Основы информатики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Билет 1. Понятие информации. Виды информации. Роль информации в живой природе и в жизни людей. Язык как способ представления информации: естественные и формальные языки. Основные информационные процессы: хранение, передача и обработка информации

Понятие информации

Информатика - научная область, предметом изучения которой являются информация и информационные процессы; в которой осуществляются исследования и изобретаются новые средства и методы для работы с информацией. Её изучение начинается с договоренности о том, что же следует понимать под термином "информация". Дело в том, что понятие информации обычно связывают с теми сведениями, данными, знаниями, которые человек получает из окружающего мира. На самом деле понятие информации намного шире и сложнее. Оно принадлежит к числу фундаментальных общенаучных понятий. В этом контексте окружающий нас мир - взаимосвязанные и взаимодействующие вещество, энергия и информация. Последняя может существовать в разнообразных видах и формах, в том числе, никак не связанных с человеком. Таким образом, информация является контекстным понятием, то есть значение термина зависит от того, какой смысл мы в него вкладываем и от содержания разговора (контекста), в котором он используется. В информатике под "информацией" чаще всего понимают используемые человеком или техническим устройством данные. Данные могут храниться на материальных носителях и передаваться с помощью сигналов различной физической природы. Данные становятся информацией только тогда, когда мы начинаем их использовать.

Виды информации

Общая классификация видов информации скорее всего невозможна. Когда речь идет о видах информации подразумевается какая-то отдельная область знаний, раздел науки, техники и т.д. Приведем примеры таких частных классификаций:

· аналоговая и дискретная

· зрительная, слуховая, обонятельная, осязательная, вкусовая

· текстовая, числовая, графическая, звуковая

Роль информации в живой природе и в жизни людей. Язык как способ представления информации: естественные и формальные языки. Основные информационные процессы: хранение, передача и обработка информации.

Целесообразное поведение живых существ строится на основе получения, накопления, преобразования и использования информации об окружающей среде. Биологи образно говорят, что «живое питается информацией». Кроме того понятие информации используется в связи с исследованиями механизмов наследственности (генетики). Оказалось, что каждая клетка организма содержит гены (сложные молекулярные структуры), в которых хранится информация о всём организме.

Информация для человека - это знания, которые он получает из различных источников. Все знания можно разделить на две группы: декларативные (знания об явлениях, событиях, свойствах объектов начинающиеся со слов «Я знаю что…») и процедурные (определяют действия, необходимые для достижения какой либо цели; начинаются со слов «Я знаю как…»).

Действия, выполняемые с информацией, называются информационными процессами. Выделяют три основных вида информационных процессов: обмен, хранение и обработка информации.

Человек непрерывно воспринимает информацию из окружающего мира с помощью своих органов чувств: зрения, обоняния, осязания, вкуса и слуха (она называется органолептической). Большая часть (картины природы, звуки, запахи, вкусовые и осязательные ощущения) воспринимается в образной форме. Информация, воспринимаемая человеком в речевой или письменной форме, называется знаковой (символьной). Человеческая речь и письменность связаны с понятием языка. Различают естественные языки (русский, английский, французский и т.д.) и формальные языки - языки профессий или областей знаний (к числу формальных языков можно отнести язык математических формул, ноты, языки программирования и т.п.). Язык - это знаковая система представления информации. Обмен информацией может происходить как при непосредственном общении между людьми, так и с помощью технических средств связи: телефона, радио, телевидения, компьютерных сетей и т.д. Отметим, что без помощи технических средств люди способны обмениваться информацией только голосом, жестами, мимикой на небольшом расстоянии. Развитие человечества было бы невозможно без обмена информацией. С древнейших времен человек изобретал способы передачи информации. Наши предки умели передавать сигналы дымом костра, звуками колокола и т.д. За последние два века появились телеграф, телефон, радио, телевидение. В последние годы бурно развивается мобильная связь и компьютерные коммуникации. Несмотря на все многообразие средств передачи информации сам процесс описывается общей схемой:

Человек хранит информацию либо в собственной памяти, либо на каких-то внешних носителях (на бумаге, аудио и видеокассетах и т.д.). Сведения, которые мы помним (т.е. храним во внутренней памяти), всегда доступны и мы можем оперативно (быстро) ими воспользоваться. Внутреннюю память, поэтому, часто называют оперативной. К сожалению, ёмкость нашей памяти ограничена, к тому же часть сведений со временем человек забывает. Информация на внешних носителях хранится надежнее, но чтобы использовать такую информацию, её сначала нужно сделать оперативной (например, чтобы набрать номер телефона, необходимо сначала найти его в телефонной книге и прочитать).

Человеку почти непрерывно приходится заниматься обработкой информации. Приведем несколько примеров обработки:

· получение новой информации из данной путем вычислений или логических рассуждений (решение математической задачи);

· изменение формы представления информации (перевод текста с одного языка на другой);

· поиск информации в информационном массиве (поиск номера телефона в телефонной книге);

· сортировка информации (упорядочение списка учеников класса в алфавитном порядке).

Процесс обработки информации вручную ведется очень медленно, при этом нам свойственно допускать ошибки, уставать, а иногда обработка невозможна. Попробуйте перемножить в уме два семизначных числа. Получилось?

Очевидно, что человеку необходимы технические средства и методы сбора, приема, передачи, хранения и обработки информации - информационные технологии. Их роль всегда была чрезвычайно важна и будет еще более возрастать по мере перехода человечества к жизни в информационном обществе.

Билет 2. Измерение информации: содержательный и алфавитный подходы. Единицы измерения информации

Измерение информации: содержательный и алфавитный подходы

Вопрос «как измерить информацию?» очень непростой. Понятие "информация" является контекстным, а значит и способы её измерения могут быть различны. Если рассматривать информацию как знания, то сообщение несёт информацию только в том случае, когда пополняет знания. Такой подход позволяет рассматривать информацию как меру уменьшения неопределенности знаний. В этом случае, количество информации в одном и том же сообщении для разных получателей может быть различно, так как для одного из них информация может быть новой, а для другого - уже известной. Таким образом, количество информации в сообщении будет зависеть от степени неопределенности знаний получателя. Такой подход к измерению количества информации называется содержательным.

Существует и другой подход - алфавитный. Он позволяет определять количество информации в сообщении независимо от человеческого восприятия. В этом случае не рассматриваются социально значимые свойства информации, содержащейся в сообщении, а только общее количество символов и мощность алфавита с помощью которого оно записано. Такой подход тесно связан с теорией вероятностей.

Пример 1. Предположим, что мы подбрасываем монету. Есть два равновероятных исхода - выпадет орел или решка. Узнав результат бросания монеты, Вы получаете 1 бит информации.

Сообщение о том, что произошло одно из двух равновероятных событий, содержит один бит информации (говорят, также, что 1 бит информации уменьшает неопределенность знаний в два раза). Можно обозначить (закодировать) возможные варианты:

Равновероятные события	Их обозначение (код)
Решка	0
Орёл	1

Преобразование информации из одной формы представления в другую называют кодированием. Для кодирования используют определенную систему знаков - алфавит. Количество знаков в алфавите может быть различным. Самый короткий алфавит состоит из двух знаков. Если для кодирования информации используется только два знака - 0 и 1, то кодирование называют двоичным. Таблица, представленная выше, называется таблицей двоичной кодировки, а один бит информации, таким образом, представляет собой один двоичный знак. Заметим теперь, что записать результаты многократного бросания монет можно по-разному:

·

· Орёл, решка, решка, орёл, решка, орёл, орёл ......

· 1, 0, 0, 1, 0, 1, 1, ........

Пример 2. На уроке информатики проводится тестовая работа, состоящая из трёх заданий. Составим таблицу двоичной кодировки возможных результатов выполнения работы одним из учеников:

События	Двоичные коды
выполнено 0 заданий	00
выполнено 1 задание	01
выполнено 2 задания	10
выполнено 3 задания	11

Коды должны быть различны, поэтому сообщение о том, что произошло одно из четырех равновероятных событий, содержит уже два бита. Заметим, что мы использовали полный набор кодов, которые можно составить из 2 бит.

Пример 3. Если увеличить количество заданий до семи, то таблица примет вид:

События	Двоичные коды
выполнено 0 заданий	000
выполнено 1 задание	001
выполнено 2 задания	010
выполнено 3 задания	011
выполнено 4 задания	100
выполнено 5 заданий	101
выполнено 6 заданий	110
выполнено 7 заданий	111

С увеличением количества событий в два раза увеличивается на 1 бит длина кода:

Количество событий (N)	Длина кода (i)
N = 2	i = 1
N = 4	i = 2
N = 8	i = 3

Нетрудно заметить, что величины N и i связаны формулой 2i = N, если N выбирать из ряда 2,4,8,16,32,64…….. Для других значений N формула выглядит так: 2i ? N. По ней мы можем рассчитать длину двоичного кода для любого количества событий. Неравенство можно решить подбором наименьшего значения i из ряда натуральных чисел. ( Двойка в формуле показывает, что используется двоичное кодирование. Если бы использовалось, например, троичное кодирование, нужно было бы писать три и т.д.)

Для записи текстовой (знаковой) информации всегда используется какой-либо язык (естественный или формальный). Всё множество используемых в языке символов называется алфавитом. Полное число символов алфавита называют его мощностью. При записи текста в каждой очередной позиции может появиться любой из N символов алфавита, т.е. может произойти N событий. Следовательно, каждый символ алфавита содержит i бит информации, где i определяется из неравенства: 2i ? N. Тогда общее количество информации в тексте определяется формулой:

V = k * i,

где V - количество информации в тексте; k - число знаков в тексте (включая знаки препинания и даже пробелы), i - количество бит, выделенных на кодирование одного знака.

Единицы измерения информации

При работе с компьютером долгое время использовался алфавит мощностью 256 символов. Для кодирования одного символа такого алфавита потребуется 8 бит (2 8 = 256). Этой величине присвоили своё название - байт. Бит и байт - «мелкие» единицы измерения количества информации. Для измерения больших объемов используют производные от байта единицы. При этом знакомая приставка кило- обозначает не точно 103, а 210, т.е. 1024. То же правило действует и на другие приставки (мега-, гига- и т.д.).

Единица измерения	Обозначение	Связь с другими единицами измерения количества информации
1 бит	бит	Минимальное количество информации
1 Байт	байт	8 бит
1 Килобайт	Кб	210 байт = 1024 Байт
1 Мегабайт	Мб	210 Килобайт = 1024 КБ
1 Гигабайт	Гб	210 Мегабайт = 1024 МБ

Билет 3. Дискретное представление информации: двоичные числа; двоичное кодирование текста в памяти компьютера. Информационный объём текста

Преобразование информации из одной формы в другую знаковую форму называют кодированием. Для кодирования используют определенную систему знаков - алфавит. Количество знаков в алфавите может быть различным. Самый короткий алфавит состоит из двух знаков. Если для кодирования информации используется только два знака - 0 и 1, то кодирование называют двоичным. Информация закодированная таким способом является дискретной (цифровой), т.е. представляется просто набором двоичных цифр. Такой способ достаточно универсален. Он может использоваться для представления всех видов знаковой информации (в том числе числовых данных, тогда речь идет о двоичных числах), а также для представления аналоговой информации (изображений, звука и т.п.). В последнем случае речь идет об аналого-цифровом преобразовании (АЦП), в процессе которого исходная аналоговая информация подвергается дискретизации - разбиению на элементы, каждый из которых описывается конечным набором двоичных знаков.

Для записи текстовой (знаковой) информации всегда используется какой-либо язык (естественный или формальный). Всё множество используемых в языке символов называется алфавитом. Полное число символов алфавита называют его мощностью. При записи текста в каждой очередной позиции может появиться любой из N символов алфавита, т.е. может произойти N событий. Следовательно, каждый символ алфавита содержит i бит информации, где i определяется из неравенства: 2i ? N. Тогда общее количество информации в тексте определяется формулой:

V = k * i,

где V - количество информации в тексте; k - число знаков в тексте (включая знаки препинания и даже пробелы), i - количество бит, выделенных на кодирование одного знака.

Так как каждый бит - это 0 или 1, то любой текст может быть представлен последовательностью нулей и единиц. Именно так текстовая информация хранится в памяти компьютера. Присвоение символу алфавита конкретного двоичного кода - это вопрос соглашения, зафиксированного в кодовой таблице. В настоящее время широкое распространение получили кодовые таблицы ASCII и Unicode.

ASCII (American Standart Code for Informational Interchange - Американский стандартный код информационного обмена) используется достаточно давно. Для хранения кода одного символа выделено 8 бит, следовательно, кодовая таблица поддерживает до 28 = 256 символов. Первая половина таблицы (128 символов) - управляющие символы, цифры и буквы латинского алфавита. Вторая половина отводится под символы национальных алфавитов. К сожалению, в настоящее время существует целых пять вариантов кодовых таблиц для русских букв, поэтому тексты созданные в одной кодировке неверно отображаются в другой. (Наверное, Вы встречали русскоязычные сайты, тексты которых выглядят как бессмысленный набор знаков? Приходилось менять кодировку?).

Unicode - получил распространение в последние годы. Для хранения кода одного символа выделено 16 бит, следовательно, кодовая таблица поддерживает до 216 = 65536 символов. Такого пространства достаточно, чтобы в одном стандарте объединить все "живые" официальные (государственные) письменности. Кстати, стандарт ASCII вошел в состав Unicode.

Билет 4. Дискретное представление информации: кодирование цветного изображения в компьютере (растровый подход). Представление и обработка звука и видеоизображения. Понятие мультимедиа

Растровая графика.

Графическая информация может быть представлена дискретно. Для этого изображение разбивают на отдельные маленькие фрагменты (пиксели), затем каждому пикселю присваивается код цвета (считаем, что весь пиксель целиком одноцветный, а изображение в целом - мозаика мелких цветных точек). Этот процесс называют пространственной дискретизацией изображения.

Качество такого изображения зависит от двух параметров. Качество выше при меньшем размере пикселя и большем количестве используемых цветов (или оттенков серого, для монохромного изображения). Полный набор цветов, которые можно использовать для создания изображения называется палитрой. Изображение, сформированное таким способом, называют растровым. Формула для определения количества информации в нём имеет вид:

V = k * i,

где V - количество информации в изображении; k - количество пикселей, а i - глубина цвета (т.е. количество бит, выделенных на кодирование цвета), определяемая по формуле: 2i ? N, где N - количество цветов в палитре. Цвет пикселя формируется как комбинация трех основных цветов (обычно красного - Red, зеленого - Green и синего - Blue). Ниже приведена таблица кодирования шестнадцатицветной (глубина цвета - 4 бита) палитры:

Номер	Цвет	Яркость	Красный	Зеленый	Синий
0	Черный	0	0	0	0
1	Синий	0	0	0	1
2	Зеленый	0	0	1	0
3	Голубой	0	0	1	1
4	Красный	0	1	0	0
5	Фиолетовый	0	1	0	1
6	Коричневый	0	1	1	0
7	Белый	0	1	1	1
8	Серый	1	0	0	0
9	Светло-синий	1	0	0	1
10	Светло-зеленый	1	0	1	0
11	Светло-голубой	1	0	1	1
12	Светло-красный	1	1	0	0
13	Светло-фиолетовый	1	1	0	1
14	Желтый	1	1	1	0
15	Ярко-белый	1	1	1	1

Такая палитра используется например при создании программ на Qbasic. Она не дает возможности получить качественную графику, поэтому сейчас используют палитры с глубиной цвета 16 или 32 бита (см. настройки параметров экрана). В последнем случае, на каждую составляющую (R, G, B) и яркость отводится по восемь бит (что составляет диапазон десятичных значений от 0 до 255), а общее количество цветов в палитре 224, что соответствует примерно 16-ти миллионам. Если учесть еще и градации яркости, то получим 232. Такое количество цветов намного превышает возможности восприятия цветовой гаммы глазом человека. 32 битная глубина цвета способна обеспечить самое высокое качество графики. Выше отмечалось, что качество растровой графики зависит также от размера пикселя. Количество пикселей на экране дисплея (растр) указывают соотношением количества пикселей в строке по горизонтали к их количеству в столбце по вертикали (800*600, 1024*768 и т.д.). Максимально возможное количество пикселей на экране называют разрешающей способностью дисплея. Качество растровых изображений может быть очень высоким, но размер файла также весьма велик (изучите свойства нескольких Точечных рисунков *.BMP, созданных с помощью Paint). При уменьшении размера изображения и последующим сохранением рисунка (например, с целью экономии места на диске) качество безвозвратно ухудшается. Для уменьшения размера файлов часто используют другие форматы файлов такие как *.JPG,*.GIF и др.

Векторная графика.

Отметим также, что рассмотренный выше способ представления изображений не единственный. Можно представить изображение совокупностью простых геометрических фигур (прямых линий, окружностей, эллипсов, дуг, прямоугольников и т.д.) - графических примитивов и записать информацию о координатах и параметрах каждого их них. При этом координатная сетка должна совпадать с сеткой пикселей на экране. Такой способ представления изображений называют векторной графикой. На рисунке показаны примеры графических примитивов:

Такой способ представления изображения дает возможность получить файл малого размера. Качество изображения не изменяется с изменением размера рисунка, но даже профессиональные векторные графические редакторы не могут обеспечить качество графики, сравнимое с растровыми изображениями.

Видеоинформация.

Если рассматривать видеоинформацию как последовательность изображений, появляющихся на экране с определенной частотой (частотой кадров), то можно понять, что видео может быть закодировано подобно тому, как кодируются растровые изображения (с той разницей, что этих изображений много). Такой способ используется в формате *.AVI (несжатое видео) - высокое качество и огромные размеры файлов. Существуют способы сжатия видеоинформации путем преобразования файла в другие форматы.

Кодирование звуковой информации.

Из курса физики Вам должно быть известно, что звук представляет собой волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда, тем звук громче. Чем выше частота колебаний, тем выше тон (частота колебаний измеряется в герцах (штук в секунду). Человеческое ухо способно улавливать колебания от 20 Гц до 20 кГц. На рисунке ниже в виде зависимости амплитуды от времени показан фрагмент звуковой волны:

Чтобы компьютер мог работать со звуком, непрерывный звуковой сигнал должен быть представлен в двоичной форме, для этого выполняют временную дискретизацию звука:



Весь интервал изменения амплитуды разбивают на уровни громкости, а всё время звучания на одинаковые временные интервалы. Количество возможных уровней громкости можно рассматривать, как набор вероятных состояний в каждый временной интервал.

Определить количество информации в звуке можно по формуле:

V = k * i,

где V - количество информации в звуке; k - количество временных интервалов, а i - глубина звука (т.е. количество бит - 16, 32 или 64, выделенных на кодирование уровня громкости на одном интервале), определяемая по формуле:

2i ? N,

где N - количество уровней громкости. Таким образом, любой звук может быть представлен последовательностью нулей и единиц. т.е. двоичным кодом. Качество звука тем выше, чем больше глубина звука и частота дискретизации (т.е. количество «ступеней» в секунду). Исходная формула может быть преобразована следующим образом:

V = t * н * I,

где V - количество информации в звуке; t - время звучания, н - частота дискретизации, а i - глубина звука.

Преобразование звука в двоичный код выполняет специальное устройство - аналого-цифровой преобразователь. Частота дискретизации варьируется от 8 кГц до 48 кГц (нижний предел соответствует качеству радиотрансляции, верхний - качеству звучания музыкальных носителей). В виде двоичного кода записанный звук хранится в памяти компьютера. Для воспроизведения звука потребуется его обратное преобразование из двоичного кода в звуковую волну с помощью цифро-аналогового преобразователя.

Билет 5. Процесс передачи информации, источник и приемник информации, канал передачи информации. Скорость передачи информации

Развитие человечества было бы невозможно без обмена информацией. С древнейших времен человек изобретал способы передачи информации. За последние два века произошла настоящая революция в сфере обмена информацией: появились телеграф, телефон, радио, телевидение. В последние годы бурно развивается мобильная связь и компьютерные коммуникации. Несмотря на все многообразие средств передачи информации сам процесс описывается общей схемой:

Если информация не может передаваться в своем исходном виде, на передающей стороне осуществляется ее преобразование - кодирование, а на приемной стороне - декодирование.



Сам процесс передачи информации осуществляется с помощью сигналов (механических, звуковых, тепловых, электрических, оптических и т.д.) через канал связи. Важнейшая характеристика канала связи - пропускная способность. Она определяет максимальное количество информации, которое может быть передано в единицу времени.

Количество информации, передаваемое за единицу времени, называют скоростью передачи информации (или скоростью информационного потока). Существуют две параллельные шкалы измерения скорости передачи информации: байт/с, килобайт/с, мегабайт/с или бит/с, килобит/с, мегабит/с, что часто создает путаницу. Кроме того, величина в 1 бит/с имеет другое название - бод, а это значит, что Вы можете встретиться с обозначениями килобод, мегабод и т.д.

Билет 6. Понятие алгоритма. Исполнитель алгоритма. Система команд исполнителя (на примере учебного исполнителя). Свойства алгоритма. Способы записи алгоритмов; блок-схемы

Алгоритм - понятная и точная последовательность действий, описывающая процесс преобразования объекта из начального состояния в конечное.

Исполнителем алгоритма может быть как человек (кулинарные рецепты, различные инструкции, алгоритмы математических вычислений), так и техническое устройство. Различные машины (компьютеры, промышленные роботы, современная бытовая техника) являются формальными исполнителями алгоритмов. От формального исполнителя не требуется понимание сущности решаемой задачи, но требуется точное выполнение последовательности команд.

Алгоритм можно записывать различными способами (словесное описание, графическое описание - блок схема, программа на одном из языков программирования и т.д.). Программа - это алгоритм, записанный на языке программирования.

Для создания алгоритма (программы) необходимо знать:

· полный набор исходных данных задачи (начальное состояние объекта);

· цель создания алгоритма (конечное состояние объекта);

· систему команд исполнителя (то есть набор команд, которые исполнитель понимает и может выполнить).

Полученный алгоритм (программа) должен обладать следующим набором свойств:

· дискретность (алгоритм разбит на отдельные шаги - команды);

· однозначность (каждая команда определяет единственно возможное действие исполнителя);

· понятность (все команды алгоритма входят в систему команд исполнителя);

· результативность (исполнитель должен решить задачу за конечное число шагов).

Большая часть алгоритмов обладает также свойством массовости (с помощью одного и того же алгоритма можно решать множество однотипных задач).

Выше отмечалось, что один и тот же алгоритм может быть записан по-разному. Можно записывать алгоритм естественным языком. В таком виде мы используем рецепты, инструкции и т.п. Для записи алгоритмов, предназначенных формальным исполнителям, разработаны специальные языки программирования. Любой алгоритм можно описать графически в виде блок-схемы. Для этого разработана специальная система обозначений:

Таблица

Обозначение	Описание	Примечания
	Начало и конец алгоритма
	Ввод и вывод данных.	Вывод данных иногда обозначают иначе:
	Действие	В вычислительных алгоритмах так обозначают присваивание
	Развилка	Развилка - компонент, необходимый для реализации ветвлений и циклов
	Начало цикла с параметром
	Типовой процесс	В программировании - процедуры или подпрограммы
	Переходы между блоками

Приведем пример описания алгоритма суммирования двух величин в виде блок-схемы:

Билет 7. Основные алгоритмические структуры: следование, ветвление, цикл; изображение на блок-схемах. Разбиение задачи на подзадачи. Вспомогательные алгоритмы

Программист имеет возможность конструировать и использовать нетипичные алгоритмические структуры, однако, в этом нет необходимости. Любой сколь угодно сложный алгоритм может быть разработан на основе трёх типовых структур: следования, ветвления и повторения. При этом структуры могут располагаться последовательно друг за другом или вкладываться друг в друга.

Линейная структура (следование)

Наиболее простой алгоритмической структурой является линейная. В ней все операции выполняются один раз в том порядке, в котором они записаны.

Ветвление

В полном ветвлении предусмотрено два варианта действий исполнителя в зависимости от значения логического выражения (условия). Если условие истинно, то выполняться будет только первая ветвь, иначе только вторая ветвь.

Вторая ветвь может быть пустой. Такая структура называется неполным ветвлением или обходом.

Из нескольких ветвлений можно сконструировать структуру «выбор» (множественное ветвление), которая будет выбирать не из двух, а из большего количества вариантов действий исполнителя, зависящих от нескольких условий. Существенно, что выполняется только одна ветвь - в такой структуре важное значение приобретает порядок следования условий: если выполняются несколько условий, то сработает только одно из них - первое сверху.

Цикл (повторение)

Цикл позволяет организовать многократное повторение одной и той же последовательности команд - она называется телом цикла. В различных видах циклических алгоритмов количество повторений может зависеть от значения логического выражения (условия) или может быть жестко задано в самой структуре. Различают циклы: «до», «пока», циклы со счётчиком. В циклах «до» и «пока» логическое выражение (условие) может предшествовать телу цикла (цикл с предусловием) или завершать цикл (цикл с послеусловием).

Циклы «до» - повторение тела цикла до выполнения условия:



Циклы «пока» - повторение тела цикла пока условие выполняется (истинно):

Циклы со счётчиком (с параметром) - повторение тела цикла заданное число раз:

Вспомогательный алгоритм (подпрограмма, процедура)

Вспомогательный алгоритм представляет собой модуль, к которому можно многократно обращаться из основного алгоритма. Использование вспомогательных алгоритмов может существенно уменьшить размер алгоритма и упростить его разработку. Вспомогательный алгоритм в программировании называют подпрограммой или процедурой.

Метод последовательной детализации задачи состоит в том, что исходная сложная задача разбивается на подзадачи. Каждая из подзадач рассматривается и решается отдельно. Если какие-либо из подзадач сложны, они также разбиваются на подзадачи. Процесс продолжается до тех пор, пока подзадачи не сведутся к элементарным. Решения отдельных подзадач затем собираются в единый алгоритм решения исходной задачи. Метод широко используется, так как позволяет вести разработку общего алгоритма одновременно нескольким программистам, решающим локальные подзадачи. Это необходимое условие быстрой разработки программных продуктов. Кроме того, может оказаться, что разные подзадачи решаются одинаковым способом. В этом случае длина программного кода существенно сокращается за счет процедур.

Билет 8. Величины: константы, переменные, типы величин. Присваивание, ввод и вывод величин. Линейные алгоритмы работы с величинами

Величины

Компьютерная программа всегда так или иначе использует и обрабатывает данные. Данные можно ввести в программу в виде констант, переменных или массивов. Кроме того каждый вид величин разделяется на типы данных (числовые, строковые, логические и т.д.).

Константа - величина, которую компьютер не может изменить в ходе выполнения программы. В Pascal константы чаще всего задаются в явном виде, то есть числовые константы записываются как числа, строковые - как текст.

Переменная - величина, значение которой может меняться в ходе выполнения программы. Переменные задаются с помощью имен. Переменную в программировании можно понимать как ячейку памяти для временного хранения информации.

Массив - совокупность однотипных данных, имеющих общее имя. Массивы позволяют организовать циклы обработки данных в которых параметр цикла указывает на индекс элемента массива. Их классифицируют по типу данных (числовые, строковые, логические) и по размерности (одномерные, двухмерные, трехмерные и т.д.). Каждый элемент массива представляет собой переменную величину. Для указания на элемент массива в программе записывается имя массива и рядом в скобках набор индексов (для одномерных-1 индекс; для двухмерных -2 (строка, столбец) и т.д.), например A(17) - 17й по счету элемент одномерного массива А. Значение, хранящееся в нем, не связано с его номером.

Приведем пример использования величин в программе (Pascal):

Оператор присваивания

Имя переменной: = выражение

Присваивает переменной, имя которой находится слева от знака := (знак присваивания) значение выражения находящегося справа. Старое значение переменной при этом теряется. Например: A = A + 1

Берется значение переменной А, к нему добавляется единица, полученное значение записывается обратно в переменную А

Операторы ввода данных

Read (список переменных через запятую) - служит для ввода данных с клавиатуры, например: Read (a, b, c)

Когда в программе встречается такой оператор, компьютер приостанавливает выполнение программы и ждет ввода данных. Данные вводятся с клавиатуры пользователем программы. Их количество и тип должны соответствовать списку переменных!

Операторы вывода данных

Write (список вывода) - служит для вывода текстовых и числовых данных на экран. Список для вывода может включать в себя константы, переменные и выражения. Константы выводятся без изменений, вместо переменных и выражений печатаются их текущие значения.

Пример линейного алгоритма обработки величин:

Program Summa;

Var a, b, S: real;

Begin

Write(`введите 2 числа' , a, b);

Readln (a, b);

S:=a+b;

Writeln(`S=', S)

End.

Билет 10. Представление о программировании: язык программирования (на примере одного из языков высокого уровня); примеры несложных программ с линейной, ветвящейся и циклической структурой

Язык программирования - набор правил записи алгоритмических структур и данных.

Вся информация в компьютере, в том числе и компьютерные программы, представляется в двоичной форме, т.е. в виде последовательности нулей и единиц. На заре компьютерной эры программисты вынуждены были составлять программы именно в таком виде. Такой способ программирования позволяет создать программу, состоящую непосредственно из команд процессора (язык машинных команд). Написание и отладка такой программы всегда были чрезвычайно сложным и трудоёмким занятием. Для облегчения труда программистов были разработаны так называемые ассемблеры - языки, которые позволяли записывать машинные команды с помощью команд, состоящих из символов обычного алфавита. Языки машинных команд и ассемблеры относятся к языкам низкого уровня.

В 60 - 70-е годы прошлого века стали появляться языки высокого уровня - формальные языки, позволяющие записывать алгоритмы в привычном для человека виде. Такие языки строились на основе использования определённого набора символов - алфавита и строгих правил построения команд - синтаксиса. Широкое распространение получили процедурные языки высоко уровня. Самые известные процедурные языки - Basic и Pascal. Они развивались длительное время, и последние версии этих языков используются и сейчас (Qbasic, TurboPascal). В них широко используются команды (операторы), реализующие типовые алгоритмические структуры. Для ввода и редактирования такой программы используется подобие текстового редактора. Для исполнения такой программы компьютер с помощью специальной программы - транслятора (компилятора или интерпретатора) осуществляет перевод программы с языка высокого уровня в язык машинных команд, при этом компьютер должен проверять программу на наличие ошибок и сообщать о них программисту. Таким образом, для создания компьютерной программы нужны другие компьютерные программы!

Система программирования - набор программ, необходимых для ввода, редактирования, отладки и исполнения программы, записанной с помощью одного из языков программирования.

В настоящее время наибольшей популярностью пользуются системы объектно-ориентированного программирования (Visual Basic, Delphi). Разработка программы с помощью такой системы программирования состоит из двух этапов:

· создание в визуальном режиме элементов графического интерфейса программы;

· разработка программного кода.

Такой подход существенно облегчает создание программ, так как разработка графического интерфейса вручную (в процедурных языках) практически невозможна.

Приведем примеры программ реализующих типовые алгоритмические структуры:

ВЗЯТЬ ПРИМЕРЫ ИЗ КЛАССНЫХ РАБОТ:

ЛИНЕЙНАЯ

ВЕТВЛЕНИЕ

ЦИКЛ

Билет 11. Основные компоненты компьютера, их функциональное назначение и принципы работы. Программный принцип работы компьютера

Программный принцип работы компьютера.

Компьютер представляет собой аппаратно-программную систему. Это означает, что устройства, составляющие компьютер, функционируют в непрерывном взаимодействии с программами. Комплекс программ называемый операционной системой управляет всеми процессами внутри системы (в том числе работой устройств) и обеспечивает диалог с пользователем.

Основные компоненты компьютера, их функциональное назначение и принципы работы.

Устройства ПК можно разделить на устройства для обмена информацией, устройства для хранения информации и устройства для её обработки. Кроме этого необходимо организовать передачу данных внутри компьютерной системы и согласование работы устройств друг с другом. Рассмотрим функциональную схему ПК:

Центральный процессор

Основным устройством обработки информации в ПК является центральный процессор (кроме него в состав ПК могут входить различные сопроцессоры, а сам ЦП может быть многоядерным, т.е. может состоять из нескольких процессоров, объединенных в одном корпусе). Современные процессоры представляют собой большие интегральные схемы (БИС). БИС является «большой» не по размеру, а по количеству элементов (десятки миллионов).

Внутренняя память

Для хранения информации в компьютере служит память. Память можно разделить на внутреннюю и внешнюю. Внутренняя память современных ПК - БИС.

Часть внутренней памяти хранит информацию постоянно. Для этого служат микросхемы ПЗУ (Постоянное Запоминающее Устройство). В ПЗУ хранится информация, необходимая для загрузки компьютера. Если есть необходимость изменять эти данные, то используются микросхемы ППЗУ (Перепрограммируемое Постоянное Запоминающее Устройство). Часто пользователь ПК даже не знает о существовании этих видов внутренней памяти; никогда не зажимал клавишу Del перед загрузкой операционной системы и не заходил в настройки BIOS (Basic Input Output System - Базовой системы ввода-вывода).

Следующая часть внутренней памяти - микросхемы ОЗУ (Оперативное Запоминающее Устройство). ОЗУ устроено так, что может хранить информацию, только когда компьютер включен. После выключения всё содержимое ОЗУ стирается. Именно с этой частью внутренней памяти пользователи знакомы лучше всего, так как в неё при каждом сеансе работы с ПК помещаются обрабатываемые данные и обрабатывающие их программы.

В ПК обычно есть несколько видов ОЗУ:

1. ОЗУ общего назначения (для временного хранения программ и данных);

2. Видео ОЗУ (используется для хранения данных о изображении, которое пользователь видит на экране дисплея);

3. КЭШ - память (быстродействующее ОЗУ; размещается обычно в самом процессоре. Служит для ускорения работы системы).

Внешняя память. (К билету 9)

Внешняя память ПК - различные носители информации ( магнитные, оптические диски и др.).

Для использования в ПК, информация с носителя должна быть перенесена в оперативную память (ОЗУ), а для долговременного хранения информация из ОЗУ записывается на носитель. Для чтения и записи дисков используют специальные устройства - дисководы.

Параметры дисководов и соответствующих им дисков приведены ниже (качественные характеристики дисководов и носителей постоянно улучшаются, поэтому данные таблицы могут быть уже устаревшими).

Таблица

Дисковод	Носитель	Принцип хранения информации	Типичная ёмкость носителя	Сменяемость носителя	Скорость чтения данных	Запись данных на носитель	Средний срок надёжного хранения данных
FDD	Дискета	Магнитный	1,44 Мб	сменяемый	50 Кб/с	многократная	1 год
HDD	Жёсткий диск	Магнитный	40 - 200 Гб	несменяемый	до 133 Мб/с	многократная	5-10 лет
CD - ROM	CD, CD-R, CD-RW	Оптический	650 - 700 Мб	сменяемый	до 7,8 Мб/с	невозможна	десятки лет
DVD - ROM	DVD, DVD-R, DVD-RW	Оптический	4,7 Гб	сменяемый	до 21 Мб/с	невозможна	десятки лет
CD - RW	CD, CD-R, CD-RW	Оптический	650 - 700 Мб	сменяемый	до 7,8 Мб/с	невозможна на CD, один раз на болванку CD-R, многократно на CD-RW	десятки лет
DVD - RW	DVD, DVD-R, DVD-RW	Оптический	4,7 Гб	сменяемый	до 21 Мб/с	невозможна на DVD, один раз на болванку DVD-R, многократно на DVD-RW	десятки лет

В последнее время всё больше распространяется так называемая флэш-память. Она представляет собой микросхемы ППЗУ. Модуль флэш-памяти подключается к компьютеру с помощью разъёмного соединения. Во флэш-памяти нет движущихся механических частей, поэтому они обеспечивают высокую надёжность хранения данных при использовании в мобильных устройствах (портативных компьютерах, цифровых видеокамерах и фотоаппаратах и т.п.).

Устройства ввода и вывода информации.

Для обмена информацией с пользователями, компьютерными сетями или техническими системами служат устройства ввода и вывода информации (УВВ). Ниже в таблице приведен список наиболее типичных УВВ.

Системная шина.

Для обмена данными внутри компьютерной системы используют системную магистраль (шину). Она представляет собой набор металлических проводников (данные передаются электрическими импульсами) и комплект микросхем.

Таблица

Наименование	Категория	Назначение
Клавиатура	Устройство ввода информации	Ввод текстовой информации
Мышь, трекбол	Устройство ввода информации	Ввод графической информации и работа с графическим интерфейсом программ
Сканер	Устройство ввода информации	Преобразование графической информации в компьютерную форму представления
Цифровые фотоаппараты и видеокамеры	Устройство ввода информации	Ввод графической информации
Микрофон	Устройство ввода информации	Ввод звуковой информации
Дисплей (монитор)	Устройство вывода информации	Отображение текстовой и графической информации на экране
Принтер	Устройство вывода информации	Вывод на бумагу текстовой и графической информации
Плоттер	Устройство вывода информации	Вывод на бумагу широкоформатных изображений
Акустические колонки	Устройство вывода информации	Вывод звуковой информации

Контроллеры (адаптеры) внешних устройств.

Для согласования работы различных устройств системы используются контроллеры. Все устройства ПК, кроме процессора и внутренней памяти, подключаются к системной магистрали с их помощью (поэтому их называют внешними или периферийными устройствами). Для подключения периферийных устройств могут использоваться как специальные модули так и встроенные в материнскую плату порты ввода - вывода. На рисунке изображена видеокарта - модуль через который обычно осуществляется подключение монитора.

Магистрально-модульный принцип построения компьютера.

В основу большинства настольных ПК положен магистрально-модульный принцип построения. Основу такого компьютера составляет системная (материнская) плата:

На ней размещаются системная магистраль и имеются разъёмные соединения для установки процессора, внутренней памяти и контроллеров внешних устройств (слоты). Это дает пользователю возможность самому комплектовать компьютер, при необходимости модернизировать или ремонтировать путём замены модулей. На рисунке ниже показан фрагмент материнской платы с установленными модулями оперативной памяти.

Системная плата вместе с подключенными к ней модулями размещается в системном блоке. В нём же находятся дисководы и блок питания. С тыльной стороны системного блока находятся разъёмные соединения для подключения электрического питания, внешних устройств и сети.

Билет 12. Программное обеспечение компьютера, состав и структура. Назначение операционной системы. Командное взаимодействие пользователя с компьютером. Графический пользовательский интерфейс

Компьютерная программа представляет собой последовательность команд для процессора, хранящихся во внешней памяти. После запуска программы она загружается в оперативную память, затем процессор начинает считывать и исполнять команды. Необходимые для исполнения команд данные загружаются из внешней памяти в оперативную и процессор обрабатывает их. Полученные результаты снова помещаются в оперативную память. В процессе выполнения программы процессор может запрашивать данные с устройств ввода информации (так организуется диалог с пользователем) или пересылать результаты на устройства вывода информации.

Всё, что делает компьютер, выполняется под управлением компьютерных программ. Собранный на заводе компьютер ничего не умеет. Чтобы сделать компьютер «умным», нужно заложить в него информацию - программы и данные. Составление компьютерных программ - сложный и трудоёмкий процесс. Им занимаются программисты, а пользователи должны уметь устанавливать и запускать уже готовые программы. Совокупность программ, которые установлены на компьютере (или те программы, которые можно на него установить), называют его программным обеспечением (ПО). Выделяют три вида ПО:

· Системное ПО необходимо для правильного функционирования компьютерной системы, обеспечения связи с пользователем и периферийным оборудованием, обслуживания компьютера, тестирования и диагностики неисправностей и т.д. Основой системного ПО является операционная система. К системным программам относят драйверы (программы для подключения внешних устройств), утилиты (программы для обслуживания), антивирусные программы (защита от вирусов, вредоносных программ, фильтрация информации) и т.д.

· Прикладное ПО (приложения) дает возможность пользователю работать с информацией различных видов. Каждый пользователь нуждается в приложениях общего назначения (текстовые и графические редакторы, электронные таблицы, системы управления базами данных, коммуникационные программы и др.). Для использования в различных видах профессиональной деятельности могут быть использованы приложения специального назначения (бухгалтерские программы, системы автоматизированного проектирования и др.). Многие пользователи знакомы с обучающими программами, мультимедиа-приложениями (энциклопедии, справочники и т.д.), а начинается знакомство с компьютером обычно с компьютерных игр.

· Системы программирования - инструменты для программистов. Они представляют собой набор программ, с помощью которых можно создать другие программы. Каждая система программирования базируется на одном из языков программирования. (С другой точки зрения, системы программирования не являются отдельным классом ПО, а только одним из видов приложений специального назначения.)

Установка и дальнейшее использование любой компьютерной программы возможна при соблюдении следующих условий. Во-первых, совместимость программы с процессором и операционной системой. Во вторых, соблюдение требований, предъявляемых программой к системе (процессор не хуже..., ОЗУ не меньше..., операционная система не ниже... и т.д.). Процесс установки программного обеспечения на компьютер называют инсталляцией.

Назначение ОС. Виды ОС.

Итак, компьютерная система состоит из большого количества устройств, а также компьютерных программ и данных, которые хранятся во внешней памяти в виде файлов. Все компоненты системы должны правильно взаимодействовать друг с другом и с пользователем. Взаимодействие между компонентами компьютерной системы называют интерфейсом. Различают аппаратный интерфейс (взаимодействие между устройствами), который обеспечивается производителями аппаратных средств, аппаратно-программный интерфейс (взаимодействие между устройствами и программами), программный интерфейс (взаимодействие между различными программами) и интерфейс пользователя (взаимодействие компьютера с пользователем). Аппаратно-программный, программный интерфейс и интерфейс пользователя обеспечивается компьютерной программой - операционной системой (ОС). Без ОС работа персонального компьютера невозможна. ОС хранится на одном из разделов жесткого диска компьютера (его называют системным). Сразу после включения компьютера производится загрузка ОС в оперативную память. По окончанию загрузки компьютер готов к диалогу с пользователем.

Современные ОС поддерживают диалог с человеком посредством графического интерфейса пользователя. Совсем недавно широко использовались операционные системы без такого интерфейса (MS-DOS, TR-DOS, RT11 и др.). Для работы с ними приходилось вводить команды вручную или использовать дополнительные программы-оболочки операционных систем. Сейчас в России и в мире наибольшее распространение получили ОС семейства Microsoft Windows. ОС этого семейства отличаются удобным графическим интерфейсом и большим количеством разнообразных приложений. В то же время, эти ОС имеют невысокую надёжность работы: склонны к "зависанию", периодическому возникновению ошибок, для них же написано большинство вирусов. (Последние разработки Microsoft - ОС Windows XP, и Windows 7 несколько надёжнее предыдущих версий). Кроме ОС семейства Microsoft Windows в настоящее время используются ОС Linux (особенно часто - для обеспечения устойчивой работы серверов компьютерных сетей; в последнее время активно внедряется в государственные учреждения и учебные заведения, так как является свободно распространяемым программным продуктом.) и другие.

Графический интерфейс Windows.

Для работы с графическим интерфейсом используется "мышь" (или другое координатное устройство ввода). При этом пользователь должен уметь производить:

· щелчок левой кнопкой - однократное нажатие и отпускание основной кнопки мыши- выбрать объект;

· щелчок правой кнопкой - однократное нажатие и отпускание дополнительной кнопки мыши - вызов контекстного меню;

· двойной щелчок - два быстрых нажатия основной кнопки мыши - открыть;

· перетаскивание - нажатие основной или дополнительной кнопки мыши и перемещение объекта с нажатой кнопкой.

Рабочий стол и панель задач.

После загрузки ОС Windows, на экране появляется - Рабочий стол и панель задач.

Большая часть экрана - Рабочий стол. На нём можно увидеть значки (они обозначают различные объекты - устройства, приложения, файлы или папки) и ярлыки (они служат для быстрого доступа к объектам, находящимся не на рабочем столе). Ярлыки внешне отличаются от значков наличием маленькой стрелочки в нижнем левом углу. Часть значков появляются на рабочем столе после установки ОС. В зависимости от версии ОС набор этих значков может быть различным (Мой компьютер, Мои документы, Сетевое окружение, Корзина и др.). Остальные значки и ярлыки размещает на рабочем столе пользователь.

В нижней части располагается Панель задач, на которой находятся кнопка Пуск, кнопки выполняемых задач, индикаторы и часы. Кнопка Пуск открывает Главное меню, дающее доступ к основным ресурсам системы.

Windows - многозадачная система, то есть параллельно могут выполняться несколько задач. Каждое запущенное приложение или открытая папка обозначается кнопкой в панели задач (на рисунке - кнопка Microsoft FrontPage). Индикаторы показывают текущий режим работы системы. Например, индикатор Ru показывает, что включена русская раскладка клавиатуры.

Для удобства пользователя каждому типу файлов поставлена в соответствие пиктограмма по внешнему виду которой можно догадаться о содержимом файла и понять с помощью какой программы его можно открыть.

С файлами и папками с помощью графического интерфейса и контекстных меню пользователь может легко выполнять операции копирования, перемещения, удаления и переименования файлов. Файлы и папки легко создаются с помощью контекстного меню. Для поиска файлов или папок в кнопке Пуск предусмотрен специальный режим. Открыть файл можно как из приложения, так и непосредственно из ОС (в последнем случае, нужное приложение стартует автоматически или, если файл нестандартного формата, то система предлагает перечень программ, с помощью которых можно попытаться открыть данный файл)

Меню.

Меню представляет собой перечень объектов, из которых пользователь может сделать выбор и тем самым активизировать тот или иной объект (например, выполнить команду). Каждый объект в Windows связан со своим меню, которое вызывается щелчком правой кнопки мыши и позволяет выполнять с этим объектом допустимые операции. Такие меню называют контекстными. Щёлкните правой кнопкой мыши по любому объекту - появится его контекстное меню. В окнах приложений также содержатся меню команд, которые пользователь может применять, работая с приложением. Объекты меню могут быть представлены в текстовом или графическом виде. В последнем случае меню представляет собой кнопки, изображенные на экране дисплея и снабженные рисунками, поясняющими их назначение - пиктограммами. Окно приложения изображенное выше, снабжено как текстовым, так и графическим меню.

...