa (t AS LONG)». В этом случае вид аргумента функции будет целым числом двойной точности. Можно также использовать следующие ключевые слова, определяющие вид переменной:INTEGER, LONG, SINGLE, DOUBLE, STRING. GET - 1. считывает значения из файла произвольного доступа. Пример использования данного оператора см. в описании FIELD. GET - 2. сохраняет область на экране в памяти, которая потом может быть выведена на экран при помощи оператора PUT. Пример. |
|
SCREEN 9 DIM a%(400) CLS CIRCLE (30, 30), 10 GET (20, 20)-(40, 40), a% |
FOR i1% = 1 TO 10 FOR i3 = 1 TO 500 i4 = SIN(i3 / 100) NEXT i3 PUT (i1% * 8 + 20, i1% * 8 + 20), a% NEXT i1% |
|
В первой строке определяется вид экрана, который работает в графическом режиме. Во второй строке определен массив а%, где будут находиться значения области экрана, выведенной при помощи оператора GET. Далее экран очищается и на него выводится окружность. На пятой строчке находится оператор GET, при помощи которого область на экране в виде прямоугольника с координатами от (20,20) до (40,40) заносится в массив а%. После этого в цикле выводятся данные из массива а% в разные области экрана, в данном примере по диагонали. Внутренний цикл по переменной i3 введен для того, чтобы была задержка по времени при выводе окружностей. GOSUB - вызов подпрограммы. Пример. |
|
i1% = 1 GOSUB aa PRINT i1%, i2%, GOSUB aa ff1: PRINT i1%, i2% END |
aa: i2% = 5 i1% = i1% + i2% RETURN |
|
((6 5 11 5)) В данном примере описана подпрограмма аа, которая вызывается из текста основной программы два раза. Переменные, которые имеются в программе и подпрограмме, общие, то есть принимают одни и те же значения. В конце основной программы для того, чтобы определить ее окончание, находится оператор «END». Если строки программы перенумерованы, то вместо метки «аа» можно установить номер строки, где находится подпрограмма. После окончания работы подпрограммы управление передается на следующий оператор после вызова подпрограммы, в данном примере - на операторы «PRINT». Можно указать и другую строчку, на которую нужно передать управление, например, «RETURN ff1», где ff1 - метка строчки, куда передается управление. В этом случае при первом вызове подпрограммы, после выполнения подпрограммы, управление будет передано на строчку «ff1: PRINT i1%, i2%», а второго вызова подпрограммы не будет и на экране выведено: ((6 5)). GOTO - передача управления в определенное место программы. Пример. INPUT "Введите значение - ", i1% IF i1% = 0 THEN GOTO m1 PRINT i1% m1: END В приведенном примере оператор на первой строке запрашивает значение, которое должно быть введено с клавиатуры. После его ввода происходит проверка и, если оно равно нулю, то выполняется переход управления на конец программы по метке m1. Место, куда происходит передача управления, определяется именем метки и двоеточием за ним. Если строки программы перенумерованы, то передачу управления можно провести по номеру строки, например, «GOTO 60» - переход к строчке с номером 60. HEX$ - производит перевод из десятичного значения в шестнадцатеричное. Пример. a% = 59: PRINT a$, HEX$(a%) ((3В)) IF - условный оператор. Примеры. |
|
1. INPUT "Введите значение - ", i1% IF i1% <= 0 THEN i1% = 1 PRINT i1% 2. INPUT "Введите значение - ", i1% IF i1% <= 0 THEN i1% = 1 END IF PRINT i1% |
3. INPUT "Введите значение - ", i1% IF i1% <= 0 THEN i1% = 1 ELSE i1%=i1%*2 END IF PRINT i1% 4. INPUT "Введите значение - ", i1% IF i1% <= 0 THEN i1% = 1 ELSEIF i1% = 3 THEN i1% = i1% * 2 ELSE i1% = i1% + 1 END IF PRINT i1% |
|
В первом примере, если введенное значение переменной i1% не положительное (меньше или равно нулю), то в переменную i1% заносится значение 1. Во втором примере происходят те же действия, что и в первом, но с другим синтаксисом команды. В третьем примере также, если значение переменной i1% не положительно, то значение становится равным 1, а если положительное, то умножается на 2. В четвертом примере, если значение переменной не положительное. то переменная принимает значение 1. В противном случае (когда значение положительно), а если оно равно 3 (i1% = 3), тогда значение увеличивается в два раза (i1% = i1% * 2). Если значение переменной i1% положительно и не равно 3, то оно увеличивается на единицу (i1% = i1% + 1). INKEY$ - проверяет, были ли нажаты клавиши на клавиатуре. Пример. DO: LOOP UNTIL INKEY$ = "a" В данном примере организуется цикл до тех пор, пока не будет введен символ «а». INP - чтение байта из заданного порта. INPUT - считывает данные с клавиатуры. Примеры. 1. INPUT i1% 2. INPUT "Введите значение - ", i1% В первом примере считывается одно значение, которое будет присвоено переменной i1%. После ввода численного значения нужно нажать на клавишу Enter. Символьные значения можно вводить непосредственно или окружив кавычками. Во втором примере перед вводом значений на экране появится сообщение: «Введите значение -». INPUT$ - возвращает определенное количество символов, введенных из клавиатуры или считывает данные из файла. Примеры. 1. i1$=INPUT$(4) 2. OPEN "Rab.txt" FOR INPUT AS #1: PRINT INPUT$(5, 1) В первом примере, когда будет выполняться строка с этим оператором, то программа будет ждать ввода 4 символов с клавиатуры, которые после их ввода поместит в переменнуюi1$. Во втором примере происходит считывание 5 символов (INPUT$(5, 1)) из файла под именем Rab.txt и вывод этой информации на экран дисплея. INSTR - возвращает номер позиции найденного текста в символьной переменной. Пример. a$ = "Первая программа": PRINT " позиция - "; INSTR(1, a$, "программа") В данном примере ищется, на какой позиции находится текст «программа» в символьной переменной а$. INT - возвращает максимальное значение числа, которое меньше или равно заданному. Пример. PRINT INT(-8.65), INT(9.3) ((-9 9)) IOCTL - передача управляющей строки на внешнее устройство. IOCTL$ - выдает информацию о статусе внешнего устройства. KEY - 1. присвоение значений функциональным клавишам. Примеры. 1. KEY 1,”33” 2. KEY LIST 3. KEY ON 4. KEY OFF В первом примере происходит назначение функциональной клавише F1 значения «33». Для функциональных клавиш F11 и F12 используются значения 31 и 32. Данные клавиши используются во время выполнения программы. Во втором примере на экран выводится список назначений функциональным клавишам. В третьем примере во время выполнения программы на экране будут выводиться назначения функциональным клавишам. В четвертом примере исключается вывод значений функциональным клавишам. KEY - 2. выполнение подпрограмм при нажатии на определенную клавишу на клавиатуре (фактически организация работы «горячих» клавиш). KILL - удаление файла. Примеры. 1. KILL “Rab.txt” 2. a$=”C:\Basic\Rab.txt”: KILL a$ В первом примере в операторе указано имя файла, который нужно удалить. Данный файл находится в текущей директории. Во втором примере указан файл, который следует удалить, причем путь указан полный, начиная с логического устройства. LBOUND - выдает номер первого элемента массива. Пример. DIM a1%(10), a2%(3 TO 7, 5 TO 8) PRINT LBOUND(a1%, 1), LBOUND(a2%, 1) ((0 3)) В данном примере определено два массива: а1% и а2%. Массив а1% имеет одиннадцать элементов: а1%(0), а1%(1), а1%(2)…а1%(10), поэтому минимальный номер, который выводится для этого массива, равен нулю. Массив а2% имеет двойную размерность, первая от 3 до 7, вторая от 5 до 8. На экран выводится минимальный номер по первой размерности, который равен 3. LCASE$ - переводит символы с больших (строчных) в маленькие (прописные). Пример. a$ = "THE city Москва" PRINT a$,: PRINT LCASE$(a$); " оператор LCASE" ((THE city Москва the city Москва оператор LCASE)) Как видно из примера, программа переводит большие (строчные) символы в маленькие (прописные), однако, к сожалению, только для английских символов. Символ «М» как был строчным, так им и остался. LEFT$ - возвращает символы, находящиеся слева в символьной переменной. Пример. a$ = "Моя первая программа" PRINT LEFT$(a$, 3) ((Моя)) LEN - возвращает длину символьной переменной. Пример. a$ = "Моя первая программа" PRINT LEN(a$) ((20)) LET - присвоение значения переменной. Примеры. 1. LET i1% = 1 2. i1% = 1 В первом примере переменной i1% присваивается значение 1. Оператор «LET» не является обязательным параметром, что показано во втором примере, который производит то же действие, что и в первом. LINE - прорисовка линии и прямоугольника на экране. Пример. SCREEN 9 LINE (2, 2)-(20, 20) LINE (21, 21)-(40, 40), 2, B LINE (42, 42)-(60, 60), , BF LINE STEP(2, 2)-STEP(20, 15), , B LINE (90, 90)-(110, 110), , , &HAAAA Оператор на второй строке выводит на экран линию, с координатами концов отрезка: (2,2) и (20,20). Причем, так как цвет не указан, то он будет выведен по умолчанию белым цветом. Следующий оператор выводит квадрат, который имеет противоположные углы с координатами: (21, 21) и (40, 40). Второй параметр определяет красный цвет (2), а символ «В» - то, что нужно вывести прямоугольник, а не прямую линию. Оператор на четвертой строчке выводит прямоугольник с координатами: (42, 42) и (60, 60), а символ «BF» свидетельствует о том, что нужно вывести прямоугольник. Причем его внутренность должна быть закрашена тем же цветом и его границы, то есть белым цветом, который используется по умолчанию. Следующий оператор имеет ключевое слово «STEP», который определяет, что координаты взяты не абсолютные, а относительные. То есть эти координаты прибавляются к текущему положению курсора, которые определяются на предыдущей строчке. В результате первая координата равна: (60,60) + (2,2) = (62,62), а вторая относительно первой равна: (62,62)+(20,15)=(82,77). Символ «В» также определяет, что должен выводиться прямоугольник. На последней строчке устанавливается линия с координатами: (90, 90) и (110, 110), причем линия будет не непрерывной, а иметь узор по шаблону «АААА». Символ «А» в шестнадцатеричном представлении равен «1100b» в двоичном представлении, поэтому будут выводиться две точки (11) - потом два пиксела оставляют предыдущий цвет (00), далее повторяется последовательность, так как следующий символ также «А» и так далее. LINE INPUT - считывает строчку из файла или с клавиатуры. Пример. LINE INPUT " Введите первый текст - ", a1$ LINE INPUT ; " Введите второй текст - ", a2$ OPEN "rab.txt" FOR OUTPUT AS #1 PRINT #1, 1, 2, 3, " пять ": CLOSE OPEN "rab.txt" FOR INPUT AS #1 LINE INPUT #1, a3$ PRINT a1$: PRINT a2$: PRINT a3$: CLOSE Оператор в первой строчке позволяет ввести символы из клавиатуры. Перед вводом на экране появится сообщение: «Введите первый текст - », затем вводится текст с клавиатуры (один), после чего нажимается клавиша Enter. Всего можно ввести до 255 символов. К сожалению, не вводится символ «р» кириллицы. Оператор на второй строчке выводит на экран сообщение: «Введите второй текст -» и ждет ввода символов. После их ввода и нажатия на клавишу Enter, введенные символы, как и в предыдущем операторе, выводятся на экран. Точка с запятой после ключевых слов «LINE INPUT» обозначают, что следующий текст после этого оператора будет выводиться на этой же строке (два). Так, символы «один», которые выводятся оператором «PRINT» на последней строчке программы, находятся на той же строчке, что и предыдущий ввод. Далее открывается файл под именем «rab.txt», в него заносятся символы «1», «2», «3», и«пять». Потом файл закрывается (CLOSE), открывается для вывода, вводится из файла значение в переменную «а3$» и выводится на экран. |
39-43
2. Вставка в документ растровых и векторных рисунков
Рисунки придают документу большую наглядность и выразительность, помогают лучше понять текст. В приложения Microsoft Office можно вставлять растровые и векторные рисунки большинства графических форматов. Растровые рисунки Файлы растровых рисунков имеют расширение .bmp, .png, jpg, .tif, .pcx и .gif. создаются при работе с цифровой видеокамерой, с программой Microsoft Paint, при сканировании графики и фотографии. Они состоят из большого количества точек. При увеличении рисунка увеличиваются размеры каждой точки рисунка. На прямых линиях появляются зубчатые отрезки.
Векторные рисунки создаются линиями, кривыми и другими объектами. Они лучше масштабируются. Векторные изображения создаются при использовании панели инструментов Рисование, описанной ниже.
Любой нарисованный или вставленный рисунок, который можно редактировать считается графическим объектом. Графическими объектами являются автофигуры, линии и объекты WordArt. К рисункам относятся сканированные изображения, точечные рисунки (растровая графика), фотографии. В ряде случаев для редактирования рисунка с использованием панели инструментов Рисование рисунок следует разгруппировать и превратить в графический объект.
2.1. Вставка и сохранение рисунка
Команда Объект (Object) в меню Вставка (Insert) в окне программы Word позволяет вставить рисунок, который можно будет редактировать в дальнейшем с помощью программы, в которой он создавался.
Для вставки рисунка установите курсор на место вставки, укажите в меню Вставка (Insert) команду Рисунок (Picture) и выберите одну из команд: Картинки (Clip Art), Из файла (From File), сo сканера или камеры (From Scanner or Camera), Организационная диаграмма (Organization Chart). Создать рисунок (New Drawing), Автофигуры (AutoShapes), Объект WordArt (WordArt), Диаграмма (Chart).
Для использования некоторых форматов файлов необходимо установить специальные графические фильтры. Все графические фильтры автоматически устанавливаются только при полной установке Word. Вы можете просмотреть, какие фильтры для рисунков установлены на вашем компьютере, выбрав в меню Вставка (Insert) команду Рисунок (Picture), Из файла (From File). В диалоговом окне Добавление рисунка (Insert Picture) откройте раскрывающийся список Тип файла (Files of Type). Для просмотра рисунков в диалоговом окнеДобавление рисунка, не открывая файлов, нажмите кнопку Представления (Views) на панели инструментов и выберите в списке Эскизы (Thumbnails) или Просмотр (Preview).
При сохранении документа, содержащего рисунки, Word автоматически подбирает для каждого графического изображения оптимальный формат файла Например, в формате *,JPEG сохраняются фотографии, *.GIF -- штриховые рисунки.. При желании вы можете сами задать эти параметры.
2.2. Вставка картинки из коллекции
В Word 2000 включена новая коллекция клипов, содержащая разнообразные рисунки, фотографии, звуковые файлы и видеоклипы.
Для просмотра картинок, представленных в области задач Коллекция клипов нажмите кнопку Начать. Наведите указатель мыши на интересующую вас картинку. После щелчка кнопки справа от выделенной картинки открывается контекстное меню, позволяющее вставить, копировать, удалить и т.д. картинку.
Ссылка Картинки на узле Office Online позволяет вставить клип со специального сервера Microsoft, если у вас есть доступ к Интернет. После щелчка ссылки Упорядочить картинки вам предложат систематизировать клипы мультимедиа на диске вашего компьютера и покажут список коллекций.
Коллекция клипов имеет собственную справочную систему.
Рис. 1. Область задач Коллекция клипов
2.3. Вставка математических формул
Редактор формул - это отдельная программа, которая запускается из Word. Вставка формулы осуществляется с помощью команды Вставка>Объект. В диалоговом окне выберите Microsoft Equation 3.0. Появится область ввода формулы и плавающее меню редактора математических формул, который позволяет набирать математическую формулу любой сложности. Для вставки символа в формулу нажмите кнопку на панели формул, а затем выберите символ из палитры, появляющейся под кнопкой. В редакторе формул содержится около 120 шаблонов.
2.4. Вставка диаграмм
Воспринимать информацию, содержащуюся в документе, намного легче, если он включает диаграммы, таблицы и иллюстрации. Диаграмма Microsoft Graph (MS Graph) позволяет создавать и встраивать в тексты таблицы и диаграммы.
Чтобы встроить в Word-документ объект (диаграмму) из MS Graph, следует установить курсор в позиции вставки и вызвать команду Объект меню Вставка.
В диалоговом окне вставки объекта, в списке типов объектов нужно выбрать элемент Диаграмма Microsoft Graph. После нажатия кнопки ОК откроется окно программы MS Graph, содержащее некоторую диаграмму:
В этом окне расположено два окна: окно таблицы и окно диаграммы.
Диаграмма, созданная в MS Graph, в любой момент соответствует данным в таблице. По своему желанию пользователь может изменить тип диаграммы. Для этого необходимо выбрать команду Тип диаграммы в меню Диаграмма. В открывшемся диалоговом окне Тип диаграммы указать тип диаграммы (линейная, круговая и т.д.) и нажать кнопку ОК.
Может возникнуть необходимость изменить не только тип диаграммы, но и шрифт. Для изменения шрифта нужно выполнить двойной щелчок внутри легенды.
В результате на экране появится диалоговое окно Формат легенды, содержащее раздел Шрифт.
Открыв его, пользователь получит возможность выбрать гарнитуру шрифта, его кегль, начертание и т.д.
Диалоговые окна для форматирования других элементов диаграммы открываются таким же способом - двойным щелчком мыши на нужном элементе.
Чтобы вставить полученную диаграмму в Word-документ, следует щелкнуть в документе (вне диаграммы). В результате диаграмма будет вставлена в документ. Размеры диаграммы можно изменять с помощью маркеров прямо в документе.
Для изменения диаграммы нужно маркировать ее и выполнить двойной щелчок, чтобы открыть прикладную программу MS Graph. После внесения изменений и возвращения в документ все изменения отразятся в нем автоматически.
3. Создание рисунка с помощью панели инструментов Рисование
Встроенный в Word графический редактор позволяет создавать самые разнообразные графические объекты: от простых линий и блок-схем до красочных иллюстраций. Рисунки можно размещать в одном из трех графических слоев: в тексте, за текстом (так размещаются водяные знаки) или перед текстом, закрывая его.
Рис. 2 Панель инструментов Рисование
Кнопки панели инструментов Рисование (рис. 2) используются при рисовании и форматировании линий и фигур, создании надписей и объектов WordArt. Назначение кнопок приведено в таблице 1.
Word автоматически переходит в режим разметки после нажатия кнопки на панели инструментов Рисование. При этом указатель мыши приобретет вид крестика. На экране отображается Полотно (Drawing Canvas) -- область, в которой можно рисовать фигуры, имеющая вид прямоугольника. Полотно позволяет расположить вместе части рисунка, что крайне важно, если рисунок состоит из нескольких фигур.
Чтобы полотно автоматически вставлялось вокруг графических объектов, в меню Сервис (Tools) выберите командуПараметры (Options), откройте вкладку Общие (General) и установите флажок автоматически создавать полотно при вставке автофигур (Automatically create drawing canvas when inserting Autoshapes).
Для установки вставки рисунков по умолчанию в меню Сервис (Tools) выберите команду Параметры (Options), откройте вкладку Правка (Edit). В поле вставлять рисунки как выберите нужное размещение по умолчанию: как встроенных выберите пункт в тексте, а для вставки как перемещаемых-- любой другой пункт.
Рис. 3 Создание рисунка с помощью панели инструментов Рисование
Чтобы начать рисовать объект, нажмите кнопку мыши в том месте, где вы хотите нарисовать объект, и переместите указатель мыши, который приобретет вид крестика. Рисование закончится после того, как будет отпущена кнопка мыши. Чтобы нарисовать линию под углом, кратным 15 градусам, при перетаскивании удерживайте нажатой клавишу Shift. После завершения процесса рисования объект остается выделенным, вокруг него видны маркеры изменения размера. Созданные с помощью панели инструментов Рисование фигуры можно перемещать по странице мышью. Для отмены выделения объекта щелкните мышью вне области выделения.
Объект рисуется в слое, расположенном над текстом, и закрывает все остальные объекты. Созданный объект по умолчанию будет прикреплен к ближайшему абзацу. Если нажать кнопку на панели Рисование и щелкнуть документ, то в этой точке будет создан объект с размерами, установленными по умолчанию. Для многократного использования кнопки панели инструментов дважды щелкните ее мышью. Созданные с помощью панели инструментов Рисование фигуры можно перемещать по странице мышью. Для отмены выделения объекта щелкните мышью вне области выделения.
3.1. Меню Рисование
Приведем некоторые операции, которые можно выполнить с графическим объектом с помощью меню Рисование панели инструментов Рисование (Drawing):
сгруппировать в один объект несколько предварительно выделенных объектов или разгруппировать их;
изменить обтекание текстом;
заменить автофигуру на другую.
Например, для выравнивания графических объектов выделите их. На панели инструментов Рисование нажмите кнопку Действия (Draw), затем выберите командуВыровнять/распределить (Align and Distribute) и задайте нужный способ выравнивания (см. таблицу 2).
3.2. Автофигуры Под автофигурами в Word подразумевают набор фигур различной степени сложности
Меню содержит следующие пункты: Линии (Lines), Соединительные линии (Connectors), Основные фигуры (Basic Shapes), Фигурные стрелки (Block Arrows), Блок-схема (Flowchart), Звезды и ленты (Stars and Banners), Выноски (Callouts). Использование команд менюАвтофигуры (AutoShapes) уменьшает время, затрачиваемое пользователем на создание рисунка.
Чтобы нарисовать кривую, выберите в меню Автофигуры (AutoShapes), Линии (Lines) кнопку Кривая (Curve). Если при построении удерживать нажатой клавишу Shift, то получим фигуру с равными размерами по нескольким осям: окружность, куб и т.д. Для добавления текста к автофигуре (за исключением автофигур: линии, соединительные линии и полилинии) щелкните ее и начните ввод текста. Автофигуры -- можно использовать для создания окантовки вокруг текста. Для соединения двух объектов используются соединительные линии.
Автофигуру можно использовать в качестве гиперссылки.
3.3. Выноски
Установите указатель там, где следует начать линию выноски, а затем переместите его до места, где следует начать текст выноски. Введите текст выноски. После окончания ввода текста установите курсор вне выноски и нажмите кнопку мыши. Размеры выноски можно изменить путем перетаскивания ее маркеров. Положение выноски можно изменить путем перетаскивания ее при нажатой кнопке мыши после того, как указатель примет вид четырехсторонней стрелки.
Рис. 4. Автофигура 24-конечная звезда и выноска
3.4. Группировка объектов
Вы можете сгруппировать несколько объектов так, чтобы Word рассматривал их как единое целое. Например, можно задать режимы обтекания текстом как единого целого сгруппированных объектов (рисунков) или рисунка и подписи к нему. Выделите несколько объектов, удерживая нажатой клавишу Shift. Щелкните правой кнопкой мыши выделенные объекты и выберите в контекстном меню команду Группировка, Группировать (Group).
3.5. Вставка и перемещение надписи
Для вставки или перемещения надписи используйте следующую процедуру:
На панели инструментов Рисование нажмите кнопку Надпись (Text Box).
Для вставки надписи стандартного размера щелкните документ.
Для изменения размеров надписи используйте перетаскивание. Выделите надпись и перетащите ее границу. Для сохранения пропорций надписи при перетаскивании удерживайте нажатой клавишу Shift.
При перетаскивании надписи на нужное место необходимо перемещать границу, а не маркеры изменения размера. При перетаскивании маркера изменения размера будет изменяться форма надписи, в то время как сама надпись будет оставаться на месте.
3.6. Сдвиг графического объекта, изменение, замена одной автофигуры другой
Перед тем, как сдвинуть графический объект, выделите его. На панели инструментов Рисование выберите команду Сдвиг (Nudge) в меню Действия (Draw), а затем в подменю выберите нужное направление перемещения объекта. Предусмотрена возможность сдвига объекта путем его выделения и нажатия клавиш перемещения курсора.
Для замены одной автофигуры на другую выделите ее, нажмите на панели Рисование кнопкуДействия (Draw) и выберите новую автофигуру.
3.7. Создание и изменение направления тени графического объекта
Для создания и изменения направления тени выполните следующие действия: выделите графический объект; нажмите кнопку меню Тени на панели инструментов Рисование; в появившемся списке нажмите кнопку Настройка тени (Shadow Settings). на панели инструментов Настройка тени (Shadow Settings) выберите любую из кнопок для создания необходимого эффекта. Нажатие кнопки Сдвинуть тень (Nudge Shadow) сдвигает тень на 1 пункт. Для перемещениятени на 6 пунктов во время нажатия кнопки Сдвинуть тень удерживайте нажатой клавишу Shift.
3.8. Контекстное меню при работе с автофигурой
После щелчка автофигуры правой кнопкой мыши появляется контекстное меню, которое содержит основные команды, обеспечивающие редактирование, форматирование, добавление текста.
3.9. Режимы просмотра графических объектов
Для создания, просмотра и изменения графических объектов необходимо работать в режиме разметки или предварительного просмотра. Графические объекты, созданные средствами Microsoft Word, не выводятся на экран в обычном режиме или в режиме структуры. Графические объекты не отображаются в документе, если установлен флажок пустые рамки рисунков (Pictures placeholders). Чтобы снять флажок в меню Сервис (Tools) выберите команду Параметры (Options), а затем откройте вкладку Вид (View).
4. Редактирование и форматирование рисунка
Рис. 5 Диалоговое окно, позволяющее изменять цвет заливки и линий автофигуры
4.1. Изменение цвета заливки и линии
На вкладке Цвета и линии (Colors and Lines) в разделе Заливка (Fill) можно задать цвет заливки и ее прозрачность, в разделе Линии (Line) задается цвет, тип и толщина линии. Нажав кнопку со стрелкой направленной вниз, мы увидимраскрывающийся список, в котором можно выбрать новый цвет или тип линии: сплошную, пунктирную и т.п.
4.2. Задание размеров и масштаба рисунка
Рис. 6 Диалоговое окно, позволяющее изменить размеры и масштаб рисунка
4.3. Изменение масштаба графического объекта с помощью мыши
Для изменения масштаба графического объекта с помощью мыши выполните следующие действия:
щелкните его мышью, чтобы выделить. На рисунке обозначится прямоугольник выделения с восемью маркерами изменения размера, имеющие вид черных квадратиков. Маркеры расположены по углам и в середине каждой стороны;
установите указатель мыши на одном из маркеров (квадратиков) изменения размера. Указатель примет вид двусторонней стрелки;
Удерживая нажатой кнопку мыши, переместите рамку в нужном направлении. Если перемещать маркер изменения размера, расположенный на вертикальной или горизонтальной стороне, то масштаб рисунка будет меняться соответственно по вертикали или горизонтали, если в углу рисунка, то будет пропорционально изменяться размер всего рисунка. Завершив изменение размера рисунка, щелкните мышью вне рисунка.
51
Моделирование как метод познания. Классификация и формы
представления моделей
Основные понятия
Любой аналог (образ) какого-либо объекта, процесса или явления, используемый в качестве
заменителя (представителя) оригинала, называется моделью (от лат. modulus — образец).
Каждый объект имеет большое количество различных свойств. В процессе построения модели
выделяются главные, наиболее существенные, свойства. Так, модель самолета должна иметь
геометрическое подобие оригиналу, модель атома — правильно отражать физические взаимодействия,
архитектурный макет города – ландшафт и т.д. Признак или величина, которые характеризуют какое-
либо свойство объекта и могут принимать различные значения, называются параметрами модели.
Модель воспроизводит в специально оговоренном виде строение и свойства исследуемого
объекта. Исследуемый объект, по отношению к которому изготавливается модель, называется
оригиналом, образцом, прототипом.
Модель — это некий новый объект, который отражает существенные особенности
изучаемого объекта, явления или процесса.
Общие свойства моделей.
1) адекватность – это степень соответствия модели тому реальному явлению (объекту,
процессу), для описания которого она строится,
2) конечность – модель отображает оригинал лишь в конечном числе его отношений и, кроме
того, ресурсы моделирования конечны,
3) упрощенность - модель отображает только существенные стороны объекта,
4) полнота – учтены все необходимые свойства,
5) приблизительность - действительность отображается моделью грубо или приблизительно,
6) информативность - модель должна содержать достаточную информацию о системе - в
рамках гипотез, принятых при построении модели,
7) потенциальность - предсказуемость модели и еѐ свойств.
Исследование объектов, процессов или явлений путем построения и изучения их моделей для
определения или уточнения характеристик оригинала называется моделированием.
Моделирование — это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей. Теория
замещения объектов-оригиналов объектом-моделью называется теорией моделирования.
Основными этапами моделирования являются:
1) постановка задачи;
2) разработка модели, анализ и исследование задачи;
3) компьютерный (натурный, физический) эксперимент;
4) анализ результатов моделирования.
На этапе разработки модели осуществляется построение информационной модели, то есть
формирование представления об элементах, составляющих исходный объект.
Если результаты моделирования подтверждаются и могут служить основой для прогнозирования
поведения исследуемых объектов, то говорят, что модель адекватна объекту. Степень адекватности
зависит от цели и критериев моделирования.
Классификация моделей
По цели использования
По цели использования модели классифицируются:
- научный эксперимент, в котором осуществляется исследование модели с применением
различных средств получения данных об объекте, возможности влияния на ход процесса, с целью
получения новых данных об объекте или явлении;
- комплексные испытания и производственный эксперимент, использующие натурное
испытание физического объекта для получения высокой достоверности о его характеристиках;
- оптимизационные, связанные с нахождением оптимальных показателей системы (например,
нахождение минимальных затрат или определение максимальной прибыли).По области применения
Учебные: наглядные пособия, обучающие программы, различные тренажеры.
Опытные модели — это уменьшенные или увеличенные копии проектируемого объекта. Их
называют также натурными и используют для исследования объекта и прогнозирования его будущих
характеристик: модель корабля испытывается в бассейне для определения устойчивости судна при
качке.
Научно-технические модели создают для исследования процессов и явлений: ускоритель
электронов, прибор, имитирующий разряд молнии, стенд для проверки телевизора.
Игровые: военные, экономические, спортивные, деловые игры.
Имитационные модели не просто отражают реальность с той или иной степенью точности, а
имитируют ее. Эксперимент либо многократно повторяется, чтобы изучить и оценить последствия
каких-либо действий на реальную обстановку, либо проводится одновременно со многими другими
похожими объектами, но поставленными в разные условия. Подобный метод выбора правильного
решения называется методом проб и ошибок.
Кроме того, по области применения модели можно разделить на:
- универсальные, предназначенные для использования многими системами,
- специализированные, созданные для исследования конкретной системы.
Учет фактора времени
По отношению ко времени модели разделяют на:
- статические, описывающие систему в определенный момент времени. Например,
обследование учащихся в стоматологической поликлинике дает картину состояния их ротовой полости
на данный момент времени: число молочных и постоянных зубов, пломб, дефектов и т. п.
- динамические, рассматривающие поведение системы во времени. В примере с поликлиникой
карточку школьника, отражающую изменения, происходящие с его зубами за многие годы, можно
считать динамической моделью.
В свою очередь, динамические модели подразделяют на дискретные, в которых все события
происходят по интервалам времени, и непрерывные, где все события происходят непрерывно во
времени.
По наличию воздействий на систему
По наличию воздействий на систему модели делятся на:
- детерминированные (в системах отсутствуют случайные воздействия),
- стохастические (в системах присутствуют вероятностные воздействия).
Эти же модели некоторые авторы классифицируют по способу оценки параметров системы:
- в детерминированных системах параметры модели оцениваются одним показателем для
конкретных значений их исходных данных;
- в стохастических системах наличие вероятностных характеристик исходных данных позволяет
оценивать параметры системы несколькими показателями. По способу представления
Материальные модели иначе можно назвать предметными, физическими. Они воспроизводят
геометрические и физические свойства оригинала и всегда имеют реальное воплощение.
Примеры:
1) Детские игрушки. По ним ребенок получает первое впечатление об окружающем мире.
Двухлетний ребенок играет с плюшевым медвежонком. Когда, спустя годы, ребенок увидит в зоопарке
настоящего медведя, он без труда узнает его.
2) Школьные пособия, физические и химические опыты. В них моделируются процессы,
например реакция между водородом и кислородом. Такой опыт сопровождается оглушительным
хлопком. Модель подтверждает о последствиях возникновения «гремучей смеси» из безобидных и
широко распространенных в природе веществ.
3) Карты при изучении истории или географии, схемы солнечной системы и звездного неба на
уроках астрономии и многое другое.
Материальные модели реализуют материальный (потрогать, понюхать, увидеть,
услышать) подход к изучению объекта, явления или процесса.
Информационные модели – совокупность информации, характеризующая свойства и состояния
объекта, процесса, явления, а также взаимосвязь с внешним миром.
Информационные модели нельзя потрогать или увидеть воочию, они не имеют материального
воплощения, потому что они строятся только на информации. В основе этого метода моделирования
лежит информационный подход к изучению окружающей действительности.
Информация, характеризующая объект или процесс, может иметь разный объем и форму
представления, выражаться различными средствами. Это многообразие настолько безгранично,
насколько велики возможности каждого человека и его фантазии. К информационным моделям можно
отнести знаковые и вербальные (описательные).
Знаковая модель – информационная модель, выраженная специальными знаками, т. е.
средствами любого формального языка.
Знаковые модели окружают нас повсюду. Это рисунки, тексты, графики и схемы.
По способу реализации знаковые модели можно разделить на:
- компьютерные,
- некомпьютерные.
Компьютерная модель – модель, реализованная средствами программной среды.
Вербальная (от лат «verbalis» – устный) модель – информационная модель в мысленной или
разговорной форме.
Это модели, полученные в результате раздумий, умозаключений. Они могут так и остаться
мысленными или быть выражены словесно. Примером такой модели может стать наше поведение при
переходе улицы. Человек анализирует ситуацию на дороге (что показывает светофор, с какой скоростью
и на каком расстоянии движутся автомобили и т. п.) и вырабатывает свою модель поведения. Если
ситуация смоделирована удачно, то переход будет безопасным, если нет, то может произойти авария. К
таким моделям можно отнести идею, возникшую в голове изобретателя, музыкальную тему,
промелькнувшую в голове композитора, рифму, прозвучавшую пока в голове поэта.
Знаковые и вербальные модели, как правило, взаимосвязаны. Мысленный образ, родившийся в
мозгу человека, может быть облечен в знаковую форму. И, наоборот, знаковая модель – помогает
сформировать в сознании верный мысленный образ.
Согласно легенде, яблоко, упавшее на голову Ньютону, вызвало в его сознании мысль о земном
притяжении. И только в последствии эта мысль оформилась в закон, т. е. обрела знаковую форму.
Примером вербальной (описательной) модели является «Гелиоцентрическая модель мира»,
принадлежащая Н. Копернику, которая была сформулирована им в семи утверждениях.Человек прочитал текст, объясняющий некоторые физические явления, и у него сформировался
мысленный образ. В дальнейшем такой образ поможет распознать реальное явление.
По форме представления можно выделить следующие виды информационных моделей:
геометрические модели — графические формы и объемные конструкции;
словесные модели — устные и письменные описания с использованием иллюстраций;
математические модели — математические формулы, отображающие связь различных
параметров объекта или процесса;
структурные модели — схемы, графики, таблицы и т. п.;
логические модели — модели, в которых представлены различные варианты выбора действий на
основе умозаключений и анализа условий;
специальные модели — ноты, химические формулы и т. п.;
компьютерные и некомпьютерные модели.
По отрасли знаний
Это классификация по отрасли деятельности человека: математические, биологические,
химические, социальные, экономические, исторические и т.д.
Виды моделирования
Материальным (физическим, предметным, натурным) принято называть моделирование, при
котором реальному объекту противопоставляется его увеличенная или уменьшенная копия,
допускающая исследование (как правило, в лабораторных условиях) с помощью последующего
перенесения свойств изучаемых процессов и явлений с модели на объект на основе теории подобия.
Примеры: в астрономии - планетарий, в архитектуре - макеты зданий, в самолетостроении -
модели летательных аппаратов и т.п.
Идеальное моделирование - основано не на материальной аналогии объекта и модели, а на
аналогии идеальной, мыслимой. Идея мысленного эксперимента впервые была выдвинута Г. Галилеем.
Галилей применил идею мысленного эксперимента к воображаемому телу, которое свободно от всех
внешних воздействий. Такой мысленный эксперимент позволил Г. Галилею прийти к идее
инерциального движения тела.
Знаковое моделирование – это моделирование, использующее в качестве моделей знаковые
преобразования какого-либо вида: схемы, графики, чертежи, формулы, наборы символов.
Математическое моделирование - это моделирование, при котором исследование объекта
осуществляется посредством модели, сформулированной на языке математики. Например, описание и
исследование законов механики Ньютона средствами математических формул
52
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 3
1. Объект, система, модель, моделирование 5
2. Виды моделей. Информационная модель 6
3. Этапы моделирования. Создание моделей 9
4. Связи между объектами 10
Заключение 11
Список литературы 12
ВВЕДЕНИЕ
С точки зрения информатики, решение любой производственной или научной задачи описывается следующей технологической цепочкой: «реальный объект - модель - алгоритм - программа - результаты - реальный объект». В этой цепочке очень важную роль играет звено «модель», как необходимый, обязательный этап решения этой задачи. Под моделью при этом понимается некоторый мысленный образ реального объекта (системы), отражающий существенные свойства объекта и заменяющий его в процессе решения задачи.
Модель - очень широкое понятие, включающее в себя множество способов представления изучаемой реальности. Различают модели материальные (натурные) и идеальные (абстрактные). Материальные модели основываются на чем-то объективном, существующем независимо от человеческого сознания (каких-либо телах или процессах). Материальные модели делят на физические и аналоговые, основанные на процессах, аналогичных в каком-то отношении изучаемому. Между физическими и аналоговыми моделями можно провести границу и такая классификация моделей будет носить условный характер.
Еще более сложную картину представляют идеальные модели, неразрывным образом связанные с человеческим мышлением, воображением, восприятием. Среди идеальных моделей можно выделить интуитивные модели, к которым относятся, но единого подхода к классификации остальных видов идеальных моделей нет. Такой подход является не вполне оправданным, так как он переносит информационную природу познания на суть используемых в процессе моделей - при этом любая модель является информационной. Более продуктивным представляется такой подход к классификации идеальных моделей:
1. Вербальные (текстовые) модели. Эти модели используют последовательности предложений на формализованных диалектах естественного языка для описания той или иной области действительности (примерами такого рода моделей являются милицейский протокол, правила дорожного движения, настоящий учебник).
2. Математические модели - очень широкий класс знаковых моделей (основанных на формальных языках над конечными алфавитами), широко использующих те или иные математические методы. Например, математическая модель звезды. Эта модель будет представлять собой сложную систему уравнений, описывающих физические процессы, происходящие в недрах звезды. Математической моделью другого рода являются, например, математические соотношения, позволяющие рассчитать оптимальный (наилучший с экономической точки зрения) план работы какого-либо предприятия.
3. Информационные модели - класс знаковых моделей, описывающих информационные процессы (возникновение, передачу, преобразование и использование информации) в системах самой разнообразной природы.
Граница между вербальными, математическими и информационными моделями может быть проведена весьма условно; возможно, информационные модели следовало бы считать подклассом математических моделей. В рамках информатики как самостоятельной науки, отдельной от математики, физики, лингвистики и других наук, выделение класса информационных моделей является целесообразным. Информатика имеет самое непосредственное отношение и к математическим моделям, поскольку они являются основой применения компьютера при решении задач различной природы: математическая модель исследуемого процесса или явления на определенной стадии исследования преобразуется в компьютерную (вычислительную) модель, которая затем превращается в алгоритм и компьютерную программу.
1 ОБЪЕКТ, СИСТЕМА, МОДЕЛЬ, МОДЕЛИРОВАНИЕ
Модель - это искусственно созданный объект, дающий упрощенное представление о реальном объекте, процессе или явлении, отражающий существенные стороны изучаемого объекта с точки зрения цели моделирования. Моделирование - это построение моделей, предназначенных для изучения и исследования объектов, процессов или явлений.
Объект, для которого создается модель, называют оригиналом или прототипом. Любая модель не является абсолютной копией своего оригинала, она лишь отражает некоторые его качества и свойства, наиболее существенные для выбранной цели исследования. При создании модели всегда присутствуют определенные допущения и гипотезы.
Системный подход позволяет создавать полноценные модели. Особенности системного подхода заключаются в следующем. Изучаемый объект рассматривается как система, описание и исследование элементов которой не выступает как сама цель, а выполняется с учетом их места (наличие подзадач). В целом объект не отделяется от условий его существования и функционирования. Объект рассматривается как составная часть чего-то целого (сам является подзадачей). Один и тот же исследуемый элемент рассматривается как обладающий разными характеристиками, функциями и даже принципами построения. При системном подходе на первое место выступают не только причинные объяснения функционирования объекта, но и целесообразность включения его в состав других элементов. Допускается возможность наличия у объекта множества индивидуальных характеристик и степеней свободы. Альтернативы решения задач сравниваются в первую очередь по критерию "стоимость-эффективность".
Создание универсальных моделей - это следствие использование системного подхода. Моделирование (эксперимент) может быть незаменимо. С помощью компьютера возможен расчет интересующих исследователей параметров. Моделирование - исследование явлений, процессов или систем объектов путем построения и изучения их моделей - это основной способ научного познания. В информатике данный способ называется вычислительный эксперимент и основывается он на трех основных понятиях: модель - алгоритм - программа. Использование компьютера при моделировании возможно по трем направлениям:
1. Вычислительное - прямые расчеты по программе.
2. Инструментальное - построение базы знаний, для преобразования ее в алгоритм и программу.
3. Диалоговое - поддержание интерфейса между исследователем и компьютером.
2 ВИДЫ МОДЕЛЕЙ. ИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ
Модель - общенаучное понятие, означающее как идеальный, так и физический объект анализа. Важным классом идеальных моделей является математическая модель - в ней изучаемое явление или процесс представлены в виде абстрактных объектов или наиболее общих математических закономерностей, выражающих либо законы природы, либо внутренние свойства самих математических объектов, либо правила логических рассуждений.
Границы между моделями различных типов или классов, а также отнесение модели к какому-то типу или классу чаще всего условны. Наиболее распространенные признаки, по которым классифицируются модели:
- цель использования;
- область знаний;
- фактор времени;
- способ представления.
По целям использования выделяются модели учебные, опытные, имитационные, игровые, научно-технические.
По области знаний выделяются модели биологические, экономические, исторические, социологические и т.д.
По фактору времени разделяются модели динамические и статические. Статическая модель отражает строение и параметры объекта, поэтому ее называют также структурной. Она описывает объект в определенный момент времени, дает срез информации о нем. Динамическая модель отражает процесс функционирования объекта или изменения и развития процесса во времени.
Любая модель имеет конкретный вид, форму или способ представления, она всегда из чего-то и как-то сделана или представлена и описана. В этом классе, прежде всего, модели рассматриваются как материальные и нематериальные.
Материальные модели - это материальные копии объектов моделирования. Они всегда имеют реальное воплощение, воспроизводят внешние свойства или внутреннее строение, либо действия объекта-оригинала. Материальное моделирование использует экспериментальный (опытный) метод познания.
Нематериальное моделирование использует теоретический метод познания. По-другому его называют абстрактным, идеальным. Абстрактные модели, в свою очередь, делятся на воображаемые и информационные.
Информационная модель - это совокупность информации об объекте, описывающая свойства и состояние объекта, процесса или явления, а также связи и отношения с окружающим миром. Информационные модели представляют объекты в виде, словесных описаний, текстов, рисунков, таблиц, схем, чертежей, формул и т.д. Информационную модель нельзя потрогать, у нее нет материального воплощения, она строится только на информации. Ее можно выразить на языке описания (знаковая модель) или языке представления (наглядная модель).Одна и та же модель одновременно относится к разным классам деления. Например, программы, имитирующие движение тел. Такие программы используются на уроках физики (область знания) с целями обучения (цель использования). В то же время они являются динамическими, так как учитывают положение тела в разные моменты времени, и алгоритмическими по способу реализации.
Форма представления информационной модели зависит от способа кодирования (алфавита) и материального носителя.
Воображаемое (мысленное или интуитивное) моделирование - это мысленное представление об объекте. Такие модели формируются в воображении человека и сопутствуют его сознательной деятельности. Они всегда предшествуют созданию материального объекта, материальной и информационной модели, являясь одним из этапов творческого процесса.
Вербальное моделирование (относится к знаковым) - это представление информационной модели средствами естественного разговорного языка (фонемами). Мысленная модель, выраженная в разговорной форме, называется вербальной. Форма представления такой модели - устное или письменное сообщение. Примерами являются литературные произведения, информация в учебных пособиях и словарях, инструкции пользования устройством, правила дорожного движения.
Наглядное (выражено на языке представления) моделирование - это выражение свойств оригинала с помощью образов. Например, рисунки, художественные полотна, фотографии, кинофильмы. При научном моделировании понятия часто кодируются рисунками - иконическое моделирование. Сюда же относятся геометрические модели - информационные модели, представленные средствами графики.
Образно-знаковое моделирование использует знаковые образы какого-либо вида: схемы, графы, чертежи, графики, планы, карты. Например, географическая карта, план квартиры, родословное дерево, блок-схема алгоритма. К этой группе относятся структурные информационные модели, создаваемые для наглядного изображения составных частей и связей объектов. Наиболее простые и распространенные информационные структуры - это таблицы, схемы, графы, блок-схемы, деревья.
Знаковое (символическое выражено на языке описания) моделирование использует алфавиты формальных языков: условные знаки, специальные символы, буквы, цифры и предусматривает совокупность правил оперирования с этими знаками. Примеры: специальные языковые системы, физические или химические формулы, математические выражения и формулы, нотная запись и т. д. Программа, записанная по правилам языка программирования, является знаковой моделью.
Одним из наиболее распространенных формальных языков является алгебраический язык формул в математике, который позволяет описывать функциональные зависимости между величинами. Составление математической модели во многих задачах моделирования хоть и промежуточная, но очень существенная стадия.
Математическая модель - способ представления информационной модели, отображающий связь различных параметров объекта через математические формулы и понятия. В тех случаях, когда моделирование ориентировано на исследование моделей с помощью компьютера, одним из его этапов является разработка компьютерной модели.
Компьютерная модель - это созданный за счет ресурсов компьютера виртуальный образ, качественно и количественно отражающий внутренние свойства и связи моделируемого объекта, иногда передающий и его внешние характеристики. Компьютерная модель представляет собой материальную модель, воспроизводящую внешний вид, строение или действие моделируемого объекта посредством электромагнитных сигналов. Разработке компьютерной модели предшествуют мысленные, вербальные, структурные, математические и алгоритмические модели.
3 ЭТАПЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ. СОЗДАНИЕ МОДЕЛЕЙ
Процесс решения задач осуществляется в несколько этапов.
Содержательная постановка задачи. Вначале нужно осознать задачу, четко сформулировать ее. При этом определяются также объекты, которые относятся к решаемой задаче, а также ситуация, которую нужно реализовать в результате ее решения. Это - этап содержательной постановки задачи. Для того чтобы задачу можно было описать количественно и использовать при ее решении вычислительную технику, нужно произвести качественный и количественный анализ объектов и ситуаций, имеющих к ней отношение. При этом сложные объекты, разбиваются на части (элементы), определяются связи этих элементов, их свойства, количественные и качественные значения свойств, количественные и логические соотношения между ними, выражаемые в виде уравнений, неравенств. Это - этап системного анализа задачи, в результате которого объект оказывается представленным в виде системы.
Следующим этапом является математическая постановка задачи, в процессе которой осуществляется построение математической модели объекта и определение методов (алгоритмов) получения решения задачи. Это - этап системного синтеза (математической постановки) задачи. На этом этапе может оказаться, что ранее проведенный системный анализ привел к такому набору элементов, свойств и соотношений, для которого нет приемлемого метода решения задачи, в результате приходится возвращаться к этапу системного анализа. Как правило, решаемые в практике задачи стандартизованы, системный анализ производится в расчете на известную математическую модель и алгоритм ее решения, проблема состоит лишь в выборе подходящего метода.
Следующим этапом является разработка программы решения задачи на ЭВМ. Для сложных объектов, состоящих из большого числа элементов, обладающих большим числом свойств, может потребоваться составление базы данных и средств работы с ней, методов извлечения данных, нужных для расчетов. Для стандартных задач осуществляется не разработка, а выбор подходящего пакета прикладных программ и системы управления базами данных.
На заключительном этапе производится эксплуатация модели и получение результатов.
4 СВЯЗИ МЕЖДУ ОБЪЕКТАМИ
Если предметы моделируются как объекты, то отношения, которые систематически возникают между различными видами объектов, отражаются в информационных моделях как связи. Каждая связь задается в модели определенным именем. Связь в графической форме представляется как линия между связанными объектами и обозначается идентификатором связи.
Существует три вида связи: один-к-одному, один-ко-многим и многие-ко-многим.
Связь один-к-одному существует, когда один экземпляр одного объекта связан с единственным экземпляром другого. Связь один-к-одному обозначается стрелками <и>.
Связь один-ко-многим существует, когда один экземпляр первого объекта связан с одним (или более) экземпляром второго объекта, но каждый экземпляр второго объекта связан только с одним экземпляром первого. Множественность связи изображается двойной стрелкой >>.
Связь многие-ко-многим существует, когда один экземпляр первого объекта связан с одним или большим количеством экземпляров второго и каждый экземпляр второго связан с одним или многими экземплярами первого. Этот тип связи изображается двусторонней стрелкой -
Помимо множественности, связи могут подразделяться на безусловные и условные. В безусловной связи для участия в ней требуется каждый экземпляр объекта. В условной связи принимают участие не все экземпляры объекта. Связь может быть условной как с одной, так и с обеих сторон.
Все связи в информационной модели требуют описания, которое, как минимум, включает:
- идентификатор связи;
- формулировку сущности связи;
- вид связи (ее множественность и условность);
- способ описания связи с помощью вспомогательных атрибутов объектов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Дальнейшее развитие представлений информационного моделирования связано с развитием понятия связи, структур, ими образуемых, и задач, которые могут быть решены на этих структурах. Нам уже известна простая последовательная структура экземпляров - очередь. Возможными обобщениями информационных моделей являются циклическая структура, таблица, стек.
Очень важную роль играет древовидная информационная модель, являющаяся одной из самых распространенных типов классификационных структур. Эта модель строится на основе связи, отражающей отношение части к целому: «А есть часть М» или «М управляет А». Древовидная связь является связью типа один-ко-многим..
Таким образом, типы данных в программировании тесно связаны с определенными информационными моделями данных.
Еще более общей информационной моделью является, так называемая, графовая структура. Графовые структуры являются основой решения огромного количества задач информационного моделирования.
Многие прикладные задачи информационного моделирования были поставлены и изучены достаточно давно, в 50-60-х годах, в связи с активно развивавшимися тогда исследованиями и разработками по научным основам управления в системах различной природы и в связи с попытками смоделировать с помощью компьютеров психическую деятельность человека при решении творческих интеллектуальных задач. Научное знание и модели, которые были получены в ходе решения этих задач, объединены в науке под названием «Кибернетика», в рамках которой существует раздел «Исследования по искусственному интеллекту».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Городецкий А.Я. Информационные системы. Вероятностные модели и статистические решения. Учеб. пособие. - СПб: Изд-во СПбГПУ, 2003. - 326 c.
2. Олзоева С.И. Моделирование и расчёт распределённых информационных систем. Учебное пособие. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2004. - 67 с.
3. Елинова Г.Г. Информационные технологии в профессиональной деятельности: Краткий курс лекций. - Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004. - 39 с.
4. Артёмова С.В. Информатика: Учебное пособие. Ч.I. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2001. - 160 с.
5. Майстренко А.В. Информатика: Учеб. пособие. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. тех. ун-та, 2002. - Ч. I. - 96 с
53
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Темы лекционных занятий (6 часов):
1) Введение. Модель и оригинал, сущность моделирования. Физи-
ческое и математическое моделирование. Функциональная полнота и адек-
ватность модели оригиналу, требования к моделям. Место моделирования в
научных и практических исследованиях, классы задач, решаемых с помо-
щью математического моделирования. Разновидности математических мо-5
5
делей. Основные этапы разработки и исследования моделей. Модульность
структуры моделей
2) Детерминированные модели. Основные структуры. Матема-
тический аппарат и основные задачи. Модели с модулярными операциями.
Последовательности максимальной длины, их свойства и их моделирование.
3) Общие сведения о стохастических моделях. Структура сто-
хастической модели. Имитация случайностей и требования к процедурам
имитации. Тестирование и выравнивание вероятностей P(1)
и P(0)
модели-
руемых последовательностей случайных величин.
4) Моделирование равновероятных случайных величин. Клас-
сификация методов моделирования. Использование физических датчиков
случайности. Выравнивание вероятностей появления двоичных символов.
Рекуррентные процедуры генерирования последовательностей псевдослу-
чайных чисел: квадратов, произведений, мультипликативный конгруент-
ный, смешанный и др. Применение псевдослучайных и случайных последо-
вательностей в технических системах.
5) Моделирование случайных событий и дискретных случай-
ных величин. Моделирование независимых и зависимых, несовместных и
несовместных событий. Моделирование цепей Маркова. Общий метод мо-
делирования зависимых и независимых случайных величин.
6) Моделирование непрерывных случайных величин. Общие
методы: метод обратной (квантильной) функции, метод суперпозиции, ме-
тод отбора (метод Неймана). Частные методы: реализация нормального и
колоколообразного распределений. Усечение законов распределения: необ-
ходимость усечения, учет особенностей моделируемой задачи при опреде-
лении закона распределения после усечения.
7) Моделирование и анализ случайных процессов и случайных
последовательностей. Моделирование случайных процессов. Моделирова-
ние дискретных случайных последовательностей с заданными одномерным
законом распределения и корреляционной функцией. Моделирование вре-
менных рядов. Модели прогнозирования временных рядов. Анализ текущих
характеристик нестационарных случайных процессов и случайных. после-
довательностей. Вайвлет анализ временных рядов.
8) Моделирование с использованием имитационного подхода.
Особенности моделей использующих имитационный подход. Имитатор сис-
темы массового обслуживания. Имитация основных видов педагогической
деятельности.
Темы лабораторных занятий (12 часов)
4. Ознакомление с системой геометрического моделирования (1 час).
5. Исследование детерминированной модели (1 часа).
6. Моделирование равномерно распределённых случайных величин (2
часа).
7. Анализ двух приложений псевдослучайных последовательностей (1
час).6
6
8. Моделирование дискретных случайных величин (1 часа).
9. Моделирование непрерывных случайных величин (2 часа).
10. Моделирование и анализ случайных последовательностей (2 часа).
11. Разработка математических моделей (2 часа).
Вопросов для контроля и самоконтроля
1. Введение. Роль математических методов в познании и научном
объяснении явлений и процессов, происходящих в физическом мире.
2. Структура процесса моделирования. Классификация моделей.
3. Случайные величины и частотные распределения. Эксперимент,
пространство выборки и результат.
4. Статистика и вероятность. Повторение испытаний. Закон больших
чисел. 5. Сжатие данных. Организация вариационных рядов. Графическое
представление вариационного ряда.
6. Функция плотности и функция распределения. Многомерные рас-
пределения.
7. Кривые распределения и их виды. Меры расположения, рассеяния и
деформаций.
8. Моменты распределения. Схемы вычисления моментов.
9. Описательные статистики. Схема вычислений описательных стати-
стик. 10. Основные ошибки описательных статистик и их назначение.
11. Стандартные распределения (биномиальное, формула Бернулли,
распределение Пуассона).
12. Нормальное распределение и его основные свойства.
13. Семейство распределений Пирсона. Ряды Грамма-Шарлье.
14. Другие распределения, связанные с нормальным распределением.
15. Многомерное нормальное распределение.
16. Теоретическая модель и ее согласованность с эмпирическими дан-
ными. 17. Критерии значимости. Доверительные интервалы.
18 Описание, анализ и предсказание в статистической теории. Крите-
рии согласия.
19. Методы нахождения оценок параметров распределения.
20. Однофакторный дисперсионный анализ. Схема вычислений при
однофакторном дисперсионном анализе.
21. Многофакторный дисперсионный анализ. Адекватность модели.
22. Простая линейная регрессия и корреляционный анализ.
23. Коэффициент корреляции и его основные свойства.
24. Корреляционное отношение и его основные свойства.
25. Множественная линейная регрессия, множественные и частные
корреляции.
26. Ранг случайной величины. Показатель корреляции рангов.
27. Множественная корреляция. Понятие об автокорреляции. Корре-
ляционная матрица.
28. Вычисление значений зависимого признака на основе регрессии.
Метод наименьших квадратов. 7
7
29 Другие уравнения, применяемые в моделировании. Общие прин-
ципы выбора уравнения регрессии.
30. Проверка гипотез о векторах средних. Классификация в случае
двух популяций.
31. Оптимизационные модели. Постановка задачи. Структура оптими-
зационной модели.
32. Линейные статистические модели и линейное программирование.
Постановка задач и их графическое решение.
33. Алгебраический метод решения оптимизационных задач и сим-
плекс метод.
34. Базисное решение. Условие оптимизации.
35. Заключение. Понятие об информационных пространствах, базах
данных, банках данных.
4. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА И ОРГАНИЗАЦИЯ
КОНТРОЛЬНО – ОЦЕНОЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Организация самостоятельной работы студентов заочной формы обучения
№ Название темы
Вид самостоятель-
ной работы
Кол-во
часов
Форма отчетности
1 Введение. Модель и ориги-
нал, сущность моделирова-
ния. Физическое и математи-
ческое моделирование.
Функциональная полнота и
адекватность модели ориги-
налу, требования к моделям.
Место моделирования в на-
учных и практических иссле-
дованиях, классы задач, ре-
шаемых с помощью матема-
тического моделирования.
Разновидности математиче-
ских моделей. Основные эта-
пы разработки и исследова-
ния моделей. Модульность
структуры моделей
Подготовка к ауди-
торным занятиям
8 конспект
2 Детерминированные моде-
ли. Основные структуры.
Математический аппарат и
основные задачи. Модели с
модулярными операциями.
Последовательности макси-
мальной длины, их свойства
и их моделирование.
Изучение рекомен-
дованной литерату-
ры
11 конспект8
8
3 Общие сведения о стохас-
тических моделях. Структу-
ра стохастической модели.
Имитация случайностей и
требования к процедурам
имитации. Тестирование и
выравнивание вероятностей
P(1) и P(0) моделируемых
последовательностей слу-
чайных величин.
Подготовка к лабо-
раторным работам 15 конспект
4 Моделирование равнове-
роятных случайных вели-
чин. Классификация методов
моделирования. Использова-
ние физических датчиков
случайности. Выравнивание
вероятностей появления дво-
ичных символов. Рекуррент-
ные процедуры генерирова-
ния последовательностей
псевдослучайных чисел:
квадратов, произведений,
мультипликативный конгру-
ентный, смешанный и др.
Применение псевдослучай-
ных и случайных последова-
тельностей в технических
системах.
Выполнение инди-
видуальных заданий 12 письменный отчет
5 Моделирование случайных
событий и дискретных слу-
чайных величин. Модели-
рование независимых и зави-
симых, несовместных и не-
совместных событий. Моде-
лирование цепей Маркова.
Общий метод моделирования
зависимых и независимых
случайных величин.
Изучение рекомен-
дованной литерату-
ры
14 беседа с преподавателем9
9
6 Моделирование непрерыв-
ных случайных величин.
Общие методы: метод обрат-
ной (квантильной) функции,
метод суперпозиции, метод
отбора (метод Неймана). Ча-
стные методы: реализация
нормального и колоколооб-
разного распределений. Усе-
чение законов распределе-
ния: необходимость усече-
ния, учет особенностей мо-
делируемой задачи при оп-
ределении закона распреде-
ления после усечения.
Подготовка к лабо-
раторным работам 18 конспект
7 Моделирование и анализ
случайных процессов и
случайных последователь-
ностей. Моделирование слу-
чайных процессов. Модели-
рование дискретных случай-
ных последовательностей с
заданными одномерным за-
коном распределения и кор-
реляционной функцией. Мо-
делирование временных ря-
дов. Модели прогнозирова-
ния временных рядов. Ана-
лиз текущих характеристик
нестационарных случайных
процессов и случайных. по-
следовательностей. Вайвлет
анализ временных рядов.
Работа над отдель-
ными темами, выне-
сенными на само-
стоятельное изуче-
ние
14 тестирование по теорети-
ческим вопросам
8 Моделирование с исполь-
зованием имитационного
подхода. Особенности моде-
лей использующих имитаци-
онный подход. Имитатор
системы массового обслужи-
вания. Имитация основных
видов педагогической дея-
тельности.
Выполнение домаш-
него задания
10 тестирование по теорети-
ческим вопросам
Итого 102
Темы, вынесенные на самостоятельное изучение
1. Классификация математических моделей в зависимости от целей
моделирования.
2. Математическая постановка задачи моделирования.
3. Проверка адекватности модели.
4. Модель спроса-предложения.
5. Способы построения структурных моделей.10
10
6. Моделирование в условиях неопределенности, описываемой с по-
зиций теории нечетких множеств.
7. Фракталы и их применение.
8. Особенности моделей, использующих имитационный подход.
9. Организация хранения исходных данных и работа с данными на PC:
- упаковка данных; - работа с массивами.
10. Освоение статистических программ: - сжатие данных; - статисти-
ческая обработка; - стандартные распределения; - корреляционный анализ; -
регрессионный анализ; - дисперсионный анализ; - симплекс-метод; - много-
мерный статистический анализ.
Вопросы для подготовки к зачету
1. Введение. Роль математических методов в познании и научном
объяснении явлений и процессов, происходящих в физическом мире.
2. Структура процесса моделирования. Классификация моделей.
3. Случайные величины и частотные распределения. Эксперимент,
пространство выборки и результат.
4. Статистика и вероятность. Повторение испытаний. Закон больших
чисел.
5. Сжатие данных. Организация вариационных рядов. Графическое
представление вариационного ряда.
6. Функция плотности и функция распределения. Многомерные рас-
пределения.
7. Кривые распределения и их виды. Меры расположения, рассеяния и
деформаций.
8. Моменты распределения. Схемы вычисления моментов.
9. Описательные статистики. Схема вычислений описательных стати-
стик. 10. Основные ошибки описательных статистик и их назначение.
11. Стандартные распределения (биномиальное, формула Бернулли,
распределение Пуассона).
12. Нормальное распределение и его основные свойства.
13. Семейство распределений Пирсона. Ряды Грамма-Шарлье.
14. Другие распределения, связанные с нормальным распределением.
15. Многомерное нормальное распределение.
16. Теоретическая модель и ее согласованность с эмпирическими дан-
ными.
17. Критерии значимости. Доверительные интервалы.
18 Описание, анализ и предсказание в статистической теории. Крите-
рии согласия.
19. Методы нахождения оценок параметров распределения.
20.Однофакторный дисперсионный анализ. Схема вычислений при
однофакторном дисперсионном анализе.
21. Многофакторный дисперсионный анализ. Адекватность модели.
22. Простая линейная регрессия и корреляционный анализ.
23. Коэффициент корреляции и его основные свойства. 11
11
24. Корреляционное отношение и его основные свойства.
25. Множественная линейная регрессия, множественные и частные
корреляции.
26. Ранг случайной величины. Показатель корреляции рангов.
27. Множественная корреляция. Понятие об автокорреляции. Корре-
ляционная матрица.
28. Вычисление значений зависимого признака на основе регрессии.
Метод наименьших квадратов.
29 Другие уравнения, применяемые в моделировании. Общие прин-
ципы выбора уравнения регрессии.
30. Проверка гипотез о векторах средних. Классификация в случае
двух популяций.
31. Оптимизационные модели. Постановка задачи. Структура оптими-
зационной модели.
32. Линейные статистические модели и линейное программирование.
Постановка задач и их графическое решение.
33. Алгебраический метод решения оптимизационных задач и сим-
плекс метод.
34. Базисное решение. Условие оптимизации.
35. Заключение. Понятие об информационных пространствах, базах
данных, банках данных.
Вопросы для подготовки к экзамену
1. Понятие «модель» и «моделирование». Сущность процесса мо-
делирования. Общая схема моделирования.
2. Общие понятия о численных методах. Вычислительный экспе-
римент, вычислительный алгоритм.
3. Компьютерные технологии решения прикладных задач. Типы
задач. Области применения.
4. Сложные системы как объекты исследования и моделирования.
Задачи исследования. Использование математических моделей.
5. Методы исследования математических моделей. Задачи иссле-
дования.
6. Комплексы программ как сложные прикладные программные
системы. Основные понятия и определения.
7. Классификация моделей и форм моделирования. Основные по-
нятия и области применения.
8. Методы оптимизации: основные понятия, оптимизационные за-
дачи, оптимальное решение, оптимальный результат. Параметры. Показате-
ли. Критерии.
9. Информационно-техническое обеспечение (ИТО) решения при-
кладных задач. Назначение, структура и состав ИТО.
10. Математическая модель и ее основные элементы. Требования к
моделям.12
12
11. Классическая задача оптимизации. Общая постановка задачи.
Показатели, критерии.
12. Автоматизированные информационные системы (АИС). Назна-
чение, структура и область применения.
13. Принципы построения математических моделей. Функции, це-
левая функция, ограничения.
14. Многокритериальная оптимизация. Общие понятия.
15. Виды обеспечения АИС. Назначение, структура, состав, основ-
ные характеристики.
16. Макро- и микро-подходы при моделировании. Элементы и под-
системы сложной системы.
17. Задачи математического программирования. Типы задач и ме-
тоды решения.
18. Техническое обеспечение автоматизированных информацион-
ных систем, требования, структура, состав, основные характеристики.
19. Основные типы математических моделей. Общие понятии. Ос-
новные характеристики.
20. Понятие о линейном программировании. Общая постановка за-
дачи.
21. Программное обеспечение автоматизированных информацион-
ных систем, требования, структура, состав, основные характеристики.
22. Статистические и динамические модели. Основные понятия.
23. Понятие о нелинейном программировании. Постановка задачи.
24. Информационное обеспечение. Базы и банки данных. Назначе-
ние, состав, структура.
25. Детерминированные и стохастические модели. Основные поня-
тия.
26. Целочисленное программирование. Основные понятия.
27. Традиционные и новые информационные технологии. Средства
их реализации.
28. Оптимизационные модели. Основные понятия.
29. Стохастическое программирование. Основные понятия.
30. Проектирование информационных систем. Типовые этапы ра-
бот и основные результаты. Нормативно-правовая база проектирования сис-
тем и информационных технологий.
31. Методы статистического моделирования. Основные понятия.
Области применения.
32. Метод динамического программирования. Основные понятия.
Постановка задачи.
33. Проектирование программных средств. Этапы работ. Средства
проектирования. Нормативно-правовая база.
34. Имитационное моделирование. Сущность, основные понятия
Область применения.
35. Исследование операций. Предмет и общие понятия. Задачи ис-
следования операций.13
13
36. Этапы создания имитационных моделей. Формализация объек-
тов. Моделирующие алгоритмы.
37. Методы исследования математических моделей. Задачи иссле-
дования.
38. Защита и информационная безопасность автоматизированных
информационных систем и комплексов программ. Цели и задачи. Основные
методы и средства реализации.
39. Технология имитационного моделирования. Использование
имитационных моделей.
40. Основные понятия о численных методах. Вычислительный экс-
перимент, вычислительный алгоритм.
41. Средства автоматизации имитационного моделирования. Языки
и системы моделирования. Основные понятия.
42. Методы оптимизации, Оптимизационные задачи. Оптимальный
результат. Примеры. Показатели. Критерии.
43. Комплексы программ как сложные прикладные программные
системы. Основные понятия и определения.
5. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ
ДИСЦИПЛИНЫ
Студент, изучивший данный курс, должен знать:
основные принципы математического моделирования объектов
любой природы;
основы математической статистики.
Студент, изучивший данный курс, должен уметь:
применять методы математического моделирования и готовые ма-
тематические модели для решения тематических прикладных задач;
разрабатывать простые математические модели и оценивать их
адекватность и точность;
оценивать и интерпретировать многомерные модели системного
плана;
использовать полученные результаты в реальных тематических и
исследовательских ситуациях.
6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
6.1 Рекомендуемая литература
Основная
1. Введение в математическое моделирование : Учеб.пособие для
студентов вузов по направлению 511200-"Математика. При-
клад.математика" / В.Н.Ашихмин, М.Б.Гитман, И.Э.Келлер и др.; Под
ред.П.В.Трусова - М. : Логос, 2004 .- 440с. (Кол-во экз.:25)14
14
2. Введение в математическое моделирование: Учеб. пособие /
Под ред. П.В. Трусова. - М.: Логос,2004. - 440 с.
http://www.biblioclub.ru/book/84691/
3. Карманов В.Г. Математическое программирование [Текст] :
учеб. пособие для студентов вузов / В. Г. Карманов - М. : ФИЗМАТЛИТ,
2008 .- 264 с. (Кол-во экз.:2)
4. Самарский А.А., Михайлов А.П. Математическое моделирова-
ние: Идеи, методы, примеры / А.А.Самарский, А.П.Михайлов - М. :
ФИЗМАТЛИТ, 2005 .- 320с. (Кол-во экз.:3)
Дополнительная
1. Ашихмин, В.Н. Введение в математическое моделирование
[Текст] / В.Н. Ашихмин, М.Б. Гитман, Ч.Э. Келлер и др.; под ред. В.П. Тру-
сова. – М.: Логос, 2004. – 440 с.
2. Бережная, Е.В. Математические методы моделирования эконо-
мических систем [Текст] / Е.В. Бережная, В.И. Бережной. – М.: Финансы и
статистика, 2005. – 432 с.
3. Бобровский С. Delphi 7. Учебный курс. – СПб: Питер, 2007. –
736 с.
4. Гмурман, В.Е. Введение в теорию вероятностей и математиче-
скую статистику [Текст] / В.Е. Гмурман. – М.: Наука, 1997. – 380 с.
5. Егоренков Д.Л., Фрадков А.Л., Харламов В.Ю. Основы матема-
тического моделирования с примерами на языке MATLAB. – CПБ.: Балтий-
ский ун-т, 1994. – 192 c.
6. Ермаков С. М., Михайлов Г. А. Курс статистического модели-
рования. – М.: Наука, 1976. – 320 c.
7. Ермаков С.М., Михайлов Г.А. Статистическое моделирование. –
М.: Наука, 1982. – 296 c.
8. Кирьянов Б.Ф. Микропроцессорные средства в задачах имита-
ции и обработки случайных сигналов. – Новгород: НПИ, Часть I – 1988. – 52
с. Часть II – 1989 – 48 c.
9. Кирьянов Б.Ф., Одинцов О.А., Кознов А.В. Лабораторный прак-
тикум по ма-тематическому моделированию. – Новгород: НПИ, 1992. – 65 c.
10. Костомаров, Д.П. Вводные лекции по численным методам
[Текст] / Д.П. Костомаров. – М.: Логос, 2004. – 184 с.
11. Кузин Л.Т. Основы кибернетики. – М.: Энергия, 1979. – 584 с.
12. Лоу А.М., Кельтон В.Д. Имитационное моделирование. – СПб:
Питер, 2004. – 847 с.
13. Полляк Ю.Г. Вероятностное моделирование на ЭВМ. – М.: Сов.
радио, 1971. – 400 c.
14. Семакин И.Г. Информационные системы и модели [Текст] / И.Г.
Семакин, Е.К. Хеннер. – М.: Бином, 2005. – 303 с.
15. Соболь И.М. Численные методы Монте-Карло. – М.: Наука,
1973. – 302 c. 15
15
16. Советов Б.Я., Яковлев С. Д. Моделирующие системы. – М.:
Высшая школа, 1985. – 272 c.
17. Тюрин Ю.Н., Макаров А.А. Статистический анализ данных на
компьютере. – М.: ИНФРА, 1998. – 528 с.
18. Шеннон Р. Ю. Имитационное моделирование систем – искусст-
во и наука: Пер. с англ./ Под ред. Е. К. Маславского. – M.: “Мир”, 1978. –
418 c.
19. Ясницкий, Л.Н. Введение в искусственный интеллект [Текст] /
Л.Н. Ясницкий. – М.: Академия, 2005. – 176 с.
7. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ И ДИДАКТИЧЕСКОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
При изучении дисциплины «Математическое моделирование» реко-
мендуется использовать:
- мультимедийный проектор;
- экран;
- компьютерную технику.
54.
Развития вычислительной техники осуществлялось по двум основным направлениям:
применение вычислительной техники для выполнения численных расчетов;
использование средств вычислительной техники в информационных системах.
Информационная система – это совокупность программно-аппаратных средств, способов и людей, которые обеспечивают сбор, хранение, обработку и выдачу информации для решения поставленных задач. На ранних стадиях использования информационных систем применялась файловая модель обработки. В дальнейшем в информационных системах стали применяться базы данных. Базы данных являются современной формой организации, хранения и доступа к информации. Примерами крупных информационных систем являются банковские системы, системы заказов железнодорожных билетов и т.д.
База данных – это интегрированная совокупность структурированных и взаимосвязанных данных, организованная по определенным правилам, которые предусматривают общие принципы описания, хранения и обработки данных. Обычно база данных создается для предметной области.
Предметная область – это часть реального мира, подлежащая изучению с целью создания базы данных для автоматизации процесса управления.
Наборы принципов, которые определяют организацию логической структуры хранения данных в базе, называются моделями данных.
Существуют 4 основные модели данных – списки (плоские таблицы), реляционные базы данных, иерархические и сетевые структуры.
В течение многих лет преимущественно использовались плоские таблицы (плоские БД) типа списков в Excel. В настоящее время наибольшее распространение при разработке БД получили реляционные модели данных. Реляционная модель данных является совокупностью простейших двумерных таблиц – отношений(англ. relation),т.е. простейшая двумерная таблица определяется как отношение (множество однотипных записей объединенных одной темой).
От термина relation (отношение) происходит название реляционная модель данных. В реляционных БД используется несколько двумерных таблиц, в которых строки называются записями, а столбцы полями, между записями которых устанавливаются связи. Этот способ организации данных позволяет данные (записи) в одной таблице связывать с данными (записями) в других таблицах через уникальные идентификаторы (ключи) или ключевые поля.
Основные понятия реляционных БД: нормализация, связи и ключи
1. Принципы нормализации:
В каждой таблице БД не должно быть повторяющихся полей;
В каждой таблице должен быть уникальный идентификатор (первичный ключ);
Каждому значению первичного ключа должна соответствовать достаточная информация о типе сущности или об объекте таблицы (например, информация об успеваемости, о группе или студентах);
Изменение значений в полях таблицы не должно влиять на информацию в других полях (кроме изменений в полях ключа).
2. Виды логической связи.
Связь устанавливается между двумя общими полями (столбцами) двух таблиц. Существуют связи с отношением «один-к-одному», «один-ко-многим» и «многие-ко-многим».
Отношения, которые могут существовать между записями двух таблиц:
один – к - одному, каждой записи из одной таблицы соответствует одна запись в другой таблице;
один – ко - многим, каждой записи из одной таблицы соответствует несколько записей другой таблице;
многие – к - одному, множеству записей из одной таблице соответствует одна запись в другой таблице;
многие – ко - многим, множеству записей из одной таблицы соответствует несколько записей в другой таблице.
Тип отношения в создаваемой связи зависит от способа определения связываемых полей:
Отношение «один-ко-многим» создается в том случае, когда только одно из полей является полем первичного ключа или уникального индекса.
Отношение «один-к-одному» создается в том случае, когда оба связываемых поля являются ключевыми или имеют уникальные индексы.
Отношение «многие-ко-многим» фактически является двумя отношениями «один-ко-многим» с третьей таблицей, первичный ключ которой состоит из полей внешнего ключа двух других таблиц
3. Ключи. Ключ – это столбец (может быть несколько столбцов), добавляемый к таблице и позволяющий установить связь с записями в другой таблице. Существуют ключи двух типов: первичные и вторичные или внешние.
Первичный ключ – это одно или несколько полей (столбцов), комбинация значений которых однозначно определяет каждую запись в таблице. Первичный ключ не допускает значений Null и всегда должен иметь уникальный индекс. Первичный ключ используется для связывания таблицы с внешними ключами в других таблицах.
Внешний (вторичный) ключ - это одно или несколько полей (столбцов) в таблице, содержащих ссылку на поле или поля первичного ключа в другой таблице. Внешний ключ определяет способ объединения таблиц.
Из двух логически связанных таблиц одну называют таблицей первичного ключа или главной таблицей, а другую таблицей вторичного (внешнего) ключа или подчиненной таблицей. СУБД позволяют сопоставить родственные записи из обеих таблиц и совместно вывести их в форме, отчете или запросе.
Существует три типа первичных ключей: ключевые поля счетчика (счетчик), простой ключ и составной ключ.
Поле счетчика (Тип данных «Счетчик»). Тип данных поля в базе данных, в котором для каждой добавляемой в таблицу записи в поле автоматически заносится уникальное числовое значение.
Простой ключ. Если поле содержит уникальные значения, такие как коды или инвентарные номера, то это поле можно определить как первичный ключ. В качестве ключа можно определить любое поле, содержащее данные, если это поле не содержит повторяющиеся значения или значения Null.
Составной ключ. В случаях, когда невозможно гарантировать уникальность значений каждого поля, существует возможность создать ключ, состоящий из нескольких полей. Чаще всего такая ситуация возникает для таблицы, используемой для связывания двух таблиц многие - ко - многим.
Необходимо еще раз отметить, что в поле первичного ключа должны быть только уникальные значения в каждой строке таблицы, т.е. совпадение не допускается, а в поле вторичного или внешнего ключа совпадение значений в строках таблицы допускается.
Если возникают затруднения с выбором подходящего типа первичного ключа, то в качеcтве ключа целесообразно выбрать поле счетчика.
Программы, которые предназначены для структурирования информации, размещения ее в таблицах и манипулирования данными называются системами управления базами данных (СУБД). Другими словами СУБД предназначены как для создания и ведения базы данных, так и для доступа к данным. В настоящее время насчитывается более 50 типов СУБД для персональных компьютеров. К наиболее распространенным типам СУБД относятся: MS SQL Server, Oracle, Informix, Sybase, DB2, MS Access и т. д.
Создание БД начинается с проектирования.
Этапы проектирования БД:
Исследование предметной области;
Анализ данных (сущностей и их атрибутов);
Определение отношений между сущностями и определение первичных и вторичных (внешних) ключей.
В процессе проектирования определяется структура реляционной БД (состав таблиц, их структура и логические связи). Структура таблицы определяется составом столбцов, типом данных и размерами столбцов, ключами таблицы.
К базовым понятиями модели БД «сущность – связь» относятся: сущности, связи между ними и их атрибуты (свойства).
Сущность – любой конкретный или абстрактный объект в рассматриваемой предметной области. Сущности – это базовые типы информации, которые хранятся в БД (в реляционной БД каждой сущности назначается таблица). К сущностям могут относиться: студенты, клиенты, подразделения и т.д. Экземпляр сущности и тип сущности - это разные понятия. Понятие тип сущности относится к набору однородных личностей, предметов или событий, выступающих как целое (например, студент, клиент и т.д.). Экземпляр сущности относится, например, к конкретной личности в наборе. Типом сущности может быть студент, а экземпляром – Петров, Сидоров и т. д.
Атрибут – это свойство сущности в предметной области. Его наименование должно быть уникальным для конкретного типа сущности. Например, для сущности студент могут быть использованы следующие атрибуты: фамилия, имя, отчество, дата и место рождения, паспортные данные и т.д. В реляционной БД атрибуты хранятся в полях таблиц.
Связь – взаимосвязь между сущностями в предметной области. Связи представляют собой соединения между частями БД (в реляционной БД – это соединение между записями таблиц).
Сущности – это данные, которые классифицируются по типу, а связи показывают, как эти типы данных соотносятся один с другим. Если описать некоторую предметную область в терминах сущности – связь, то получим модель сущность - связь для этой БД.
Рассмотрим предметную область: Деканат (Успеваемость студентов)
В БД «Деканат» должны храниться данные о студентах, группах студентов, об оценках студентов по различным дисциплинам, о преподавателях, о стипендиях и т.д. Ограничимся данными о студентах, группах студентов и об оценках студентов по различным дисциплинам. Определим сущности, атрибуты сущностей и основные требования к функциям БД с ограниченными данными.
Основными предметно-значимыми сущностями БД «Деканат» являются: Студенты, Группы студентов, Дисциплины, Успеваемость.
Основные предметно-значимые атрибуты сущностей:
-студенты – фамилия, имя, отчество, пол, дата и место рождения, группа студентов;
-группы студентов – название, курс, семестр;
-дисциплины – название, количество часов
- успеваемость – оценка, вид контроля.
Основные требования к функциям БД:
-выбрать успеваемость студента по дисциплинам с указанием общего количества часов и вида контроля;
-выбрать успеваемость студентов по группам и дисциплинам;
-выбрать дисциплины, изучаемые группой студентов на определенном курсе или
определенном семестре.
Из анализа данных предметной области следует, что каждой сущности необходимо назначить простейшую двумерную таблицу (отношения). Далее необходимо установить логические связи между таблицами. Между таблицами Студенты и Успеваемость необходимо установить такую связь, чтобы каждой записи из таблицы Студенты соответствовало несколько записей в таблице Успеваемость, т.е. один – ко – многим, так как у каждого студента может быть несколько оценок.
Логическая связь между сущностями Группы – Студенты определена как один – ко – многим исходя из того, что в группе имеется много студентов, а каждый студент входит в состав одной группе. Логическая связь между сущностями Дисциплины – Успеваемость определена как один – ко – многим, потому что по каждой дисциплине может быть поставлено несколько оценок различным студентам.
На основе вышеизложенного составляем модель сущность – связь для БД «Деканат»
- стрелка является условным обозначением связи: один – ко – многим.
Для создания БД необходимо применить одну из известных СУБД, например СУБД Access.
56.
PowerPoint — это программа, предназначенная для создания материалов, которые можно представлять аудитории с помощью проектора. Использование таких материалов в качестве сопровождения к докладу или коммерческому предложению называется презентацией. В PowerPoint можно создавать слайды с цветным текстом, фотографиями, иллюстрациями, чертежами, таблицами, графиками и видеороликами и эффектные переходы между слайдами. Функция анимации позволяет создавать анимированный текст и иллюстрации. Также можно добавить в презентацию звуковые эффекты и закадровый текст. Более того, презентацию можно напечатать, создав таким образом раздаточные материалы для аудитории.
Приложение PowerPoint входит в состав пакета Office, представляющего собой набор программных продуктов для создания документов, электронных таблиц и презентаций, а также для работы с электронной почтой.
|
|
|
|
|
Фотоальбом |
Показ слайдов для ярмарки научных проектов |
|
|
Совет: почему набор программ называется Office |
||
|
Может показаться странным, почему программное обеспечение для создания документов и электронных таблиц, с которым люди работают дома, входит в набор под названием Office ("Офис"). Так сложилось исторически. Раньше программное обеспечение для создания документов и электронных таблиц использовалось в основном для работы. Отдельные программы были объединены в набор для офисной работы, который получил название Office. С тех пор прошло много времени, персональные компьютеры широко используются дома, однако набор программ, включающий в себя приложения для создания документов и электронных таблиц, по-прежнему называется Office. |
|
Совет: упоминания PowerPoint |
|
|
Приложение PowerPoint в справке и окнах программы обычно называется просто PowerPoint. В некоторых случаях используются названия Microsoft PowerPoint, Office PowerPoint и Microsoft Office PowerPoint 2010. Все эти названия относятся к одной и той же программе PowerPoint, предназначенной для работы с презентациями. |
|
|
Совет: печать материалов для собраний с помощью PowerPoint |
|
|
Приложение PowerPoint предназначено в основном для создания слайдов презентаций и показа их на большом экране с помощью проектора. Однако оно также широко используется для размещения текста и чертежей на бумаге большого формата, например A3, потому что в нем легко изменять расположение этих объектов |
59,
В протоколе IP существует несколько соглашений об особой интерпретации IP-адресов: если все двоичные разряды IP-адреса равны 1, то пакет с таким адресом назначения должен рассылаться всем узлам, находящимся в той же сети, что и источник этого пакета. Такая рассылка называется ограниченным широковещательным сообщением (limited broadcast); если в поле номера узла назначения стоят только единицы, то пакет, имеющий такой адрес, рассылается всем узлам сети с заданным номером сети. Например, в сети 192.168.5.0 смаской 255.255.255.0 пакет с адресом 192.168.5.255 доставляется всем узлам этой сети. Такая рассылка называется широковещательным сообщением (direct broadcast).
^
IP-адрес называют статическим (постоянным, неизменяемым), если он назначается пользователем в настройках устройства, либо если назначается автоматически при подключении устройства к сети и не может быть присвоен другому устройству.
IP-адрес называют динамическим (непостоянным, изменяемым), если он назначается автоматически при подключении устройства к сети и используется в течение ограниченного промежутка времени, указанного в сервисе назначавшего IP-адрес (DHCP).
Для получения IP-адреса клиент может использовать один из следующих протоколов:
^
Адреса, используемые в локальных сетях, относят к частным. К частным относятся IP-адреса из следующих сетей:
Также для внутреннего использования:
Полный список описания сетей для IPv4 представлен в RFC3330.
Сетевой адрес указывается в том случае, когда пакет передаётся в сложной сети состоящей из нескольких подсетей. Сетевой адрес строится в соответствии с применяемым стеком коммуникационных протоколов. Наиболее распространённым является стек протоколов TCP/IP, поэтому чаще используются так называемые IP-адреса. IP-адрес используется на сетевом уровне. Он состоит из 4-х байтов, и назначается администратором во процессе конфигурирования компьютера и маршрутизатора. IP-адрес записывается в виде 4-х десятичных чисел, но используется его двоичный аналог. Например, 109.26.17.100. Адрес состоит из 2-х частей: номера сети и номера узла. Номера сети и узла характеризуют не отдельный компьютер, а одно сетевое соединение. Номер узла в протоколе IP назначается независимо от локального адреса узла. Какая часть IP-адреса относится к номеру сети, а какая к номеру узла определяется классом адреса, который указывается значением первых байт адреса.
Рис.56. Классы IP- адресов.
Класс А Начальный бит 0… В этом случае 1 байт отводится под №сети, а 3 байта – под № узла. Применяются такие адреса в составной сети с небольшим количеством подсетей, имеющих большое количество узлов.
Класс В Начальные биты 10… 2 байта отводится под №сети и 2 байта – под № узла. Используются в сетях среднего класса, имеющих достаточно большое количество, как подсетей, так и узлов в этих подсетях.
Класс С 110… 3 байта указывают №сети и1 байт - № узла. Крупная составная сеть с большим количеством подсетей, имеющих небольшое количество узлов в каждой подсети.
Класс D 1110… Адреса группы multicast, т.е. групповые адреса. Адреса этого класса применяются в том случае, когда один и тот же пакет необходимо послать нескольким узлам одной или разных подсетей. Групповой адрес не делится на поля номера сети и номера узла, и обрабатывается маршрутизаторами особым образом.
Класс Е 11110… зарезервирован и пока не используется.
Недостатком принципа деления IP-адресов на классы является жёсткая привязка границы деления адреса к границам байт.
Наиболее гибко граница между номером сети и номером узла устанавливается маской подсети. Маска подсети – это число, которое используется в паре с IP-адресом и указывает, какие биты IP-адреса определяют номер сети, а какие – номер узла. Двоичная запись маски содержит единицы в тех разрядах, которые в IP-адресе интерпретируются как номер сети, а нули в маске указывают, где записывается номер узла.
IP-адрес 129.64.134.5 – 10000001.01000000.10000110.00000101
Маска 255.255.128.0 – 11111111.11111111.10000000.00000000
Если маску игнорировать, то IP-адрес относится к классу В, тогда номер сети 129.64.0.0, а номер узла 0.0.134.5. Если же использовать для определения границ маску подсети, то номер сети 129.64.128.0, а номер узла 0.0.6.5.
Глобальные сети (WAN - Wide Area Network), называемые также территориальными, представляют свои сервисы (услуги) большому количеству абонентов, разбросанных по большой территории.
Типичными абонентами глобальных компьютерных сетей являются локальные сети предприятий. Рис. 58.
Рис. 58. Абоненты глобальной сети.
Глобальные сети создаются крупными телекоммуникационными компаниями для оказания платных услуг абонентам. Такие сети называются публичными. Функции управления глобальной сетью распределяются между оператором и провайдером. Оператор сети (network operator) - это компания, поддерживающая нормальную работу сети. Поставщик услуг (провайдер) – компания, оказывающая платные услуги абонентам сети.
В некоторых случаях глобальная сеть полностью создается, какой либо крупной корпорацией для своих нужд. Такая сеть называется частной. Часто встречаются промежуточные варианты – корпоративная сеть пользуется услугами общественной глобальной сети.
Ввиду большой стоимости глобальных сетей существует тенденция создания единой глобальной сети, способной передавать данные любых типов: компьютерные данные, телефонные разговоры, факсы, телеграммы, телевизионное изображение, телетекс, видеотекс.
Большинство территориальных сетей в настоящее время обеспечивают передачу компьютерных данных, но постоянно растет количество сетей способных передавать и другие типы данных.
Глобальная сеть строится на основе некоммутируемых (выделенных) каналов связи, которые соединяют коммутаторы глобальной сети между собой. Коммутаторы называется так же центрами коммутации пакетов. Коммутаторы устанавливаются в тех географических пунктах, в которых требуется ответвление и слияние потоков данных конечных абонентов или магистральных каналов. Во многих глобальных сетях используются модифицированные кольцевые и звездообразные топологии, однако описать топологию глобальной сети затруднительно, поскольку часто операторы держат в секрете эту информацию. Сетевые службы глобальных сетей обычно предоставляются телекоммуникационными компаниями, компаниями кабельного телевидения и провайдерами спутниковых каналов. В настоящее время самыми крупными поставщиками услуг являются региональные телефонные компании. Существует множество беспроводных глобальных сетей, в которых радиоволны ультракоротковолнового диапазона используются для подключения отдельных пользователей к глобальным сетям и для соединения локальных сетей. Самые простые глобальные сети реализуются на базе обычных голосовых аналоговых линий телефонных сетей, т.е. коммутируемых телефонных сетей общего пользования. В таких сетях абоненты подключаются через стандартные аналоговые модемы со скоростью 56 Кбит/с.
С целью повышения скорости обмена абоненты сети подключаются с помощью выделенных цифровых каналов связи. Выделенные телефонные подключения называются каналами типа Т. Канал типа Т – это выделенная телефонная линия, которая может использоваться для непрерывной передачи данных между различными точками. Простейшая Т-линия обеспечивает передачу данных со скоростью 1,544 Мбит/с. Другие Т-линии, например, Т-5, могу обеспечить скорость передачи данных до 400,352 Мбит/с.
В глобальных сетях на основе линий кабельного телевидения применяется распределённая архитектура, в состав которой входит несколько звездообразных узлов. Центральной точкой звезды является головной узел, представляющий собой принимающий центр для сигналов от различных источников, включая спутники, магистральные кабели и локальные сети. Головной узел – это совокупность антенн, кабельных линий, радиорелейных вышек и спутниковых параболических антенн (тарелок). Головной узел принимает сигналы. Фильтрует их и передаёт на распределительные центры. Распределительные центры содержат передающее оборудование, которое усиливает сигналы и передаёт их по магистральным кабелям и фидерам. Отдельные офисы и здания подключаются к фидерам с помощью ответвительных кабелей или отводов. Для преобразования кабельного сигнала в сигнал, используемый компьютером, применяются специальные кабельные модемы. Кабельные модемы рассчитаны на большие скорости передачи сигналов, но реально имеют скорость доступа от 256 Кбит/с до 3 Мбит/с.
При передачи данных по глобальным сетям используются различные методы коммуникации: (стр. 104-105 Палмер)
- множественный доступ с временным разделением (уплотнением) каналов;
- множественный доступ с частотным разделением (уплотнением) каналов;
- статистический множественный доступ;
- коммутация каналов;
- коммутация сообщений;
- коммутация пакетов или пакетная коммутация.
^ Рис. 59. Пример структуры глобальной сети.
Конечными узлами глобальных сетей могут быть отдельные компьютеры, локальные сети, маршрутизаторы и мультиплексоры, которые используются для одновременной передачи данных и голоса или изображения.
Мультиплексоры упаковывают голосовую информацию в кадры или пакеты протоколов канального уровня и передают так же как и компьютерные данные. Кадрам голосового трафика присваивается наивысший приоритет. Приемным узлам на другом конце сети, так же должен быть мультиплексор «голос-данные».
Голосовые данные направляются офисной ATС, а компьютерные данные – в локальную сеть. Наиболее подходящими для передачи голоса являются технологии frame relay, ATM.
Локальная сеть отделена от глобальной сети маршрутизатором или удаленным мостом, следовательно, локальная сеть для глобальной является единым устройством DTE (Data Terminal Equipmer) – портом. Рис. 60. Логика работы мостов и маршрутизаторов для глобальной сети та же, что и для локальной сети.
Рис. 60. ^ Соединение абонентов глобальной сети по выделенному каналу.
Устройство DTE (маршрутизатор, мост) должно содержать устройство DCE (Date Circuit terminating Equipment), называемое аппаратурой передачи данных, которое обеспечивает необходимый протокол физического уровня данного канала. Это могут быть модемы для работы по выделенным или коммутируемым аналоговым каналам, устройства DSU (CSU) для работы по цифровым выделенным каналам сетей технологии TDM и терминальные адаптеры для работы по цифровым каналам сетей ISDN. . TDM – принцип разделения канала во времени (Time Division Multiplexing); FDM – частотное разделение канала (Frequency Division Multiplexing).
В глобальной сети строго описан и стандартизирован интерфейс "пользователь-сеть", а интерфейс "сеть-сеть" стандартизируется не всегда.
В зависимости от того, какие компоненты приходится брать в аренду, различают корпоративные сети, построенные с использованием:
- выделенных каналов;
- коммутации каналов;
- коммутации пакетов.
Выделенные или арендуемые каналы можно получить у телекоммуникационных компаний, которые владеют каналами дальней связи или телевизионных компаний. Телевизионные компании сдают в аренду каналы в пределах города или региона.
Выделенные каналы могут использоваться для соединения промежуточных коммутаторов пакетов или для соединения объединяемых локальных сетей без установки транзитных коммутаторов пакетов. Во втором случае используются маршрутизаторы или удаленные мосты и применяются протоколы сетевого и канального уровня локальных сетей.
Выделенные каналы применяются при создании ответственных магистральных связей между крупными локальными сетями. В качестве выделенных используются каналы тональной частоты с полосой пропускания 3,1 кГц, а также цифровые каналы SDH с пропускной способностью 155 и 622 Мбит/с.
Глобальные сети с коммутацией каналов используют аналоговые телефонные сети и цифровые сети с интеграцией услуг ISDN. Достоинством сетей с коммутацией каналов является их распространенность и относительно низкая стоимость. Недостатком является низкое качество составного канала использующего телефонные коммутаторы. Велико также и воздействие внешних помех. Использование цифровых АТС повышает качество и снижает воздействие помех. Другим недостатком сетей с коммутацией каналов является большое время установления соединения.
В сетях с коммутацией каналов оплата идет за время соединения и при пульсирующем трафике такие каналы экономически неэффективны.
Глобальные сети с коммутацией пакетов обеспечивают надежное объединение локальных сетей. Для этих целей используются технологии: X.25, frame relay, SMDS, ATM. Кроме того, можно воспользоваться услугами территориальных сетей TCP/IP (сеть Internet).
Магистральные территориальные сети используется для образования одноранговых связей между крупными локальными сетями. Они обеспечивают высокую пропускную способность и имеют высокий коэффициент готовности. Стоимость услуг высока. Обычно для таких сетей используется цифровые, выделенные каналы со скоростью от 2-х до 622 Мбит/с - frame relay, ATM, X25 или TCP/IP. Типология сети смешенная избыточная.
Сети доступа необходимы для связи небольших локальных сетей и отдельных удаленных компьютеров с центральной сетью предприятия.
В качестве удаленных узлов могут быть банкоматы, кассовые аппараты. Обычно они взаимодействуют с центральным компьютером по сети Х.25, которая специально разрабатывалась для удаленного доступа неинтеллектуального терминала к центральному компьютеру.
В качестве сетей доступа обычно применятся телефонные аналоговые сети. Используются и выделенные каналы, со скоростями от 19,2 Кбит/сек, до 64 Кбит/сек.
В качестве оборудования (средства) удаленного доступа обычно используется модем с соответствующим программным обеспечением.
Сервер удаленного доступа – это программно-аппаратный комплекс, совмещающий функции маршрутизатора, моста и шлюза. Он имеет большое количество низкоскоростных портов подключения пользователей
60
Концепция данной топологии ЛВС была заимствована из области больших ЭВМ, когда все данные, полученные с периферийных устройств, обрабатываются главной машиной. При этом обмен данными между периферийными рабочими местами происходит через головную машину, которая является центральным узлом ЛВС. Такая топология локальной вычислительной сети используется, к примеру, электронной почтой RELCOM.
Пропускная способность такой локальной вычислительной гарантирована для каждой рабочей станции сети и зависит только от вычислительной мощности узла. Возникновение коллизий в сети такой топологии невозможно.
Сети, построенные по топологии «звезда» имеют максимально возможное быстродействие, так как данные между рабочими станциями передаются через центральный узел по отдельным линиям, которые используются исключительно этими станциями. Частота запросов для передачи информации между станциями относительно невелика.
Производительность ЛВС находится в прямой зависимости от мощности файлового сервера. Если центральный узел выходит из строя, сеть также прекращает работу.
Монтаж кабельного соединения несложен, поскольку каждая рабочая станция связана только с головной машиной, но общая стоимость кабеля может оказаться достаточно большой, и увеличивается в случае расположения главной машины не в центре сети.
Для расширения сети необходим монтаж отдельного кабеля от новой рабочей станции к головной машине.
Управление сетью осуществляется из ее центра, в центре же реализуется механизм защиты информации.
Кольцевой топологии локальной вычислительной сети подразумевает, что рабочие станции связаны друг с другом по кругу: первая со второй, третья с четвертой и так далее. Последняя станция связывается с первой, замыкая кольцо.
Сложность и стоимость монтажа кабелей между рабочими станциями напрямую зависит от географического расположения станций друг относительно друга.
Передача информации осуществляется по кругу. Рабочая станция получает запрос из кольца, а затем отправляет информацию по конкретному адресу. Система передачи информации такой ЛВС считается достаточно эффективной, поскольку сообщения можно отправлять друг за другом достаточно быстро, кроме того легко отправить запрос на все рабочие станции кольца. Время передачи информации растет с увеличением количества станций в ЛВС.
Недостаток локальных сетей с кольцевой топологией в том, что при выходе из строя хотя бы одной рабочей станции вся сеть становится неработоспособной. Любую неисправность кабельного соединения в такой сети обнаружить несложно.
Для подключения новой станции в локальную сеть необходимо временное отключение сети. Протяженность такой сети может быть неограниченной.
Логическая кольцевая локальная вычислительная сеть является специальной формой топологии ЛВС. Она представляет собой соединение нескольких сетей, организованных по топологии звезда. Для подключения в сеть отдельных «звезд» используются специальные концентраторы, которые часто называют хабами. Хабы могут быть активными либо пассивными. Отличие активных концентраторов – в наличии дополнительного усилителя, которых служит для подключения 4 - 16 рабочих станций. Пассивный концентратор рассчитан на три рабочих станции и по своей сути является просто разветвительным устройством. Управление каждой конкретной станцией в сети осуществляется точно так же, как в кольцевой ЛВС. Каждая рабочая станция сети получает собственный адрес, по которому и осуществляется передача управления. Сбой в работе одной из машин может повлиять только на нижестоящие станции, выход из строя всей сети маловероятен.
Шинная топология сети предполагает, что средой для передачи данных служит коммуникационный путь, к которому подключены все рабочие станции. Каждая из станций сети может вступить в непосредственный контакт с любой другой станцией ЛВС.
Подключение или отключение рабочих станций осуществляется без прерывания работы ЛВС, состояние отдельных рабочих станций на работоспособность сети в целом не влияет.
61.
участия человека. Если соединить две ЭВМ и написать программы для передачи информации, то можно получить простейшую вычислительную сеть.
Любая сетевая технология должна обеспечить надежную и быструю передачу дискретных данных по линиям связи. И хотя между технологиями имеются большие различия, они базируются на общих принципах передачи дискретных данных, которые рассматриваются в этой главе. Эти принципы находят свое воплощение в методах представления двоичных единиц и нулей с помощью импульсных или синусоидальных сигналов в линиях связи различной физической природы, методах обнаружения и коррекции ошибок, методах компрессии и методах коммутации.
Линия связи состоит в общем случае из физической среды, по которой передаются электрические информационные сигналы, аппаратуры передачи данных и промежуточной аппаратуры. Синонимом термина линия связи (line) является термин канал связи(channel). Физическая среда передачи данных (medium) может представлять собой кабель, то есть набор проводов, изоляционных и защитных оболочек и соединительных разъемов, а также земную атмосферу или космическое пространство, через которые распространяются электромагнитные волны.
В зависимости от среды передачи данных линии связи разделяются на следующие:
проводные (воздушные);
кабельные (медные и волоконно-оптические);
радиоканалы наземной и спутниковой связи.
Проводные (воздушные) линии связи представляют собой провода без каких-либо изолирующих или экранирующих оплеток, проложенные между столбами и висящие в воздухе. По таким линиям связи традиционно передаются телефонные или телеграфные сигналы, но при отсутствии других возможностей эти линии используются и для передачи компьютерных данных. Скоростные качества и помехозащищенность этих линий оставляют желать много лучшего. Сегодня проводные линии связи быстро вытесняются кабельными.
Кабельные линии представляют собой достаточно сложную конструкцию. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции: электрической, электромагнитной, механической, а также, возможно, климатической. Кроме того, кабель может быть оснащен разъемами, позволяющими быстро выполнять присоединение к нему различного оборудования. В компьютерных сетях применяются три основных типа кабеля: кабели на основе скрученных пар медных проводов, коаксиальные кабели с медной жилой, а также волоконно-оптические кабели.
Радиоканалы наземной и спутниковой связи образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн. Существует большое количество различных типов радиоканалов, отличающихся как используемым частотным диапазоном, так и дальностью канала. Диапазоны коротких, средних и длинных волн (KB, СВ и ДВ), называемые также диапазонами амплитудной модуляции (Amplitude Modulation, AM) по типу используемого в них метода модуляции сигнала, обеспечивают дальнюю связь, но при невысокой скорости передачи данных. Более скоростными являются каналы, работающие на диапазонах ультракоротких волн (УКВ), для которых характерна частотная модуляция (Frequency Modulation, FM), а также диапазонах сверхвысоких частот (СВЧ или microwaves). В диапазоне СВЧ (свыше 4 ГГц) сигналы уже не отражаются ионосферой Земли, и для устойчивой связи требуется наличие прямой видимости между передатчиком и приемником. Поэтому такие частоты используют либо спутниковые каналы, либо радиорелейные каналы, где это условие выполняется.
Локальная вычислительная сеть (ЛВС) представляет собой группу ПК, а также периферийное оборудование, объединенные одним или несколькими автономными высокоскоростными каналами передачи цифровых данных (в том числе проводными, волоконно-оптическими, радио - СВЧ или ИК-диапазона) в пределах одного или нескольких близлежащих зданий. ЛВС служит для решения комплекса взаимосвязанных функциональных и/или информационных задач (например, в рамках какой-либо организации или ее автоматизированной системы), а также совместного использования объединенных информационных и вычислительных ресурсов. В зависимости от принципов построения ЛВС подразделяются на виды: «клиент-серверная», «файл-серверная», а также «одноранговые». ЛВС могут иметь в своем составе средства для выхода в распределенные и глобальные вычислительные сети.
4.1.1 Архитектура ЛВС
Клиент-сервер. Архитектура, в которой производится разделение вычислительной нагрузки между включенными в ее состав ЭВМ, выполняющими функции клиентов, и одной мощной центральной ЭВМ — сервером. В частности, процесс наблюдения за данными отделен от программ, использующих эти данные. Например, сервер может поддерживать центральную базу данных, расположенную на большом компьютере, зарезервированном для этой цели. Клиентом будет обычная программа, расположенная на любой ЭВМ, включенной в сеть, а также сама ЭВМ, которая по мере необходимости запрашивает данные с сервера. Производительность при использовании клиент-серверной архитектуры выше обычной, поскольку как клиент, так и сервер делят между собой нагрузку по обработке данных. Другими достоинствами клиент-серверной архитектуры являются: большой объем памяти и ее пригодность для решения разнородных задач, возможность подключения большого количества рабочих станций, включая ПЭВМ и пассивные терминалы.
Файл-сервер. Архитектура построения ЛВС, основанная на использовании файлового сервера(file server) - относительно мощной ЭВМ, управляющей созданием, поддержкой и использованием общих информационных ресурсов локальной сети, включая доступ к ее базам данных (БД) и отдельным файлам, а также их защиту. В отличие от клиент-серверной архитектуры данный принцип построения сети предполагает, что включенные в нее рабочие станции являются полноценными ЭВМ с установленным на них полным объемом необходимого для независимой работы составом средств основного и прикладного программного обеспечения. Другими словами, в указанном случае отсутствуют возможности разделения вычислительной нагрузки между сервером и терминалами сети, характерные для архитектуры типа клиент-сервер, и, как следствие, общие стоимостные показатели цена/производительность сети в целом могут быть хуже.
Одноранговая ЛВС. «Безсерверная» организация построения сети, которая допускает включение в нее как ЭВМ различной мощности, так и терминалов ввода-вывода. Термин «одноранговая сеть» означает, что все терминалы сети имеют в ней одинаковые права. Каждый пользователь одноранговой сети может определить состав файлов, которые он предоставляет для общего использования (так называемые public files). Таким образом, пользователи одноранговой сети могут работать как со всеми своими файлами, так и с файлами, предоставляемыми другими ее пользователями. Известны три основных варианта топологии одноранговой сети, которые носят наименования «шина», «кольцо» и «звезда». Достоинствами одноранговых ЛВС являются относительная простота их установки и эксплуатации, умеренная стоимость, возможность развития (например, по числу включенных в них терминалов), независимость выполняемых вычислительных и других процессов для каждой включенной в сеть ЭВМ.
4.1.2 Топология ЛВС
Топология - принцип построения сетевых соединений. Примерами являются топологии «Звезда», «Кольцо», «Шина» и «Дерево».
«Шина»: топология сети, все станции которой подсоединены к одному кабелю. Каждая станция принимает сигналы, переданные любой другой станцией, распознает предназначенные ей пакеты и имеет возможность проигнорировать к ней не относящиеся.
«Кольцо»: топология сети, все станции которой соединены только с двумя соседними. Все данные в этой сети передаются от одной станции к другой в одном направлении. Каждая станция работает как повторитель. Недостатком является и тот факт, что в случае выхода из строя одной из станций кольцо "разрывается". Однако большинство сетей, основанных на этой топологии, имеют средства автоматического восстановления работоспособности после отказа узла.
«Звезда»: топология сети, в которой соединения между станциями или узлами сети устанавливаются через концентратор.
4.1.3 Варианты построения локальных вычислительных сетей
AppleTalk - наименование технологии и средств программного обеспечения для создания кабельных одноранговых ЛВС небольших организаций (например, издательств, имеющих несколько ПК и 1-2 принтера в одном здании) на базе ПК Macintosh фирмы Apple. Расстояние между наиболее удаленными узлами в этой сети не должно превышать 500 м.
ARCnet (Attached Resource Computing Network) - нестандартная сетевая архитектура, разработанная корпорацией Datapoint в середине 1970-х гг. Метод доступа основан на передаче маркера в сети с шинной топологией. Недостатком этой архитектуры является невысокая скорость передачи данных (2,5 Мбит/с). Отличительной особенностью этой архитектуры является возможность использования весьма длинных сегментов (до нескольких километров).
Broadband LAN - широкополосная локальная сеть, рассчитанная на скорость передачи данных свыше 600 Мбит/с.
Bus network - ЛВС с шинной топологией, все станции которой подсоединены к одному кабелю. Каждая станция, принимая сигналы, переданные одной из станций, имеет возможность распознать предназначенные ей пакеты и проигнорировать остальные.
CD-ROM based LAN — локальная сеть, основанная на использовании CD-ROM.
4.1.4 Технологии обработки данных
Наиболее значимыми технологиями обработки передаваемых данных (пакетов) являются коммутация и маршрутизация. До недавнего времени эти два понятия имели абсолютно разные значения — как по технологии обработки пакетов, так и по уровням модели OSI, на которых работают оба эти метода управления данными в сети, — и не могло быть и речи, чтобы объединить эти понятия. Сегодня развитие сетевых технологий идет быстрыми темпами. Все возрастающий объем передаваемой информации, физический рост сетей и межсетевого трафика подстегивают производителей к выпуску все более мощных и «умных» устройств, использующих новые (совсем новые или комбинации традиционных) методы передачи и сортировки данных.
В общедоступном значении слова маршрутизация означает передвижение информации от источника к пункту назначения через объединенную сеть. При этом, как правило, на пути встречается, по крайней мере, один узел. Маршрутизация часто противопоставляется объединению сетей с помощью моста, которое, в популярном понимании этого способа, выполняет точно такие же функции.
Тема маршрутизации освещалась в научной литературе о компьютерах более 2-х десятилетий, однако с коммерческой точки зрения маршрутизация приобрела популярность только в 1970 гг. В течение этого периода сети были довольно простыми, гомогенными окружениями. Крупномасштабное объединение сетей стало популярно только в последнее время.
Технологии широкополосного доступа в Интернет семейства DSL – «Цифровая абонентская линия» построены на использовании незанятой части спектра абонентского (например, телефонного) кабеля для увеличения пропускной способности линии до 9 Мбит/с. В отличие от кабельных модемов, эту емкость получает полностью один абонент, при этом характер услуг может интегрироваться. В настоящее время разрабатываются и/или используются различные технологии реализации цифровой абонентской линии связи: ADSL, IDSL, R-ADSL или RADSL, HDSL, SDSL, SHDSL, VoDSL (Voice over DSL), VDSL, G.Lite (ADSL Lite) и др. Обобщенно их называют xDSL. Основные отличия указанных реализаций DSL определяются расстоянием передачи сигналов, скоростью передачи, различиями симметричности трафика к поставщику услуг и к пользователям, а также способом передачи сигналов: последовательным и параллельным. В России быстро увеличивается число пользователей Интернета по технологии xDSL.
dotNet - «Дот-Нет»: инициативный проект фирмы Microsoft, включающий в себя комплекс технологий, программных средств, стандартов и средств разработки, направленный на обеспечение создания единого информационного пространства в Интернете и соединяющий или согласующий между собой современную вычислительную технику и программное обеспечение. dotNet имеет три прикладных направления: первое ориентировано на пользователей и разработчиков, программных и технических средств, второе - на профессионалов - разработчиков информационных технологий, третье - на бизнесменов.
В настоящее время одним из приоритетных направлений работы фирм, поставляющих программное обеспечение, является интегрирование локальной сети предприятия интранет (Intranet), в которой происходит основная работа компании, в глобальную сеть с тем, чтобы сотрудники этого предприятия легко могли создавать свои документы в формате HTML (HyperText Markup Language) и ссылаться на другие документы. Организация виртуальных корпоративных сетей, базирующихся на Internet, позволяет связать воедино все филиалы поставщиков и заказчиков, не создавая собственной сетевой инфраструктуры.
Интеграция корпоративной сети Intranet и глобальной сети основывается на использовании однотипных методов хранения и представления информации. Файловая система компьютера построена по иерархическому принципу, предусматривающую древовидную структур хранения данных. Web серверы Internet имеют гипертекстовую схему представления данных, предусматривающую создание в документах ссылок на другие документы, в которых содержатся пояснения различных терминов, иллюстрации, аудиофайлы и видеоролики. Стандарт на построение таких документов определяется HTML. Разрабатывается программное обеспечение технологии text-to-speech - перевода текста в голосовое сообщение.
В последние годы Microsoft предложила ряд новых технических решений, обеспечивающих работу пользователя в Internet. Совместно с корпорацией Intel Microsoft разрабатывает новый протокол, улучшающий способы передачи аудио и видеоинформации по Internet. Протокол, основанный на спецификациях ITL) и инженерной группы Internet (IETF), будет включать следующие протоколы: Т. 120 для документоконференций, Н.323 для аудио и видеоконференций, RTP/RTCP и RSVP на управление телеконференциями в Internet. Следует отметить, что ряд телефонных компаний группы Bell (RBOC) направили в федеральную комиссию по телекоммуникациям (FCC) протест на использование аудиотехнологий в Internet.
Технология CGI (Common Gateway Interface) подразумевает использование в составе ресурса Интернет интерактивных элементов на базе приложений, обеспечивающих передачу потока данных от объекта к объекту. Именно так организовано во Всемирной сети большинство чатов, конференций, досок объявлений, гостевых книг, поисковых машин и систем подсчета рейтинга. В общем случае принцип работы CGI выглядит следующим образом: пользователь заполняет на web-страничке ту или иную форму и нажимает на кнопку, после чего встроенная в код HTML строка вызова CGI-скрипта запускает соответствующую программу CGI и передает ей управление процессом обработки информации. Введенные пользователем данные отсылаются этой программе, а она, в свою очередь, «встраивает» их в другую страницу, отправляет по почте или трансформирует каким-либо иным способом.
. SSI (Server Side Includes) - технология, тесно переплетенная с упомянутой выше CGI. Позволяет реализовать такие возможности, как вывод в документе того или иного текста в зависимости от определенных условий или согласно заданному алгоритму, формировать файл HTML из динамически изменяющихся фрагментов или встраивать результат работы CGI в какой-либо его участок. Достоинства и недостатки SSI аналогичны описанны в предыдущем абзаце.
С помощью технологии Java можно придать своей странице элементы интерактивности, формировать, компоновать и полностью контролировать формат всплывающих окон и встроенных фреймов, организовывать такие активные элементы, как «часы», «бегущие строки» и иную анимацию, создать чат. Большинство web-камер, передающих на сайт «живое» изображение, также работают на базе соответствующих приложений Java.
Среди достоинств этой технологии следует отметить отсутствие необходимости устанавливать и настраивать на сервере какие-либо дополнительные модули, обеспечивающие работу Java-программ. Главный недостаток Java заключается в том, что пользователи броузеров старых версий, не поддерживающих компиляцию данного языка, воспринимать объекты, созданные при помощи Java и JavaScript, не смогут.
Современные сетевые технологии способствовали новой технической революции. В США созданию единой сети компьютеров придают такое же значение, что и строительству скоростных автомагистралей в шестидесятые годы. Поэтому компьютерную сеть называют «информационной супермагистралью».
«Сегодня вычислительные сети продолжают развиваться, причем достаточно быстро. Разрыв между локальными и глобальными сетями постоянно сокращается во многом из-за появления высокоскоростных территориальных каналов связи, не уступающих по качеству кабельным системам локальных сетей. В глобальных сетях появляются службы доступа к ресурсам, такие же удобные и прозрачные, как и службы локальных сетей. Подобные примеры в большом количестве демонстрирует самая популярная глобальная сеть - Internet.»[5, с.63]
Изменяются и локальные сети. Вместо соединяющего компьютеры пассивного кабеля в них в большом количестве появилось разнообразное коммуникационное оборудование - коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы. Благодаря такому оборудованию появилась возможность построения больших корпоративных сетей, насчитывающих тысячи компьютеров и имеющих сложную структуру. Возродился интерес к крупным компьютерам - в основном из-за того, что после спада эйфории по поводу легкости работы с персональными компьютерами выяснилось, что системы, состоящие из сотен серверов, обслуживать сложнее, чем несколько больших компьютеров. Поэтому на новом витке эволюционной спирали мэйнфреймы стали возвращаться в корпоративные вычислительные системы, но уже как полноправные сетевые узлы, поддерживающие Ethernet или Token Ring, а также стек протоколов TCP/IP, ставший благодаря Internet сетевым стандартом де-факто.
Проявилась еще одна очень важная тенденция, затрагивающая в равной степени как локальные, так и глобальные сети. В них стала обрабатываться несвойственная ранее вычислительным сетям информация - голос, видеоизображения, рисунки. Это потребовало внесения изменений в работу протоколов, сетевых операционных систем и коммуникационного оборудования. Сложность передачи такой мультимедийной информации по сети связана с ее чувствительностью к задержкам при передаче пакетов данных - задержки обычно приводят к искажению такой информации в конечных узлах сети. Так как традиционные службы вычислительных
62.
Раздел 1. Компьютерные коммуникации.
Тема 1. Коммуникационный канал и процессор связи.
1. Типовой состав коммуникационного канала передачи данных
2. Основные характеристики коммуникационного канала
1. Типовой состав коммуникационного канала передачи данных
Концепция вычислительных сетей является логическим результатом эволюции компьютерной технологии. Первые компьютеры 50-х годов - большие, громоздкие и дорогие - предназначались для очень небольшого числа избранных пользователей. Часто эти монстры занимали целые здания. Такие компьютеры не были предназначены для интерактивной работы пользователя, а использовались в режиме пакетной обработки.
Системы пакетной обработки
Системы пакетной обработки, как правило, строились на базе мэйнфрейма - мощного и надежного компьютера универсального назначения. Пользователи подготавливали перфокарты, содержащие данные и команды программ, и передавали их в вычислительный центр. Операторы вводили эти карты в компьютер, а распечатанные результаты пользователи получали обычно только на следующий день (рис. 1.1). Таким образом, одна неверно набитая карта означала как минимум суточную задержку.
Рис. 1.1. Централизованная система на базе мэйнфрейма
Конечно, для пользователей интерактивный режим работы, при котором можно с терминала оперативно руководить процессом обработки своих данных, был бы гораздо удобней. Но интересами пользователей на первых этапах развития вычислительных систем в значительной степени пренебрегали, поскольку пакетный режим - это самый эффективный режим использования вычислительной мощности, так как он позволяет выполнить в единицу времени больше пользовательских задач, чем любые другие режимы. Во главу угла ставилась эффективность работы самого дорогого устройства вычислительной машины - процессора, в ущерб эффективности работы использующих его специалистов.
Многотерминальные системы - прообраз сети
По мере удешевления процессоров в начале 60-х годов появились новые способы организации вычислительного процесса, которые позволили учесть интересы пользователей. Начали развиваться интерактивные многотерминальные системы разделения времени (рис. 1.2). В таких системах компьютер отдавался в распоряжение сразу нескольким пользователям. Каждый пользователь получал в свое распоряжение терминал, с помощью которого он мог вести диалог с компьютером. Причем время реакции вычислительной системы было достаточно мало для того, чтобы пользователю была не слишком заметна параллельная работа с компьютером и других пользователей. Разделяя таким образом компьютер, пользователи получили возможность за сравнительно небольшую плату пользоваться преимуществами компьютеризации.
Терминалы, выйдя за пределы вычислительного центра, рассредоточились по всему предприятию. И хотя вычислительная мощность оставалась полностью централизованной, некоторые функции - такие как ввод и вывод данных - стали распределенными. Такие многотерминальные централизованные системы внешне уже были очень похожи на локальные вычислительные сети. Действительно, рядовой пользователь работу за терминалом мэйнфрейма воспринимал примерно так же, как сейчас он воспринимает работу за подключенным к сети персональным компьютером. Пользователь мог получить доступ к общим файлам и периферийным устройствам, при этом у него поддерживалась полная иллюзия единоличного владения компьютером, так как он мог запустить нужную ему программу в любой момент и почти сразу же получить результат. (Некоторые, далекие от вычислительной техники пользователи даже были уверены, что все вычисления выполняются внутри их дисплея.)
Рис. 1.2. Многотерминальная система - прообраз вычислительной сети
Таким образом, многотерминальные системы, работающие в режиме разделения времени, стали первым шагом на пути создания локальных вычислительных сетей. Но до появления локальных сетей нужно было пройти еще большой путь, так как многотерминальные системы, хотя и имели внешние черты распределенных систем, все еще сохраняли централизованный характер обработки данных. С другой стороны, и потребность предприятий в создании локальных сетей в это время еще не созрела - в одном здании просто нечего было объединять в сеть, так как из-за высокой стоимости вычислительной техники предприятия не могли себе позволить роскошь приобретения нескольких компьютеров. В этот период был справедлив так называемый «закон Гроша», который эмпирически отражал уровень технологии того времени. В соответствии с этим законом производительность компьютера была пропорциональна квадрату его стоимости, отсюда следовало, что за одну и ту же сумму было выгоднее купить одну мощную машину, чем две менее мощных - их суммарная мощность оказывалась намного ниже мощности дорогой машины.
Появление глобальных сетей
Тем не менее потребность в соединении компьютеров, находящихся на большом расстоянии друг от друга, к этому времени вполне назрела. Началось все с решения более простой задачи - доступа к компьютеру с терминалов, удаленных от него на многие сотни, а то и тысячи километров. Терминалы соединялись с компьютерами через телефонные сети с помощью модемов. Такие сети позволяли многочисленным пользователям получать удаленный доступ к разделяемым ресурсам нескольких мощных компьютеров класса суперЭВМ. Затем появились системы, в которых наряду с удаленными соединениями типа терминал-компьютер были реализованы и удаленные связи типа компьютер-компьютер. Компьютеры получили возможность обмениваться данными в автоматическом режиме, что, собственно, и является базовым механизмом любой вычислительной сети. Используя этот механизм, в первых сетях были реализованы службы обмена файлами, синхронизации баз данных, электронной почты и другие, ставшие теперь традиционными сетевые службы.
Таким образом, хронологически первыми появились глобальные вычислительные сети. Именно при построении глобальных сетей были впервые предложены и отработаны многие основные идеи и концепции современных вычислительных сетей. Такие, например, как многоуровневое построение коммуникационных протоколов, технология коммутации пакетов, маршрутизация пакетов в составных сетях.
Первые локальные сети
В начале 70-х годов произошел технологический прорыв в области производства компьютерных компонентов - появились большие интегральные схемы. Их сравнительно невысокая стоимость и высокие функциональные возможности привели к созданию мини-компьютеров, которые стали реальными конкурентами мэйнфреймов. Закон Гроша перестал соответствовать действительности, так как десяток мини-компьютеров выполнял некоторые задачи (как правило, хорошо распараллеливаемые) быстрее одного мэйнфрейма, а стоимость такой мини-компьютерной системы была меньше.
Даже небольшие подразделения предприятий получили возможность покупать для себя компьютеры. Мини-компьютеры выполняли задачи управления технологическим оборудованием, складом и другие задачи уровня подразделения предприятия. Таким образом, появилась концепция распределения компьютерных ресурсов по всему предприятию. Однако при этом все компьютеры одной организации по-прежнему продолжали работать автономно (рис. 1.3).
Но шло время, потребности пользователей вычислительной техники росли, им стало недостаточно собственных компьютеров, им уже хотелось получить возможность обмена данными с другими близко расположенными компьютерами. В ответ на эту потребность предприятия и организации стали соединять свои мини-компьютеры вместе и разрабатывать программное обеспечение, необходимое для их взаимодействия. В результате появились первые локальные вычислительные сети (рис. 1.4). Они еще во многом отличались от современных локальных сетей, в первую очередь - своими устройствами сопряжения. На первых порах для соединения компьютеров друг с другом использовались самые разнообразные нестандартные устройства со своим способом представления данных на линиях связи, своими типами кабелей и т. п. Эти устройства могли соединять только те типы компьютеров, для которых были разработаны, - например, мини-компьютеры PDP-11 с мэйнфреймом IBM 360 или компьютеры «Наири» с компьютерами «Днепр». Такая ситуация создала большой простор для творчества студентов - названия многих курсовых и дипломных проектов начинались тогда со слов «Устройство сопряжения...».
Рис. 1.3. Автономное использование нескольких мини-компьютеров на одном предприятии
Рис. 1.4. Различные типы связей в первых локальных сетях
Создание стандартных технологий локальных сетей
В середине 80-х годов положение дел в локальных сетях стало кардинально меняться. Утвердились стандартные технологии объединения компьютеров в сеть - Ethernet, Arcnet, Token Ring. Мощным стимулом для их развития послужили персональные компьютеры. Эти массовые продукты явились идеальными элементами для построения сетей - с одной стороны, они были достаточно мощными для работы сетевого программного обеспечения, а с другой - явно нуждались в объединении своей вычислительной мощности для решения сложных задач, а также разделения дорогих периферийных устройств и дисковых массивов. Поэтому персональные компьютеры стали преобладать в локальных сетях, причем не только в качестве клиентских компьютеров, но и в качестве центров хранения и обработки данных, то есть сетевых серверов, потеснив с этих привычных ролей мини-компьютеры и мэйнфреймы.
Стандартные сетевые технологии превратили процесс построения локальной сети из искусства в рутинную работу. Для создания сети достаточно было приобрести сетевые адаптеры соответствующего стандарта, например Ethernet, стандартный кабель, присоединить адаптеры к кабелю стандартными разъемами и установить на компьютер одну из популярных сетевых операционных систем, например, NetWare. После этого сеть начинала работать и присоединение каждого нового компьютера не вызывало никаких проблем - естественно, если на нем был установлен сетевой адаптер той же технологии.
Локальные сети в сравнении с глобальными сетями внесли много нового в способы организации работы пользователей. Доступ к разделяемым ресурсам стал гораздо удобнее - пользователь мог просто просматривать списки имеющихся ресурсов, а не запоминать их идентификаторы или имена. После соединения с удаленным ресурсом можно было работать с ним с помощью уже знакомых пользователю по работе с локальными ресурсами команд. Последствием и одновременно движущей силой такого прогресса стало появление огромного числа непрофессиональных пользователей, которым совершенно не нужно было изучать специальные (и достаточно сложные) команды для сетевой работы. А возможность реализовать все эти удобства разработчики локальных сетей получили в результате появления качественных кабельных линий связи, на которых даже сетевые адаптеры первого поколения обеспечивали скорость передачи данных до 10 Мбит/с.
Конечно, о таких скоростях разработчики глобальных сетей не могли даже мечтать - им приходилось пользоваться теми каналами связи, которые были в наличии, так как прокладка новых кабельных систем для вычислительных сетей протяженностью в тысячи километров потребовала бы колоссальных капитальных вложений. А «под рукой» были только телефонные каналы связи, плохо приспособленные для высокоскоростной передачи дискретных данных - скорость в 1200 бит/с была для них хорошим достижением. Поэтому экономное расходование пропускной способности каналов связи часто являлось основным критерием эффективности методов передачи данных в глобальных сетях. В этих условиях различные процедуры прозрачного доступа к удаленным ресурсам, стандартные для локальных сетей, для глобальных сетей долго оставались непозволительной роскошью.
Современные тенденции
Сегодня вычислительные сети продолжают развиваться, причем достаточно быстро. Разрыв между локальными и глобальными сетями постоянно сокращается во многом из-за появления высокоскоростных территориальных каналов связи, не уступающих по качеству кабельным системам локальных сетей. В глобальных сетях появляются службы доступа к ресурсам, такие же удобные и прозрачные, как и службы локальных сетей. Подобные примеры в большом количестве демонстрирует самая популярная глобальная сеть - Internet.
Изменяются и локальные сети. Вместо соединяющего компьютеры пассивного кабеля в них в большом количестве появилось разнообразное коммуникационное оборудование - коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы. Благодаря такому оборудованию появилась возможность построения больших корпоративных сетей, насчитывающих тысячи компьютеров и имеющих сложную структуру. Возродился интерес к крупным компьютерам - в основном из-за того, что после спада эйфории по поводу легкости работы с персональными компьютерами выяснилось, что системы, состоящие из сотен серверов, обслуживать сложнее, чем несколько больших компьютеров. Поэтому на новом витке эволюционной спирали мэйнфреймы стали возвращаться в корпоративные вычислительные системы, но уже как полноправные сетевые узлы, поддерживающие Ethernet или Token Ring, а также стек протоколов TCP/IP, ставший благодаря Internet сетевым стандартом де-факто.
Проявилась еще одна очень важная тенденция, затрагивающая в равной степени как локальные, так и глобальные сети. В них стала обрабатываться несвойственная ранее вычислительным сетям информация - голос, видеоизображения, рисунки. Это потребовало внесения изменений в работу протоколов, сетевых операционных систем и коммуникационного оборудования. Сложность передачи такой мультимедийной информации по сети связана с ее чувствительностью к задержкам при передаче пакетов данных - задержки обычно приводят к искажению такой информации в конечных узлах сети. Так как традиционные службы вычислительных сетей - такие как передача файлов или электронная почта - создают малочувствительный к задержкам трафик и все элементы сетей разрабатывались в расчете на него, то появление трафика реального времени привело к большим проблемам.
Сегодня эти проблемы решаются различными способами, в том числе и с помощью специально рассчитанной на передачу различных типов трафика технологии АТМ, Однако, несмотря на значительные усилия, предпринимаемые в этом направлении, до приемлемого решения проблемы пока далеко, и в этой области предстоит еще много сделать, чтобы достичь заветной цели - слияния технологий не только локальных и глобальных сетей, но и технологий любых информационных сетей - вычислительных, телефонных, телевизионных и т. п. Хотя сегодня эта идея многим кажется утопией, серьезные специалисты считают, что предпосылки для такого синтеза уже существуют, и их мнения расходятся только в оценке примерных сроков такого объединения - называются сроки от 10 до 25 лет. Причем считается, что основой для объединения послужит технология коммутации пакетов, применяемая сегодня в вычислительных сетях, а не технология коммутации каналов, используемая в телефонии, что, наверно, должно повысить интерес к сетям этого типа, которым и посвящена данная книга.
Ф
рагмент вычислительной сети (рис.2.1) включает основные типы коммуникационного оборудования, применяемого сегодня для образования локальных сетей и соединения их через глобальные связи друг с другом. Для построения локальных связей между компьютерами используются различные виды кабельных систем, сетевые адаптеры, концентраторы-повторители, мосты, коммутаторы и маршрутизаторы. Для подключения локальных сетей к глобальным связям используются специальные выходы (WAN-порты) мостов и маршрутизаторов, а также аппаратура передачи данных по длинным линиям - модемы (при работе по аналоговым линиям) или же устройства подключения к цифровым каналам (TA - терминальные адаптеры сетей ISDN, устройства обслуживания цифровых выделенных каналов типа CSU/DSU и т.п.).
Рис. 2.1. Фрагмент сети
2.2. Сетевые адаптеры
Сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC) - это периферийное устройство компьютера, непосредственно взаимодействующее со средой передачи данных, которая прямо или через другое коммуникационное оборудование связывает его с другими компьютерами. Это устройство решает задачи надежного обмена двоичными данными, представленными соответствующими электромагнитными сигналами, по внешним линиям связи. Как и любой контроллер компьютера, сетевой адаптер работает под управлением драйвера операционной системы и распределение функций между сетевым адаптером и драйвером может изменяться от реализации к реализации.
В первых локальных сетях сетевой адаптер с сегментом коаксиального кабеля представлял собой весь спектр коммуникационного оборудования, с помощью которого организовывалось взаимодействие компьютеров. Сетевой адаптер компьютера-отправи-теля непосредственно по кабелю взаимодействовал с сетевым адаптером компьютера-получателя. В большинстве современных стандартов для локальных сетей предполагается, что между сетевыми адаптерами взаимодействующих компьютеров устанавливается специальное коммуникационное устройство (концентратор, мост, коммутатор или маршрутизатор), которое берет на себя некоторые функции по управлению потоком данных.
Сетевой адаптер обычно выполняет следующие функции:
Сетевые адаптеры различаются по типу и разрядности используемой в компьютере внутренней шины данных - ISA, EISA, PCI, MCA.
Сетевые адаптеры различаются также по типу принятой в сети сетевой технологии - Ethernet, Token Ring, FDDI и т.п. Как правило, конкретная модель сетевого адаптера работает по определенной сетевой технологии (например, Ethernet). В связи с тем, что для каждой технологии сейчас имеется возможность использования различных сред передачи данных (тот же Ethernet поддерживает коаксиальный кабель, неэкранированную витую пару и оптоволоконный кабель), сетевой адаптер может поддерживать как одну, так и одновременно несколько сред. В случае, когда сетевой адаптер поддерживает только одну среду передачи данных, а необходимо использовать другую, применяются трансиверы и конверторы.
Трансивер (приемопередатчик, transmitter+receiver) - это часть сетевого адаптера, его оконечное устройство, выходящее на кабель. В первом стандарте Ethernet, работающем на толстом коаксиале, трансивер располагался непосредственно на кабеле и связывался с остальной частью адаптера, располагавшейся внутри компьютера, с помощью интерфейса AUI (attachment unit interface). В других вариантах Ethernet'а оказалось удобным выпускать сетевые адаптеры (да и другие коммуникационные устройства) с портом AUI, к которому можно присоединить трансивер для требуемой среды.
Вместо подбора подходящего трансивера можно использовать конвертор, который может согласовать выход приемопередатчика, предназначенного для одной среды, с другой средой передачи данных (например, выход на витую пару преобразуется в выход на коаксиальный кабель).
2. Основные характеристики коммуникационного канала
Компьютерные сети относятся к распределенным (или децентрализованным) вычислительным системам. Поскольку основным признаком распределенной вычислительной системы является наличие нескольких центров обработки данных, то наряду с компьютерными сетями к распределенным системам относят также мультипроцессорные компьютеры и многомашинные вычислительные комплексы.
Мультипроцессорные компьютеры
В мультипроцессорных компьютерах имеется несколько процессоров, каждый из которых может относительно независимо от остальных выполнять свою программу. В мультипроцессоре существует общая для всех процессоров операционная система, которая оперативно распределяет вычислительную нагрузку между процессорами. Взаимодействие между отдельными процессорами организуется наиболее простым способом - через общую оперативную память.
Сам по себе процессорный блок не является законченным компьютером и поэтому не может выполнять программы без остальных блоков мультипроцессорного компьютера - памяти и периферийных устройств. Все периферийные устройства являются для всех процессоров мультипроцессорной системы общими. Территориальную распределенность мультипроцессор не поддерживает - все его блоки располагаются в одном или нескольких близко расположенных конструктивах, как и у обычного компьютера.
Основное достоинство мультипроцессора - его высокая производительность, которая достигается за счет параллельной работы нескольких процессоров. Так как при наличии общей памяти взаимодействие процессоров происходит очень быстро, мультипроцессоры могут эффективно выполнять даже приложения с высокой степенью связи по данным.
Еще одним важным свойством мультипроцессорных систем является отказоустойчивость, то есть способность к продолжению работы при отказах некоторых элементов, например процессоров или блоков памяти. При этом производительность, естественно, снижается, но не до нуля, как в обычных с истемах, в которых отсутствует избыточность.
Многомашинные системы
Многомашинная система - это вычислительный комплекс, включающий в себя несколько компьютеров (каждый из которых работает под управлением собственной операционной системы), а также программные и аппаратные средства связи компьютеров, которые обеспечивают работу всех компьютеров комплекса как единого целого.
Работа любой многомашинной системы определяется двумя главными компонентами: высокоскоростным механизмом связи процессоров и системным программным обеспечением, которое предоставляет пользователям и приложениям прозрачный доступ к ресурсам всех компьютеров, входящих в комплекс. В состав средств связи входят программные модули, которые занимаются распределением вычислительной нагрузки, синхронизацией вычислений и реконфигурацией системы. Если происходит отказ одного из компьютеров комплекса, его задачи могут быть автоматически переназначены и выполнены на другом компьютере. Если в состав многомашинной системы входят несколько контроллеров внешних устройств, то в случае отказа одного из них, другие контроллеры автоматически подхватывают его работу. Таким образом, достигается высокая отказоустойчивость комплекса в целом.
Помимо повышения отказоустойчивости, многомашинные системы позволяют достичь высокой производительности за счет организации параллельных вычислений. По сравнению с мультипроцессорными системами возможности параллельной обработки в многомашинных системах ограничены: эффективность распараллеливания резко снижается, если параллельно выполняемые задачи тесно связаны между собой по данным. Это объясняется тем, что связь между компьютерами многомашинной системы менее тесная, чем между процессорами в мультипроцессорной системе, так как основной обмен данными осуществляется через общие многовходовые периферийные устройства. Говорят, что в отличие от мультипроцессоров, где используются сильные программные и аппаратные связи, в многомашинных системах аппаратные и программные связи между обрабатывающими устройствами являются более слабыми. Территориальная распределенность в многомашинных комплексах не обеспечивается, так как расстояния между компьютерами определяются длиной связи между процессорным блоком и дисковой подсистемой.
Вычислительные сети
В вычислительных сетях программные и аппаратные связи являются еще более слабыми, а автономность обрабатывающих блоков проявляется в наибольшей степени - основными элементами сети являются стандартные компьютеры, не имеющие ни общих блоков памяти, ни общих периферийных устройств. Связь между компьютерами осуществляется с помощью специальных периферийных устройств - сетевых адаптеров, соединенных относительно протяженными каналами связи. Каждый компьютер работает под управлением собственной операционной системы, а какая-либо «общая» операционная система, распределяющая работу между компьютерами сети, отсутствует. Взаимодействие между компьютерами сети происходит за счет передачи сообщений через сетевые адаптеры и каналы связи. С помощью этих сообщений один компьютер обычно запрашивает доступ к локальным ресурсам другого компьютера. Такими ресурсами могут быть как данные, хранящиеся на диске, так и разнообразные периферийные устройства - принтеры, модемы, факс-аппараты и т. д. Разделение локальных ресурсов каждого компьютера между всеми пользователями сети - основная цель создания вычислительной сети.
Каким же образом сказывается на пользователе тот факт, что его компьютер подключен к сети? Прежде всего, он может пользоваться не только файлами, дисками, принтерами и другими ресурсами своего компьютера, но аналогичными ресурсами других компьютеров, подключенных к той же сети. Правда, для этого недостаточно снабдить компьютеры сетевыми адаптерами и соединить их кабельной системой. Необходимы еще некоторые добавления к операционным системам этих компьютеров. На тех компьютерах, ресурсы которых должны быть доступны всем пользователям сети, необходимо добавить модули, которые постоянно будут находиться в режиме ожидания запросов, поступающих по сети от других компьютеров. Обычно такие модули называются программными серверами (server), так как их главная задача - обслуживать (serve) запросы на доступ к ресурсам своего компьютера. На компьютерах, пользователи которых хотят получать доступ к ресурсам других компьютеров, также нужно добавить к операционной системе некоторые специальные программные модули, которые должны вырабатывать запросы на доступ к удаленным ресурсам и передавать их по сети на нужный компьютер. Такие модули обычно называют программнымиклиентами (client). Собственно же сетевые адаптеры и каналы связи решают в сети достаточно простую задачу - они передают сообщения с запросами и ответами от одного компьютера к другому, а основную работу по организации совместного использования ресурсов выполняют клиентские и серверные части операционных систем.
Пара модулей «клиент - сервер» обеспечивает совместный доступ пользователей к определенному типу ресурсов, например к файлам. В этом случае говорят, что пользователь имеет дело с файловой службой (service). Обычно сетевая операционная система поддерживает несколько видов сетевых служб для своих пользователей - файловую службу, службу печати, службу электронной почты, службу удаленного доступа и т. п.
63.
каждый компьютер в сети Интернет имеет свой адрес, который состоит из 2 частей – сетевой и собственный адрес компьютера в сети. Для компьютера устанавливается 2 адреса:
Цифровой адрес или IP –адрес удобен для обработки на компьютере. Он имеет длину 32 бита, разделенную на 4 блока по 8 бит каждый. Цифровой адрес удобен для машинной обработки. Человеку крайне неудобно использовать IP – адреса, поэтому логичным представлялось создание механизма, позволяющего ставить в соответствие IP-адресам символьные имена.
В сети Интернет для этой цели была разработана и используется система доменных имен (Domains Number System, DNS), которая имеет иерархическую структуру. Составные части отделяются друг от друга точкой. Младшая часть доменного имени соответствует конечному узлу в сети. Совокупность имен, у которых несколько старших частей доменного имени совпадают, называется доменом. Например, имена mail. econ.pu.ru и www.econ.pu.ru.принадлежат домену econ.pu.ru.
Доменные имена назначаются компьютерам, которые постоянно подключены к сети, специальной организацией InterNIC. Вся сеть разбивается на участки по названиям доменов. Самым главным является корневой домен, который управляется InterNIC, далее следуют домены первого, второго и третьего уровней.
Домены первого уровня назначаются для каждой страны
(по географическому признаку), при этом принято использовать трех - и двухуровневые аббревиатуры. Например, для России домен первого уровня – ru, для США – us, для Беларуси – by и т.д. Кроме того, несколько доменов закреплено для различных типов организаций:
.com –коммерческие организации;
.edu – организации образования;
.gov – правительственные организации;
.org – некоммерческие организации;
.net – организации, поддерживающие сеть.
Что касается механизма соответствия цифрового и доменного адресов, то он заключается в следующем. Для каждого имени домена создается свой DNS – сервер, который хранит базу данных соответствий IP – адресов и доменных имен, расположенных в данном домене, а также содержит ссылки на DNS – серверы доменов нижнего уровня. Таким образом, для того, чтобы получить адрес компьютера по его доменному имени, приложению достаточно обратиться к DNS – серверу корневого домена, а тот в свою очередь перешлет запрос DNS – серверу домена нижнего уровня. Благодаря такой организации системы доменных имен нагрузка по разрешению имен равномерно распределяется среди DNS – серверов.
При разработке протокола http была доработана и система адресации ресурсов по доменным именам. Эта система адресации получила название Universal Resource Locator (URL) и является общей формой представления адреса ресурса в сети Интернет, т.е., кодом, указывающим местоположение информации в сети.
В начале адреса указывается протокол передачи документа, далее тип ресурса, доменное имя сервера, путь к ресурсу. Например, http://www.microsoft.com/ie.
65.
ведение в информационную безопасность
Информационная сфера (среда) - это сфера деятельности, связанная с созданием, распространением, преобразованием и потреблением информации. Любая система защиты информации имеет свои особенности и в то же время должна отвечать общим требованиям. Общими требованиями к системе защиты информации являются следующие:
1. Система защиты информации должна быть представлена как нечто целое. Целостность системы будет выражаться в наличии единой цели ее функционирования, информационных связей между ее элементами, иерархичности построения подсистемы управления системой защиты информации.
2. Система защиты информации должна обеспечивать безопасность информации, средств информации и защиту интересов участников информационных отношений.
3. Система защиты информации в целом, методы и средства защиты должны быть по возможности «прозрачными» для пользователя, не создавать ему больших дополнительных неудобств, связанных с процедурами доступа к информации и в то же время быть непреодолимыми для несанкционированного доступа злоумышленника к защищаемой информации.
4. Система защиты информации должна обеспечивать информационные связи внутри системы между ее элементами для согласованного их функционирования и связи с внешней средой, перед которой система проявляет свою целостность и поступает как единое целое.
Таким образом, обеспечение безопасности информации, в том числе в компьютерных системах, требует сохранения следующих ее свойств:
1. Целостность. Целостность информации заключается в ее существовании в неискаженном виде, не измененном по отношению к некоторому ее исходному состоянию.
2. Доступность. Это свойство, характеризующее способность обеспечивать своевременный и беспрепятственный доступ пользователей к интересующим их данным.
3. Конфиденциальность. Это свойство, указывающее на необходимость введения ограничений на доступ к ней определенного круга пользователей.
Под угрозой безопасности понимается возможная опасность (потенциальная или реально существующая) совершения какого-либо деяния (действия или бездействия), направленного против объекта защиты (информационных ресурсов), наносящего ущерб собственнику или пользователю, проявляющегося в опасности искажения, раскрытия или потери информации. Реализация той или иной угрозы безопасности может производиться с целью нарушения свойств, обеспечивающих безопасность информации.
Основные принципы обеспечения информационной безопасности
Построение системы защиты должно основываться на следующих основных принципах:
1. Системность подхода
2. Комплексность подхода
3. Разумная достаточность средств защиты
4. Разумная избыточность средств защиты
5. Гибкость управления и применения
6. Открытость алгоритмов и механизмов защиты
7. Простота применения защиты, средств и мер
8. Унификация средств защиты
Системность подхода
Защита информации предполагает необходимость учета всех взаимосвязанных и изменяющихся во времени элементов, условий и факторов, существенно значимых для понимания решения проблемы обеспечения информационной безопасности.
При создании системы защиты необходимо учитывать все слабые и наиболее уязвимые места системой обработки информации, а также характер возможных объектов нарушения и атак на системы со стороны нарушителя, пути проникновения в систему для несанкционированного доступа к информации. Система защиты должна строиться с учетом не только всех известных каналов проникновения, но и с учетом возможности появления преимущественно новых путей реализации угроз безопасности.
Системный подход также предполагает непротиворечивость применяемых средств защиты. Различаются следующие виды системностей:
1. Системность целевая
Защищенность информации рассматривается как составная часть общего понятия качества информации.
2. Системность пространственная
Может практиковаться как увязка вопросов защиты информации
2.1. По вертикали
государство (правительственные органы)
министерство
корпоративные государственные учреждения
частные предприятия
вычислительные системы
2.2. По горизонтали
Предполагается увязка вопроса защиты информации в локальных узлах и территориях распределения элементов автоматизированных систем обработки данных.
3. Системность временная (принцип непрерывности функционирования системы защиты)
Защита информации - не разовое мероприятие, а непрерывный целенаправленный процесс, предполагаемый принятие соответствующих мер на всех этапах жизненного цикла защиты системы. Разработка системы защиты должна начинаться с момента проектирования системы, а ее адаптация и доработка - на протяжении всего времени функционирования системы.
4. Системность организационная
Единство организации всех работ по защите информации и их управления.
Комплексность подхода
Комплексное использование широкого спектра мер, методов и средств защиты информационных систем предполагает согласованное применение разнородных средств защиты при обеспечении информационной безопасности. Данный принцип предполагает учет всей совокупности возможных угроз при реализации систем защиты.
Принцип разумной достаточности
Создать абсолютно непреодолимую системы защиты принципиально невозможно. Поэтому при проектировании системы безопасности имеет смысл вести речь о некотором ее приемлемом уровне. При этом необходимо понимать, что высокоэффективная система защиты дорого стоит, может существенно снижать производительность защищаемого объекта и создавать ощутимые неудобства для пользователя. Важно правильно выбрать тот уровень защиты, при котором затраты, риск взлома и размер возможного ущерба были бы приемлемыми.
Принцип разумной избыточности
Особенностью функционирования системы защиты является уровень защищенности непрерывно снижается в процессе функционирования системы. Это вызвано тем, что любая атака на систему (как успешная, так и нет) дает информацию злоумышленнику. Накопление информации приводит к успешной атаке. Данное утверждение находятся в противоречии с принципом разумной достаточности. Выход в компромиссе: на этапе разработки системы защиты в нее должна закладываться некая избыточность, которая позволила бы увеличить срок ее жизнеспособности.
Принцип гибкости управления и применения (адаптивность)
Как правило, система защиты проектируется в условиях большой неопределенности. Поэтому устанавливаемые средства защиты могут обеспечивать как чрезмерный, так и достаточный уровень защищенности. В связи с этим должны быть реализованы принципы гибкости управления, обеспечивающие возможность настройки механизмов в процессе функционирования системы.
Открытость алгоритмов и механизмов защиты
Суть состоит в том, что защита не должна обеспечиваться только за счет секретности структурной безопасности и алгоритмов функционирования ее подсистемы. Знание алгоритмов работы системы защиты не должно давать возможность преодоления этой системы.
Простота применения защиты, средств и мер
Механизмы защиты должны быть интуитивно понятны и просты в использовании. Они должны обладать интуитивно понятным интерфейсом, автоматической и автоматизированной настройкой. Система защиты должна по возможности минимально мешать работе пользователей, поэтому должна функционировать в «фоновом» режиме, быть незаметной и ненавязчивой.
Унификация средств защиты
Современные системы защиты отличаются высоким уровнем сложности, что требует высокой квалификации обслуживающего персонала. С целью упрощения администрирования систем безопасности целесообразно стремиться к их унификации по крайней мере в пределах предприятия.
Понятие защищенности в автоматизированных системах
Защищенность является одним из важнейших показателей эффективности функционирования автоматизированных систем обработки данных (АСОД) наряду с такими показателями как производительность, надежность, отказоустойчивость и т.п.
Под защищенностью АСОД будем понимать степень адекватности реализованных в ней механизмов защиты информации, существующей в данной среде функционирования, связанной с осуществлением угроз безопасности информации.
На практике всегда существует большое количество не поддающихся точной оценке возможных путей осуществления угроз безопасности в отношении ресурсов АСОД. В идеале каждый путь осуществления угрозы должен быть перекрыт соответствующим механизмом защиты. Данное условие являетсяпервым фактором, определяющим защищенность АСОД.
Вторым фактором является прочность существующего механизма защиты, характеризующаяся степенью сопротивляемости этих механизмов попыткам их обхода или преодоления.
Третий фактор - величина ущерба, наносимого владельцу АСОД в случае успешного осуществления угроз безопасности.
Меры и средства защиты информации
На настоящий момент меры защиты информации можно разделить на следующие виды:
1. Правовые (законодательные). Определяются законодательными актами страны, которыми регламентируется правила использования, обработки и передачи информации ограниченного доступа и устанавливаются меры ответственности за нарушение этих правил. Применительно к России: Конституция, доктрина информационной безопасности, кодексы, законы, указы президента, постановления правительства, ГОСТы в области защиты информации.
2. Морально-этические. К ним относятся нормы поведения, которые традиционно сложились по мере распространения сетевых и информационных технологий.
3. Организационные (административные). Представляют собой организационно-технические и организационно-правовые мероприятия, осуществляемые в процессе создания и эксплуатации аппаратуры телекоммуникаций для обеспечения защиты информации.
4. Технические. Реализуются в виде механических, электрических и электронных устройств, предназначенных для препятствования проникновению и доступу потенциального нарушителя к компонентам защиты.
5. Программные. Представляют из себя программное обеспечение, предназначенное для выполнения функций защиты информации.
Правовое обеспечение информационной безопасности
Как сфера правового регулирования информационная сфера представляет собой совокупность субъектов, осуществляющих информационную деятельность, объектов права, по отношению к которым или в связи с которыми эта деятельность осуществляется и социальных отношений, регулируемых правом или подлежащих правовому регулированию.
Правовые аспекты обеспечения защиты информации направлены на достижение следующих целей:
1. Формирование правосознания граждан по обязательному соблюдению правил защиты конфиденциальной информации.
2. Определение мер ответственности за нарушение правил защиты информации.
3. Придание юридической силы технико-математическим решениям в вопросах организационно-правового обеспечения защиты информации.
4. Придание юридической силы процессуальным процедурам разрешения ситуаций, складывающихся в процессе функционирования системы защиты.
К правовым мерам относят нормы законодательства, касающиеся вопросов обеспечения безопасности информации. В отрасль законодательства, регулирующую информационные отношения, включаются:
1. Законодательство об интеллектуальной собственности.
2. Законодательство о средствах массовой информации.
3. Законодательство о формировании информационных ресурсов и предоставлении информации из них
4. Законодательство о реализации права на поиск, получение и использование информации.
5. Законодательство о создании и применении информационных технологий и средств их обеспечения.
В отрасли права, акты которых включают информационно-правовые нормы, входят конституционного право, административное право, гражданское право, уголовное право и предпринимательское право.
В соответствии с действующим законодательством информационные правоотношения - это отношения, возникающие при:
1. При формировании и использовании информационных ресурсов на основе создания, сбора, обработки, накопления, хранения, поиска, распространения и предоставления потребителю документированной информации.
2. При создании и использовании информационных технологий и средств их обеспечения.
3. При защите информации и прав субъектов, участвующих в информационных процессах и информатизации.
Основы законодательства РФ в области информационной безопасности и защиты информации
Федеральный закон «Об информации, информационных технологиях и о защите информации» классифицирует информацию в зависимости от категорий доступа к ней и от порядке ее предоставления или распространения. В соответствии с ней по порядку предоставления или распространения информация подразделяется на:
1. Свободно распространяемую.
2. Предоставляемую по соглашению лиц, участвующих в соответствующих отношениях.
3. Подлежащую предоставлению или распространению в соответствии с федеральными законами (например, сведения об имущественном положении кандидата в депутаты).
4. Ограничиваемую или запрещаемую к распространению в Российской Федерации.
По категориям доступа информация подразделяется на общедоступную информацию и информацию ограниченного доступа, т.е. такую информацию, доступ к которой ограничен федеральными законами. Информация ограниченного доступа подразделяется на сведения, представляющие собой:
1. Государственную тайну
2. Коммерческую тайну
3. Служебную тайну
4. Профессиональную тайну
5. Персональные данные граждан (физических лиц)
Упомянутый федеральный закон также определяет перечень сведений, доступ к которым не может быть ограничен:
1. Нормативные правовые акты, затрагивающие права, свободы и обязанности человека и гражданина, а также устанавливающие правовое положение организаций и полномочия государственных органов, а также органов местного самоуправления.
2. Информацию о состоянии окружающей среды
3. Информацию о деятельности государственных органов и органов местного самоуправления, а также об использовании бюджетных средств за исключением сведений, составляющих государственную или служебную тайну.
4. Информацию, накапливаемую в открытых фондах библиотек, музеях и архивах, а также в государственных муниципальных и иных информационных системах, созданных или предназначенных для обеспечения граждан и организаций такой информацией.
5. Иную информацию, недопустимость ограничения доступа к которой установлена федеральными законами.
Важным элементом информационных ресурсов является государственная тайна, отнесенная по условиям правового режима к документированной информации ограниченного распространения. Термин «документальная информация» означает зафиксированную на материальном носителе путем документирования информацию с реквизитами, позволяющими определить такую информацию или в установленных законодательством РФ случаях ее материальный носитель. Понятие «документированная информация» основано на двуединстве информации, т.е. сведений и материального носителя, на котором она отражена в виде символов, знаков, букв, волн или других способов отображения.
По сути, документированная информация представляет собой обыкновенные данные, а подход, отождествляющий информацию и данные, носит название«техноцентрический».
Государственная тайна в соответствии с законом РФ «О государственной тайне» это защищаемые государством сведения в области разведывательной, контрразведывательной и оперативно-розыскной деятельности, распространение которых может нанести ущерб безопасности РФ.
Режим защиты государственной тайны - важнейший элемент системы государственного управления. Правовой институт государственной тайны - это признанный всеми странами институт регулирования информационных и общественных отношений. Последний имеет три составляющие:
1. Сведения, относимые к определенному типу данных, а также принципы и критерии, по которым сведения классифицируются как тайна.
2. Режим секретности (конфиденциальности). Это механизм ограничения доступа к указанным сведениям, т.е. механизм защиты.
3. Санкции за неправомерное получение и/или распространения этих сведений.
Модель определения государственных секретов обычно включает в себя следующие существенные признаки:
1. Предметы, явления, события, области деятельности, составляющие государственную тайну
2. Противник (данный или потенциальный), от которого в основном осуществляется защита государственной тайны
3. Указания в законе перечня инструкций и сведений, составляющих государственную тайну
4. Наносимый ущерб обороне, внешней политике, экономике, научно-техническому прогрессу страны и т.п. в случае разглашения или утечки сведений, составляющих государственную тайну.
Важным признаком государственной тайны является степень секретности сведений, составляющих государственную тайну. Принята следующая система обозначения сведений: «Особой важности», «Совершенно секретно», «Секретно». Содержащиеся под этими грифами сведения являются государственной тайной.
К сведениям особой важности следует относить такие сведения, распространение которых может нанести ущерб интересам РФ в одной или нескольких областях деятельности.
К совершенно секретным сведениям следует относить такие сведения, распространение которых может нанести ущерб интересам министерства, ведомства или отраслям экономики РФ в одной или нескольких областях деятельности.
К секретным сведениям следует относить все иные из числа сведений, составляющих государственную тайну. В данном случае ущерб может быть нанесен интересам предприятия, учреждения или организации.
Понятие «режим секретности» тесно связано с понятием защиты информации и является реализацией системы защиты информации для конкретного объекта или одного из его структурных подразделений или конкретной работы.
Под системой защиты государственной тайны понимается совокупность органов защиты государственной тайны, используемых ими средств и методов защиты сведений, составляющих государственную тайну и их носителей, а также мероприятий, проводимых в этих целях.
Конфиденциальная информация и ее защита
С развитием информационного общества проблемы, связанные с защитой конфиденциальной информации приобретают все большее значение. В настоящее время в российском законодательстве данные вопросы полно и системно не решены. Федеральный закон «Об информации, информационных технологиях и о защите информации» не определяет ни виды конфиденциальной информации, ни перечень сведений, которые могут составлять конфиденциальную информацию. Отнесение информации к конфиденциальной осуществляется в порядке, установленном законодательством РФ.
Коммерческая тайна
Правовой основой охраны сведений, составляющих коммерческую тайну, является федеральный закон «О коммерческой тайне» и гражданский кодекс РФ. Признаки информации, которая может составлять коммерческую тайну, послужили основой для разработки положений федерального закона “О коммерческой тайне»:
1. Действительная или потенциальная коммерческая ценность в силу неизвестности ее третьим лицам
2. Отсутствие к ней свободного доступа на законном основании
3. Принятие обладателем информации надлежащих мер по ее охране
Коммерческая информация, циркулирующая в организации, подразделяется на техническую, организационную, финансовую, рекламную, информацию о спросе и предложении, конкурентах и т.д. Ограничения, вводимые на использование сведений, составляющих коммерческую тайну, направлены на защиту интеллектуальной, материальной, финансовой собственности и других интересов, возникающих при формировании трудовой деятельности организации, персонала ее подразделений, а также при их сотрудничестве с работниками других организаций.
Служебная тайна
Можно выделить основные признаки информации, составляющей служебную тайну:
1. К служебной тайне могут быть отнесены сведения, содержащие служебную информацию о деятельности государственных органов, подведомственных им предприятий, учреждений и организаций, если ограничение на распространяемые таким образом сведения установлено законом или диктуется служебной необходимостью.
2. Служебную тайну могут составлять сведения, являющиеся конфиденциальной информацией других лиц, но ставшие известными представителями государственных органов или органов местного самоуправления в силу исполнения ими служебных обязанностей.
Таким образом, возникает определение служебной тайны. Служебная тайна - это защищаемая по закону конфиденциальная информация, ставшая известной в государственных органах и органах местного самоуправления только на законных основаниях и в силу исполнения их представителями служебных обязанностей, а также служебная информация о деятельности государственных органов, доступ к которой ограничен федеральным законом.
Профессиональная тайна
К профессиональной тайне может быть отнесена информация, полученная гражданами при исполнении ими профессиональных обязанностей или организациями при осуществлении ими определенных видов деятельности.
Профессиональная тайна подлежит защите в случае, если на эти лица федеральными законами возложены обязанности по соблюдению конфиденциальности такой информации. В соответствии с действующим законодательством к профессиональной тайне отнесена информация, связанная со служебной деятельностью медицинских работников, нотариусов, адвокатов, частных детективов, священнослужителей, работников банков, ЗАГСов, учреждений страхования.
Персональные данные
В Российском законодательстве персональные данные подразделяются на следующие виды:
1. Общедоступные персональные данные. Это персональные данные, доступ к которым предоставлен с согласия субъекта персональных данных или на которые в соответствии с федеральными законами не распространяется требование соблюдения конфиденциальности.
2. Специальные категории персональных данных. Это персональные данные, касающиеся расовой или национальной принадлежности, политических взглядов, религиозных или философских убеждений, состояния здоровья. Обработка таких данных возможна только в случаях, прямо указанных в законе, в частности:
а) если субъект персональных данных в письменной форме дает свое согласие;
б) если обработка персональных данных необходима в связи с осуществлением правосудия;
в) если обработка персональных данных осуществляется в соответствии с законодательством РФ «О безопасности», «Об оперативно-розыскной деятельности», а также в соответствии с уголовно-исполнительным законодательством РФ.
3. Биометрические персональные данные. Это сведения, которые характеризуют физиологические особенности человека и на основе которых можно установить его личность. К таким данным относятся, в частности, доктиоскопическая информация.
Лицензирование и сертификация в области обеспечения безопасности информации
безопасность защита информационная лицензирование
Действенными инструментами государственного регулирования отношений в области защиты информации являются процессы лицензирования и сертифицирования.
Лицензирование - это процедура выдачи на определенный срок специальных разрешений на ведение соответствующих видов деятельности. В области защиты информации обязательному лицензированию подлежат следующие виды деятельности:
1. Разработка и производство шифровальных (криптографических) средств, шифровальных и телекоммуникационных систем, защищенных с использованием шифровальных (криптографических) средств.
2. Деятельность по распространению шифровальных (криптографических) средств.
3. Деятельность по техническому обслуживанию шифровальных (криптографических) средств.
4. Предоставление услуг в области шифровальной информации.
5. Деятельность по выявлению элементарных устройств, предназначенных для негласного получения информации в помещениях и технических средствах.
6. Деятельность по разработке и/или производству средств защиты конфиденциальной информации.
7. Деятельность по технической защите конфиденциальной информации.
8. Разработка, производства, реализация и приобретение в целях продажи специальных технических средств, предназначенных для негласного получения информации.
Еще одним высокоэффективным средством государственного контроля является сертификация. Это подтверждение соответствия продукции, процессов производства, эксплуатации, работ, услуг или иных объектов, установленных требованиями (технические регламенты, стандарты, условия договора и пр.). Законодательно установлены два вида подтверждения соответствия: добровольное и обязательное.
Процедура сертификации осуществляет независимая от изготовителя, продавца, исполнителя и потребителя организация (орган по сертификации), т.е. юридическое лицо, аккредитованное в установленном порядке для выполнения работ по сертификации. Правила выполнения работ по сертификации и правила функционирования всей системы в целом образует систему сертификации.
Организационное обеспечение информационной безопасности
Законы и нормативные акты исполняются только в том случае, если они подкрепляются организаторской деятельностью соответствующих структур, создаваемых в государстве, ведомствах, учреждениях и организациях. Такая деятельность относится к организационным методам защиты информации.
Организационные (административные) средства защиты представляют собой организационно-технические и организационно-правовые мероприятия, осуществляемые должностными лицами в процессе создания и эксплуатации АСОД и аппаратуры телекоммуникаций для обеспечения заданного уровня безопасности информации.
Организационные мероприятия охватывают все структурные элементы аппаратуры на всех этапах их жизненного цикла. Основные организационные и организационно-технические мероприятия по созданию и поддержанию функционирования системы защиты включают:
1. Разовые мероприятия. Однократно проводимые мероприятия и повторяемые только при полном пересмотре принятых решений.
2. Мероприятия, проводимые при осуществлении или возникновении определенных изменений в самой защищаемой АСОД или внешней среде (мероприятия, проводимые по необходимости).
3. Периодически проводимые мероприятия
4. Постоянно проводимые мероприятия
К разовым мероприятиям относят:
1. Общесистемные мероприятия по созданию научно-технических и методологических основ защиты АСОД.
2. Мероприятия, осуществляемые при проектировании, строительстве и оборудовании вычислительных центров и других объектов АСОД.
3. Мероприятия, осуществляемые при разработке и вводе в эксплуатацию технических средств и программного обеспечения.
4. Проведение проверок всех применяемых в АСОД средств вычислительной техники и проведение мероприятий по защите информации от утечки по каналам побочных излучений.
5. Разработка и утверждение функциональных обязанностей должностных лиц службы компьютерной безопасности.
К периодически проводимым мероприятиям относят:
1. Распределение реквизитов разграничения доступа (пароли, ключи шифрования и т.д.).
2. Анализ системных журналов и принятие мер по обнаруженным нарушениям правил работы.
3. Мероприятия по пересмотру правил разграничения доступа пользователей к информации в организации.
4. Периодическое осуществление анализа состояния и оценки эффективности, мер и применяемых средств защиты с привлечением сторонних специалистов.
5. Мероприятия по пересмотру состава и построения системы защиты.
К мероприятиям, проводимым по необходимости, относят:
1. Мероприятия, осуществляемые при кадровых изменениях в составе персонала системы.
2. Мероприятия, осуществляемые при ремонте и модификациях оборудования и программного обеспечения.
Постоянно проводимые мероприятия включают:
1. Мероприятия по обеспечению достаточного уровня физической защиты всех компонентов АСОД (противопожарная охрана, охрана помещений, пропускной режим, обеспечение сохранности и физической целостности средств вычислительной техники, носителей информации и т.п.).
2. Мероприятия по непрерывной поддержке функционирования и управления используемыми средствами защиты.
3. Явный и скрытый контроль за работой персонала системы.
4. Контроль за реализацией выбранных мер защиты в процессе проектирования, разработки, ввода в эксплуатацию и функционирования АСОД.
5. Постоянно и периодически осуществляемый анализ состояния и оценка эффективности мер и применяемых средств защиты.
Технические средства обеспечения информационной безопасности
К техническим средствам передачи, обработки, хранения и отображения информации ограниченного доступа (ТСПИ) относятся технические средства автоматизированных систем управления, именуемые средствами вычислительной техники (СВТ), средства изготовления и размножения документов, аппаратура звукоусиления, звукозаписи, звуковоспроизведения и синхронного перевода, системы внутреннего телевидения, системы видеозаписи и воспроизведения видео, системы оперативно-командной связи, системы внутренней автоматической телефонной связи, включая и соединительные линии перечисленного выше оборудования, и т.д. Данные технические средства и системы в ряде случаев именуются основными техническими средствами и системами (ОТСС). Совокупность средств и систем обработки информации, а также помещений или объектов (зданий, сооружений технических средств), в которых они установлены, составляет объект ТСПИ, который в некоторых документах называется объектом информатизации.
Наряду с техническими средствами и системами, обрабатывающими информацию ограниченного доступа, на объектах ТСПИ также устанавливаютсявспомогательные технические средства и системы (ВТСС), непосредственно не участвующие в ее обработке. К ним относятся системы и средства городской автоматической телефонной связи, системы и средства передачи данных в системе радиосвязи, системы и средства охранной и пожарной сигнализации, контрольно-измерительная аппаратура, системы и средства кондиционирования, системы и средства проводной радиотрансляционной сети и приема программ радиовещания и телевидения, средства электрической оргтехники, системы и средства электрогазофикации и иные технические средства и системы. В некоторых документах ВТСС называются средствами обеспечения объекта информатизации.
Через помещения, в которых установлены ТС обработки информации ограниченного доступа как правило проходят провода и кабели, не относящиеся к ТСПИ и ВТСС, а также металлические трубы систем отопления, водоснабжения и другие токопроводящие металлоконструкции, которые называются посторонними проводниками. Ряд соединительных линий ВТСС, а также посторонних проводников могут выходить за пределы не только объекта ТСПИ, но и контролируемой зоны (КЗ), под которой понимается пространство (территория, здание, часть здания), в котором исключено неконтролируемое пребывание сотрудников и посетителей организации, а также транспортных средств. Границей КЗ могут являться периметр охраняемой территории организации, а также ограждающие конструкции охраняемого здания или части охраняемого здания, если оно размещено на неохраняемой территории, т.о. при рассмотрении объекта ТСПИ как объекта разведки, его необходимо рассматривать как систему, включающую:
1. Технические средства и системы, непосредственно обрабатывающие информацию ограниченного доступа вместе с их соединительными линиями (совокупность проводов и кабелей, прокладываемых между отдельными ТСПИ и их элементами)
2. Вспомогательные технические средства и системы вместе с их соединительными линиями
3. Посторонние проводники
4. Систему электропитания объекта
5. Систему заземления объекта
Для добывания информации, обрабатываемой техническими средствами, «противник» (лицо или группа лиц, заинтересованных в получении этой информации) может использовать широкий арсенал портативных технических средств разведки (ТСР). Совокупность объекта разведки (в данном случае - объекта ТСПИ), технических средств разведки, с помощью которых добывается информация и физической среды, в которой распространяется информационный сигнал, называется техническим каналом утечки информации.
При работе технических средств возникают информативные электромагнитные излучения, а в соединительных линиях ВТСС и посторонних проводниках могут появляться наводки информационных сигналов. Поэтому технические каналы утечки информации можно разделить на электромагнитные и электрические.
Электромагнитные каналы утечки информации
В электромагнитных каналах утечки информации носителем информации являются различные виды побочного излучения (ЛЭМИ). Они возникают из:
1. Побочные ЭМ-излучения, возникающие вследствие протекания по элементам ТСПИ и их соединительным линиям переменного электрического тока.
2. ПЭМИ на частотах работы высокочастотных генераторов, входящих в состав ТСПИ.
3. ПЭМИ, возникающие вследствие паразитной генерации в элементах ТСПИ.
1. Побочные электромагнитные излучения ТСПИ
В некоторых ТСПИ носителем информации является электрический ток, параметры которого изменяются по закону изменения информационного речевого сигнала. При протекании электрического тока по токоведущим элементам ТСПИ и их соединительным линиям в окружающем пространстве возникает переменное электрическое и магнитное поля.
Поэтому элементы ТСПИ можно рассматривать как излучение электромагнитного поля, модулированного по закону изменения информационного сигнала.
2. Побочные электромагнитные излучения на частотах работы высокочастотных генераторов ТСПИ
Во время работы в АСОД происходят сложные информационные и физические процессы. При этом наряду с функционированием основных (предусмотренных по конструкции каналов, обеспечивающих обработку информации) существуют побочные каналы из-за неидеальности процессов формирования и передачи сигналов (носителей информации).
С точки зрения утечки информации наибольшую опасность представляют побочные каналы, определяющую роль играют побочные электромагнитные излучения и наводки (ПЭМИН). В состав ТСПИ могут входить различного рода высокочастотные генераторы, к ним можно отнести генераторы тактовой частоты, генераторы стирания и подмагничивания магнитофонов, генераторы измерительных приборов и т.д.
В результате внешних воздействий информационного сигнала (например, электромагнитных колебаний) на элементах высокочастотных генераторов наводятся электрические сигналы. Приемником магнитного поля могут быть катушки индуктивности, колебательные контуры и т.д. Приемником электрического поля являются провода высокочастотных линий и др.
Наведенные сигналы могут вызвать непреднамеренную модуляцию собственных высокочастотных генераторов, которые излучаются в окружающее пространство.
3. Паразитная генерация (побочные электромагнитные излучения, возникающие вследствие паразитной генерации в элементах ТСПИ)
Паразитная генерация в элементах ТСПИ возможна за счет случайных преобразований отрицательных обратных связей (индуктивных или емкостных) в паразитные положительные, что приводит к переводу усилителя из режима усиления в режим автогенерации сигналов.
Частота автогенерации лежит в пределах рабочих частот нелинейных элементов усилителей (например, полупроводниковых приборов, электровакуумных ламп и т.п.).
Сигнал на частотах автогенерации оказывается как правило модулированным информационным сигналом. ПЭМИ возникают при следующих режимах обработки информации средствами вычислительной техники:
1) вывод информации на экраны мониторов;
2) ввод данных с клавиатуры;
3) чтение и запись информации с или на накопители на магнитных носителях;
4) передача данных в каналы связи;
5) вывод данных на периферийные печатные устройства;
6) запись данных со сканера на магнитный носитель.
Для перехвата ПЭМИ ТСПИ могут использоваться как обычные средства радиотехнической разведки, так и специальные средства, которые называются технические средства разведки побочных электромагнитных излучений и наводок (ТСР ПЭМИН).
Как правило полагается, что ТСП ПЭМИН располагаются за пределами КЗ объекта. Качество обнаружения сигнала средствами разведки характеризуется вероятностями правильного обнаружения (P0) сигнала и ложной тревоги (PЛТ). Обычно предполагается, что в средствах разведки используется оптимальные для перехватываемых видов сигналов приемные устройства. Наиболее часто в них реализуется алгоритм обработки сигналов Неймана-Пирсона, прим котором минимальная ошибка второго рода при условии, что вероятность ошибки первого рода (ложная тревога) не больше некоторой заданной величины (порог б). Наиболее распространенным видом помех являются внутренние шумы приемного устройства, которые суммируются с принимаемым сигналом (аддитивные шумы). Зная уровень шума приемного устройства, легко рассчитать уровень сигнала на входе приемного устройства, при котором вероятность его правильного обнаружения будет равна допустимому значению (нормировано!) - P0 ДОП, которое обычно называют чувствительностью приемного устройства.
Для обеспечения требуемого уровня ЗИ допустимое значение вероятности правильного обнаружения сигнала - 0,1-0,7 при вероятности ложной тревоги PЛТ = 10-3. Используя характеристики премного устройства и антенной системы средства разведки можно рассчитать допустимое значение напряженности электромагнитного поля в точке размещения средства разведки, при котором отношение «информационный сигнал - помеха» на входе приемного устройства будет равно некоторому P0 ДОП, при котором еще возможно или обнаружение средством разведки информационных сигналов с требуемой вероятностью, или измерение их параметров с допустимыми ошибками, а значит - выделение полезной информации.
Пространство вокруг ТСПИ, в пределах которого напряженность электромагнитного поля превышает допустимое значение, называется зоной R2. Фактически R2 - зона, в пределах которой невозможен перехват средством разведки ПЭМИ ТСПИ с требуемым качеством.
Зона R2 определяется экспериментально-расчетным методом при проведении специальных исследований технических средств на ПЭМИН и указывается в предписании на их эсплуатацию или в сертификации соответствия.
Т.о. по электромагнитным каналам утечки информации перехват информации осуществляется путем приема и детектирования средством разведки ПЭМИ, возникающих при работе ТСПИ. Наряду с пассивными способами перехвата информации, обрабатываемой ТСПИ возможно использование и активных способов, в частности, способов высокочастотного облучения. ТСПИ облучается мощным высокочастотным сигналом. При взаимодействии облучающего электромагнитного поля с элементами ТСПИ происходит его переизлучение, на нелинейных элементах ТСПИ происходит модуляция вторичного излучения информационным сигналом. Переизлученный сигнал принимается приемным устройством, средством разведки и детектируется для перехвата информации, обрабатываемой ТСПИ. Также возможно использование электронных устройств перехвата информации (закладных устройств), скрыто внедряемых в технические средства и системы. Они представляют собой миниатюрные датчики, излучения задающих генераторов которых модулируется информационным сигналом. Перехваченная с помощью закладных устройств информация или непосредственно передается по радиоканалу, или сначала записывается в специальные запоминающие устройства и затем по каналу управления передается к приемнику радиосигнала.
Электрические каналы утечки информации
Причинами возникновения электрических каналов утечки информации могут быть:
1. Гальванические связи соединительных линий ТСПИ с линиями ВТСС и посторонними проводниками
2. НПЭМИ (Н-наводки) ТСПИ на соединительные линии ВТСС и посторонние проводники
3. НПЭМИ на цепи электропитания и заземления
4. Просачивание информационных каналов в цепи электропитания и заземления ТСПИ
Т.о. наводки в токопроводящих элементах обусловлены электромагнитным излучением ТСПИ и емкостными и индуктивными связями между ними.
Соединительные линии ВТСС или посторонние проводники являются как бы случайными антеннами, при гальваническом подключении к которым средства разведки ПЭМИН возможен перехват наведенных в них информационных сигналов.
Случайные антенны могут быть сосредоточенными или распределенными:
· сосредоточенные случайные антенны представляют собой компактное техническое средство (например, телефон, датчик пожарной сигнализации), подключенное к линии, выходящей из пределов контролируемой зоны;
· к распределенным случайным антеннам относятся случайные антенны с распределенными параметрами (кабели, провода, металлические трубы и другие токопроводящие коммуникации), выходящим за пределы контролируемой зоны.
Пространства вокруг ТСПИ, в пределах которых уровень наведенного от ТСПИ сигнала (информативного) в сосредоточенных антеннах превышает допустимое значение, называется Зона 1. В распределенных антеннах - Зона 1'.
В отличие от Зоны 2 размер Зоны 1 (1') зависит от уровня побочных электромагнитных излучений ТЧПИ и от длины (!) случайной антенны.
Способы и средства подавления электронных устройств перехвата речевой информации
Утечка обрабатываемой информации возможна также за счет приема акустических сигналов, создаваемый работающими принтерами, прослушивания разговоров персонала АСОД с помощью направленных микрофонов, а также приема электромагнитных сигналов, промодулированных акустическими сигналами за счет паразитных акусто-электрических преобразований в различных технических средствах.
Потенциальные технические каналы утечки информации (речевой) подразделяются:
|
Технические каналы утечки информации |
Специальные технические средства, используемые для перехвата информации |
|
|
Прямой акустический (окна, двери, щели, проемы) |
1. Направленные микрофоны, установленные за границей КЗ 2. Специализированные высокочувствительные микрофоны, установленные в воздуховодах или смежных помещениях 3. Электронные устройства перехвата речевой информации с датчиками микрофонного типа при условии неконтролируемого доступа к ним посторонних лиц 4. Прослушивание разговоров, ведущихся в помещении без применения технических средств посторонними лицами |
|
|
Акусто-вибрационный (через ограждающие кострукции) |
1. Электронные спетоскопы, установленные в смежном помещении 2. Электронные устройства перехвата речевой информации с датчиками контактного типа, установленными на инженерно-технических коммуникациях |
|
|
Акусто-оптический (через оконные стекла) |
Лазерные акустические локационные системы, находящиеся за пределами КЗ |
|
|
Акусто-электрический (через соединительные линии ВТСС) |
1. Специальные низкочастотные усилители, подсоединенные к соединительным линиям ВТСС, обладающие «микрофонным» эффектом 2. Аппаратура «высокочастотного навязывания», подключенная к соединительным линиям ВТСС |
|
|
Акусто-электромагнитный (параметрический) |
1. Специальные радиоприемные устройства, перехватывающие ПЭМИ на частотах работы высокочастотных генераторов, входящих в состав ВТСС 2. Аппаратура высокочастотного облучения, установленная за пределами КЗ |
|
Эффективным способом защиты речевой информации (от перехвата техническими средствами) является подавление приемных устройств этих средств активными электромагнитными приемниками. В качестве средств подавления более широко применяются подавители микрофонов, широкополосные генераторы электромагнитных полей, блокираторы средств сотовой связи, широкополосные генераторы шума по сети электропитания и средства подавления электронных устройств перехвата информации, подключенные к телефонным линиям связи.
Для подавления диктофонов, работающих в режиме записи, используются устройства электромагнитного подавления, часто называемые «подавителями диктофонов». Принцип действия этих устройств основан на генерации мощных импульсных высокочастотных шумовых сигналов, излучаемые направленными антеннами поисковые сигналы, воздействуя на элементы электрической схемы диктофона (в частности, усилители низкой частоты) вызывают в них наводки шумовых сигналов. Вследствие этого одновременно с информационным сигналом (речь) осуществляется запись и детектированного шумового сигнала, что приводит к значительному искажению первого.
Для шумовой генерации помех используется дециметровый диапазон частот. Наиболее часто используются частоты от 890 до 960 Мгц. При длительности излучаемого импульса в несколько сот миллисекунд импульсная мощность излучаемой помехи составляет от 50 до 100-150 Вт.
Зона подавления диктофонов зависит от мощности излучаемого помехового сигнала, его вида, типа используемой антенны, а также особенностей конструкции самого диктофона. Обычно зона подавления представляет собой сектор с углом от 30-60 до 80-120 градусов. Дальность подавления диктофонов в значительной степени определяет их конструктивная особенность.
Дальность подавления диктофонов в пластмассовом корпусе может составлять:
· аналоговые диктофоны - 5-6 м;
· цифровые диктофоны - 4-5 м;
· аналоговые диктофоны в металлическом корпусе - не более 1,5 м;
· современные цифровые диктофоны в металлическом корпусе практически не подавляются.
Для подавления радиоканалов передачи информации, передаваемой электронными устройствами перехвата информации используются широкополосные генераторы электромагнитных полей, их мощность - до 60 Ватт.
При интегральной мощности излучения 20 Ватт в полосе частот 500 Мгц мощность, излучаемая в полосе частот, соответствует ширине спектра сигнала закладки. с узкополосной и широкополосной частотной модуляции вполне достаточно для подавления закладных устройств с мощностью излучения до 50 милливатт. Однако данной мощности не хватает для подавления сигналов сотовой связи и закладных устройств, построенных на их основе. Поэтому для этих целей используются специальные генераторы, шумы которых называют блокираторами сотовой связи.
I группа
Блокираторы представляют собой генераторы помех с ручным управлением, обеспечивающие подстановку заградительной помехи в диапазоне частот работы базовых станций соответствующего стандарта (т.е. в диапазоне рабочих частот приемников телефонов сотовой связи). Помеха приводит к срыву управления сотовым телефоном базовой станции (потеря сети) и следовательно невозможности установления связи и передачи информации.
II группа
В своем составе кроме передатчика помех имеют еще специальный приемник, обеспечивающий прием сигналов в диапазонах частот работы передатчиков телефонных аппаратов соответствующего стандарта. Учитывая, что вся система сотовой связи работает в дуплексном режиме, специальный приемник используется как средство автоматического управления передатчиком помех. При обнаружении сигнала в одном из диапазонов частот приемник выдает сигнал управления на включения передатчика заградительных помех соответствующего диапазона частот. При пропадании сигнала приемник выдает сигнал управления на выключение сигнала помех соответствующего диапазона.
III группа
Так называемые «интеллектуальные блокираторы связи». На примере GSM: приемник блокиратора в течение короткого времени (примерно 300 мкс) обнаруживает в КЗ излучение входящего в связь мобильного телефона, вычисляет номер частотного канала и временной слот, выделяемый данному телефону. После вычисления частотно-временных параметров обнаруженного мобильного телефона передатчик помех настраивается на конкретный частотный канал в диапазоне частоты работы базовой станции и включает излучение в те моменты времени, в которых в соответствии со стандартом GSM мобильный телефон принимает сигнал канала управления от базовой станции. Интервал блокирования соответствует времени установления мобильным телефоном входящей или исходящей связи и составляет от 0,8 до 1 сек. Блокирование осуществляется короткими импульсами длительностью 300 мкс, следующих с периодом 4 мс. По истечению времени интервала блокирования связь прекращается, невозможно осуществление входящих или исходящих звонков, отправка SMS и прерывается уже установленный сеанс связи. В то же время телефон постоянно находится на обслуживании сети.
Излучение передатчиком помех блокиратора носит строго адресный характер, воздействуя на мобильный телефон, находящийся внутри установленной зоны подавления, и не создает помех сотовой сети в целом.
Таким образом, отличие блокираторов третей группы от второй заключается в том, что генерируемая помеха не заградительная по частоте, а прицельная, и время ее излучения коррелированно со временем работы канала управления от базовой станции.
Как правило, «интеллектуальные» блокираторы разрабатываются для подавления телефонной сотовой связи соответствующего стандарта. Однако существуют блокираторы, объединяющие в себе несколько стандартов сразу.
Угроза безопасности информации АСОД и субъектов информационных отношений
Угроза - потенциально возможное событие, действие, явление, которое может привести к нанесению ущерба чьим-либо интересам.
Угроза интересов субъекта информационных отношений - возможное событие, явление или процесс, который посредством воздействия на информацию или другие компоненты АСОД может прямо или косвенно привести к нанесению ущерба интересам данным субъектам.
Нарушитель безопасности (нарушитель) - лицо, задействованное в нарушении безопасности.
Нарушение безопасности (нарушение) - реализация угрозы безопасности.
Основные виды угрозы безопасности АСОД и информации:
1. Стихийные бедствия и аварии
2. Сбои и отказы оборудования
3. Последствия ошибок проектирования и разработки компонентов АСОД
4. Ошибки эксплуатации
5. Преднамеренные действия нарушителей и злоумышленников
Классификация угроз безопасности
Все множество потенциальных угроз по природе их возникновения делится на:
1. Естественные (объективные). Вызваны воздействием на АСОД и ее элементы объективных физических процессов или стихийных бедствий, которые не зависят от человека.
2. Искусственные (субъективные). Вызваны деятельностью человека.
Исходя из мотивации действий выделяют:
1. Непреднамеренные (неумышленные, случайные угрозы)
2. Преднамеренные (умышленные)
Источники угроз по отношению к АСОД:
1. Внешние
2. Внутренние
Основные непреднамеренные угрозы АСОД - действия, совершаемые людьми по незнанию, невнимательности, халатности, из любопытства, но без злого умысла.
1. Неумышленные действия, которые приводят к полному отказу системы или разрушению аппаратных (программных) информационных ресурсов системы.
66
Введение
Компьютеры стали настоящими помощниками человека и без них уже не может обойтись ни коммерческая фирма, ни государственная организация. Однако в связи с этим особенно обострилась проблема защиты информации.
Вирусы, получившие широкое распространение в компьютерной технике, взбудоражили весь мир. Многие пользователи компьютеров обеспокоены слухами о том, что с помощью компьютерных вирусов злоумышленники взламывают сети, грабят банки, крадут интеллектуальную собственность...
Сегодня массовое применение персональных компьютеров, к сожалению, оказалось связанным с появлением самовоспроизводящихся программ-вирусов, препятствующих нормальной работе компьютера, разрушающих файловую структуру дисков и наносящих ущерб хранимой в компьютере информации.
Актуальность выбранной темы обусловлена тем, что с каждым днем вирусы становятся все более изощренными, что приводит к существенному изменению профиля угроз. Но и рынок антивирусного программного обеспечения не стоит на месте, предлагая множество, казалось бы, идентичных продуктов. Их пользователи, представляя проблему лишь в общих чертах, нередко упускают важные нюансы и в итоге получают иллюзию защиты вместо самой защиты.
Актуальность определила цель исследования - изучить компьютерные вирусы.
В соответствии с целью можно определить следующие задачи:
- изучим классификацию компьютерных вирусов и их характеристику;
- рассмотрим методы борьбы с ними;
- выявим физическую сущность воздействия различных вирусов на работу ПК;
- проведем сравнительный анализ антивирусных программ.
1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОМПЬЮТЕРНЫХ ВИРУСАХ
1.1 Понятие компьютерные вирусы
Компьютерным вирусом называется программа, обычно малая по размеру (от 200 до 5000 байт), которая самостоятельно запускается, многократно копирует свой код, присоединяя его к кодам других программ («размножается») и мешает корректной работе компьютера и/или разрушает хранимую на магнитных дисках информацию (программы и данные).
Существуют вирусы и менее «злокачественные», вызывающие, например, переустановку даты в компьютере, музыкальные (проигрывающие какую-либо мелодию), приводящие к появлению на экране дисплея какого-либо изображения или к искажениям в отображении дисплеем информации, «осыпанию букв» и т.д.
Создание компьютерных вирусов можно квалифицировать с юридической точки зрения как преступление.
Интересны причины, заставляющие квалифицированных программистов создавать компьютерные вирусы, ведь это работа не оплачивается и не может принести известности. По-видимому, для создателей вирусов это способ самоутверждения, способ доказать свою квалификацию и способности. Созданием компьютерных вирусов занимаются квалифицированные программисты, по тем или иным причинам не нашедшие себе место в полезной деятельности, в разработке прикладных программ, страдающие болезненными самомнением или комплексом неполноценности. Становятся создателями вирусов и те молодые программисты, которые испытывают трудности в общении с окружающими людьми, не встречают признания со стороны специалистов, которым чужды понятие морали и этики компьютерной сферы деятельности. Также созданием вирусов могут заниматься сами производители антивирусных программ в целях наживы. Создав новый вирус или модифицировав старый, производители незамедлительно выпускают антивирусные средства для борьбы с ними, обгоняя тем самым своих конкурентов.
Существуют и такие специалисты, которые отдают свои силы и талант делу борьбы с компьютерными вирусами. В России - это известные программисты Д. Лозинский, Д. Мостовой, И.А. Данилов, Н. Безруков и др. Ими исследованы многие компьютерные вирусы, разработаны антивирусные программы, рекомендации по мерам, предотвращающим уничтожение вирусами компьютерной информации и распространение эпидемий компьютерных вирусов.
Главную опасность, по их мнению, представляют не сами по себе компьютерные вирусы, а пользователи компьютеров и компьютерных программ, не подготовленные к встрече с вирусами, ведущие себя неквалифицированно при встрече с симптомами заражения компьютера, легко впадающие в панику, что парализует нормальную работу.
1.2 Разновидности компьютерных вирусов
Рассмотрим подробнее основные особенности компьютерных вирусов, характеристики антивирусных программ и меры защиты программ и данных от компьютерных вирусов в наиболее распространенной системе MS DOS.
По приближенным оценкам в сегодняшние дни существует более десяти тысяч различных вирусов. Подсчет их осложняется тем, что многие вирусы мало отличаются друг от друга, являются вариантами одного и того же вируса и, наоборот, один и тот же вирус может менять свой облик, кодировать сам себя. На самом деле основных принципиальных идей, лежащих в основе вирусов, не очень много (несколько десятков).
Среди всего разнообразия компьютерных вирусов следует выделить следующие группы:
- загрузочные (boot) вирусы заражают программу начальной загрузки компьютера, хранящуюся в загрузочном секторе дискеты или винчестера, и запускающиеся при загрузке компьютера;
- файловые вирусы в простейшем случае заражают пополняемые файлы, но могут распространяться и через файлы документов (системы Word for Windows) и даже вообще не модифицировать файлы, а лишь иметь к ним какое-то отношение;
- загрузочно-файловые вирусы имеют признаки как загрузочных, так и файловых вирусов;
- драйверные вирусы заражают драйверы устройств компьютера или запускают себя путем включения в файл конфигурации дополнительной строки.
Из вирусов, функционирующих не на персональных компьютерах под операционной системой MS DOS, следует упомянуть сетевые вирусы, распространяющиеся в сетях, объединяющих многие десятки и сотни тысяч компьютеров.
Рассмотрим принципы функционирования загрузочных вирусов. На каждой дискете или винчестере имеются служебные сектора, используемые операционной системой для собственных нужд, в том числе сектор начальной загрузки. В нем помимо информации о дискете (число дорожек, число секторов и пр.) хранится небольшая программа начальной загрузки.
Простейшие загрузочные вирусы, резидентно находясь в памяти зараженного компьютера, обнаруживают в дисководе незараженную дискету и производят следующие действия:
- выделяют некоторую область дискеты и делают ее недоступной операционной системе (помечая, например, как сбойную - bad);
- замещают программу начальной загрузки в загрузочном секторе дискеты, копируя корректную программу загрузки, а также свой код, в выделенную область дискеты;
- организуют передачу управления так, чтобы вначале выполнялся бы код вируса и лишь затем - программа начальной загрузки.
Магнитные диски компьютеров винчестерского типа обычно бывают разбиты на несколько логических разделов. Программы начальной загрузки при этом имеются и в MBR (Master Boot Record - главная загрузочная запись) и в загрузочном разделе винчестера, заражение которых может происходить аналогично заражению загрузочного сектора дискеты. Однако, программа начальной загрузки в MBR использует при переходе к программе загрузки загрузочного раздела винчестера, так называемую таблицу разбиения (Partition table), содержащую информацию о положении загрузочного раздела на диске. Вирус может исказить информацию Partition table и таким образом передать управление своему коду, записанному на диск, формально не меняя загрузочной программы.
Теперь рассмотрим принципы функционирования файловых вирусов. Файловый вирус не обязательно является резидентным, он может, например, внедриться в код исполняемого файла. При запуске зараженного файла вирус получает управление, выполняет некоторые действия и возвращает управление коду, в который он был внедрен. Действия, которые выполняет вирус, включает поиск подходящего для заражения файла, внедрение в него так, чтобы получить управление файла, произведение некоторого эффекта, например, звукового или графического. Если файловый вирус резидентный, то он устанавливается в памяти и получает возможность заражать файлы и проявляться независимо от первоначального зараженного файла.
Заражая файл, вирус всегда изменит его код, но далеко не всегда производит другие изменения. В частности, может не изменяться начало файла и его длина (что раньше считалось признаком заражения). Например, вирусы могут искажать информацию о файлах, хранящуюся в служебной области магнитных дисков - таблице размещения файлов (Fat - file allocation table), - делать таким образом невозможным любую работу с файлами. Так ведут себя вирусы семейства «Dir».
Загрузочно-файловые вирусы используют принципы как загрузочных, так и файловых вирусов, и являются наиболее опасными.
«Троянские кони», программные закладки и сетевые черви.
«Троянский конь» - это программа, содержащая в себе некоторую разрушающую функцию, которая активизируется при наступлении некоторого условия срабатывания. Обычно такие программы маскируются под какие-нибудь полезные утилиты. Вирусы могут нести в себе троянских коней или «троянизировать» другие программы - вносить в них разрушающие функции. «Троянские кони» представляют собой программы, реализующие помимо функций, описанных в документации, и некоторые другие функции, связанные с нарушением безопасности и деструктивными действиями. Отмечены случаи создания таких программ с целью облегчения распространения вирусов. Списки таких программ широко публикуются в зарубежной печати. Обычно они маскируются под игровые или развлекательные программы. Программные закладки также содержат некоторую функцию, наносящую ущерб вычислительной системе, но эта функция, наоборот, старается быть как можно незаметнее, т.к. чем дольше программа не будет вызывать подозрений, тем дольше закладка сможет работать. Если вирусы и «Троянские кони» наносят ущерб посредством лавинообразного саморазмножения или явного разрушения, то основная функция вирусов типа «червь», действующих в компьютерных сетях, - взлом атакуемой системы, т.е. преодоление защиты с целью нарушения безопасности и целостности. В более 80% компьютерных преступлений, расследуемых ФБР, «взломщики» проникают в атакуемую систему через глобальную сеть Internet. Когда такая попытка удается, будущее компании, на создание которой ушли годы, может быть поставлено под угрозу за какие-то секунды. Этот процесс может быть автоматизирован с помощью вируса, называемого сетевой червь. Червями называют вирусы, которые распространяются по глобальным сетям, поражая целые системы, а не отдельные программы. Это самый опасный вид вирусов, так как объектами нападения в этом случае становятся информационные системы государственного масштаба. С появлением глобальной сети Internet этот вид нарушения безопасности представляет наибольшую угрозу, т. к. ему в любой момент может подвергнуться любой из миллионов компьютеров, подключенных к этой сети.
1.3 Пути проникновения вируса в компьютер
Основными путями проникновения вирусов в компьютер являются съемные диски (гибкие и лазерные), а также компьютерные сети. Заражение жесткого диска вирусами может произойти при загрузке программы с дискеты, содержащей вирус. Такое заражение может быть и случайным, например, если дискету не вынули из дисковода А и перезагрузили компьютер, при этом дискета может быть и не системной. Заразить дискету гораздо проще. На нее вирус может попасть, даже если дискету просто вставили в дисковод зараженного компьютера и, например, прочитали ее оглавление. Вирус, как правило, внедряется в рабочую программу таким образом, чтобы при ее запуске управление сначала передалось ему и только после выполнения всех его команд снова вернулось к рабочей программе. Получив доступ к управлению, вирус, прежде всего, переписывает сам себя в другую рабочую программу и заражает ее. После запуска программы, содержащей вирус, становится возможным заражение других файлов.
Наиболее часто вирусом заражаются загрузочный сектор диска и исполняемые файлы, имеющие расширения EXE, COM, SYS, BAT. Крайне редко заражаются текстовые файлы. После заражения программы вирус может выполнить какую-нибудь диверсию, не слишком серьезную, чтобы не привлечь внимания. И, наконец, не забывает возвратить управление той программе, из которой был запущен. Каждое выполнение зараженной программы переносит вирус в следующую. Таким образом, заразится все программное обеспечение.
1.4 Признаки появления вируса
При заражении компьютера вирусом важно его обнаружить. Для этого следует знать об основных признаках проявления вирусов. К ним можно отнести следующие: прекращение работы или неправильная работа ранее успешно функционировавших программ:
- медленная работа компьютера;
- исчезновение файлов и каталогов или искажение их содержимого;
- изменение даты и времени модификации файлов;
- изменение размеров файлов;
- неожиданное значительное увеличение количества файлов на диске;
- существенное уменьшение размера свободной оперативной памяти;
- вывод на экран непредусмотренных сообщений или изображений;
- подача непредусмотренных звуковых сигналов;
- частые зависания и сбои в работе компьютера.
Следует отметить, что вышеперечисленные явления необязательно вызываются присутствием вируса, а могут быть следствием других причин. Поэтому всегда затруднена правильная диагностика состояния компьютера.
2 АНТИВИРУСНЫЕ СРЕДСТВА
К настоящему времени накоплен значительный опыт борьбы с компьютерными вирусами, разработаны антивирусные программы, известны меры защиты программ и данных. Происходит постоянное совершенствование, развитие антивирусных средств, которые в короткий срок с момента обнаружения вируса - от недели до месяца - оказываются способными справиться с вновь появляющимися вирусами.
Создание антивирусных программ начинается с обнаружения вируса по аномалиям в работе компьютера. После этого вирус тщательно изучается, выделяется его сигнатура - последовательность байтов, которая полностью характеризует программу вируса (наиболее важные и характерные участки кода), выясняется механизм работы вируса, способы заражения. Полученная информация позволяет разработать способы обнаружения вируса в памяти компьютера и на магнитных дисках, а также алгоритмы обезвреживания вируса (если возможно, удаления вирусного кода из файлов - «лечения»).
2.1 Типы антивирусных программ
Известные ныне антивирусные программы можно разделить на несколько типов.
Детекторы. Их назначение - лишь обнаружить вирус. Детекторы вирусов могут сравнивать загрузочные сектора дискет с известными загрузочными секторами, формируемыми операционными системами различных версий, и таким образом обнаружить загрузочные вирусы или выполнять сканирование файлов на магнитных дисках с целью обнаружения сигнатур известных вирусов. Такие программы в чистом виде в настоящее время редки.
Фаги. Фаг - это программа, которая способна не только обнаружить, но и уничтожить вирус, т.е. удалить его код из зараженных программ и восстановить их работоспособность (если возможно). Известнейшим в России фагом является Aidstest, созданный Д.Н.Лозинским. Одна из последних версий обнаруживает более 8000 вирусов. Aidstest для своего нормального функционирования требует, чтобы в памяти не было резидентных антивирусов, блокирующих запись в программные файлы, поэтому их следует выгрузить, либо, указав опцию выгрузки самой резидентной программе, либо воспользоваться соответствующей утилитой.
Очень мощным и эффективным антивирусом является фаг Dr Web (созданный И.Даниловым). Детектор этого фага не просто сканирует файлы в поисках одной из известных вирусных сигнатур. Для нахождения вирусов Dr Web использует программу эмуляцию процессора, т.е. он моделирует выполнение остальных файлов с помощью программной модели микропроцессора I-8086 и тем самым создает среду для проявления вирусов и их размножения. Таким образом, программа Dr Web может бороться не только с полиморфными вирусами, но и вирусам, которые только еще могут появиться в перспективе.
Основными функциональными особенностями Dr Web 4.33 являются:
- защита от червей, вирусов, троянов, полиморфных вирусов, макровирусов, spyware, программ-дозвонщиков, adware, хакерских утилит и вредоносных скриптов;
- обновление антивирусных баз до нескольких раз в час, размер каждого обновления до 15 KB;
- проверка системной памяти компьютера, позволяющая обнаружить вирусы, не существующие в виде файлов (например, CodeRed или Slammer);
- эвристический анализатор, позволяющий обезвредить неизвестные угрозы до выхода соответствующих обновлений вирусных баз.
Установка. Вначале Dr Web честно предупреждает, что не собирается уживаться с другими антивирусными приложениями и просит убедиться в отсутствии таковых на компьютере. В противном случае совместная работа может привести к «непредсказуемым последствиям». Далее выбирается «Выборочную» или «Обычную» (рекомендуемую) установку и приступают к изучению представленных основных компонентов:
- сканер для Windows. Проверка файлов в ручном режиме;
- консольный сканер для Windows. Предназначен для запуска из командных файлов;
- SpiDer Guard. Проверка файлов «на лету», предотвращение заражений в режиме реального времени;
- SpiDer Mail. Проверка сообщений, поступающих через протоколы POP3, SMTP, IMAP и NNTP.
Интерфейс и работа. В глаза бросается отсутствие согласованности в вопросе интерфейса между модулями антивируса, что создает дополнительный визуальный дискомфорт при и так не слишком дружелюбном доступе к компонентам Dr Web. Большое количество всевозможных настроек явно не рассчитано на начинающего пользователя, однако довольно подробная справка в доступной форме объяснит назначение тех или иных интересующих вас параметров. Доступ к центральному модулю Dr Web - сканер для Windows - осуществляется не через трей, а только через «Пуск».
Обновление доступно как через Интернет, так и с помощью прокси-серверов, что при небольших размерах сигнатур представляет Dr Web весьма привлекательным вариантом для средних и крупных компьютерных сетей.
Задать параметры проверки системы, порядок обновления и настройку условий работы каждого модуля Dr Web можно с помощью удобного инструмента «Планировщик», который позволяет создать слаженную систему защиты из «конструктора» компонентов Dr Web.
В итоге мы получаем нетребовательную к ресурсам компьютера, достаточно несложную (при ближайшем рассмотрении) целостную защиту компьютера от всевозможных угроз, чьи возможности по противодействию вредоносным приложениям однозначно перевешивают единственный недостаток, выраженный «разношерстным» интерфейсом модулей Dr Web.
Ревизоры. Программа-ревизор контролирует возможные пути распространения программ-вирусов и заражения компьютеров. Программы-ревизоры относятся к самым надежным средствам защиты от вирусов и должны входить в арсенал каждого пользователя. Ревизоры являются единственным средством, позволяющим следить за целостностью и изменениями файлов и системных областей магнитных дисков. Наиболее известна в России программа-ревизорADinf, разработанная Д.Мостовым.
Сторожа. Сторож - это резидентная программа, постоянно находящаяся в памяти компьютера, контролирующая операции компьютера, связанная с изменением информации на магнитных дисках, и предупреждающая пользователя о них. В состав операционной системы MS DOS, начиная с версии 6.0, входит сторож VSAFE. Однако, из-за того, что обычные программы выполняют операции, похожие на те, что делают вирусы, пользователи обычно не используют сторожа, так как постоянные предупреждения мешают работе.
Сканеры - основной элемент любого антивируса, осуществляет, если можно так выразиться, пассивную защиту. По запросу пользователя или заданному распорядку производит проверку файлов в выбранной области системы. Вредоносные объекты выявляет путем поиска и сравнения программного кода вируса. Примеры программных кодов содержатся в заранее установленных сигнатурах (наборах, характерных последовательностей байтов для известных вирусов). В первую очередь к недостаткам данных программ относится беззащитность перед вирусами, не имеющими постоянного программного кода и способными видоизменяться при сохранении основных функций. Также сканеры не могут противостоять разновидностям одного и того же вируса, что требует от пользователя постоянного обновления антивирусных баз. Однако наиболее уязвимое место этого инструмента - неспособность обнаруживать новые и неизвестные вирусы, что особенно актуально, когда посредством e-mail новоявленная угроза способна заразить тысячи компьютеров по всему миру за считаные часы;
Мониторы - в совокупности со сканерами образуют базовую защиту компьютера. На основе имеющихся сигнатур проводят проверку текущих процессов в режиме реального времени. Осуществляют предварительную проверку при попытке просмотра или запуска файла. Различают файловые мониторы, мониторы для почтовых клиентов (MS Outlook, Lotus Notes, Pegasus, The Bat и другие, использующие протоколы POP3, IMAP, NNTP и SMTP) и специальные мониторы для отдельных приложений. Как правило, последние представлены модулями проверки файлов Microsoft Office. Основное их достоинство - способность обнаруживать вирусы на самой ранней стадии активности;
Вакцины. Так называются антивирусные программы, ведущие себя подобно вирусам, но не наносящие вреда. Вакцины предохраняют файлы от изменений и способны не только обнаружить факт заражения, но и в некоторых случаях «вылечить» пораженные вирусами файлы. В настоящее время антивирусные программы-вакцины широко не применяются, так как в прошлые годы некоторыми некорректно работающими вакцинами был нанесен ущерб многим пользователям.
Помимо программных средств защиты от вирусов существуют и специальные дополнительные устройства, обеспечивающие надежную защиту определенных разделов винчестера. Примером такого рода устройств является плата Sheriff (разработанная Ю.Фоминым). Несмотря на кажущееся обилие программных антивирусных средств, даже все вместе они не обеспечивают полной защиты программ и данных, не дают 100%-ной гарантии от воздействия вирусных программ. Только комплексные профилактические меры защиты обеспечивают надежную защиту от возможной потери информации. В комплекс таких мер входит:
- регулярное архивирование информации (создание резервных копий важных файлов и системных областей винчестера);
- избегание использования случайно полученных программ (старайтесь пользоваться только законными путями получения программ);
- входной контроль нового программного обеспечения, поступивших дискет;
- сегментация жесткого диска, т.е. разбиение его на логические разделы с разграничением доступа к ним;
- систематическое использование программ-ревизоров для контроля целостности информации;
- при поиске вирусов (который должен происходит регулярно!) старайтесь использовать заведомо чистую операционную систему, загруженную с дискеты. Защищайте дискеты от записи, если есть хоть малая вероятность заражения.
При неаккуратной работе с антивирусными программами можно не только переносить с ними вирусы, но и вместо лечения файлов безнадежно их испортить. Полезно иметь хотя бы общее представление о том, что могут и чего не могут компьютерные вирусы, об их жизненном цикле, о важнейших методах защиты.
Любой современный антивирусный продукт - это не только набор отдельных технологий детектирования, но и сложная система защиты, построенная на собственном понимании антивирусной компанией того, как нужно обеспечивать безопасность от вредоносных программ. При этом принятые многие годы назад архитектурные и технические решения серьезно ограничивают возможности изменять соотношение проактивных и реактивных методов защиты. Например, в антивирусной системе Eset NOD32 используются как эвристические, так и сигнатурные методы борьбы с вредоносным кодом, но роли между этими двумя технологиями распределяются не так, как в других антивирусах: в то время как большинство антивирусов отталкивается от сигнатурных методов, дополняя их эвристиками, у Eset NOD32 все наоборот. Основным способом противостояния вредоносным программам здесь являются так называемые расширенные эвристики (Advanced Heuristics), представляющие собой сочетание эмуляции, эвристик, алгоритмического анализа и сигнатурного метода. В итоге расширенные эвристики Eset NOD32 позволяют проактивно детектировать почти 90% всех угроз, а остальные устраняются сигнатурными методами. Надежность такого подхода подтверждается результатами независимых тестирований.
Основными функциональными особенностями Esest NOD32 являются:
- эвристический анализ, позволяющий обнаруживать неизвестные угрозы;
- технология ThreatSense - анализ файлов для выявления вирусов, программ-шпионов (spyware), непрошенной рекламы (adware), phishing-атак и других угроз;
- проверка и удаление вирусов из заблокированных для записей файлов (к примеру, защищенные системой безопасности Windows библиотеки DLL);
- поверка протоколов HTTP, POP3 и PMTP.
Установка предложена в трех режимах: «Типичный» (для большинства пользователей), «Расширенный» (частичная настройка устанавливаемых компонентов) и «Эксперт» (полностью настраиваемая установка). Сразу же предлагается указать, используете ли вы прокси-сервер, а также запрашиваются некоторые настройки будущих обновлений. Кроме того, NOD32 заранее интересуется, желаете ли вы использовать «двунаправленную систему своевременного обнаружения» - функция передачи лаборатории Eset подозрительных объектов, найденных на компьютере. Все компоненты защиты при желании будут предложены к установке с подробным описанием поэтапно.
Для защиты системы вниманию пользователя предложены следующие модули:
- Antivirus MONitor (AMON). Сканер, автоматически проверяющий файлы перед их запуском или просмотром;
- NOD32. Сканирование всего компьютера или выбранных разделов. Отличительная особенность - программирование на запуск в часы с наименьшей загрузкой;
- Internet MONitor (IMON). Резидентный сканер, проверяющий Интернет-трафик (HTTP) и входящую почту, полученную по протоколу POP3;
- Email MONitor (EMON). Модуль для работы с почтовыми клиентами, сканирует входящие и исходящие электронные сообщения через интерфейс MAPI (применяется в Microsoft Outlook и Microsoft Exchange);
- Document MONitor (DMON). Основан на использовании запатентованного интерфейса Microsoft API, проверяет документы Microsoft Office.
Интерфейс и работа. Пользователи домашних сетей сразу же мысленно сравнят интерфейс NOD32 с популярным сетевым сканером Netlook - антивирус использует схожую структуру доступа к компонентам. Интерфейс NOD32 организован максимально эргономично и эффективно. Основные пункты меню содержат подзаголовки, которые в свою очередь открывают справа от основного окна область работы с выбранным модулем или компонентом. Каждый подпункт (кроме сканера NOD32) предлагает подробнейшую настройку, которая подойдет скорее специалисту или администратору, нежели рядовому пользователю. Тем не менее, при желании разобраться во всех тонкостях модулей NOD32 вам будет предложена справка, наглядно демонстрирующая и объясняющая назначение настроек.
Обновление - одна из сильных сторон NOD32. Первоначально на выбор предложены целых 3 сервера с возможностью последующего добавления адресов. Также поддерживаются локальные обновления с сетевых ресурсов. Присутствует возможность создания дискет или CD с обновлениями. Обновление происходит каждые несколько часов.
Антивирус Касперского Personal. Антивирус Касперского Personal предназначен для антивирусной защиты персональных компьютеров, работающих под управлением операционных систем Windows 98/ME, 2000/NT/XP, от всех известных видов вирусов, включая потенциально опасное программное обеспечение. Программа осуществляет постоянный контроль всех источников проникновения вирусов - электронной почты, Интернета, дискет, компакт-дисков и т.д. Уникальная система эвристического анализа данных эффективно нейтрализует неизвестные вирусы. Можно выделить следующие варианты работы программы (они могут использоваться как отдельно, так и в совокупности):
- постоянная защита компьютера - проверка всех запускаемых, открываемых и сохраняемых на компьютере объектов на присутствие вирусов;
- проверка компьютера по требованию - проверка и лечение как всего компьютера в целом, так и отдельных дисков, файлов или каталогов. Такую проверку вы можете запускать самостоятельно или настроить ее регулярный автоматический запуск.
Антивирус Касперского Personal теперь не проверяет повторно те объекты, которые были проанализированы во время предыдущей проверки и с тех пор не изменились, не только при постоянной защите, но и при проверке по требованию. Такая организация работы заметно повышает скорость работы программы.
Программа создает надежный барьер на пути проникновения вирусов через электронную почту. Антивирус Касперского Personal автоматически осуществляет проверку и лечение всей входящей и исходящей почтовые корреспонденции по протоколам POP3 и SMTP и эффективно обнаруживает вирусы в почтовых базах.
Программа поддерживает более семисот форматов архивированных и сжатых файлов и обеспечивает автоматическую антивирусную проверку их содержимого, а также удаление вредоносного кода из архивных файлов формата ZIP, CAB, RAR, ARJ, LHA и ICE.
Простота настройки программы осуществляется за счет возможности выбора одного из трех предопределенных уровней: Максимальная защита, Рекомендуемая защита и Максимальная скорость.
Обновления антивирусных баз осуществляется каждый час, при этом обеспечивается их гарантированная доставка при разрыве или смене соединений с Интернетом.
В состав Антивируса Касперского включен специальный компонент, обеспечивающий защиту файловой системы компьютера от заражения, - Файловый Антивирус. Он запускается при старте операционной системы, постоянно находится в оперативной памяти компьютера и проверяет все открываемые, сохраняемые и запускаемые вами или программами файлы.
По умолчанию Файловый Антивирус проверяет ТОЛЬКО НОВЫЕ или ИЗМЕНЕННЫЕ ФАЙЛЫ, то есть файлы, которые добавились или изменились со времени последнего обращения к ним. Это возможно благодаря применению новых технологий iChecker и iSwift. Для реализации технологий используется таблица контрольных сумм файлов. Процесс проверки файла выполняется по следующему алгоритму:
- каждый файл, к которому происходит обращение пользователя или некоторой программы, перехватывается компонентом;
- файловый Антивирус проверяет наличие информации о перехваченном файле в базе iChecker и iSwift.
Далее возможны следующие действия:
- если информации о перехваченном файле в базе нет, он подвергается детальной антивирусной проверке. Контрольная сумма проверенного файла фиксируется в базе;
- если информация о файле присутствует в базе, Файловый Антивирус сравнивает текущее состояние файла с его состоянием, зафиксированным в базе на момент предыдущей проверки. При полном совпадении информации файл передается пользователю для работы без проверки. Если файл каким-то образом изменился, он будет детально проверен, и новая информация о нем будет записана в базу.
Процесс проверки включает следующие действия:
- файл анализируется на присутствие вирусов. Распознавание вредоносных объектов происходит на основании сигнатур угроз, используемых в работе. Сигнатуры содержат описание всех известных на настоящий момент вредоносных программ, угроз, сетевых атак и способов их обезвреживания;
- в результате анализа возможны следующие варианты поведения:
а) если в файле обнаружен вредоносный код, Файловый Антивирус блокирует файл, помещает его копию в резервное хранилище и пытается обезвредить файл. В результате успешного лечения файл становится доступным для работы, если же лечение произвести не удалось, файл удаляется;
б) если в файле обнаружен код, похожий на вредоносный, но стопроцентной гарантии этого нет, файл помещается в специальное хранилище - карантин;
в) если в файле не обнаружено вредоносного кода, он сразу же становится доступным для работы.
Помимо обеспечения защиты ваших данных программа обладает дополнительными сервисами, расширяющими возможности работы с Антивирусом Касперского.
В процессе работы программа помещает некоторые объекты в специальные хранилища. Цель, которая при этом преследуется, - обеспечить максимальную защиту данных с минимальными потерями.
Резервное хранилище содержит копии объектов, которые были изменены или удалены в результате работы Антивируса Касперского. Если какой-либо объект содержал важную для вас информацию, которую не удалось полностью сохранить в процессе антивирусной обработки, вы всегда сможете восстановить объект из его резервной копии.
Карантин содержит возможно зараженные объекты, которые не удалось обработать с помощью текущей версии сигнатур угроз.
Рекомендуется периодически просматривать списки объектов, возможно некоторые из них уже неактуальны, а некоторые можно восстановить.
Часть сервисов направлена на помощь в работе с программой, например.
Сервис Служба технической поддержки обеспечивает всестороннюю помощь в работе с Антивирусом Касперского. Эксперты Лаборатории Касперского постарались включить все возможные способы обеспечения поддержки: on-line поддержка, форум вопросов и предложений от пользователей программы и т.д.
Сервис уведомлений о событиях помогает настраивать оповещение пользователей о важных моментах в работе Антивируса Касперского. Это могут быть как события информационного характера, так и ошибки, которые требуют безотлагательного устранения, и знать о них крайне важно.
Сервис самозащиты программы и ограничения доступа к работе с ней обеспечивает защиту собственных файлов программы от изменения и повреждения со стороны злоумышленников, запрещает внешнее управление сервисами программы, а также вводит разграничение прав других пользователей вашего компьютера на выполнение некоторых действий с Антивирусом Касперского. Например, изменение уровня защиты может значительно повлиять на безопасность информации на вашем компьютере.
Сервис управления лицензионными ключами позволяет получать подробную информацию об используемой лицензии, производить активацию вашей копии программы, а также осуществлять управление файлами лицензионных ключей.
Создание диска аварийного восстановления позволит восстановить работоспособность компьютера на уровне, предшествующем заражению. Это особенно полезно в ситуации, когда после повреждения вредоносным кодом системных файлов невозможно произвести загрузку операционной системы компьютера.
Также предоставляется возможность изменять внешний вид Антивируса Касперского и настраивать параметры текущего интерфейса программы.
Антивирусная утилита AVZ.
Антивирусная утилита AVZ является инструментом для исследования и восстановления системы, и предназначена для автоматического или ручного поиска и удаления:
- SpyWare, AdvWare программ и модулей (это одно из основных назначений утилиты);
- руткитов и вредоносных программ, маскирующих свои процессы;
- сетевых и почтовых червей;
- троянских программ (включая все их разновидности, в частности Trojan-PSW, Trojan-Downloader, Trojan-Spy) и Backdoor (программ для скрытного удаленного управления компьютером);
- троянских программ-звонилок (Dialer, Trojan.Dialer, Porn-Dialer);
- клавиатурных шпионов и прочих программ, которые могут применяться для слежения за пользователем;
Утилита является прямым аналогом программ Trojan Hunter и LavaSoft Ad-aware 6. Первичной задачей программы является удаление AdWare, SpyWare и троянских программ.
Сразу следует отметить, что программы категорий SpyWare, AdWare по определению не являются вирусами или троянскими программами. Они шпионят за пользователем и загружают информацию и программный код на пораженный компьютер в основном из маркетинговых соображений (т.е. передаваемая информация не содержит критических данных - паролей, номеров кредитных карт и т.п., а загружаемая информация является рекламой или обновлениями). Однако очень часто грань между SpyWare и троянской программой достаточно условна и точная классификация затруднительна.
Особенностью программы AVZ является возможность настройки реакции программы на каждую из категорий вредоносных программы - например, можно задать режим уничтожения найденных вирусов и троянских программ, но заблокировать удаление AdWare.
Другой особенностью AVZ являются многочисленные эвристические проверки системы, не основанные на механизме поиска по сигнатурам - это поиск RootKit, клавиатурных шпионов, различных Backdoor по базе типовых портов TCP/UDP. Подобные методы поиска позволяют находить новые разновидности вредоносных программ.
Кроме типового для программ данного класса поиска файлов по сигнатурам в AVZ встроена база с цифровыми подписями десятков тысяч системных файлов. Применение данной базы позволяет уменьшить количество ложных срабатываний эвристики и позволяет решать ряд задач. В частности, в системе поиска файлов есть фильтр для исключения известных файлов из результатов поиска, в диспетчере запущенных процессов и настроек SPI производится цветовое выделение известных процессов, при добавлении файлов в карантин производится блокировка добавления известных AVZ безопасных файлов.
Как показывает практика, очень часто программа типа SpyWare может быть классифицирована как AdWare и наоборот (причины просты - целью шпионажа в большинстве случаев является целевая реклама). Для таких случаев в классификации введена обобщающая категория Spy, которая грубо может трактоваться как AdWare+SpyWare. Термин Spy переводится как «шпион», «тайный агент», «следить», «подглядывать». Этот термин достаточно хорошо подходит к программам подобного класса.
Ограничения программы:
- т.к. утилита направлена в первую очередь на борьбу с SpyWare и AdWare модулями, и в настоящий момент она не поддерживает проверку архивов некоторых типов, PE упаковщиков и документов. Для борьбы со SpyWare в этом просто нет надобности. Тем не менее, утилита совершенствуется и появление подобных функций планируется;
- утилита не лечит программы, зараженные компьютерными вирусами. Для качественного и корректного лечения зараженной программы необходимы специализированные антивирусы (например, антивирус Касперского, Dr Web и т.п.).
2.2 Сравнительный анализ антивирусных программ
Проводить сравнительную характеристику антивирусных программ - довольно ответственное занятие, как в силу устоявшихся предпочтений большинства пользователей, так и перспектива вызвать недовольство компаний-производителей, по результатам тестов оказавшихся в нижних рядах рейтинга.
Одно дело - распространяться на форумах по поводу достоинств и недостатков какого-либо антивируса, другое - вынести на суд пользователей результаты сравнительного тестирования продукции известных торговых марок.
В этой ситуации наиболее оптимальным решением является привлечение известных специалистов, которые профессионально занимаются тестированием антивирусного программного обеспечения. Одними из них являются эксперты независимого российского информационно-аналитического портала по информационной безопасности Anti-Malware.ru, которые и были привлечены к тестированию антивирусных программ, представленных ниже.
Для тестирования были использованы такие антивирусные программы:
- Антивирус Касперского 7.0
- Eset Nod32 2.7
- DrWeb 4.44
- Norton Anti-Virus 2007
- Avira AntiVir PE Classic 7.0.
Для оценки главного критерия тестируемых программ - качества защиты, учитывались следующие параметры:
- качество эвристического анализа;
- скорость реакции при обнаружении вирусов;
- качество сигнатурного анализа;
- качество поведенческого блокиратора;
- способность к лечению активных заражений;
- способность к выявлению активных руткитов;
- качество самозащиты;
- возможность поддержки упаковщиков;
- частота ложных срабатываний.
Результаты
компьютерный вирус программа
Таблица
|
Критерий |
Антивирус Касперского |
Eset Nod32 |
Dr.Web |
Norton Anti-Virus |
Avira Antivirus |
|
|
Ресурсоемкость |
4 |
5 |
4 |
3 |
5 |
|
|
Удобство |
4 |
3 |
4 |
5 |
3 |
|
|
Функциональность |
5 |
4 |
3 |
4 |
3 |
|
|
Устойчивость к сбоям |
4 |
5 |
4 |
5 |
4 |
|
|
Гибкость настроек |
5 |
4 |
5 |
3 |
3 |
|
|
Простота установки |
5 |
5 |
5 |
4 |
5 |
|
|
Скорость реакции |
5 |
2 |
5 |
1 |
3 |
|
|
Сигнатурное обнаружение |
5 |
4 |
5 |
5 |
5 |
|
|
Эврисчический анализатор |
3 |
5 |
2 |
2 |
5 |
|
|
Поведенческий блокиратор |
5 |
0 |
0 |
2 |
0 |
|
|
Лечение активного заражения |
4 |
2 |
1 |
4 |
1 |
|
|
Обнаружение активных руткитов |
5 |
1 |
1 |
4 |
1 |
|
|
Самозащита |
5 |
3 |
2 |
4 |
2 |
|
|
Поддержка упаковщиков |
5 |
3 |
4 |
1 |
1 |
|
|
Ложные срабатывания |
3 |
4 |
3 |
5 |
1 |
|
|
Сумма |
67 |
50 |
48 |
52 |
42 |
|
По результатам сравнительного тестирования антивирусных программ первым оказался «Антивирус Касперского 7.0», на 15 баллов меньше набрал Norton Anti-Virus 2007, третий результат показала антивирусная программа Eset Nod32 2.7.
На общие результаты тестирования оказали влияние разные критерии, по которым оценивались антивирусные программы и называть какую-то программу абсолютным лидером было бы некорректным хотя бы потому, что для разных пользователей наиболее привлекательными являются различные параметры работы антивирусов, хотя главный критерий - качество защиты является, конечно же, приоритетным.
Лучшие результаты в сравнительном тестировании «Антивируса Касперского 7.0» определяются быстротой реакции на новые угрозы, частое обновление вирусных баз, наличие поведенческого блокиратора, отсутствующего у других антивирусных программ, способность к удалению руткитов и эффективная самозащита.
К достоинствам «Антивируса Касперского 7.0» нужно также отнести его большой функциональный диапазон: нахождение и иннактивация активных руткитов, быстрая проверка трафика HTTP, способность изменять последствия деятельности вредоносных программ, наличие программы аварийного восстановления, эффективное регулирование нагрузки на центральный процессор.
К недостаткам «Антивируса Касперского 7.0» следует отнести низкую устойчивость к сбоям, относительно низкую эффективность эвристического анализа, что препятствует надежному противостоянию тем видам угроз, которые на данный момент «Антивирусу Касперского 7.0» неизвестны. Среди отрицательных качеств «Антивируса Касперского 7.0» и большое количество ложных срабатываний, что особо раздражает некоторых пользователей.
Оказавшийся на второй позиции Norton Anti-Virus 2007 привлекает удобством и простотой и удобством интерфейса, эффективностью сигнатурного детектирования и невысоким числом ложных тревог.
Вместе с тем Norton Anti-Virus 2007 довольно сильно потребляет ресурсы системы и обладает невысокой скоростью реакции. Проактивная защита у него не самая сильная и поддержка упаковщиков несколько ограничена. Возможность настроек Norton Anti-Virus 2007 ограничена, что не позволяет адаптировать его к широкому числу пользователей.
Наиболее сильными сторонами занявшего третье место Eset Nod32 2.7 стали его эффективный эвристический анализатор и минимальное потребление ресурсов системы, что особо отмечают владельцы не очень «быстрых» компьютеров.
К недостаткам Eset Nod32 2.7 относятся недостаточно быстрое реагирование на новые угрозы, минимальные способности к обнаружению активных руткитов и ликвидировать последствия активного заражения. Устаревший интерфейс также нуждается в обновлении.
Четвертое место антивирусной программы «Доктор Веб» обусловлено отсутствием активного блокиратора, эффективных инструментов противостояния активному заражению и обнаружения руткитов. Эффективность эвристического анализатора «Доктор Веб» тоже оставляет желать лучшего. При всех недостатках этого антивируса нельзя не отметить довольно высокую гибкость настроек, скорость реакции и доступный даже самому неопытному пользователю алгоритм установки.
Худшие результаты в сравнении с остальными участниками тестирования показал Avira AntiVir PE Classic 7.0. И хотя сигнатурный детектор и аналитический анализатор у него сравнительно неплохие, неэффективные средства защиты и низкая способность к ликвидации последствий заражения программ отодвинули Avira AntiVir PE Classic 7.0 на последнее место.
Единственным преимуществом Avira AntiVir PE Classic 7.0 перед остальными участниками тестирования является ее бесплатность. Другие антивирусные имеют примерно одинаковую стоимость (в пределах 1000 рублей), хотя несколько более привлекательно выглядят отечественные «Антивирус Касперского» и «Доктор Веб», у которых более качественный уровень технической поддержки.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что компьютерный вирус - это специально написанная небольшая по размерам программа, которая может «приписывать» себя к другим программам, а также выполнять различные нежелательные действия на компьютере. Программа, внутри которой находится вирус, называется «зараженной». Когда такая программа начинает работу, то сначала управление получает вирус. Вирус находит и «заражает» другие программы, а также выполняет какие-нибудь вредные действия (например, портит файлы или таблицу размещения файлов на диске, «засоряет» оперативную память и т. д.).
Вирус - это программа, обладающая способностью к самовоспроизведению. Такая способность является единственным свойством, присущим всем типам вирусов. Вирус не может существовать в «полной изоляции». Это означает, что сегодня нельзя представить себе вирус, который бы так или иначе не использовал код других программ, информацию о файловой структуре или даже просто имена других программ. Причина этого довольно понятна: вирус должен каким-нибудь способом обеспечить передачу себе управления.
Самым эффективным способом защиты от компьютерных вирусов является не внесение информации в компьютер извне. Но, к сожалению, на 100% защититься от вирусов практически невозможно (подразумевается, что пользователь меняется дискетами с друзьями и играет в игры, а также получает информацию из других источников, например из сетей).
И все-таки остается вопрос: «Какой антивирус выбрать?»
Вскоре после появления персональных компьютеров и начала массового распространения вирусов появилось огромное количество антивирусных программ. Сейчас в России используются главным образом две очень хорошие, проверенные, качественные антивирусные программы: Dr Web и Антивирус Касперского. Каждая из них имеет несколько разновидностей, ориентированных на разные сферы применения: для использования на домашних компьютерах, для малого и среднего бизнеса, для крупных корпоративных клиентов, для защиты локальных сетей, для почтовых, файловых серверов, серверов приложений. Обе эти программы, безусловно, отвечают всем вышеперечисленным требованиям. Замечены за ними обеими и некоторые недостатки, в частности, частенько конфликтуют с некоторыми запускаемыми из-под Windows MSDOS-приложениями.
67
Что такое компьютерный вирус?
Компьютерные вирусы не зря так названы - их сходство с «живыми» вирусами поражает. Они так же распространяются, живут, действуют, так же умирают. Разница лишь в том, что в качестве мишени выступают не люди и не животные, а компьютеры. Контактируя между собой посредством дискет, компакт дисков, локальных сетей, Интернет и других средств «общения», они, как и человек, заражают друг друга.
Компьютерным вирусом называется программа, способная создавать свои копии (не обязательно полностью совпадающие с оригиналом) и внедрять их в различные объекты или ресурсы компьютерных систем, сетей и так далее без ведома пользователя. При этом копии сохраняют способность дальнейшего распространения. На сегодняшний день известно 6 основных типов вирусов: файловые, загрузочные, призраки (полиморфные), невидимки, скрипт-вирусы и макро-вирусы. Следует отличать вирусы от вредоносных кодов. К ним относятся Интернет-черви и программы, получившие название «Троянские кони».
Основные симптомы вирусного поражения: замедление работы некоторых программ, увеличение размеров файлов (особенно выполняемых), появление не существовавших ранее подозрительных файлов, уменьшение объема доступной оперативной памяти (по сравнению с обычным режимом работы), внезапно возникающие разнообразные видео и звуковые эффекты. При всех перечисленных выше симптомах, а также при других странных проявлениях в работе системы (неустойчивая работа, частые самостоятельные перезагрузки и прочее) следует немедленно произвести проверку системы на наличие вирусов.
Зарождение компьютерных вирусов
О появлении первого компьютерного вируса много разных мнений. Доподлинно только известно, что на машине Чарльза Бэббиджа, считающегося изобретателем первого компьютера, его не было, а на Univax 1108 и IBM 360/370, в середине 1970-х годов они уже были. Интересно, что идея компьютерных вирусов появилась намного раньше самих персональных компьютеров. Точкой отсчета можно считать труды известного ученого Джона фон Неймана по изучению самовоспроизводящихся математических автоматов, о которых стало известно в 1940-х годах. В 1951 году он предложил способ создания таких автоматов. А в 1959 году журнал Scientific American опубликовал статью Л.С. Пенроуза, посвященную самовоспроизводящимся механическим структурам. В ней была описана простейшая двумерная модель самовоспроизводящихся механических структур, способных к активации, размножению, мутациям, захвату. Позднее другой ученый Ф.Ж. Шталь реализовал данную модель на практике с помощью машинного кода на IBM 650.
Пути проникновения вирусов в компьютер и механизм распределения вирусных программ
Основными путями проникновения вирусов в компьютер являются съемные диски (гибкие и лазерные), а также компьютерные сети. Заражение жесткого диска вирусами может произойти при загрузке программы с дискеты, содержащей вирус. Такое заражение может быть и случайным, например, если дискету не вынули из дисковода А и перезагрузили компьютер, при этом дискета может быть и не системной. Заразить дискету гораздо проще. На нее вирус может попасть, даже если дискету просто вставили в дисковод зараженного компьютера и, например, прочитали ее оглавление.
Вирус, как правило, внедряется в рабочую программу таким образом, чтобы при ее запуске управление сначала передалось ему и только после выполнения всех его команд снова вернулось к рабочей программе. Получив доступ к управлению, вирус прежде всего переписывает сам себя в другую рабочую программу и заражает ее. После запуска программы, содержащей вирус, становится возможным заражение других файлов. Наиболее часто вирусом заражаются загрузочный сектор диска и исполняемые файлы, имеющие расширения EXE, COM, SYS, BAT. Крайне редко заражаются текстовые файлы.
После заражения программы вирус может выполнить какую-нибудь диверсию, не слишком серьезную, чтобы не привлечь внимания. И наконец, не забывает возвратить управление той программе, из которой был запущен. Каждое выполнение зараженной программы переносит вирус в следующую. Таким образом, заразится все программное обеспечение.
Для иллюстрации процесса заражения компьютерной программы вирусом имеет смысл уподобить дисковую память старомодному архиву с папками на тесьме. В папках расположены программы, а последовательность операций по внедрению вируса будет в этом случае выглядеть следующим образом.
Признаки появления вирусов
При заражении компьютера вирусом важно его обнаружить. Для этого следует знать об основных признаках проявления вирусов. К ним можно отнести следующие:
1.прекращение работы или неправильная работа ранее успешно функционировавших программ
2. медленная работа компьютера
3. невозможность загрузки операционной системы
4. исчезновение файлов и каталогов или искажение их содержимого
5. изменение даты и времени модификации файлов
6. изменение размеров файлов
7. неожиданное значительное увеличение количества файлов на диске
8. существенное уменьшение размера свободной оперативной памяти
9. вывод на экран непредусмотренных сообщений или изображений
10. подача непредусмотренных звуковых сигналов
11. частые зависания и сбои в работе компьютера
Следует отметить, что вышеперечисленные явления необязательно вызываются присутствием вируса, а могут быть следствием других причин. Поэтому всегда затруднена правильная диагностика состояния компьютера.
Методы защиты от вирусов
Cкaниpoвaниe
Ecли виpyc извecтeн и yжe пpoaнaлизиpoвaн, тo мoжнo paзpaбoтaть пpoгpaммy, выявляющyю вce фaйлы и зaгpyзoчныe зaпиcи, инфициpoвaнныe этим виpycoм. Taкaя пpoгpaммa cнaбжeнa «мeдицинcким» cпpaвoчникoм, coдepжaщим xapaктepныe oбpaзцы пpoгpaммнoгo кoдa виpyca. Пpoгpaммa вeдeт пoиcк кoмбинaций бaйтoв, xapaктepныx для виpyca, нo нeтипичныx для oбычныx пpoгpaмм. Пporpaммы-дeтeктopы, вeдyщиe пoиcк пoдoбныx кoмбинaций бaйтoв, нaзывaютcя пoлифaгaми, или cкaнepaми.
Для мнoгиx виpycoв xapaктepнa пpocтaя кoмбинaция, пpeдcтaвляющaя coбoй пocлeдoвaтeльнocть фикcиpoвaнныx бaйтoв. Дpyгиe виpycы иcпoльзyют бoлee cлoжныe кoмбинaции бaйтoв. Heoбxoдимo yдocтoвepитьcя, чтo кoмбинaция бaйтoв нe xapaктepнa для oбычныx пpoгpaмм, инaчe пpoгpaммa-дeтeктop cooбщит o виpyce дaжe пpи eгo oтcyтcтвии.
Антивирусные программы
Способы противодействия компьютерным вирусам можно разделить на несколько групп: профилактика вирусного заражения и уменьшение предполагаемого ущерба от такого заражения; методика использования антивирусных программ, в том числе обезвреживание и удаление известного вируса; способы обнаружения и удаления неизвестного вируса.
С давних времен известно, что к любому яду рано или поздно можно найти противоядие. Таким противоядием в компьютерном мире стали программы, называемые антивирусными. Данные программы можно классифицировать по пяти основным группам: фильтры, детекторы, ревизоры, доктора и вакцинаторы.
Антивирусы-фильтры - это резидентные программы, которые оповещают пользователя о всех попытках какой-либо программы записаться на диск, а уж тем более отформатировать его, а также о других подозрительных действиях (например о попытках изменить установки CMOS). При этом выводится запрос о разрешении или запрещении данного действия. Принцип работы этих программ основан на перехвате соответствующих векторов прерываний. К преимуществу программ этого класса по сравнению с программами-детекторами мож-
но отнести универсальность по отношению как к известным,так и неизвестным вирусам, тогда как детекторы пишутся под конкретные,известные на данный момент программисту виды. Это особенно актуально сейчас, когда появилось множество вирусов-мутантов, не имеющих постоянного кода. Однако, программы-фильтры не могут отслеживать вирусы, обращающиеся непосредственно к BIOS, а также BOOT-вирусы, активизирующиеся ещс до запуска антивируса, в начальной стадии загрузки DOS, К недостаткам также можно отнести частую выдачу запросов на осуществление какой-либо операции: ответы на вопросы отнимают у пользователя много времени и действуют ему на нервы. При установке некоторых антивирусов-фильтров могут возникать конфликты с другими резидентными программами, использующими те же прерывания, которые просто перестают работать.
Наибольшее распространение в нашей стране получили программы-детекторы,а вернее программы, объединяющие в себе детектор и доктор. Наиболее известные представители этого класса - Aidstest, Doctor Web,MicroSoft AntiVirus. Антивирусы-детекторы расчитаны на конкретные вирусы и основаны на сравнении последовательности кодов содержащихся в теле вируса с кодами проверяемых программ.Такие программы нужно регулярно обновлять, так как они быстро устаревают и не могут обнаруживать новые виды вирусов.
Ревизоры - программы, которые анализируют текущее состояние файлов и системных областей диска и сравнивают его с информацией, сохраненной ранее в одном из файлов данных ревизора. При этом проверяется состояние BOOT-сектора, таблицы FAT, а также длина файлов, их время создания, атрибуты, контрольная сумма. Анализируя сообщения программы-ревизора, пользователь может решить, чем вызваны изменения: вирусом или нет. При выдаче такого рода сообщений не следует предаваться панике, так как причиной изменений, например, длины программы может быть вовсе и не вирус.
К последней группе относятся самые неэффективные антивирусы вакцинаторы. Они записывают в вакцинируемую программу признаки конкретного вируса так, что вирус считает ее уже зараженной.