Принцип информационной достаточности

Основы математического моделирования. Алгоритмизация и программирование. Классификация программных средств: программное обеспечение (ПО); системное ПО; прикладное ПО.

I = log2 N

Оглавление

Московский государственный университет

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Федеральное агентство по образованию

Министерство образования и науки РФ

Методы численного интегрирования

1. Метод прямоугольников (формула прямоугольников), применяемый для приближённого вычисления определённых интегралов.

Метод прямоугольников заключается в том, что график подынтегральной функции заменяется горизонтальными ступеньками. Далее интеграл вычисляется как сумма площадей прямоугольников, образованных этими ступеньками.

2. Метод трапеций (формула трапеций), применяемый для приближённого вычисления определённых интегралов.

Метод трапеций заключается в том, что график подынтегральной функции заменяется отрезками наклонных линий. Далее интеграл вычисляется как сумма площадей трапеций, образованных этими отрезками.

3. Метод Симпсона (формула парабол), применяемый для приближённого вычисления определённых интегралов.

Метод Симпсона заключается в том, что график подынтегральной функции заменяется участками парабол. Далее интеграл вычисляется как сумма площадей фигур, образованных этими параболами.

приборостроения и информатики»

«Утверждаю»

Заведующий кафедрой ИТ-2 МГУПИ

______________/проф. В.В.Зуев/

«_______»_______________2007 г.

Лекции по дисциплине

«Информатика»

(шифр дисциплины)1240

Составлены для 1 курса (1 семестр)

факультета «Технологическая информатика»

Подготовлены ст.преподавателем Кондрашевой С.В.

Москва 2007 г.

Лекции включают краткое описание теоретических вопросов программирования на языке Турбо-Паскаль версия 7.0.

Целью курса является ознакомление студентов с теоретическими и практическими знаниями по информатики и информационным технология, дать им современный взгляд на существующие информационные системы и технологии, развить у студентов навыки алгоритмического мышления, научить их составлять программы на языке программирования Турбо-Паскаль 7.0.

Студент должен знать:

Понятие и виды информации, системы счисления; правила перехода из системы в систему логические операции, приоритет арифметически-логических операций; основные правила и приемы программирования на языке Турбо-Паскаль версия 7.0.

Студент должны уметь:

Решать задачи с системой счисления, с логическими операциями, программировать на языке Турбо-Паскаль.

Лекции составлены в соответствии с Государственным образовательным стандартам высшего профессионального образования (факультет ТИ) по этой дисциплине.

Лекция 1- 7

Предмет информатики. Основные составные части персонального компьютера. Понятие и представление информации. Принципы организации порядковых систем счисления. 7

Понятие информатика- 7

Понятие информации- 7

Представление данных в ПЭВМ-- 9

Представление информации в компьютере- 10

Принципы организации порядковых систем счисления- 11

Позиционные и непозиционные- 11

Правила перехода из системы в систему- 13

Алгоритм перевода целых чисел из системы с основанием р в систему с основанием q: 13

Алгоритм перевода целого числа из десятичной системы счисления в систему счисления с произвольным основанием (р) 13

Алгоритм перевода целого числа из системы счисления с произвольным основанием (р) в десятичную систему счисления 14

Перевод дробных чисел из одной системы счисления в другую-- 15

Алгоритм перевода правильной дроби с основанием р в дробь с основанием q- 15

Алгоритм перевода числа, заданного в виде правильной дроби из десятичной системы счисления в систему счисления с основание р. 15

Алгоритм перевода произвольных чисел- 16

Перевод чисел из системы счисления с основанием 2 в систему счисления с основанием 2^п и обратно- 16

Алгоритм перевода целых чисел- 16

Алгоритм перевода дробных чисел- 17

Алгоритм перевода произвольных чисел- 18

Лекция 2- 19

Арифметические и логические операции. Приоритет операций. 19

Логические основы. 19

Основы логики- 19

Обозначения для логических связок (операций): 19

Логические операции- 20

Логические операции и таблицы истинности- 21

Порядок выполнения логических операций в сложном логическом выражении- 22

Построение таблиц истинности для сложных выражений- 22

СКНФ и СДНФ-- 23

Название- 23

Соответствует определению-- 23

Не соответствует определению-- 23

Алгоритмы получения формулы по таблице истинности СДНФ и СКНФ-- 24

Правила упрощения логических структур- 25

Арифметические и логические операции языка Турбо-Паскаль- 26

Приоритет арифметико-логических операций- 27

Лекция 3- 28

Основные составные части ПК. Файлы и файловые системы ЭВМ. Операционные системы. 28

Поколения ЭВМ-- 28

Структура ПК-- 30

Достоинствами ПК-- 30

Основные характеристики ПК-- 30

Устройство ПК-- 31

Основные устройства системного блока- 32

Типы процессоров- 33

Внешняя (долговременная) память- 34

Внешние устройства (устройства для ввода-вывода информации) 34

Файлы и файловые системы-- 38

Файл- 38

Имя файла- 38

Файловая система- 38

Файловая структура- 38

Типы файлов- 38

Операционная система (ОС) 40

Лекция 4- 41

Основные понятия моделирования- 41

Основные виды моделей и их свойства- 41

1.Основные виды моделей- 41

2.Основные свойства моделей- 42

Цели, принципы и технология моделирования- 42

1.Цели моделирования- 42

2.Основные принципы моделирования- 42

3.Технология моделирования- 43

4.Основные методы решения задач моделирования- 43

5.Контроль правильности модели- 45

Задачи моделирования- 45

1.Постановка задачи моделирования- 45

2.Концептуальная формулировка задачи- 46

3.Построение математической модели- 46

4.Выбор метода решения- 46

5.Программная реализация модели на ЭВМ-- 46

6.Проверка адекватности модели- 46

7.Анализ результатов моделирования- 47

Алгоритмизация и программирование- 48

Понятие алгоритма- 48

Свойства алгоритма- 48

Формы записи алгоритмов- 48

Типы алгоритмов- 49

Методология решения задач с помощью ЭВМ-- 49

Классификация программных средств- 50

Лекция 5- 51

Данные в языке Turbo-Pascal 7.0. Стандартные функции языка Turbo-Pascal. Структура программы на языке Турбо Паскаль. Операторы Turbo-Pascal. Программирование линейных алгоритмов. 51

Достоинствами языка Паскаль являются: 51

Алфавит языка- 52

Данные – это простейшие объекты программной обработки. 53

Характеристики основных типов данных- 53

Арифметические целые- 53

Стандартные функции языка Турбо-Паскаль- 54

Нестандартные функции- 56

Структура программы на языке Турбо Паскаль- 56

Оператор перехода GOTO <метки>- 58

Оператор присваивания имеет следующую структуру: 58

Стандарты ввода – вывода данных- 59

Составной оператор- 60

Программирование линейных алгоритмов- 60

Лекция 6- 61

Процедуры и функции. Условные структуры. 61

Функции Function- 61

Рассмотрим раздел FUNCTION на примере вычисления значения функции: 61

Глобальные и локальные переменные, формальные и фактические переменные и параметры в функциях и процедурах в языке Pascal 61

Процедуры Procedure- 63

Условные операторы-- 64

Оператор ‘IF-THEN’ 64

Оператор ‘IF-THEN-ELSE’ 65

Тройное ветвление- 65

Алгоритм поиска min и max и его программная реализация- 66

Оператор варианта ‘CASE…OF’ 67

Лекция 7- 69

Циклические структуры. Вложенные циклы. Рекурсивные функции. Операторы прерывания. 69

Определенные циклы ‘FOR…DO…’ 69

Первая форма записи оператора FOR с последовательным увеличением счетчика. 70

Вторая форма записи оператора FOR c уменьшением счетчика: 70

Циклы с постусловием ‘REPEAT…UNTIL…’ 71

Циклы с предусловием ‘WHILE…DO…’ 72

Вложенные циклы-- 74

Рекурсивные функции- 74

Операторы прерывания- 75

Операторы Break и Continue- 75

Лекция 8- 76

Обработка одномерных и двумерных массивов- 76

Понятие и описание массива- 76

Примеры одномерного, двухмерного, трехмерного массивов- 76

Способы ввода одномерных массивов: 77

Печать массива- 80

Локальная обработка массива- 80

Глобальная обработка массива- 81

ИНВЕРСИЯ-- 81

ЦИКЛИЧЕСКИЙ СДВИГ- 82

Вычисление среднее арифметическое, среднее геометрическое, среднее квадратичное среднее гармоническое- 83

Сортировка массива- 84

Сортировка одномерного массива методом пузырька- 84

Пример. Сортировка обменом по возрастанию массива a из n целых чисел. 86

Литература-- 89

Основная литература- 89

Дополнительная литература- 89

Лекция 1

Предмет информатики. Основные составные части персонального компьютера. Понятие и представление информации. Принципы организации порядковых систем счисления.

Базовой дисциплиной для изучения информационного цикла и формирование будущего специалиста является дисциплина «Информатика», которая является базовой на 1 курсе нашего университета. Образовательные стандарты по этой дисциплине предусматривает изучение языка программирования Турбо-Паскаль и операционных систем и прикладных программ. Специфика этой дисциплины состоит в том, что ее содержание постоянно меняется каждые 2-3 года, т.к. обновляется техническая база и программное обеспечение.

Понятие информатика

- это совокупность, дисциплин, изучающих свойства информации, а также способы представления, накопления, обработки и передачи информации с помощью технических средств.

Курс «информатики» в 1-ом семестре будет включать в себя основные направления: Понятие и виды информации, системы счисления; логические операции; основные правила и приемы программирования на языке программирования Турбо-Паскаль версия 7.0.

Подчеркивается, что компьютер является средством, позволяющим реализовать новые информационные технологии, качественно отличающиеся от прежних уровнем автоматизации и интеллектуализации информационных процессов.

Понятие информации

Информация (лат.слово information в переводе означает сведение, разъяснение, ознакомление). Понятие информация имеет общенаучное понятие и используется в различных науках, информатике, физике, математике и т.д., при этом в каждой науке понятие информация связана с различными системами понятий.

Классификация информации:

v По способам восприятия - Визуальная, Аудиальная, Тактильная, Обонятельная, вкусовая;

v По формам представления –Текстовая, Числовая, Графическая, Музыкальная, Комбинированная и тд.

v По общественному значению: Массовая - обыденная, общественно-политическая, эстетическая.

v Специальная - научная, техническая, управленческая, производственная.

v Личная – наши знания, умения, интуиция.

Информация храниться, передается и обрабатывается в символьной (знаковой) форме. Одна и та же информация может быть представлена в различной форме:1) Знаковой письменной, состоящей из различных знаков среди которых выделяют символьную в виде текста, чисел, спец. символов; графическую; табличную и тд.; 2) В виде жестов или сигналов; 3)В устной словесной форме (разговор)

Представление информации осуществляется с помощью языков, как знаковых систем, которые строятся на основе определенного алфавита и имеют правила для выполнения операций над знаками.

Язык– определенная знаковая система представления информации. Существуют:

Естественные языки– разговорные языки в устной и письменной форме. В некоторых случаях разговорную речь могут заменить язык мимики и жестов, язык специальных знаков (например, дорожных);

Формальные языки – специальные языки для различных областей человеческой деятельности, которые характеризуются жестко зафиксированным алфавитом, более строгими правилами грамматики и синтаксиса. Это язык музыки (ноты), язык математики (цифры, математические знаки), системы счисления, языки программирования и т.д.

Носители информации– среда или физическое тело для передачи, хранения и воспроизведения информации. (Это электрические, световые, тепловые, звуковые, радио сигналы, магнитные и лазерные диски, печатные издания, фотографии и тд.)

Информационные процессы - это процессы, связанные с получением, хранением, обработкой и передачей информации (т.е. действия, выполняемые с информацией). Т.е. это процессы, в ходе которых изменяется содержание информации или форма её.

В информатике используются различные подходы к измерению информации:

Содержательный подход к измерению информации. Сообщение – информативный поток, который в процессе передачи информации поступает к приемнику. Сообщение несет информацию для человека, если содержащиеся в нем сведения являются для него новыми и понятными Информация - знания человека ? сообщение должно быть информативно. Если сообщение не информативно, то количество информации с точки зрения человека = 0. (Пример: вузовский учебник по высшей математике содержит знания, но они не доступны 1-класснику)

Алфавитный подход к измерению информации не связывает количество информации с содержанием сообщения. Алфавитный подход - объективный подход к измерению информации. Он удобен при использовании технических средств работы с информацией, т.к. не зависит от содержания сообщения. Кол-во информации зависит от объема текста и мощности алфавита. Ограничений на max мощность алфавита нет, но есть достаточный алфавит мощностью 256 символов. Этот алфавит используется для представления текстов в компьютере. Поскольку 256=28, то 1символ несет в тексте 8 бит информации.

Вероятностный подход к измерению информации. Все события происходят с различной вероятностью, но зависимость между вероятностью событий и количеством информации, полученной при совершении того или иного события можно выразить формулой которую в 1948 году предложил Шеннон.

Количество информации - это мера уменьшения неопределенности.

1БИТ – такое кол-во информации, которое содержит сообщение, уменьшающее неопределенность знаний в два раза. БИТ- это наименьшая единица измерения информации

Единицы измерения информации: 1байт = 8 бит.

Формула Шеннона

I - количество информации

N – количество возможных событий

p_i – вероятности отдельных событий

Количество информации достигает max значения, если события равновероятны, поэтому количество информации можно расcчитать по формуле

Представление данных в ПЭВМ

· Компьютерное кодирование чисел;

· Компьютерное кодирование текста;

· Компьютерное кодирование графики;

· Компьютерное кодирование звука;

Представление информации в компьютере

Ø Числовая форма.

Как говорилось выше, компьютер может обрабатывать только информацию, представленную в числовой форме. Вся другая информация (звуки, изображения, показания приборов и т.д.) для обработки на компьютере должна быть преобразована в числовую форму. Например, чтобы перевести в цифровую форму звук, можно через небольшие промежутки времени измерять интенсивность звука, представляя результаты каждого измерения в числовой форме. C помощью программ для компьютера можно выполнить преобразования полученной информации, например «наложить» друг на друга звуки от разных источников. После этого результат выгодно преобразовать обратно в звуковую форму.

Ø Кодировки символов.

Для обработки на компьютере текстовой информации обычно при вводе в компьютер каждая буква кодируется определенным числом, a при выводе на внешние устройства (экран или печать) для восприятия человеком по этим числам строятся соответствующие изображения букв. Соответствие между набором букв и числами называется кодировкой символов. В таблице ASCII кодов осуществляется преобразование текста программы.

Для кодировки используется код ASCII (American. Standard Code for Information Interchange — американский стандартный код для обмена информацией). ASCII—коды символов неотрицательны и не превосходят 255. Поэтому битовое представление каждого кодируемого символа не ведет за пределы 8 бит (т.е. 1 байта)

Структура таблицы ASCII-кодов:

Первую ее половину составляют символы с кодами от 0 до 127. При этом коды от 0 до 32 к служебным кодам (являются непечатными). Если эти коды используются в символьном тексте программы, они считаются пробелами. При использовании их в операциях ввода—вывода они могут иметь следующее самостоятельное значение. Символы с кодами 65…90 и 97..124 – большие и маленькие латинские символы, а 48..57 цифры. Все остальное место в таблице занимают различные специальные символы.

Вторая половина таблицы с кодами 128-255 отведена под символы, которые учитывают конкретику страны-пользователя компьютерной техники, т.е. конкретную операционную систему. В конце любого учебника по Турбо-Паскалю приведена таблица ASCII-кодов.

Пример: При вводе на экран символа с кодом 74 изображается буква J и наоборот.

Ø Двоичная система счисления.

Как правило, все числа внутри компьютера представляются c помощью нулей и единиц, a не десяти цифр, как это привычно для людей. Иными словами, компьютеры обычно работают в двоичной системе счисления, поскольку при этом их устpойство получается значительно более простым. Ввод чисел в компьютеp и вывод их для чтения человеком может осуществляться в привычной для людей десятичной форме - все необходимые преобразования могут выполнить программы, работающие на компьютере. Более подробно рассмотрим во 2-ой лекции.

Единицей информации в компьютере является один бит, т.е. двоичный разряд, который может принимать значение 0 или 1. Как правило, команды компьютеров работают не c отдельными битами, а c восемью битами сразу. Восемь последовательных битов составляют байты. B одном байте можно закодировать значение одного символа из 256 возможных (256 = ).

1 байт = 8 бит

Более крупными единицами информации являются

1 Кб(Килобайт)= 1024 б (1024= )

1 Мб (Мегабайт)= 1024 Кб= б = б

1 Гб (Гигабайт)= б =

1 Тб (Терабайт)= б=

1 Пб(Петабайт)= 1024 Тб= 1024*1024 Гб= 109951162775 Кб=

1 Эб(Эксабайт) = 1024 Пб= - больше миллиарда Гб.

Всего человечество накопило информации более 12 Эксабайт.

Для ориентировки на странице текста помещаются в среднем 2500 знаком, то 1 Мб – это примерно 400 страниц, а 1 Гб – 400 тысяч страниц.

Принципы организации порядковых систем счисления

Системой счисления называется совокупность цифровых знаков и правил их записи, применяемая для однозначного представления чисел.

Позиционные и непозиционные

Системы счисления подразделяются: позиционные и непозиционные.

Непозиционными называются такие системы, в которых неограниченное количество цифр, причем значение каждой цифры не зависит от её позиции в числе. Примером непозиционной является римская система счисления.

Пример: В римской системе используются латинские буквы

I V X L C D M

1 5 10 50 100 500 1000

Запись идет слева направо в порядке убывания. В таком случае из значения складываются, но если, же слева записана меньшая цифра, а справа – большая, то из значения вычитаются.

Пример: CCXXXXII=232

Непозиционные системы используются довольно редко, а в вычислительной техники практически совсем не используются, т.к. не удобны.

Позиционные называются такие системы, в которых применяется ограниченный набор цифр, причем значение каждой цифры находится в строгой зависимости от её позиции в числе.

Число 222 цифра 2 встречается трижды, но самая правая означает две единицы, вторая справа – два десятка (двадцать) и третья – две сотни (двести).

Так одна и также цифра получает различные числовые значения в зависимости от её места в записи числа. Первая, вторая, третья и т.д. цифры числа, если считать справа налево, называются единицами первого, второго, третьего и т.д. разрядов. Цифрой 0 - нуль обозначают отсутствие единиц соответствующего разряда. Десять единиц какого-нибудь разряда составляют единицу высшего разряда. Поэтому считается, что мы пользуется десятичной системой счисления.

Любое натуральное число можно представить в виде

N = , где - цифры от 0 до 9, причем ≠0.

Каждая система счисления использует конкретный алфавит, с помощью которого она представляет числа в виде определенной совокупности символов, а именно цифр: 0.1,2,3.4,5,6.7.8,9 и букв латинского алфавита A,B,C,D,…,Z.

Самой распространенной системой счисления является двоичная (0,1), шестнадцатеричная (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F),восьмеричная (0,1,2,3,4,5,6,7), десятичная (0,1,2,3,4,5,6,7.8,9).

Двоичная система используется для внутреннего представления чисел в ЭВМ. Шестнадцатеричная используется программистами, т.к. из нее очень легко переводить числа в двоичную систему (компактная запись двоичных чисел).

Количество используемых различных цифр применяемых в данной системе называется ее основанием.

Для записи чисел в позиционной системе счислении с произвольным основанием р нужно иметь алфавит из произвольных цифр. Если р<10 используют р первых арабских цифр, при р> 10 к десяти арабским цифрам добавляют латинские буквы(английский алфавит).

Примеры алфавитов нескольких систем

Р=2 двоичная 0 1

Р=3 троичная 0 1 2

Р=8 восьмеричная 0 1 2 3 4 5 6 7

Р= 16 шестнадцатеричная 0 12 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F

Основание системы записывается как нижний индекс.

Правила перехода из системы в систему

Алгоритм перевода целых чисел из системы с основанием р в систему с основанием q:

· Основание новой системы счисления выразить цифрами исходной системы счисления и все последующие действия производить в исходной системе счисления.

· Последовательно выполнять деление данного числа и получаемых целых частных на основание новой системы счисления до тех пор, пока не получим частное, меньшее делителя.

· Полученные остатки, являющиеся цифрами числа в новой системе счисления, привести в соответствие с алфавитом новой системы счисления.

· Составить число в новой системе счисления, записывая его, начиная с последнего остатка.

Пример. Перевести десятичное число 152₁₀ в восьмеричную систему счисления:

Ответ: 152₁₀=230₈.

Пример. Перевести десятичное число 173₁₀ в шестнадцатеричную систему счисления:

Ответ: 173₁₀=AD₁₆.

Алгоритм перевода целого числа из десятичной системы счисления в систему счисления с произвольным основанием (р)

Для перевода целого числа нужно делить его на произвольное основание (р) до получения целого частного. Полученный остаток, в том числе ноль, будет младшим разрядом числа в новой системе счисления. Полученное частное нужно опять разделить на произвольное основание (р) до получения целого частного и продолжать этот процесс до тех пор, по частное не станет нулем. Полученные остатки будут разрядами числа в новой системе счисления. Число в системе счисления с основанием р получается выписыванием в обратно порядке полученных остатков. Все действия выполняются по правилам десятичной системы счисления.

Пример:

39:2=19 целых и 1 в остатке, значит =1

19:2=9 целых и 1 в остатке, значит =1

9:2=4 целых и 1 в остатке, значит =1

4:2=2 целых и 0 в остатке, значит =0

2:2=1 целых и 0 в остатке, значит =0, результат от деления =1

Ответ:

Алгоритм перевода целого числа из системы счисления с произвольным основанием (р) в десятичную систему счисления

Для перевода из системы счисления с основанием р в десятичную систему счисления нужно представить число в виде многочлена и вычислить значение этого многочлена по правилам арифметики десятичной системы счисления

Пример: Перевести число 100111 из двоичной в десятичную систему счисления:

Удобно вычислять значение многочлена, используя схему Горнера

количество строк = 2³ +2 = 10 (n=3, т.к. на входе три элемента А, В, С)

количество столбцов :1) А

2) В

3) С

4) не Aэ то инверсия А (обозначим Е)

5) B+ C это операция дизъюнкции (обозначим F)

6) D = неA & ( B+C ), т.е. D = E & F это операция конъюнкции

СКНФ и СДНФ

Мы знаем 2 способа задания логических функций: формулой и таблицей истинности. По формуле легко составляется таблица. На практике при конструировании различных электронных устройств часто возникает обратная задача - от таблицы истинности перейти к формуле.

Предварительно введём следующие определения.

Элементарной конъюнкцией называется конъюнкция нескольких переменных, взятых с отрицанием или без отрицания, причём среди переменных могут быть одинаковые.

Элементарной дизъюнкцией называется дизъюнкция нескольких переменных, взятых с отрицанием или без отрицания, причём среди переменных могут быть одинаковые.

Всякую дизъюнкцию элементарных конъюнкций, назовём дизъюнктивной нормальной формой, то есть ДНФ.

Всякую конъюнкцию элементарных дизъюнкций, назовём конъюнктивной нормальной формой, то есть КНФ.

Совершенной ДНФ (СДНФ) называется ДНФ, в которой нет равных элементарных конъюнкций и все они содержат одни и те же переменные, причём каждую переменную только один раз (возможно с отрицанием). Совершенной КНФ (СКНФ) называется КНФ, в которой нет равных элементарных дизъюнкций и все они содержат одни и те же переменные, причём каждую переменную только один раз (возможно с отрицанием).

Например, для переменных X, Y, Z

Алгоритмы получения формулы по таблице истинности СДНФ и СКНФ

2. Отметим те строки таблицы, выходы которых равны

3.Выписываем для каждой отмеченной строки комбинацию переменных через знак

знаки операции отрицания расставим следующим образом:

если переменная = 1, то запишем | если переменная = 0, то запишем саму

саму эту переменную, если же она = 0, | эту переменную, если же она = 1,

то запишем ее отрицание. |тозапишем ее отрицание.

4. Все полученные выражения связываем операцией

Таблица истинности (1) и полученные СДНФ и СКНФ демонстрируют принцип действия одной и той же логической схемы.

Покажем, что полученные СДНФ и СКНФ эквивалентны. Преобразуем СКНФ по правилам алгебры логики:

(X V Y) L (ØX V ØY) = XLØX V XLØY V ØXLY V YLØY

Правила упрощения логических структур

1. Правило тождества А = А

2. Правило непротиворечия А & = 0

3. Правило исключенного третьего A Ú = 1

4. Правило двойного отрицания = А

4. Свойства констант: = 1 = 0

А Ú 0 = А А & 0 = 0

А Ú 1 = 1 А & 1 = 1

5. Правило идемпотентности: А Ú А = А

А & А = A

6. Правило коммутативности: А Ú В = В Ú А

А & В = В & А

7. Правило ассоциативности: А Ú (В Ú С) = (АÚ В) Ú С

А & (В & С) = (А & В) & С

8. Правило дистрибутивности: А Ú (В & С) = (АÚ В) & (А Ú С)

А & (В Ú С) = (А & В) Ú (А& С)

9. Правило поглощения: А Ú (А & В) = А; А & (А Ú В) = А

10. Правило де Моргана: ;

Арифметические и логические операции языка Турбо-Паскаль

Аргумент, над которым производятся некоторые действия, называют операндом.

Приоритет арифметико-логических операций

1. Вычисление функций f(x)

2. Операция изменения знака –

3. Логическая операция отрицание not

4. Арифметическое умножение и деление * /

5. div mod and (Логическая операция умножение)

6. Арифметическо-логическое сложение и вычитание + - or

7. Операции отношения = , > , < , >= , <= , <>

Операции с одинаковым приоритетом выполняются слева направо. Изменять приоритет можно с помощью скобок.

Пример:

3 and 4 or 5+ not (-6) + 2 and 5

При объединении сравнений при помощи логических операций каждое сравнение необходимо взять в скобки

3≤х≤5

(3<=x) and(x<=5)

Лекция 3

Основные составные части ПК. Файлы и файловые системы ЭВМ. Операционные системы.

Поколения ЭВМ

Первое поколение (1945-1954)- компьютеры на электронных лампах (вроде тех, что были в старых телевизорах). В эпоху становления вычислительной техники большинство машин первого поколения были экспериментальными устройствами и строились с целью проверки тех или иных теоретических положений. Вес и размеры этих компьютерных нередко требовали для себя отдельных зданий.

Основоположниками компьютерной науки по праву считаются Клод Шеннон - создатель теории информации, Алан Тьюринг - математик, разработавший теорию программ и алгоритмов, и Джон фон Нейман - автор конструкции вычислительных устройств, которая до сих пор лежит в основе большинства компьютеров. В те же годы возникла еще одна новая наука, связанная с информатикой, - кибернетика, наука об управлении как одном из основных информационных процессов. Основателем кибернетики является американский математик Норберт Винер.

Во втором поколении компьютеров (1955-1964) вместо электронных ламп использовались транзисторы, а в качестве устройств памяти стали применяться магнитные сердечники и магнитные барабаны - далекие предки современных жестких дисков. Все это позволило резко уменьшить габариты и стоимость компьютеров, которые тогда впервые стали строиться на продажу.

Но главные достижения этой эпохи принадлежат к области программ. На втором поколении компьютеров впервые появилось то, что сегодня называется операционной системой. Тогда же были разработаны первые языки высокого уровня - Фортран, Алгол, Кобол. Соответственно расширялась и сфера применения компьютеров. Теперь уже не только ученые могли рассчитывать на доступ к вычислительной технике; компьютеры нашли применение в планировании и управлении, а некоторые крупные фирмы даже компьютезировали свою бухгалтерию.

В третьем поколении ЭВМ (1965-1974) впервые стали использоваться интегральные схемы - целые устройства и узлы из десятков и сотен транзисторов, выполненные на одном кристалле полупроводника (то, что сейчас называют микросхемами). В это же время появляется полупроводниковая память, которая и по всей день используется в персональных компьютерах в качестве оперативной.

В эти годы производство компьютеров приобретает промышленный размах. Пробившаяся в лидеры фирма IBM первой реализовала семейство ЭВМ - серию полностью совместимых друг с другом компьютеров от самых маленьких, размером с небольшой шкаф (меньше тогда еще не делали), до самых мощных и дорогих моделей. Наиболее распространенным в те годы было семейство System/360 фирмы IBM, на основе которого в СССР была разработана серия ЕС ЭВМ.

Еще в начале 60-х появляются первые миникомпьютеры - небольшие маломощные компьютеры, доступные по цене небольшим фирмам или лабораториям. Миникомпьютеры представляли собой первый шаг на пути к персональным компьютерам, пробные образцы которых были выпущены только в середине 70-х годов. Известное семейство миникомпьютеров PDP фирмы Digital Equipment .

Между тем количество элементов и соединений между ними, умещающихся в одной микросхеме, постоянно росло, и в 70-е годы интегральные схемы содержали уже тысячи транзисторов. Это позволило объединить в единственной маленькой детале большинство компонентов компьютера - что и сделала в 1971 г. фирма Intel, выпустив первый микропроцессор, который предназначался для только-только появившихся настольных калькуляторов. В 1969 г. зародилась первая глобальная компьютерная сеть - зародыш того, что мы сейчас называем Интернетом. И в том же 1969 г. одновременно появились операционная система Unix и язык программирования С ("Си"), оказавшие огромное влияние на программный мир. К сожалению, дальше стройная картина смены поколений нарушается. Обычно считается, что период с 1975 по 1985 гг. принадлежит компьютерам четвертого поколения. Однако есть и другое мнение - многие полагают, что достижения этого периода не настолько велики, чтобы считать его равноправным поколением. Сторонники такой точки зрения называют это десятилетие принадлежащим "третьему-с половиной" поколению компьютеров, и только с 1985 г., по их мнению, следует отсчитывать годы жизни собственно четвертого поколения, здравствующего и по сей день. Начиная, с середины 70-х все меньше становится принципиальных новаций в компьютерной науке. Прогресс идет в основном по пути развития того, что уже изобретено и придумано, - прежде всего за счет повышения мощности и миниатюризации элементной базы и самих компьютеров. И, конечно же, самое главное - что с начала 80-х, благодаря появлению персональных компьютеров, вычислительная техника становится по-настоящему массовой и общедоступной. Складывается парадоксальная ситуация: несмотря на то, что персональные и миникомпьютеры по-прежнему во всех отношениях отстают от больших машин, львиная доля новшеств последнего десятилетия - графический пользовательский интерфейс, новые периферийные устройства, глобальные сети - обязаны своим появлением и развитием именно этой "несерьезной" технике. Большие компьютеры и суперкомпьютеры, конечно же, отнюдь не вымерли и продолжают развиваться. Но теперь они уже не доминируют на компьютерной арене, как было раньше.

Особого упоминания заслуживает так называемое пятое поколение, программа разработки которого была принята в Японии в 1982 г. Предполагалось, что к 1991 г. будут созданы принципиально новые компьютеры, ориентированные на решение задач искусственного интеллекта. С помощью языка Пролог и новшеств в конструкции компьютеров планировалось вплотную подойти к решению одной из основных задач этой ветви компьютерной науки - задачи хранения и обработки знаний. Коротко говоря, для компьютеров "пятого поколения" не пришлось бы писать программ, а достаточно было бы объяснить на "почти естественном" языке, что от них требуется.

Структура ПК

Структура компьютера - это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов.

Персональный компьютер-это настольная или переносная ЭВМ, удовлетворяющая требованиям общедоступности и универсальности применения.

Достоинствами ПК

являются:

- малая стоимость, находящаяся в пределах доступности для индивидуального покупателя;

- автономность эксплуатации без специальных требований к условиям окружающей среды;

- гибкость архитектуры, обеспечивающая ее адаптивность к разнообразным применениям в сфере управления, науки, образования, в быту;

- "дружественность" операционной системы и прочего программного обеспечения, обусловливающая возможность работы с ней пользователя без специальной профессиональной подготовки;

-высокая надежность работы (более 5 тыс. ч наработки на отказ).

В основу построения большинства ЭВМ положены принципы, сформулированные в 1945 г. Джоном фон Нейманом:

1. Принцип программного управления (программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определённой последовательности).

2. Принцип однородности памяти (программы и данные хранятся в одной и той же памяти; над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными).

3. Принцип адресности (основная память структурно состоит из нумерованных ячеек).

Основные характеристики ПК

· Производительность (быстродействие) ПК – возможность компьютера обрабатывать большие объёмы информации. Определяется быстродействием процессора, объёмом ОП и скоростью доступа к ней.

· Производительность (быстродействие) процессора – количество элементарных операций выполняемых за 1 секунду.

· Тактовая частота процессора (частота синхронизации) - число тактов процессора в секунду, а такт – промежуток времени (микросекунды) за который выполняется элементарная операция (например сложение).Таким образом Тактовая частота - это число вырабатываемых за секунду импульсов, синхронизирующих работу узлов компьютера. Именно ТЧ определяет быстродействие компьютера. Задается ТЧ специальной микросхемой «генератор тактовой частота», который вырабатывает периодические импульсы. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Частота в 1Мгц = 1миллиону тактов в 1 секунду. Превышение порога тактовой частоты приводит к возникновению ошибок процессора и др. устройств. Поэтому существуют фиксированные величины тактовых частот для каждого типа процессоров, например: 2,8 ; 3,0 Ггц и т.д.

· Разрядность процессора – max длина (кол-во разрядов) двоичного кода, который может обрабатываться и передаваться процессором целиком. Разрядность связана с размером специальных ячеек памяти – регистрами. Регистр в 1байт (8бит) называют восьмиразрядным, в 2байта – 16-разрядным и т.д. Высокопроизводительные компьютеры имеют 8-байтовые регистры (64разряда).

· Время доступа - Быстродействие модулей ОП, это период времени, необходимый для считывания min порции информации из ячеек памяти или записи в память.

· Объем памяти (ёмкость) – max объем информации, который может храниться в ней.

· Плотность записи – объем информации, записанной на единице длины дорожки (бит/мм)

· Скорость обмена информации – скорость записи/считывания на носитель, которая определяется скоростью вращения и перемещения этого носителя в устройстве.

Устройство ПК

- микропроцессор;

- память компьютера (внутренняя и внешняя);

- устройства ввода/вывода информации;

- устройства передачи и приема информации.

Системный блок содержит такие основный устройства ПК как системная плата с процессором и ОП, накопители на магнитных дисках, CD-ROM, блок питания.

Материнская (системная) плата – основной аппаратный компонент, где находятся разъемы для установки микропроцессора, оперативной памяти, кварцевый резонатор, базовая система ввода-вывода BIOS, вспомогательные микросхемы, интерфейс ввода-вывода (последовательный порт, параллельный порт, интерфейс клавиатуры, дисковый интерфейс и тд.) и шина.

Часть технического обеспечения, конструктивно отделенных от основного блока компьютера называют периферийными (устройства ввода-вывода)

Для подключения устройств ввода-выводана системном блоке имеются разъемы различных портов:

СОМ- Последовательные порты. Передают последовательно электрические импульсы, несущие информации. К ним обычно подключают мышь и модем.

LPT - Параллельный порт. Передает одновременно 8 электрических импульсов. Реализует более высокую скорость информации, используют для подключения принтера.

USB - Последовательная универсальная шина (Universal Serial Bus) – обеспечивает высокоскоростное подключение нескольких периферийных устройств (сканер, цифровая камера и тд).

Основные устройства системного блока

1. Центральный процессор содержит:

1) Арифметико-логическое устройство - часть процессора, выполняющая машинные команды

2) Устройство управления – часть процессора, выполняющая функции управления устройствами компьютера

3) Шины данных и шины адресов (на физическом уровне) – много проводные линии с гнездами для подключения электронных схем. Совокупность проводов магистрали разделяется на отдельные группы: шину адреса, шины данных и шину управления: Шина адреса предназначена для передачи адреса того устройства (или той ячейки памяти), к которому обращается процессор. По шине данных передаётся вся информация при записи и считывании. По шине управления передается управляющий сигнал. Процесс взаимодействия процессора и памяти сводится к двум операциям – записи и считывания информации. При записи процессор по специальным проводникам (шина адреса) передает биты, кодирующие адрес, по другим проводникам – управляющий сигнал «запись», и еще по другой группе проводников (шины данных) передает записываемую информацию. При чтении по шине адреса передается соответствующий адрес оперативной памяти (ОП), а с шины данных считывается нужная информация.

4) Регистры - ячейки памяти, которые служат для кратковременного хранения и преобразования данных и команд. На физическом уровне регистр – совокупность триггеров, способных хранить один двоичный разряд и связанных между собой общей системой управления

5) Счетчик команд – регистр управляющего устройства компьютера содержимое, которого соответствует адресу очередной выполняемой команды. Счетчик команд служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти

6) Кэш память - очень быстрая память малого объема служит для увеличения производительности компьютера, согласования работы устройств различной скорости. Кэш-память может быть встроена сразу в процессор или размещаться на материнской плате

7) Сопроцессор – вспомогательный процессор, предназначенный для выполнения математических и логических действий. Использование сопроцессора позволяет ускорить процесс обработки информации компьютером

Процессоры персональный компьютеров отвечают единому стандарту, который задан фирмой Intel(http://www.intel.ru) Процессоры различаются по типам:

XT; 086; 286; 386; 486;

Pentium; Pentium II; Celeron

Новейшие Celeron II; Pentium III; Pentium IV, Pentium D

Celeron – это упрощенная и заметно более дешевая модель Pentium, очень популярная и не сильно уступающая по производительности Pentium .

Конкурент фирмы Intel – фирма AMD выпускает, в общем, аналогичные процессоры, но называются иначе: K5; K6; K7; Duron; Athlon (список по возрастанию мощности)

Типы процессоров

2. Память:

Ø Оперативная память ОЗУ (ROM) – оперативное запоминающее устройство – специальная память, в которой хранятся данные, которые пользователь использует в процессе работы с программами. При выключении ПК эти данные не сохраняются;

Ø Постоянная память ПЗУ (RAM) - постоянное запоминающее устройство. Обычно устанавливается и настраивается на заводе изготовителе. Помещенная информация сохраняется постоянно не зависимо от того, включен ПК или выключен; . Важнейшая микросхема ПЗУ – модуль BIOS (Basic Input/Output System – базовая система ввода/вывода), в котором хранятся программы автоматического тестирования устройств после включения компьютера и загрузки ОС в оперативную память.

Ø Кэш- память используется непосредственно процессором, который хранит там наиболее часто используемые команды и данные;

Ø Видеопамять- размер её задает параметры и скорость обновления видеоинформации на экране монитора. Запоминающее устройство, расположенное на плате управления дисплеем и предназначенное для хранения текстовой и графической информации, отображаемой на экране. Содержимое этой памяти сразу доступно двум устройствам – процессору и дисплею, что позволяет изменять изображение на экране одновременно с обновлением видеоданных в памяти.

Внешняя (долговременная) память

Ø Винчестер (жесткий магнитный диск). В замкнутом объеме вращаются в вакууме диски. Емкость измеряется в Гб, скорость работы зависит от производителя;

Ø Дисковод 3,5 дюймовый. Стандартная дискета содержит 1,44 Мгб информации (гибкий магнитный диск);

Ø CD-ROM, CD-RW, DVD- устройство для проигрывания и работы с компьютерными лазерными дисками;

Ø Flash-диск – устройство подключается к USB –порту(например, Флэш диск фирмы Ttanscend – 1 Гб);

Внешние устройства (устройства для ввода-вывода информации)

Клавиатура– клавишное устройство для ввода числовой и текстовой информации;

Координатные устройства ввода- манипуляторы для управления работой курсора (Мышь, Трекбол, Тачпад, Джойстик)

Мышь - необходима для работы с графическими пакетами, чертежами, при разработке схем и при работе под Windows. Следует отметить , что некоторое игровое и программное обеспечение требует наличие мыши. Основной характеристикой мыши является разрешающая способность , измеряемая в точках на дюйм (dpi). Нормальной считается мышь, обеспечивающая разрешение 300-400 dpi. Неплохо иметь также специальный коврик под мышь, что обеспечивает её сохранность и долговечность. Тачпад -манипулятор для портативных компьютеров, встроен в ПК, перемещение курсора осуществляется путем прикосновения к тачпаду пальцев. Джойстик – манипулятор для управления электронными играми.

Модем - устройство для передачи компьютерных данных на большие расстояния по телефонным линиям связи. обеспечивает преобразование цифровых сигналов компьютера в переменный ток частоты звукового диапазона — этот процесс называется модуляцией, а также обратное преобразование, которое называется демодуляцией. Отсюда название устройства: модем — модулятор/демодулятор.

Мониторявляется универсальным устройством вывода информации и подключается к видеокарте, установленной в компьютере.

Изображение в компьютерном формате (в виде последовательностей нулей и единиц) хранится в видеопамяти, размещенной на видеокарте. Изображение на экране монитора формируется путем считывания содержимого видеопамяти и отображения его на экран.

Частота считывания изображения влияет на стабильность изображения на экране. В современных мониторах обновление изображения происходит обычно с частотой 75 и более раз в секунду, что обеспечивает комфортность воспри­ятия изображения пользователем компьютера (человек не замечает мерцание изображения). Для сравнения можно на­помнить, что частота смены кадров в кино составляет 24 кадра в секунду.

В настольных компьютерах обычно используются мониторы на электрон­но-лучевой трубке (ЭЛТ) Изображение на экране монитора создается пучком электронов, испускаемых электронной пушкой. Этот пучок электронов разгоняется высоким электрическим напряжением (десятки киловольт) и падает на внутреннюю поверхность экрана, покрытую люминофором (веществом, светящимся под воздействием пучка электронов).

Система управления пучком заставляет пробегать его построчно весь экран (создает растр), а также регулирует его интенсивность (соответственно яркость свечения точки люминофора). Пользователь видит изображение на экране мони­тора, так как люминофор излучает световые лучи в видимой части спектра. Качество изображения тем выше, чем меньше размер точки изображения (точки люминофора), в высокачественных мониторах размер точки составляет 0,22 мм.

Однако монитор является также источником высокого статического электрического потенциала, электромагнитного и рентгеновского излучений, которые могут оказывать неблагоприятное воздействие на здоровье человека. Современные мониторы практически безопасны, так как соответствуют жестким санитарно-гигиеническим требованиям, за­фиксированным в международном стандарте безопасности ТСО'99.

В портативных и карманных компьютерах применяют плоские мониторы на жидких кристаллах (ЖК). В последнее время такие мониторы стали использоваться и в настольных компьютерах.

LCD (Liquid Crystal Display, жидкокристаллические мониторы) сделаны из вещества, которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущи­ми кристаллическим телам. Фактически это жидкости, обладаю­щие анизотропией свойств (в частности, оптических), связан­ных с упорядоченностью в ориен­тации молекул. Молекулы жидких кристаллов под воздействием электрического напряжения мо­гут изменять свою ориентацию и вследствие этого изменять свойства светового луча, проходящего сквозь них.

Преимущество ЖК-мониторов перед мониторами на ЭЛТ состоит в отсутствии вредных для человека электромагнитных излучений и компактности.

Мониторы могут иметь различный размер экрана. Размер диагонали экрана измеряется в дюймах (1 дюйм = 2,54 см) и обычно составляет 15, 17 и более дюймов.

Принтеры. предназначены для вывода на бумагу (создания «твердой копии») числовой, текстовой и графи­ческой информации. По своему принципу действия принтеры делятся на матричные, струйные и лазерные.

Матричные принтеры — это принтеры ударного действия. Печатающая головка матричного принтера состоит из вертикального столбца маленьких

стержней (обычно 9 или 24), которые под воздействием магнитного поля «выталкиваются» из головки и ударяют по бумаге (через красящую ленту). Перемещаясь, принтер печатающая головка оставляет на бумаге строку символов.

Недостатки матричных принтеров состоят в том, что они печатают медленно, производят много шума и качество печати оставляет желать лучшего (соответствует примерно качеству пишущей машинки).

В последние годы широкое распространение получили черно-белые и цветные струйные принтеры. В них используется чернильная печатающая головка, которая под давлением выбрасывает чернила из ряда мельчайших отверстий на бумагу. Перемещаясь вдоль бумаги, печатающая го­ловка оставляет строку символов или полоску изображения.

Струйные принтеры могут печатать достаточно быстро (до нескольких страниц в минуту) и производят мало шума. Качество печати (в том числе и цветной) определяется разрешающей способностью струйных принтеров, которая может достигать фотографического качества 2400 dpi. Это означает, что полоска изображения по горизонтали длиной в 1 дюйм формируется из 2400 точек (чернильных капель).

Лазерные принтеры обеспечивают практически бесшумную печать. Высокую скорость печати (до 30 страниц в минуту) лазерные принтеры достигают за счет постраничной печати, при которой страница печатается сразу целиком.

Высокое типографское качество печати лазерных принтеров обеспечивается за счет высокой разрешающей способности, которая может достигать 1200 dpi и более.

Плоттер. Для вывода сложных и широкоформатных графических объектов (плакатов, чертежей, электрических и электронных схем и пр.) используются специальные устройства вывода — плоттеры .Принцип действия плоттера такой же, как и струйного принтера.

Сканер – устройство ввода и преобразования в цифровую форму изображений и текстов. Существуют планшетные и ручные сканеры.

Цифровые камеры – формируют любые изображения сразу в компьютерном формате;

Звуковая карта.Звуковая карта производит преобразование звука из аналоговой формы в цифровую. Для ввода звуковой информации используется микрофон, который подключается к входу звуковой карты. Звуковая карта имеет также возможность синтезировать звук (в ее памяти хранятся звуки различных музыкальных инструментов, которые она может воспроизводить).

Многие звуковые платы имеют специальный игровой порт (GAME-порт), к которому подключаются игровые манипуляторы (джойстики), которые предназначены для более удобного управления ходом компьютерных игр.

Сенсорные устройства ввода:

Сенсорный экран - чувствительный экран. Общение с компьютером осуществляется путем прикосновения пальцем к определенному месту экрана. Им оборудуют места операторов и диспетчеров, используют в информационно-справочных системах

Дигитайзер – устройство преобразования готовых (бумажных) документов цифровую форму

Световое перо – светочувствительный элемент. Если перемещать перо по экрану, то можно им рисовать. Обычно применяют в карманных компьютерах, системах проектирования и дизайна.

Источник безперебойного питания [UPS, Uninterruptible PowerSupply] - устройство, предназначенное для защиты оборудования ЭВМ от кратковременных и импульсных перепадов напряжения, переходных процессов в сети питания и отключения сетевого питания.

Файлы и файловые системы

Файл

Файлом называется информация, хранящаяся на внешнем носителе и объединенная общим именем. Слово File до появления PC обозначала обыкновенную папку. Каждый файл занимает определенный фрагмент внешней памяти. При удалении файла удаляется только имя и информация внутри файла, а не слот памяти, в котором находится файл.

Имя файла

Практически во всех операционных системах имя файла состоит из двух частей - собственно имени и расширения. Расширение, как правило, указывает на то, какого рода информация хранится в данном файле.

Файловая система

Файловая система - это функциональная часть операционной системы, обеспечивающая выполнение операций над файлами. Файловая система позволяет работать с файлами и директориями (каталогами) независимо от их содержимого, размера, типа и т. д.

Файловая структура

Вся совокупность файлов на диске и взаимосвязей между ними называется файловой структурой. Развитые операционные системы имеют иерархическую - многоуровневую файловую структуру, организованную в виде дерева. Каталог - это поименованная совокупность файлов и подкаталогов (т.е. вложенных каталогов). Каталог самого верхнего уровня называется корневым. Он не вложен ни в какие другие каталоги. В каталоге хранится информация о файлах и подкаталогах - имя, размер, дата и время последнего обновления и т.п. Путь к файлу- это последовательность, состоящая из имен каталогов, которые необходимо пройти, перемещаясь по дереву каталогов, начиная от текущего каталога, чтобы добраться до каталога, в котором непосредственно хранится файл. Полное имя файла- это последовательно записанные имя дисковода, путь к файлу от корневого каталога и имя файла. Например, C:\fin.com. Или: C:\CLASS_9A\HTML\example1.htm

Типы файлов

Каждый файл принадлежит какому-нибудь типу. Условно файлы можно разделить на программы, документы и служебные файлы, используемые другими программами или системой Windows. На тип файла указывает его расширение – три буквы, цифры или их сочетание, находящиеся после точки в имени файла.

Имя файла в ОС Windows может иметь до 255 символов, причем можно использовать русский алфавит.

В MS-DOS имя содержит до 8 символов (латинские буквы, цифры и знаки) и имеет ограничения в их использовании.

Операционная система (ОС)

- это набор программ, обеспечивающих совместное функционирование всех устройств компьютера и предоставляющий доступ к его ресурсам

- это системное программное обеспечение, т.е. программы, управляющие ОП, процессором, внешними устройствами и файлами и прикладными программами, и ведущие диалог с пользователем

На IBM-совместимых ПК используются ОС корпорации Microsoft Windows, а также свободно распространяемая операционная система Linux. На ПК фирмы Apple - различные версии ОС Mac OS. На рабочих станциях и серверах - ОС Windows NT/2000/XP и UNIX. ОС разные, но их назначение и функции одинаковые. ОС является необходимой составляющей ПО ПК, без нее компьютер не может работать в принципе.

MS-DOS – неграфическая ОС, которая использует интерфейс командной строки. Все команды набираются по буквам в специальной строке. Оболочка – это программа, которая запускается под управлением ОС и помогает работать с ней (например, Norton Commander) autoexec. В операционную систему входит набор программ и файлов, управляющих файловой системой компьютера и организующих доступ к различным устройствам (принтер, монитор). Сегодня распространены операционные системы: DOS и Windows (DOS является и сегодня составной частью Windows).

MS-DOS состоит из: программы начальной загрузки (Boot Record) и базовой системы ввода/вывода (BIOS). Часть BIOS записана в микросхеме на системной плате, а часть размещена в файлах (io.sys, msdos.sys, command.com) на жестком диске. Драйвера – программы, с помощью которых операционная система получает доступ к различным устройствам. Драйвера загружаются в память компьютера при загрузке операционной системы, их имена указываются в специальном файле – config.sys. Файл bat – служит для загрузки прикладных программ сразу же после загрузки DOS.

WINDOWS – ОС фирмы Microsoft, использует объектно-ориентированную оконную технологию. Подключение устройств происходит автоматически, т.е. ОС сама узнает, что установлено на ПК и настраивается на работу с новым оборудованием. Имеет удобный пользовательский интерфейс. Выполняет базовые функции:

1) управляет файловой системой (просмотр, удаление, копирование, перемещение, переименование);

2) запуск и завершение прикладных программ;

3) всевозможный сервиз (информация о параметрах, их настройка, оптимизация работы и т.д.).

Лекция 4

Основные понятия моделирования

Моделирование - замещение исследуемого объекта (оригинала) его условным образом, описанием или другим объектом (моделью) и познание свойств оригинала путем исследования свойств модели.

С моделями и моделированием мы сталкиваемся в нашей жизни каждый день. В процессе мышления человек оперирует образами объектов окружающего мира, которые являются разновидностями моделей - когнитивными (мысленными) моделями. В широком смысле произведения живописи, скульптуры и литературы можно считать моделями реальных объектов.

Реальная польза от моделирования может быть получена при выполнении двух главных условий:

· модель должна быть адекватной оригиналу в том смысле, что должна с достаточной точностью отображать интересующие исследователя характеристики оригинала;

· модель должна устранять проблемы, связанные с физическим измерением каких-то сигналов или характеристик оригинала.

Основные виды моделей и их свойства

1.Основные виды моделей

В зависимости от способа реализации все модели можно разделить на два класса.

Физические модели предполагают, как правило, реальное воплощение тех физических свойств оригинала, которые интересуют исследователя. Физические модели упрощены и меньше и называются макетами. Физическое моделирование иначе называется макетирование.

Математические модели представляют собой формализованные описания объекта или системы с помощью некоторого абстрактного языка, например, в виде совокупности математических соотношений или схемы алгоритма. Различают различные виды математического моделирования: вербальные (словесные), графические, табличные, аналитические и алгоритмические.

Иногда математическая модель описывается уравнениями, которые вытекают из рассмотрения физической сущности моделируемого явления или системы. Однако чаще описание моделируемых объектов и систем носит чисто формальный характер и базируется на том, что многие явления порой самой различной природы описываются уравнениями (алгебраическими, дифференциальными и иными) одно-

го и того же вида. В этом случае говорят о формальных моделях.

Кроме того, явления, системы и их модели могут быть нестационарными и стационарными. Нестацинарные модели характеризуются зависимостью их параметров от времени. У стационарных моделей такой зависимости нет. Естественно, что моделирование нестационарных явлений гораздо сложнее, чем стационарных.

2.Основные свойства моделей

Модели обладают рядом свойств, от которых зависит успех их применения. Отметим некоторые из них, наиболее важные.

Адекватность - это степень соответствия модели исследуемому реальному объекту. Она никогда не может быть полной. На практике модель считают адекватной, если она с удовлетворительной точностью позволяет достичь целей исследования.

Простота (сложность) также является одной из характеристик модели. Чем большее количество свойств объекта описывает модель, тем более сложной она оказывается. Не всегда чем сложнее модель, тем выше ее адекватность. Надо стремиться найти наиболее простую модель, позволяющую достичь требуемые результаты изучения.

Потенциальность (предсказателъностъ) - способность модели дать новые знания об исследуемом объекте, спрогнозировать его поведение или свойства. На основе изучения математических моделей, описывающих движение планет Солнечной системы с учетом закона всемирного тяготения, теоретически были предсказаны существование и орбиты планет Нептун и Плутон.

Цели, принципы и технология моделирования

1.Цели моделирования

Моделирование может осуществляться с двумя главными целями:

· для изучения механизма явлений (познавательная цель);

· для управления объектом, т. е. для выработки по модели оптимальных управляемых воздействий.

В обоих случаях модель создается для определения и прогноза интересующих характеристик или сигналов объекта.

2.Основные принципы моделирования

Моделирование базируется на нескольких основополагающих принципах. Рассмотрим их.

При полном отсутствии информации об исследуемом объекте построение его модели невозможно. С другой стороны, при наличии полной информации об объекте построение его модели не имеет смысла. Существует некоторый уровень априорной информации об объекте, при достижении которой может быть построена его адекватная модель.