GOSY / 1 блок-все-шпора(печать)

15.КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА.

Существует специальная область информатики, изучающая методы и средства создания и обработки изображений с помощью программноаппаратных вычислительных комплексов, - компьютерная графика. Она охватывает все виды и формы представления изображений, доступных для восприятия человеком либо на экране монитора, либо в виде копии на внешнем носителе (бумага, кинопленка, ткань и прочее). Без компьютерной графики невозможно представить себе не только компьютерный, но и обычный, вполне материальный мир. Визуализация данных находит применение в самых разных сферах человеческой деятельности.

Почти с момента создания ЭВМ появилась и компьютерная графика, которая сейчас считается неотъемлемой частью мировой технологии. По началу это была лишь векторная графика - построение изображения с помощью так называемых "векторов" - функций, которые позволяют вычислить положение точки на экране или бумаге. Например, функция, графиком которой является круг, прямая линия или другие более сложные кривые.

Компьютерная графика представляет собой одну из современных технологий создания различных изображений с помощью аппаратных и программных средств компьютера, отображения их на экране монитора и затем сохранения в файле или печати на принтере.

Хотя компьютерная графика служит всего лишь инструментом, ее структура и методы основаны на передовых достижениях фундаментальных и прикладных наук: математики, физики, химии, биологии, статистики, программирования и множества других. Это замечание справедливо как для программных, так и для аппаратных средств создания и обработки изображений на компьютере. Поэтому компьютерная графика является одной из наиболее бурно развивающихся отраслей информатики и во многих случаях выступает "локомотивом", тянущим за собой всю компьютерную индустрию.

Различают три вида компьютерной графики. Это растровая графика,

векторная графика и фрактальная графика. Они отличаются принципами формирования изображения при отображении на экране монитора или при печати на бумаге.

В растровой графике изображение представляется в виде набора окрашенных точек. Такой метод представления изображения называют растровым. Растровую графику применяют при разработке электронных (мультимедийных) и полиграфических изданий. Иллюстрации, выполненные средствами растровой графики, редко создают вручную с помощью компьютерных программ. Чаще всего для этой цели используют отсканированные иллюстрации, подготовленные художниками, или фотографии. В последнее время для ввода растровых изображений в

101

компьютер нашли широкое применение цифровые фото- и видеокамеры. Большинство графических редакторов, предназначенных для работы с растровыми иллюстрациями, ориентированы не столько на создание изображений, сколько на их обработку. В Интернете пока применяются только растровые иллюстрации.

Векторный метод - это метод представления изображения в виде совокупности отрезков и дуг и т. д. В данном случае вектор - это набор данных, характеризующих какой-либо объект. Программные средства для работы с векторной графикой предназначены в первую очередь для создания иллюстраций и в меньшей степени для их обработки. Такие средства широко используют в рекламных агенствах, дизайнерских бюро, редакциях и издательствах. Оформительские работы, основанные на применении шрифтов и простейших геометрических элементов, решаются средствами векторной графики много проще.

Программные средства для работы с фрактальной графикой предназначены для автоматической генерации изображений путем математических расчетов. Создание фрактальной художественной композиции состоит не в рисовании или оформлении, а в программировании. Фрактальная графика, как и векторная - вычисляемая, но отличается от неѐ тем, что никакие объекты в памяти компьютера не хранятся. Изображение строится по уравнению (или по системе уравнений), поэтому ничего, кроме формулы, хранить не надо. Изменив коэффициенты в уравнении, можно получить совершенно другую картину. Способность фрактальной графики моделировать образы живой природы вычислительным путем часто используют для автоматической генерации необычных иллюстраций.

Графический формат – это метод хранения графической информации, а именно изображений, рисунков, фотографий.

Растровые форматы: BMP ,GIF, ICO , JPEG , PSD , PNG , TGA , TIFF , Векторные форматы: SVG (Scalable Vector Graphics) , EPS (Encapsulated PostScript) , CDR (CorelDraw) .

Разрешение В компьютерной графике с понятием разрешение изображения обычно происходит больше всего путаницы, поскольку приходится иметь дело сразу с несколькими свойствами разных объектов. Следует четко различать: разрешение экрана, разрешение печатающего устройства и разрешение изображения. Все эти понятия относятся к разным объектам. Друг с другом эти виды разрешения никак не связаны, пока не потребуется узнать, какой физический размер будет иметь картинка на экране монитора, отпечаток на бумаге или файл на жестком диске. Разрешение экрана — это свойство компьютерной системы (зависит от монитора и видеокарты) и операционной системы (зависит от настроек Windows). Разрешение экрана измеряется в пикселах и определяет размер изображения, которое может поместиться на экране целиком.

102

Разрешение принтера — это свойство принтера, выражающее количество отдельных точек, которые могут быть напечатаны на участке единичной длины. Разрешение измеряется в единицах dpi (точки на дюйм) и определяет размер изображения при заданном качестве или, наоборот, качество изображения при заданном размере.

Разрешение изображения — это свойство самого изображения. Разрешение измеряется в точках на дюйм и задается при создании изображения в графическом редакторе или с помощью сканера. Значение разрешения изображения хранится в файле изображения и неразрывно связано с другим свойством изображения — его физическим размером.

Физический размер изображения может измеряться как в пикселах, так и в единицах длины (миллиметрах, сантиметрах, дюймах). Он задается при создании изображения и хранится вместе с файлом.

Если изображение готовят для демонстрации на экране, то его ширину и высоту задают в пикселах, чтобы знать, какую часть экрана оно занимает.

Если изображение готовят для печати, то его размер задают в единицах длины, чтобы знать, какую часть листа бумаги оно займет. Нетрудно пересчитать размер изображения из пикселов в единицы длины или наоборот, если известно разрешение изображения.

Цветовая модель RGB. В основе одной из наиболее распространенных цветовых моделей, называемой RGB моделью, лежит воспроизведение любого цвета путем сложения трех основных цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Каждый канал - R, G или B имеется свой отдельный параметр, указывающий на количество соответствующей компоненты в конечном цвете. Поскольку в RGB модели происходит сложение цветов, то она называется аддитивной (additive). Именно на такой модели построено воспроизведение цвета современными мониторами. Цветовым пространством RGB модели является единичный куб.

Цветовые модели CMY и CMYK. Модель CMY использует также три основных цвета: Cyan (голубой), Magenta (пурпурный, или малиновый) и Yellow (желтый). Эти цвета описывают отраженный от белой бумаги свет трех основных цветов RGB модели. Модель CMY является субтрактивной (основанной на вычитании) цветовой моделью. Как уже говорилось, в CMYмодели описываются цвета на белом носителе, т. е. краситель, нанесенный на белую бумагу, вычитает часть спектра из падающего белого света. Например, на поверхность бумаги нанесли голубой (Cyan) краситель. Теперь красный свет, падающий на бумагу, полностью поглощается. Таким образом, голубой носитель вычитает красный свет из падающего белого.

Такая модель наиболее точно описывает цвета при выводе изображения на печать, т. е. в полиграфии.

Поскольку для воспроизведения черного цвета требуется нанесение трех красителей, а расходные материалы дороги, использование CMY-модели

103

является не эффективным. Дополнительный фактор, не добавляющий привлекательности CMY-модели, – это появление нежелательных визуальных эффектов, возникающих за счет того, что при выводе точки три базовые цвета могут ложиться с небольшими отклонениями. Поэтому к базовым трем цветам CMY-модели добавляют черный (blacK) и получают новую цветовую модель

CMYK.

Для перехода из модели CMY в модель CMYK иногда используют следующее соотношение:K = min(C, M, Y);C = C – K;M = M – K;Y = Y – K.

Полноцветные и индексированные изображения. Как мы увидели,

цвета пикселов можно определять, явно задавая несколько параметров цвета. Например, в RGB-модели конечный цвет определяется тремя слагаемыми для трех основных цветов. Такой подход позволяет формировать так называемые

полноцветные изображения.

Второй подход заключается в том, что в первой части файла, хранящего изображение, хранится «палитра», в которой с помощью одной из цветовых моделей кодируются цвета, присутствующие на изображении. А вторая часть, которая непосредственно описывает пикселы изображения, фактически состоит из индексов в палитре. Изображения, формируемые таким способом, называются изображениями с индексированной палитрой.

Частным случаем индексированного изображения является черно-белое изображение.

104

16.Операционные системы как средство распределения и управления ресурсами ЭВМ

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 определѐнных простых команд – операций по обработке информации.

Операционные системы обеспечивают интерфейс между пользователем и аппаратной частью компьютера.

По числу одновременно выполняемых задач выделяют ОС:

• однозадачные ОС (MS-DOS, ранние версии PC DOS);

• многозадачные (OS/2, UNIX, Windows).

Однозначные ОС предоставляют пользователю виртуальную машину и включают средства управления файлами, периферийными устройствами и средства общения с пользователем. Многозадачные ОС дополнительно управляют разделением между задачами совместно используемых ресурсов.

По числу одновременно работающих пользователей выделяют ОС:

• однопользовательские (MS-DOS, Windows 3.x, ранние версии OS/2);

• многопользовательские (UNIX, Windows NT).

Отличием многопользов-их систем является наличие средств защиты информации пользователей от несанкционированного доступа.

Многопроцессорная обработка предполагает поддержку работы нескольких процессоров и присутствует в ОС Solaris 2.x фирмы Sun, OS/2 фирмы IBM, Windows NT фирмы Microsoft, NetWare 4.1 фирмы Novell и др. Отличием сетевой ОС от локальной являются средства передачи данных между компьютерами по линиям связи и реализация протоколов передачи данных, например IP, IPX и др.

За время существования компьютеров операционные системы претерпели значительную эволюцию. Так, первые ОС были однопользовательскими и однозадачными. Эффективность использования ресурсов компьютера в этом случае оказывалось невысокой из-за простоев всех, кроме одного работающего периферийного устройства компьютера. Например, при вводе данных простаивал центральный процессор, устройства вывода и внешние ЗУ.

По мере роста возможностей, производительности и изменениях в соотношении стоимости устройств компьютера положение стало нетерпимым, что привело к появлению многозадачных операционных систем, остававшихся

однопользовательскими.

105

Такие ОС обеспечивают постановку заданий в первую очередь на выполнение, параллельное выполнение заданий, разделение ресурсов компьютера между выполняющимися заданиями. Так, например, одно задание может выполнять ввод данных, другое – выполняться ЦП, третье – выводить данные, четвѐртое – 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 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 ОС,

которые предусматривают одновременное выполнение многих заданий многих пользователей, обеспечивают разделение ресурсов компьютеров соответствии

сприоритетами пользователей и защиту данных каждого пользователя от несанкционированного доступа. В этом случае ОС работает в режиме разделения времени, т.е. обслуживает многих пользователей, работающих каждый со своего терминала.

Эволюция ОС во многом обусловлена совершенствованием аппаратной базы ЭВМ. Программирование ламповых вычислительных устройств, ориентированных на решение специализированных прикладных задач, выполнялось на машинном языке (языке программирования, представляющем программу в форме, позволяющей непосредственно выполнять ее техническими средствами обработки данных). Организация вычислительного процесса в этом случае осуществлялась обслуживающим персоналом вручную

спульта управления. ОС для этих ЭВМ практически отсутствовали. Компьютеры, построенные на полупроводниковых элементах, стали более компактными, надежными и применялись при решении более широкого класса прикладных задач. Появились первые алгоритмические языки, компиляторы и системы пакетной обработки. Эти системы явились прообразом современных ОС. Основное их назначение -увеличение загрузки процессора. Переход от отдельных полупроводниковых элементов типа транзисторов к интегральным микросхемам сопровождался созданием семейств программно-совместимых машин, например семейства IBM/360, ЕС ЭВМ. ОС этих компьютеров ориентировались на обслуживание вычислительных систем с разнообразными периферийными устройствами и в различных областях деятельности. Особенностью таких ОС стало мультипрограммирование — способ организации вычислительного процесса, при котором на одном процессоре попеременно выполняются несколько приложений. Образовался новый тип ОС - системы разделения времени, которая позволяет создать для каждого

106

пользователя иллюзию единоличной работы с компьютером. Появление больших (БИС) и сверхбольших интегральных схем (СБИС) обеспечило широкое распространение компьютеров и их использования неспециалистами в области программирования. Это потребовало разработки программного интерфейса. Развитие средств коммуникации обусловило развитие сетевых ОС.

Основные линии ОС.

Отличительные особенности Windows:

1)Простота и удобство в использовании. Windows оснащена несколькими функциями поиска неисправностей, включая утилиту системной информации, функцию проверки реестра, функцию проверки конфликтов версий (Version Conflict Manager) и мастер профилактического обслуживания (Maintenance

Wizard).

2)Качество. Приложения загружаются быстрее. Windows поддерживает новую файловую систему FAT32, что позволяет существенно увеличить скорость работы с дисковыми накопителями и повысить плотность хранения информации. Windows содержит обновленную и расширенную библиотеку драйверов устройств, что обеспечивает возможность работы с самой различной периферией.

3)Поддержка технологий нового поколения.Windows поддерживает технологии и стандарты нового поколения, включая универсальную шину USB, расширенный стандарт Plug and Play и технические средства контроля энергопотребления. Встроенная поддержка MMX, Accelerated Graphics Port, Microsoft DirectX, поддержка дисков стандарта DVD и других новых технологий обеспечивает Windows великолепную обработку трехмерной графики.

К достоинствам Windows можно отнести:

1. Независимость программ от внешних устройств.

2. Средства для построения пользовательского интерфейса Windows содержат все необходимые функции для построения пользовательского интерфейса программ: окон, меню, запросов и т.д.

3. Доступность всей оперативной памяти. Это облегчает создание на ее базе больших программ.

4. Связь и внедрение объектов - новый способ обмена данными между приложениями, при котором вы имеется возможность комбинировать изображение, звук и текст.

5. Использование масштабируемых шрифтов True Type. В Windows

действует принцип WYSIWYG (What you see is what you get), который означает, что та информация, которую вы видите на экране, соответствует тому, что выдается принтером при распечатке.

6. Единый пользовательский интерфейс. Действия с программами в среде Windows стандартизированы.

107

9.Многозадачность.

10.Совместимость с DOS-приложениями.

11.Удобство поддержки устройств и мультимедиа . Windows упрощает работу с внешними устройствами.

MacOS (Apple). Конкурентом линии Windows эту ОС не назовешь -хотя бы потому, что на PC-совместимые компьютеры она не устанавливается. Но именно MacOS стала первой ОС, предложившей пользователю удобства графического интерфейса, Рабочий Стол с иконками, соответствующими папкам и программам, удобные средства настройки. По стабильности и удобству ей до сих пор нет равных. MacOS наиболее рационально использует ресурсы компьютера - написанные для нее программы работают вдвое быстрее, чем их конкуренты на PC аналогичной конфигурации. MacOS пользователям столько удобств и возможностей при необычайной простоте - ведь даже мышь на MacOS имеет всего одну управляющую кнопку! Сегодня Macintosh и MacOS широко используют в процессе так называемой «допечатной подготовки» бумажной продукции -книг, иллюстрированных журналов, газет. Такие программы, как Adobe Photoshop, Adobe Illustrator, Adobe PageMaker изначально были предназначены для MacOS, и лишь потом переведены под Windows. MacOS послужила прототипом для многих «изюминок» графического интерфейса Windows. Рабочий стол, структура папок и файлов - все это присутствует и здесь.

OS/2 и Windows 9x используют одинаковые технологии, включающие многозадачность и многонитевость, способность выполнять DOS-программы с помощью виртуальных машин. Обе ОС имеют схожие интерфейсы, и требования к аппаратным ресурсам. Например, при работе с OS/2 в распоряжение пользователя предоставляются те же элементы: ярлыки, папки, окна. Обе эти ОС поддерживают однотипную технологию копирования, удаления, печати, drag-and-drop. Свойства объектов легко доступны через контекстное меню, вызываемое щелчком правой клавиши мыши. Имеется специальная панель для размещения часто используемых документов или прикладных программ. Как и Windows, ОС OS/2 при недостатке оперативной памяти активизирует виртуальную память. В результате в качестве оперативной памяти используется свободное пространство на жестком диске. Это замедляет работу, но позволяет использовать приложения, требующие значительные объемы оперативной памяти. Для устранения в OS/2 Warp недостатка сетевых функциональных возможностей была создана версия OS/2

—Warp Connect. В нее вошли редиректоры для ОС NetWare 3.x, 4.x и OS/2 LAN Server. Реализована поддержка протоколов IPX, NetBIOS и TCP/IP. OS/2

имеет специальные средства, позволяющие работать с приложениями DOS, Windows и их файловыми системами. Это компенсирует недостаток собственных приложений для OS/2 Warp.

108

1973 год - год появления написанной на языке Си операционной системы UNIX. Ее основные свойства: 1-ое -это концепция файлов. Основным объектом, которым оперирует операционная система, является файл. Файл, с точки зрения операционной системы UNIX, -это внешнее устройство. Файл - это каталог, который содержит информацию о содержащихся в нем файлах. И так далее, на сегодняшний день, файлом может считаться, в некотором смысле и процесс, который может работать. 2-ое свойство -это особая структура ОС. В отличие от предыдущих операционных систем, в которых каждая команда была «зашита» внутрь операционной системы, т.е. ее нельзя было как -либо модифицировать, в UNIX-е проблемы команд решены. Во-первых, UNIX декларирует стандартный интерфейс передачи параметров извне внутрь процесса. Во-вторых, все команды реализованы в виде файлов. Это означает, что можно свободно добавлять новые команды в систему, а также убирать и модифицировать их. То есть система UNIX открыта и ее можно легко развивать.

Свое происхождение многозадачная многопользовательская 32-разрядная система Linux ведет от класса универсальных ОС UNIX, которые в течение многих лет (еще с 60-х годов!) обслуживали «большие» промышленные компьютеры. Проект UNIX объединяет десятки (!) различных ОС, созданных для своих компьютеров различными фирмами. Единственной областью, в которой работал Linux, вплоть до самого последнего момента оставались сети. До сих пор большая часть Web-серверов Интернет работает именно под управлением Linux. Да и в локальных сетях крупных компаний Linux неплохо справлялся с ролью администратора.

Режимы работы ОС.

Суть режима разделения времени: 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, еѐ 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 мс), то очередной квант времени выделяется программе каждые 2 с. В этих условиях ни один из пользователей практически не ощущает задержек, т.к. 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. Режим реального времени- схема,

109

при которой ЭВМ управляет некоторым внешним процессом, обрабатывая данные и информацию, непосредственно поступающую от объекта управления.

Основные подсистемы ОС:

командный процессор-программа, отвечающая за интерпретацию и исполнение простейших команд, подаваемых пользователем, и его взаимодействие с ядром ОС; драйверы - специализированные программки для управления различными устройствами, входящими в состав компьютера; интерфейс- диалог пользователя с компьютером, выполнение операций по обработке информации; файловая система- предназначенная для организации работы с хранящимися на диске данными и обеспечения стоимостного использования файлов несколькими пользователями и процессами. Файловая система ОС определяет структуру хранения файлов и каталогов на диске, правила задания имен файлов, допустимые атрибуты, права доступа и др; система прерываний- позволяет микропроцессору выполнять основную работу, не отвлекаясь на проверку состояния сложных систем, или прервать выполняемую работу и переключиться на анализ возникшей ситуации сразу после ее появления; утилиты- небольшие программы, обслуживающие различные устройства компьютера(например, утилита форматирования магнитных дисков);система загрузки –при запуске ОС проверяет наличие на диске ядра ОС, состоящего из файлов, загружает их в ОЗУ, запускает на исполнение системные файлы, дополнительно тестирует оборудование, подключает драйверы и тд; система ввода-вывода.

Команды ОС: 1)внутренние (командного процессора), 2)внешние (утилиты). Рассмотрим на примере ОС MS DOS. Внутренние делятся на группы:

команды для работы с дисками; с файлами (COPY –копирует файлы, может использоваться для слияния файлов, RENAME -переименование); с каталогами (DIR-выводит на экран список директориев и файлов, находящихся внутри текущего директория, MKDIR –создание нового директория,CHDIR –переход в другой директорий); команды управления системой. Внешние: FORMAT – форматирует диск, DISKCOPY –копирует содержимое флоппи-диска в одном дисководе на диск в другом, DISKCOMP –сравнение содержимого двух дискет, CHKDSKпроверка целостности файловой структуры, RECOVERвосстановление информации на дефектном диске.

Примеры: DIR*.txt -просмотр списка всех файлов с расширением txt; DISKCOPY A: B: -скопировать дискету в дисководе А на дискету в дисководе В.

Командный файл (КФ) - специальный текстовый файл, содержащий строки команд, выполняемых за один раз (пакет команд). Строками КФ могут быть команды ОС, вызовы исполняемых файлов (.COM, .EXE, .BAT), метки и специальные команды пакетной обработки. КФ могут создаваться с помощью любого текстового редактора либо командой: COPY CON <имя>.BAT

110