- •Конспект лекций
- •«Информатика»
- •Глава 1. Введение в информатику 7
- •Глава 2. Общие принципы организации и работы компьютеров 14
- •Глава 3. Классификация компьютеров 58
- •Глава 4. Программное обеспечение компьютеров 68
- •Глава 5. Арифметические основы компьютеров 89
- •Глава 6. Логические основы компьютеров 107
- •Глава 7. Основы числового кодирования 123
- •Глава 8. Информационные технологии безопасности и защиты 133
- •1.2. Что такое информация?
- •1.3. В каком виде существует информация?
- •1.4. Как передаётся информация?
- •1.5. Как измеряется количество информации?
- •1.6. Что можно делать с информацией?
- •1.7. Какими свойствами обладает информация?
- •1.8. Что такое обработка информации?
- •1.9. Что такое информационные ресурсы и информационные технологии?
- •1.10. Что понимают под информатизацией общества?
- •Лекция 2 Глава 2. Общие принципы организации и работы компьютеров
- •2.1. Что такое компьютер?
- •2.2. Как устроен компьютер?
- •2.3. На каких принципах построены компьютеры?
- •1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
- •2.4. Что такое команда?
- •2.5. Как выполняется команда?
- •2.6. Что такое архитектура и структура компьютера?
- •2.7. Что такое центральный процессор?
- •2.8. Как устроена память?
- •2.9. Какие устройства образуют внутреннюю память? в состав внутренней памяти входятоперативная память, кэш-память и специальная память.
- •1. Оперативная память
- •3. Специальная память
- •2.10. Какие устройства образуют внешнюю память?
- •1. Накопители на гибких магнитных дисках
- •2. Накопители на жестких магнитных дисках
- •3. Накопители на компакт-дисках
- •4. Записывающие оптические и магнитооптические накопители
- •5. Накопители на магнитной ленте (стримеры) и накопители на сменных дисках
- •2.11. Что такое аудиоадаптер?
- •2.12. Что такое видеоадаптер и графический акселератор?
- •2.13. Что такое клавиатура?
- •2.14. Что такое видеосистема компьютера?
- •1. Монитор на базе электронно-лучевой трубки
- •2. Жидкокристаллические мониторы
- •3. Сенсорный экран
- •2.15. Что такое принтер, плоттер, сканер?
- •2.16. Что такое модем и факс-модем?
- •2.17. Что такое манипуляторы?
- •2.18. Как устроен компьютер?
- •2.19. Какие основные блоки входят в состав компьютера?
- •2.20. Что собой представляет системная плата?
- •Лекция 3
- •2.21. Как организуется межкомпьютерная связь?
- •2.22. Что такое компьютерная сеть?
- •Наиболее распространенные виды топологий сетей:
- •2.23. Как соединяются между собой устройства сети?
- •2.24. Как классифицируют компьютерные сети по степени географического распространения?
- •2.25. Как соединяются между собой локальные сети?
- •2.26. Как работают беспроводные сети?
- •2.27. Что такое сеть Интернет и как она работает?
- •Как можно связаться с Интернет?
- •Как связываются между собой сети в Интернет?
- •Каким образом пакет находит своего получателя?
- •2.28. Основные возможности, предоставляемые сетью Интернет
- •1. World Wide Web — главный информационный сервис
- •2. Электронная почта
- •3. Система телеконференций Usenet (от Users Network)
- •4. Системы информационного поиска сети Интернет
- •Системы, основанные на предметных каталогах
- •Автоматические индексы
- •5. Программа пересылки файлов Ftp
- •6. Программа удалённого доступа Telnet
- •2.29. Что такое мультимедиа и мультимедиа-компьютер?
- •2.30. Компьютерные вирусы
- •Лекция 4 Глава 3. Классификация компьютеров
- •3.1. По каким критериям классифицируют компьютеры?
- •3.2. На чем основана классификация по поколениям?
- •3.3. Какие компьютеры относятся в первому поколению?
- •3.4. Какие компьютеры относятся ко второму поколению?
- •3.5. В чем особенности компьютеров третьего поколения?
- •3.6. Что характерно для машин четвёртого поколения?
- •3.7. Какими должны быть компьютеры пятого поколения?
- •3.8. На какие типы делятся компьютеры по условиям эксплуатации?
- •3.9. На какие типы делятся компьютеры по производительности и характеру использования?
- •3.10. Какие существуют типы портативных компьютеров?
- •Лекция 5 Глава 4. Программное обеспечение компьютеров
- •4.1. Что такое программное обеспечение?
- •4.2. Как классифицируется программное обеспечение?
- •4.3. Какие программы называют прикладными?
- •4.4. Какова роль и назначение системных программ?
- •4.5. Что такое операционная система?
- •4.6. Что такое файловая система ос?
- •4.7. Какова структура операционной системы ms dos?
- •4.8. Что такое программы-оболочки?
- •4.9. Что собой представляют операционные системы Windows, Unix, Linux ? Операционные системы Windows
- •Операционная система Unix
- •Операционная система Linux
- •4.10. Что такое транслятор, компилятор, интерпретатор?
- •4.11. Что такое системы программирования?
- •4.12. Для чего нужны инструментальные программы?
- •4.13. Что такое текстовый редактор?
- •4.14. Что такое графический редактор?
- •4.15. Каковы возможности систем деловой и научной графики?
- •4.16. Что такое табличный процессор?
- •4.17. Что такое системы управления базами данных?
- •4.18. Что такое библиотеки стандартных подпрограмм?
- •4.19. Что такое пакеты прикладных программ?
- •4.20. Что такое интегрированные пакеты программ?
- •4.21. Что такое органайзеры?
- •4.22. Что такое сетевое программное обеспечение?
- •Функции и характеристики сетевых операционных систем (ос)
- •Лекция 6 Глава 5. Арифметические основы компьютеров
- •5.1. Что такое система счисления?
- •5.2. Как порождаются целые числа в позиционных системах счисления?
- •5.3. Какие системы счисления используют специалисты для общения с компьютером?
- •5.4. Почему люди пользуются десятичной системой, а компьютеры — двоичной?
- •5.5. Почему в компьютерах используются также восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления?
- •5.6. Как перевести целое число из десятичной системы в любую другую позиционную систему счисления?
- •5.7. Как перевести правильную десятичную дробь в любую другую позиционную систему счисления?
- •5.8. Как перевести число из двоичной (восьмеpичной, шестнадцатеpичной) системы в десятичную?
- •5.9. Сводная таблица переводов целых чисел из одной системы счисления в другую
- •5.10. Как производятся арифметические операции в позиционных системах счисления?
- •5.11. Как представляются в компьютере целые числа?
- •5.12. Как компьютер выполняет арифметические действия над целыми числами? Сложение и вычитание
- •Умножение и деление
- •5.13. Как представляются в компьютере вещественные числа?
- •5.14. Как компьютер выполняет арифметические действия над нормализованными числами?
- •Сложение и вычитание
- •Умножение
- •Деление
- •Лекция 7 Глава 6. Логические основы компьютеров
- •6.1. Что такое алгебра логики?
- •6.2. Что такое логическая формула?
- •6.3. Какая связь между алгеброй логики и двоичным кодированием?
- •6.4. В каком виде записываются в памяти компьютера и в регистрах процессора данные и команды?
- •6.5. Что такое логический элемент компьютера?
- •6.6. Что такое схемы и, или, не, и—не, или—не?
- •6.7. Что такое триггер?
- •6.8. Что такое сумматор?
- •6.9. Какие основные законы выполняются в алгебре логики?
- •Основные законы алгебры логики
- •6.10. Как составить таблицу истинности?
- •6.11. Как упростить логическую формулу?
- •6.12. Что такое переключательная схема?
- •Лекция 8 Глава 7. Основы числового кодирования
- •7.1. Кодирование информации
- •Схемы кодирования
- •Аналоговое кодирование
- •Табличное кодирование
- •Числовое кодирование
- •7.2. Кодирование чисел и текстов
- •Кодирование положительных целых чисел
- •Кодирование целых чисел со знаком
- •Кодирование действительных чисел
- •7.3. Кодирование текстов
- •Система кодирования windows 1251
- •7.4. Кодирование изображений математическая модель изображения
- •Разрешение изображения
- •Психофизиологические модели изображения
- •7.5. Форматы записи изображений
- •7.6. Кодирование и запись видео
- •7.7. Кодирование и запись звука
- •Лекция 9 Глава 8. Информационные технологии безопасности и защиты
- •8.1. Общие положения защиты информации
- •8.2. Несанкционированные действия и методы воздействия на информацию, здания, помещения и людей
- •8.2.1. Основные виды и причины несанкционированных воздействий на информацию, здания, помещения и людей
- •8.2.2. Вирусы
- •8.2.3. Воздействия на информацию, здания, помещения, личную безопасность пользователя и обслуживающий персонал
- •8.3. Средства и методы защиты информации, зданий, помещений и людей в них
- •8.3.1. Основные средства и методы защиты информации
- •8.3.2. Программные и технические средства защиты
- •8.4. Мероприятия по обеспечению сохранности и защиты
- •Лекция 10 Алгоритмы. Алгоритмизация. Алгоритмические языки
- •10.1. Что такое алгоритм?
- •10.2. Что такое "Исполнитель алгоритма"?
- •10.3. Какими свойствами обладают алгоpитмы?
- •10.4. В какой форме записываются алгоритмы?
- •10.5. Что такое словесный способ записи алгоритмов?
- •10.6. Что такое графический способ записи алгоритмов?
- •10.7. Что такое псевдокод?
- •10.8. Как записываются алгоритмы на школьном алгоритмическом языке? Основные служебные слова
- •Команды школьного ая
- •Пример записи алгоритма на школьном ая
- •10.9. Что такое базовые алгоритмические структуры?
- •10.10. Какие циклы называют итерационными?
- •10.11. Что такое вложенные циклы?
- •Пример вложенных циклов для
- •Пример вложенных циклов пока
- •10.12. Чем отличается программный способ записи алгоритмов от других?
- •10.13.Что такое уровень языка программирования?
- •10.14. Какие у машинных языков достоинства и недостатки?
- •10.15. Что такое язык ассемблера?
- •10.16. В чем преимущества алгоритмических языков перед машинными?
- •10.17. Какие компоненты образуют алгоритмический язык?
- •10.18. Какие понятия используют алгоритмические языки?
- •10.19. Что такое стандартная функция?
- •10.20. Как записываются арифметические выражения?
- •Примеры записи арифметических выражений
- •10.21. Как записываются логические выражения?
- •Примеры записи логических выражений, истинных при выполнении указанных условий.
- •Лекция 11 Технология подготовки и решения задач с помощью компьютера
- •11.1. Какие этапы включает в себя решение задач с помощью компьютера?
- •11.2. Что называют математической моделью?
- •11.3. Какие основные этапы содержит процесс разработки программ?
- •11.4. Как проконтролировать текст программы до выхода на компьютер?
- •11.5. Для чего нужны отладка и тестирование?
- •11.6. В чем заключается отладка?
- •11.7. Что такое тест и тестирование?
- •11.8. Какими должны быть тестовые данные?
- •11.9. Из каких этапов состоит процесс тестирования?
- •11.10. Каковы характерные ошибки программирования?
- •11.11. Является ли отсутствие синтаксических ошибок свидетельством правильности программы?
- •11.12. Какие ошибки не обнаруживаются транслятором?
- •11.13. В чем заключается сопровождение программы?
5.11. Как представляются в компьютере целые числа?
Целые числа могут представляться в компьютере со знаком или без знака.
Целые числа без знака
Обычно занимают в памяти компьютера один или два байта. В однобайтовом формате принимают значения от 000000002до 111111112. В двубайтовом формате - от 00000000 000000002до 11111111 111111112.
Диапазоны значений целых чисел без знака
Формат числа в байтах |
Диапазон | |
Запись с порядком |
Обычная запись | |
1 |
0 ... 28-1 |
0 ... 255 |
2 |
0 ... 216-1 |
0 ... 65535 |
Примеры:
а) число 7210= 10010002воднобайтовомформате:
б) это же число в двубайтовомформате:
в) число 65535 в двубайтовомформате:
Целые числа со знаком
Обычно занимают в памяти компьютера один, два или четыре байта, при этом самый левый (старший) разряд содержит информацию о знаке числа.
Диапазоны значений целых чисел со знаком
Формат числа в байтах |
Диапазон | |
Запись с порядком |
Обычная запись | |
1 |
-27... 27-1 |
-128 ... 127 |
2 |
-215... 215-1 |
-32768 ... 32767 |
4 |
-231... 231-1 |
-2147483648 ... 2147483647 |
Рассмотрим особенности записи целых чисел со знаком на примере однобайтового формата, при котором для знака отводится один разряд, а для цифр абсолютной величины - семь разрядов.
В компьютерной технике применяются три формы записи (кодирования) целых чисел со знаком: прямойкод,обратныйкод,дополнительныйкод. |
Последние две формы применяются особенно широко, так как позволяют упростить конструкцию арифметико-логического устройства компьютера путем замены разнообразных арифметических операций операцией сложения.
Положительные числав прямом, обратном и дополнительном кодах изображаются одинаково - двоичными кодами с цифрой 0 в знаковом разряде. Например:
Отрицательные числав прямом, обратном и дополнительном кодах имеют разное изображение.
1. Прямой код. В знаковый разряд помещается цифра 1, а в разряды цифровой части числа — двоичный код его абсолютной величины.
Например:
2. Обратный код. Получается инвертированием всех цифр двоичного кода абсолютной величины числа, включая разряд знака: нули заменяются единицами, а единицы — нулями. Например:
3. Дополнительный код. Получается образованием обратного кода с последующим прибавлением единицы к его младшему разряду.
Например:
Обычно отрицательные десятичные числа при вводе в машину автоматически преобразуются в обратный или дополнительный двоичный коди в таком виде хранятся, перемещаются и участвуют в операциях. При выводе таких чисел из машины происходитобратное преобразование в отрицательные десятичные числа.
5.12. Как компьютер выполняет арифметические действия над целыми числами? Сложение и вычитание
В большинстве компьютеров операция вычитания не используется. Вместо нее производится сложение обратных или дополнительных кодов уменьшаемого и вычитаемого.Это позволяет существенно упростить конструкцию АЛУ.
Сложение обратных кодов.Здесь при сложении чисел А и В имеют место четыре основных и два особых случая:
А и В положительные.При суммировании складываются все разряды, включая разряд знака. Так как знаковые разряды положительных слагаемых равны нулю, разряд знака суммы тоже равен нулю. Например:
Получен правильный результат.
2. А положительное, B отрицательное и по абсолютной величине больше, чем А.Например:Получен правильный результат в обратном коде. При переводе в прямой код биты цифровой части результата инвертируются: 1 0000111 = -710.
3. А положительное, B отрицательное и по абсолютной величине меньше, чем А.Например:
Компьютер исправляет полученный первоначально неправильный результат (6 вместо 7)переносом единицыиз знакового разряда в младший разряд суммы.
А и В отрицательные.Например:
Полученный первоначально неправильный результат (обратный код числа -1110вместо обратного кода числа -1010) компьютер исправляет переносом единицы из знакового разряда в младший разряд суммы. При переводе результата в прямой код биты цифровой части числа инвертируются: 1 0001010 = -1010.
При сложении может возникнуть ситуация, когда старшие разряды результата операции не помещаются в отведенной для него области памяти. Такая ситуация называется переполнением разрядной сетки формата числа.Для обнаружения переполнения и оповещения о возникшей ошибке в компьютере используются специальные средства. Ниже приведены два возможных случая переполнения.
5. А и В положительные, сумма А+В больше, либо равна 2n-1,где n — количество разрядов формата чисел (для однобайтового формата n=8, 2n-1= 27 = 128). Например:
Семи разрядов цифровой части числового формата недостаточнодля размещения восьмиразрядной суммы (16210= 101000102), поэтомустарший разряд суммы оказывается в знаковом разряде.Это вызываетнесовпадение знака суммы и знаков слагаемых, чтоявляется свидетельством переполнения разрядной сетки.
6. А и В отрицательные, сумма абсолютных величин А и В больше, либо равна 2n-1.Например:
Здесь знак суммытожене совпадает со знаками слагаемых, что свидетельствует опереполнении разрядной сетки.
Сложение дополнительных кодов.Здесь также имеют место рассмотренные выше шесть случаев:
1. А и В положительные.Здесь нет отличий от случая 1, рассмотренного для обратного кода.
2. А положительное, B отрицательное и по абсолютной величине больше, чем А.Например:Получен правильный результат в дополнительном коде. При переводе в прямой код биты цифровой части результата инвертируются, и к младшему разряду прибавляется единица: 1 0000110 + 1 = 1 0000111 = -710.
3. А положительное, B отрицательное и по абсолютной величине меньше, чем А.Например:Получен правильный результат. Единицу переноса из знакового разряда компьютер отбрасывает.
4. А и В отрицательные.Например:
Получен правильный результат в дополнительном коде. Единицу переносаиз знакового разряда компьютеротбрасывает.
Случаи переполнениядля дополнительных кодов рассматриваются по аналогии со случаями 5 и 6 для обратных кодов.
Сравнение рассмотренных форм кодирования целых чисел со знаком показывает:
на преобразование отрицательного числа в обратный код компьютер затрачивает меньше времени, чем на преобразование в дополнительный код,так как последнее состоит из двух шагов — образования обратного кода и прибавления единицы к его младшему разряду;
время выполнения сложения для дополнительных кодов чисел меньше, чем для их обратных кодов,потому что в таком сложении нет переноса единицы из знакового разряда в младший разряд результата.