- •Конспект лекций
- •Введение
- •Лекция 1. Информация и информационные технологии. Основные понятия. Предмет информатики
- •Информация Определение и измерение информации
- •Свойства информации
- •Информация и данные
- •Кодирование данных в компьютере
- •Измерение компьютерных данных
- •Лекция 2 Арифметические основы компьютеров Системы счисления
- •Перевод чисел в десятичную систему счисления
- •Поразрядный перевод чисел из одной системы счисления в другую
- •Перевод целых десятичных чисел в другую систему счисления
- •Перевод правильной десятичной дроби в другую систему счисления
- •Двоичная арифметика
- •Представление чисел в компьютере Целые числа без знака
- •Целые числа со знаком
- •Вещественные числа
- •Лекция 3 Технические средства информационных технологий Классификация
- •Устройство персонального компьютера
- •Системный блок
- •Материнская плата
- •Центральный процессор
- •Архитектура процессора
- •Система команд процессора
- •Оперативная память
- •Постоянная память
- •Лекция 4
- •Операционные системы
- •Файловая система. Основные определения
- •Операционная система ms dos
- •Загрузка компьютера с операционной системой ms dos
- •Командный язык операционной системы msdos и Windows
- •Dir [дисковод] [путь] [ключи]
- •Md [дисковод:] [путь]
- •Copy [дисковод:] полное_имя_1 [дисковод:] полное_имя_2
- •Ren [дисковод:] имя файла1 имя файла2
- •Линейный алгоритм
- •Ветвящийся алгоритм
- •Циклический алгоритм
- •Алгоритмы накопления суммы и произведения
- •Алгоритм табулирования функции
- •Алгоритм поиска экстремальных значений (max, min)
- •Лекция 6 Язык программирования Microsoft Qbasic Набор символов языка:
- •Классификация данных
- •Ограничения значений переменных
- •Операции
- •Выражения
- •Стандартные функции действия над числами
- •Операторы
- •Оператор восстановления данных restore
- •Оператор input
- •Input считывает входные данные от клавиатуры или из файла.
- •Input ["приглашение"{; | ,}] список переменных
- •Вывод данных Операторы print, lprint, print using, функции spc и tab
- •Функции spc и tab
- •Тав: print tab (выражение1); выражение2
- •Оператор форматированного вывода
- •Print using формат; список выражений [{;|,}]
- •Оператор позиционирования курсора locate
- •Лекция 7 Управление ходом выполнения программы Организация цикла
- •Оператор цикла for … next
- •Оператор цикла do … loop
- •Print "Значение I в конце цикла равно "; I
- •Оператор цикла без счетчика while …wend
- •Операторы изменения хода выполнения программы
- •Оператор выбора select case
- •Оператор exit
- •Оператор swap
- •Функции действия над строками
- •Лекция 8 Алгоритмы решения математических задач Решение уравнений методом итерации
- •Решение уравнений методом простой итерации
- •Input “Введите точность”, e
- •Input “Введите начальное значение х”, х
- •Input “Введите точность”, e
- •Input “Введите начальное значение х”, х
- •Итерационное решение уравнений методом половинного деления
- •Input “Введите точность”, e
- •Оператор описания массивов Одномерные массивы
- •Статические и динамические массивы
- •Оператор option base
- •Способы ввода значений элементов массива
- •Оператор rnd
- •Randomize [число].
- •Алгоритм формирования и печати исходного массива
- •Алгоритм поиска максимального и минимального значений в массиве s(n)
- •Алгоритмы сортировки массива Сортировка выбором мах (или мin)
- •Сортировка вставками
- •Метод «пузырька»
- •Лекция 10 Описание и обработка матриц
- •Input “ введите значение”, a(I,j)
- •Лекция 11 Алгоритмы компьютерной графики
- •Текстовый режим
- •Операторы графики
- •Построение графиков математических функций
- •Этапы построения графика функции
- •Оператор circle вывода окружностей, дуг, эллипсов
- •Circle (X, y), r, [цвет], [Dn], [Dk], [z]
- •Цвет в графике
- •Оператор рисования объекта.
- •Построение диаграмм
- •Этапы работы при создании рисунка
- •Эффект мультипликации
- •Лекция 13 Работа с файлами Назначение файлов
- •Физическая и логическая организации файлов
- •Способы доступа к файлам
- •Действия с файлами
- •Оператор open открытия файла
- •Режимы работы с файлами
- •Номер файла
- •Чтение данных из файла прямого доступа и бинарного файла оператором get
- •Get [#]номер_файла [,[номер_записи][, переменная]] ,
- •Чтение данных из файла последовательного доступа оператором input
- •Запись данных в файл прямого доступа и бинарный файл оператором put
- •Закрытие файла
- •Удаление файлов
- •Лекция 14 Приемы модульного программирования
- •Процедуры
- •Input “Введите размерность массива ”; n
- •Процедурные языки (с, basic, fortran, pascal и др.)
- •Функциональные языки
- •Логические языки (лисп, пролог)
- •Трансляторы
- •Лекция 15 Разработка сложных программ
- •Методологии и технологии проектирования ис Общие требования к методологии и технологии
- •Лекция 16 Компьютерные сети. Архитектура построения
- •Масштабы компьютерных сетей
- •Топологии компьютерных сетей
- •Топология типа «звезда»
- •Коммутируемая топология
- •Сложные топологии
- •Методы передачи компьютерных данных Кадры и протоколы
- •Кадр Ethernet стандарта ieee 802.3
- •Кадр Token Ring стандарта 802.5
- •Примеры протоколов.
- •Лекция 17 Основные компоненты компьютерных сетей
- •Линии связи
- •Коммуникационное оборудование
- •Литература
- •Словарь понятий
Лекция 11 Алгоритмы компьютерной графики
Персональный компьютер получил такое широкое распространение благодаря наличию у него весьма дружественных средств (интерфейса) взаимодействия с пользователем. Удобство этих средств для человека объясняется тем, что основной поток выходной информации компьютера - визуальный, - текст и графика. Причем современному персональному компьютеру доступна любая графика – и штриховая черно-белая, и полутоновые черно-белые (монохромные) рисунки, и цветные рисунки (например, фотографии), и движущиеся рисунки (мультипликация, телевизионная картинка, видеофильм).
Видеосистема PC обычно ориентирована на растровый метод вывода изображения, когда изображение формируется построчно по всему полю изображения. Например, в случае видеомонитора на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), три луча базисных цветов построчно сканируют экран, вызывая свечение соответствующих точек люминофора, нанесенных на внутреннюю поверхность экрана. Каждая строка состоит из некоторого количества точек – пикселов. Пиксел цветного монитора состоит из трех точек базовых цветов, засветкой каждой из которых может управлять устройство, формирующее изображение (например, графическая карта)(см.рис. 16).
Рис.16 Схема устройства ЭЛТ
Рис.17 Пиксельные триады на экране ЭЛТ
Базисные цвета (RGB) - красный, зеленый, синий. Остальные цвета – смеси базисных цветов. Их количество зависит от технических возможностей видеосистемы компьютера, определяемых его видеокартой и монитором.
Итак, видеомонитор является растровым устройством вывода динамически изменяемых изображений. Растровыми устройствами вывода статических изображений являются принтеры.
Альтернатива растровым устройствам - векторные устройства вывода изображений. В этих устройствах прорисовывают только изображаемые фигуры.
При этом изображение состоит из графических примитивов, которыми могут быть отрезки прямых - векторы (откуда и название метода вывода), дуги, окружности. К векторным устройствам вывода статических изображений относятся, например, перьевые плоттеры.
Существует два основных режима вывода информации - текстовый (символьный) и графический. Исторически первые видеосистемы ПК работали в текстовом режиме.
Текстовый режим
В текстовом режиме экран организуется в виде матрицы знакомест, образованной горизонтальными линиями и вертикальными колонками. Адаптер, работающий в текстовом режиме, имеет знакогенератор, который хранит образы всех отображаемых символов. Отличительной чертой текстового режима является наличие на экране курсора.
По умолчанию текстовый режим имеет 25 строк (доступны 24) и 80 символов в строке – 80х25. Оператором WIDTHможно установить любой тестовый режим, доступный вашему видеоадаптеру.
Синтаксис:
WIDTH<колонки>, <ряды>
где
<колонки> –число символов в строке – 40 или 80,
<ряды> –число строк на экране – 25, 43, 50 или 60 (дляVGA-адаптера).
Оператор WIDTHочищает экран и помещает курсор в верхний левый угол. Если задать только один параметр в операторе, то значение второго не изменится. Без параметров оператор применять нельзя - ошибка.
Об операторе управления положением курсора LOCATEбыло сказано выше.
LOCATE <строка>[,[<колонка>],[<курсор>]]
<строка> - может иметь целые значения от1 до 24,
<колонка> - в зависимости от установленного режима экрана может иметь целые значения от 1 до 80,
<курсор> - значения: 1 - курсор виден или 0 - курсор невиден.
Цветом в текстовом режиме можно управлять оператором COLOR.
Синтаксис:
COLOR <символ>, <фон>
Где
<символ>– целое значение от 0 до 31, определяющее цвет символа,
<фон>- целое значение от 0 до 15, определяющее цвет фона.
Номера цветов
Черный 8 Серый
Синий 9 Ярко синий
Зелен 10 Ярко зеленый
Голубой 11 Ярко голубой
Красный 12 Ярко красный
Пурпурный 13 Розовый
Коричневый 14 Ярко желтый
Белый 15 Ярко белый
Графический режим
В графическом режиме имеется возможность индивидуального управления свечением каждой точки экрана монитора. В графическом режиме каждой точке экрана - пикселю - соответствует ячейка специальной памяти, которая сканируется схемами адаптера синхронно с движением луча монитора. Эта память называется видеопамятью (Video RAM). Постоянного сканирования видеопамяти требует регенерация изображения. Частота регенерации изображения называется частотой кадра. Эта частота должна быть достаточно большой, чтобы не позволять глазу видеть мерцание изображения.
Для программного управления построением изображений к видеопамяти должен обеспечиваться доступ также и со стороны системной магистрали компьютера, причем как по записи, так и по чтению.
Количество бит видеопамяти, отводимое на каждый пиксел, определяет возможное число состояний пикселя - цветов, градаций яркости или иных атрибутов (например, мерцание). Так при одном бите на пиксель возможно лишь два состояния - светится или не светится. Два бита на пиксель позволяли иметь одновременно четыре цвета на экране (адаптеры CGA). Четыре бита на пиксель обеспечивают16 цветов на экране (адаптеры EGA). Этого достаточно для многих графических приложений, например, в САПРах. При 256 цветах (8 бит на пиксель, адаптер VGA) - цветная фотография розы на экране монитора кажется великолепной. Сейчас обычно применяются режимы High Color (16 бит - 65536 цветов) и True Color - (24 бит - 16.7 млн. цветов), реализуемых адаптерами SVGA.
В OC WINDOWS в меню «Свойства рабочего стола» -«настройка» обычно автоматически дается максимальное количество цветов, которое поддерживается видеосистемой.
Логически видеопамять организована так, чтобы отображать матрицу пикселов экрана на биты видеопамяти - Bit Mapping. Объем видеопамяти (в битах), требуемый для хранения образа экрана, определяется как произведение количества пикселов в строке на количество строк и на количество бит на пиксел. Так для режима 800 x 600 x 256 цветов требуется 480000 бит или около 469 Кб, а для режима True Color - 1.4 Мб.
Если физический объем видеопамяти превышает необходимый для отображения экрана, видеопамять разбивается на страницы, в которых умещаются образы целого экрана.
Формирование битовой карты изображения в видеопамяти графического адаптера производится под управлением программы, исполняемой центральным процессором. Эта задача процессору вполне по силам, но при ее решении требуется пересылка большого объема информации в видеопамять, а для многих построений еще и чтение видеопамяти со стороны процессора. Такая ситуация представляет собой узкое горлышко,. При выводе статической картинки этот объем невелик, но "оживить" изображение оказывается проблематично.
Узким местом является канал связи центрального процессора с видеопамятью, через который надо передать нередко весьма большой поток данных.
Выходов имеется несколько. Во-первых, повышают быстродействие видеопамяти. Во-вторых, расширяют разрядность шин графического адаптера (применяют AGP). И наконец, принципиально повысили производительность графического адаптера, когда наделили его собственным процессором. Этот процессор способен формировать растровое изображение в видеопамяти (bit-map) по командам центрального процессора, ориентированным на методы описания изображений графическими элементами более высокого уровня, чем пиксели - отрезков прямой, прямоугольников, дуг, эллипсов. Процессор видеоадаптера способен выполнить эти операции, а также весьма трудоемкие операции заливки замкнутого контура, копирования блока с одного места на экране на другое, не выходя с этим потоком данных на внешнюю магистраль.
Интеллектуальные адаптеры позволяют выводить символы и в графическом режиме. При этом адаптер строит их изображение, не отвлекая центральный процессор.
Для работы программы BASIC в графическом режиме необходимо перейти в нужный графический режим применив оператор SCREEN. Этот оператор устанавливает режим и некоторые другие характеристики экрана (вкл. цвет, стр памяти)
Синтаксис:
SCREEN <режим> ,
где <режим> - номер графического режима (целое число).
Номер графического режима определяет количество точек на экране и возможное количество их цветов, что влияет на качество выводимого изображения. Возможность применения того или иного графического режима определяется типом графического адаптера, установленного в компьютере.
Некоторые режимы, устанавливаемые оператором SCREEN.
SCREEN 0: Текстовый режим
Графические режимы EGA или VGA адаптеров:
SCREEN 1: 320 x 200 пикселей, 4 цвета
SCREEN 2: 640 x 200 пикселей, 2 цвета
SCREEN 7: 320 x 200 пикселей, 16 цветов
SCREEN 8: 640 x 200 пикселей, 16 цветов
SCREEN 9: 640 x 350 пикселей, 16 цветов
SCREEN 10: 640 x 350 пикселей, 2 цвета
SCREEN 11: 640 x 480 пикселей, 2 цвета
SCREEN 12: 640 x 480 пикселей, 16 цветов
SCREEN 13: 320 x 200 пикселей, 256 цветов