Информатика_всем

Рисунок 1.2 Кодирование всех возможных вариантов 4-х битного сообщения

Эта формула справедлива только для таких сообщений у которых возникновение «0» или «1» на любом этапе приема сообщения равновероятно. Это происходит далеко не всегда.

Так, например, для сообщения состоящего из четырех двоичных знаков, информационная емкость составит H = log2 (24 )= 4 (см. Рисунок 1.2).

Если, к примеру, мы пишем текст на русском языке и пользуемся для его передачи кодировкой ASCII, то каждый передаваемый символ будет содержать 8 бит информации. Общая мера неопределенности составит 256 вариантов на символ. Очевидно, что наиболее часто встречающимся символом будет «пробел», который имеет номер 3210=2016=1000002. Особенностью любого языка и русского в частности, является

18 1.4 Программное обеспечение

другие ОС, способные работать на большинстве персональных ЭВМ. Это,

например, MacOS, DOS, OS/2, QNX, FreeBSD, OpenBSD и др.

Кроме ОС к системному ПО можно отнести драйверы – специальные программы, которые обеспечивают взаимодействие конкретной ОС и конкретного аппаратного устройства. Например, драйвер видеокарты, драйвер сканера, драйвер платы мониторинга радиационного фона и т.д.

Далее к системному ПО относят программные кодеки (ogg, mp3, mpeg4, mpeg2 и т.д.), различные оболочки ОС (файловые менеджеры, диспетчеры процессов, редакторы системного реестра и т.д.), утилиты (дефрагментаторы дискового пространства, средства индексации файлов,

оптимизаторы памяти и т.д.), программные средства защиты

(антивирусы, межсетевые экраны, средства аутентификации и разграничения доступа, антиспам фильтры и т.д.)

2.Прикладное – основная масса ПО, ради которого вообще существует ЭВМ. С помощью этого вида ПО пользователи решают свои задачи в некоторой проблемной области, не прибегая при этом к программированию.

Кприкладному ПО относят офисные приложения, системы управления

имониторинга бизнес-процессов, системы проектирования и производства, научное ПО, игры, мультимедиа приложения и т.д.

3.Инструментальное – ПО для создания нового ПО (как системного и прикладного, так и, собственно, инструментального).

Кинструментальному ПО прежде всего относят интегрированные среды разработки (IDE – Integrated Development Environment). Это такие среды, как Eclipse, Visual Studio, Delphi, Builder, Turbo C, Turbo Pascal,

Composer Studio, Code Warrior и другие. Вышеперечисленные среды являются средствами написания, отладки и компиляции программного кода. Причем многие из упомянутых IDE в своем составе имеют компиляторы для различных языков программирования (Pascal, Assembler, Java, C, C++, Visual Basic). В качестве практических заданий для настоящей книги выступают различные алгоритмические задачи. Потому именно инструментальным ПО придется в наибольшей степени пользоваться читателю для полноценного усвоения материала. Основным языком программирования выступает Pascal, для которого существует достаточно много компиляторов и сред разработки (см. приложение). Тексты всех программ из настоящего пособия набирались и компилировались в IDE Turbo Pascal 7.0.

Следует отметить, что приведенная классификация достаточно условна, поскольку конкретное ПО не всегда можно однозначно отнести в ту или иную группу. Так, например, современные текстовые редакторы имеют в своем составе средства программирования, мультимедийные системы могут помимо программных плееров также включать в свой состав драйверы устройств и программные кодеки. И таковых примеров можно привести достаточно много.

1.5 Архитектура персональной ЭВМ

Компьютер (ЭВМ) – универсальное, электронное, программноуправляемое устройство для хранения, обработки и передачи информации.

Архитектура ЭВМ – общее описание структуры и функции ЭВМ на уровне, достаточном для понимания принципов работы и системы команд ЭВМ.

Основные компоненты архитектуры ЭВМ – процессор, внутренняя память, внешняя память и различные периферийные устройства (см. Рисунок

1.4).

Информационная магистраль

(шина данных + адресная шина + шина управления)

Каналы ввода/вывода

Периферийные устройства

(монитор, дисковод, клавиатура, принтер, мышь, сканер, модем и т.д.)

Рисунок 1.4 Магистрально-модульный принцип построения компьютера

Процессор – главное устройство ЭВМ, обеспечивающее обработку и передачу данных, управление внешними устройствами.

Разрядность процессора – число одновременно обрабатываемых битов информации. Различают разрядность по командам и разрядность по данным.

Чем выше командная разрядность процессора, тем больше элементарных команд ему доступно и, соответственно, тем эффективнее он сможет обработать информацию. Чем выше разрядность по данным, тем больший объем памяти доступен процессору для адресации. Если данные и команды хранятся в разных областях памяти, то такие процессоры называются процессорами с Гарвардской архитектурой. Если данные и команды могут

портативных компьютеров (в лэптопах и ноутбуках) используются жесткие диски с формфактором 2,5” и даже 1”.

Накопители на жестких дисках обычно называют винчестерами. Этот термин появился в 60-е годы, когда фирма IBM выпустила высокоскоростной накопитель с одним несъемным и одним сменным дисками емкостью по 30 Мбайт. Этот накопитель состоял из пластин, которые вращались с высокой скоростью, и «парящих» над ними головок, а номер его разработки – 30-30. Такое цифровое обозначение (30-30) совпало с обозначением популярного нарезного оружия Winchester, поэтому сам термин вскоре стал применяться в отношении любого стационарно закрепленного жесткого диска.

Сегодня имеется тенденция назвать винчестером любое внутреннее устройство долговременного хранения больших объемов информации. Последние модели вообще являются полностью твердотельными (полупроводниковыми) и не имеют в своем составе механических подвижных частей.

Монитор – устройство для отображения визуальной информации.

В большинстве систем монитор помещен в собственный корпус, отдельно от системного блока. В портативных компьютерах монитор встраивается в корпус системного блока компьютера. Мониторы обычно классифицируются по трем параметрам: по размеру диагонали (в дюймах), разрешающей способности (в пикселях) и частоте регенерации изображения в герцах (Гц). Разрешающая способность может быть равна от 640х480 пикселей (сначала размер по горизонтали, а затем по вертикали) до 1600х1200 пикселей, а последнее время и больше. Каждый пиксель в мониторе состоит из трех элементов-точек, по одной для каждого цвета – красного, синего и зеленого. Средний монитор способен регенерировать изображение 60-100 раз в секунду (частота 60-100 Гц), в то время как частота регенерации в более качественных мониторах превосходит эти значения. Частота регенерации показывает, как часто дисплей повторно отображает на экране содержимое видеопамяти. Сегодня мониторы на электронно-лучевых трубках становятся частью истории. В пришедших им на смену ЖК панелях (LCD – Liquid Crystal Display – дисплей на жидких кристаллах) частота регенерации изображения уже не играет такой роли как раньше1, поскольку физические принципы его формирования несколько иные. К динамическим характеристикам можно отнести время переключения пикселя из одного состояния в другое. Кроме этого существует еще масса разных характеристик, влияющих на качество отображаемой монитором информации.

1 Частота регенерации ЭЛТ мониторов и утомляемость глаз находятся в тесной зависимости, поскольку при частотах меньших либо равных 60 Гц глаз ощущает мерцание, что является негативным раздражающим фактором для нервной системы. Особенно чувствительно к динамике периферическое зрение. Ради интереса можете выставить 60 Гц на ЭЛТ мониторе и направить взгляд чуть выше. Такие физиологические особенности являются следствием эволюционного развития зрения человека, поскольку помогают быстрее реагировать на опасность. Чтобы не было «страшно» рекомендуется ставить частоту развертки в 100 Гц и выше.

2. МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ. АЛГОРИТМИЗАЦИЯ. ЛОГИКА

2.1 Этапы решения задач на ЭВМ

При решении любой задачи с использованием ЭВМ принято выделять восемь основных этапов:

1.Постановка задачи. На этом этапе определяются цели, которых необходимо достичь. Уточняются начальные (граничные) условия. Задача делится на несколько подзадач. Из них выделяются те, которые необходимо решать численно (на ЭВМ) и те, которые невозможно или нерационально решать с использованием вычислительной машины.

2.Построение математической модели. Определяются аналитические зависимости различных факторов влияющих друг на друга, то есть записываются различные уравнения, как логические (равенства, неравенства, в том числе с использованием логических операций), так и алгебраические.

3.Анализ и оптимизация математической модели. На этом этапе математическая модель приводится к такому виду, который позволяет увеличить скорость расчета при заданной точности.

4.Разработка алгоритма. С использованием полученной математической модели строится вычислительный алгоритм. На данном этапе обычно используют один из домашинных способов его описания.

5.Программирование. Полученный алгоритм записывается на одном из машинных языков программирования (Pascal, Delphi, C, C++, C#,

Fortran, BASIC, Assembler, Java, Lisp, Python и т.д.).

6.Отладка программы. Даже самый опытный программист в процессе написания более или менее сложной программы допускает ошибки. Если это синтаксические ошибки, то, например, как это происходит в IDE Turbo Pascal, компилятор сам укажет на них. Но часто возникают и алгоритмические ошибки, например, неверная последовательность вычислительных шагов или использование не той функции, которая необходима. Такие ошибки не видны сразу. Для того чтобы выявить их, необходимо подать на вход тестирующий набор данных и независимо (без использования полученного алгоритма) получить набор выходных данных, например, на калькуляторе. Полученные таким образом выходные данные можно считать эталонными. Если они совпадают с выходными данными, полученными с использованием тестируемого алгоритма, то он работает верно, и программа с определенной степенью вероятности считается отлаженной. Совокупность тестирующих входных данных и эталонных выходных называют тестовым или проверочным примером. Для всеобъемлющей проверки программы необходимо подготовить такое