- •Оглавление
- •Предисловие
- •Лекция 1
- •1. Научные основы информатики
- •1.1. Цели и задачи дисциплины
- •1.2. Теоретические основы информатики
- •1.3. Практические основы информатики
- •1.3.1. Структура компьютера и принцип программного управления
- •1.3.2. Архитектура современного компьютера
- •1.4. Классификация компьютеров
- •Лекция 2
- •2. Назначение и основные представления о работе функциональных блоков компьютера
- •2.1. Оперативная память
- •2.3. Внешняя память
- •2.3.1. Магнитные диски
- •2.3.2. Оптические диски
- •2.3.3. Магнитооптические диски
- •2.3.4. Особенности устройства Flash-накопителей
- •2.3.4.1. Программирование ячейки
- •2.3.4.2. Стирание ячейки
- •3.1.2. Арифметическо – логическое устройство
- •3.1.3. Разрядность процессора
- •3.1.4. Принцип действия процессора
- •3.1.5. Тактовая частота
- •3.2. Адресация данных и команд в оперативной памяти компьютера
- •3.2.1. Методы адресации
- •3.2.2. Стековая организация памяти
- •3.2.3. Магазинная организация памяти
- •3.3. Системы счисления и кодирования информации
- •3.3.1. Виды систем счисления
- •3.3.2. Перевод чисел из восьмеричной и шестнадцатеричной системы счисления в десятичную
- •3.3.3. Перевод чисел из восьмеричной и шестнадцатеричной системы счисления в двоичную
- •3.3.4. Перевод чисел с двоичной системы счисления в восьмеричную и шестнадцатеричную
- •3.3.5. Перевод чисел с десятичной системы счисления в другие
- •3.3.5.1. Перевод целых десятичных чисел в двоичные.
- •3.3.5.2. Перевод дробных чисел
- •Лекция 4
- •4. Формы представления чисел в эвм
- •4.1. Представление чисел в форме с фиксированной точкой
- •4.2. Представление чисел в форме с плавающей точкой
- •В итоге получается
- •4.3.1. Операция алгебраического сложения чисел, представленных в форме с фиксированной точкой
- •4.3.2. Операция алгебраического сложения чисел, представленных в форме с плавающей точкой
- •4.3.3. Принципы аппаратной реализации операций умножения и деления
- •Кодирование алфавитно – цифровой информации
- •Базовыми логическими операциями являются операции
- •Смысл этих операций становится понятным из табл. 5.1
- •5.2. Триггеры
- •6.2. Дешифраторы
- •6.3. Счетчики
- •6.4. Сумматоры
- •Лекция 7
- •7. Алгоритм и программа. Виды вычислительных процессов
- •7.1. Алгоритм
- •7.1.2. Требования к алгоритму
- •7.2. Программа
- •7.3. Виды вычислительных процессов
- •Лекция 8
- •8. Типовые алгоритмы
- •8.1. Определение суммы чисел произвольного ряда
- •8.2. Определение произведения чисел произвольного ряда
- •8.3. Алгоритм определения наибольшего (наименьшего) числа из заданного ряда чисел
- •8.4. Алгоритм определения наибольшего (наименьшего) значения вычисляемой функции
- •8.5. Вычисление функции с одновременно изменяющимися несколькими аргументами
- •8.6. Итерационные циклы
- •9.1.2. Метод поиска наименьшего (наибольшего)
- •9.2. Типовые алгоритмы решения задач с использованием матриц
- •Лекция 10
- •10. Алгоритмические языки. Общие представления.
- •Символы языка
- •10.2. Данные
- •10.2.1. Собственные типы данных
- •10.3. Идентификаторы
- •Операции. Выражения
- •10.4.1. Операции
- •Логические операции
- •10.4.2. Выражения
- •Лекция 11
- •Безусловный оператор
- •11.1. Структура программы
- •11.2. Оператор условия
- •11.2.1. Альтернативный оператор условия.
- •11.2.2. Безальтернативный оператор условия
- •11.2.3. Составные операторы условия
- •11.3. Безусловный оператор
- •11.4. Оператор множественного выбора
- •Операция «Запятая»
- •12.1.2. Оператор цикла while
- •Более изящной является запись
- •12.1.3. Оператор цикла do . . . While
- •12.1.4. Операторы continue, break
- •12.2. Массивы. Переменные типа массив
- •12.2.1. Описание массивов
- •12.2.2. Ввод массивов Использование массивов в вычислениях предполагает их ввод, в качестве исходных данных, а также вывод их в качестве результата вычислений.
- •12.2.3. Вывод массивов
- •12.2.4. Операции с массивами
- •12.2.5. Многомерные массивы
- •Для четырехмерного
- •12.2.6. Представление многомерных массивов как массив массивов.
- •Описание массивов с помощью инструкции typedef
- •Лекция 13
- •13. Символьные массивы
- •13.1 Описание символьных массивов
- •13.2. Ввод символьных массивов
- •13.3. Операции со строками
- •13.4. Строковые массивы
- •Лекция 14
- •14. Внешние файлы. Переменные файлового типа Файл – это информация, размещенная на внешнем носителе и имеющая свое имя.
- •14.1. Текстовые файлы. Файловый ввод и вывод данных
- •Здесь fstream – ключевое слово, играющее роль имени типа переменной,
- •Функция open( )
- •Функция close( )
- •Функции eol( ) и eof ( )
- •Операторы открытия и закрытия файла
- •Спецификации ios::nocreate и ios::in комбинируются с помощью логической операции || (дизъюнкция).
- •14.1.1. Создание внешних файлов
- •14.1.2. Операции с файловыми переменными
- •14.2. Бинарные файлы
- •Лекция 15
- •15. Функции
- •15.1. Структура функций
- •15.2. Локальные и глобальные данные
- •15.3. Виды функций
- •15.3.1. Функции, возвращающие результат по значению
- •Вызов функции
- •Место записи оператора вызова
- •Особенности выделения памяти при вызове функции
- •15.3.2. Функции, возвращающие результат по ссылке
- •Вызов функции
- •15.3.3. Место расположения функций в программе
- •Лекция 16
- •16. Программное обеспечение компьютера. Основные представления
- •16.1. Операционная система
- •16.2. Прикладные программы
- •16.2.1. Текстовый редактор Microsoft Word
- •Интерфейс редактора
- •Основное меню
- •Панель инструментов
- •16.3. Электронные таблицы. Ms Excel.Основные представления
- •Интерфейс программы ms Excel
- •Рабочее окно представляет собой не чистое поле, а пустую таблицу, состоящую из столбцов и строк. Максимальный размер таблицы:
- •Операции с ячейками
- •Выделение ячеек
- •Выделение группы смежных ячеек
- •Выделение нескольких несмежных интервалов
- •Выделение отдельной строки и отдельного столбца
- •Ввод числовых данных
- •Ввод текста
- •Режим автозаполнения
- •Ввод даты и времени
- •Ввод последовательных рядов чисел
- •17.3. Редактирование данных
- •Копирование, перемещение и удаление данных
- •17.4. Операции с данными Сортировка
- •Автосуммирование
- •17.5. Работа с формулами
- •Порядок создания формул
- •17.6. Использование в формулах адресов ячеек
- •Удаленные ссылки
- •Лекция 18
- •18. Электронная таблица ms Excel. Функции
- •18.1. Операции и функции
- •Но совершенно очевидно, что она более громоздкая, чем запись сумм(а1: а8).
- •Ошибки в формулах
- •Автопересчет
- •18.2. Относительная и абсолютная адресация ячеек
- •18.3. Построение диаграмм
- •Общий порядок построения диаграмм
- •Лекция 19
- •19. Решение математических задач средствами ms Excel
- •19.1. Операции с матрицами
- •19.1.1. Транспонирование матриц
- •19.1.2. Вычисление определителя матрицы
- •19.1.3. Нахождение обратной матрицы
- •19.1.4. Сложение и вычитание матриц
- •19.1.5. Умножение матрицы на число
- •19.1.6. Умножение матриц
- •19.2. Решение систем линейных уравнений
- •19.3. Решение уравнения с одним неизвестным
- •Лекция 20
- •20. Электронные таблицы ms Excel. Форматирование данных. Операции с большими таблицами и листами
- •20.1. Форматирование данных
- •20.1.1. Форматирование текста
- •20.1.2. Форматирование чисел
- •К сожалению за одно обращение к окну Специальная вставка можно скопировать только один элемент. Поэтому для копирования нескольких элементов приходится несколько раз выполнять команду
- •20.2. Операции с большими таблицами
- •Скрытие столбцов и строк
- •Формат – Столбец – Отобразить.
- •Деление окна
- •На рис.20.1 выделена ячейка f5, которая делит окно на четыре области. Выделенная ячейка размещена в верхнем левом углу правой нижней области.
- •Для снятия деления необходимо выполнить операции с пунктами меню Окно – Снять разделение
- •Закрепление областей
- •20.3. Операции с рабочими листами
- •Переименование листов
- •Выделение группы листов
- •20.4. Печать
- •Лекция 21
- •21. Базы данных. Основные понятия и определения
- •21.1. Форма хранения информации
- •Реляционная модель базы данных
- •Структура таблиц базы данных
- •21.2.2. Индексы базы данных
- •21.2.3. Связи базы данных
- •Главная таблица
- •21.3. Основные виды работы с базами данных
- •Лекция 22
- •22. Система управления базой данных ms Access
- •22.1. Назначение и возможности субд ms Access
- •22.2. Запуск и завершение работы программы ms Access
- •23.3. Типы данных
- •22.4. Разработка и создание базы данных
- •22.4.1. Разработка структуры базы данных
- •22.4.2. Имена полей и объектов
- •22.5. Создание новой базы данных средствами субд ms Access
- •22.5.1.Создание таблиц базы данных с помощью мастера таблиц Под созданием базы данных подразумевается создание системы связанных таблиц с именами и заголовками полей, со значениями атрибутов в полях.
- •22.5.2. Создание таблиц в режиме конструктора
- •22.5.3. Создание связей
- •23.1.1. Создание формы в режиме автоформ
- •23.1.2. Создание формы в режиме мастера форм
- •В последнем окне мастера
- •При выборе варианта Изменить макет формы произойдет переключение в режим конструктора, в котором можно выполнить любую модификацию формы, созданной мастером.
- •23.1.3 Ввод и редактирование записей с помощью формы
- •23.1.4. Простейшие модификации формы с помощью конструктора
- •23.2. Поиск и запросы
- •23.2.1. Поиск и фильтрация данных
- •После этого следует задать образцы поиска и замены, установить параметры поиска и щелкнуть по нужной кнопке Найти далее, Заменить или Заменить все.
- •23.2.2. Применение фильтра
- •23.3. Типы запросов
- •Запрос на выборку
- •Запрос на изменение
- •Перекрестный запрос
- •23.3.1. Создание запроса на выборку
- •23.3.1.1. Создание запроса с помощью мастера
- •23.3.1.2. Создание запроса с помощью конструктора
- •23.3.2. Выполнение запроса
- •23.3.3. Модификация запроса
- •Лекция 24
- •24. Создание отчетов в ms Access. Презентация
- •24.1. Создание отчетов
- •24.1.1. Режим автоотчета
- •24.1.2. Создание отчета с помощью мастера
- •24.1.3. Модификация отчета в режиме конструктора
- •24.2. Печать отчета
- •Файл – Параметры страницы
- •Файл – Печать – Параметры печати
- •24.3. Презентация. Основные представления
- •24.3.4. Простейшие настройки программы ms Power Point
- •Лекция 25
- •25. Компьютерные сети. Основные представления
- •25.1. Линии связи
- •25.2. Компьютерные сети
- •25.3. Топология компьютерных сетей
- •25.4. Пропускная способность сетей
- •Функциональные структуры компьютерных сетей
- •Лекция 26
- •26. Интернет, общие представления. Основы работы в Интернете
- •26.1. Основные понятия и определения
- •26.1.1. Протоколы Интернет
- •26.1.3. Доменные адреса
- •26.1.4. Узел Интернета
- •26.1.5. Получение доступа к Интернету
- •26.1.6. Вход в Интернет
- •26.2. Информационные ресурсы Интернет
- •Основными представителями гипертекстовых документов являются Web – страница и сайт.
- •26.2.2. Адрес ресурса
- •Фактически url является адресом запрашиваемого ресурса в Интернете или просто адресом ресурса.
- •В общем случае url имеет достаточно сложную структуру. В простейших случаях, при запросе наиболее популярных ресурсов, например, для доступа к начальным страницам сайтов, url содержит:
- •26.3. Электронная почта
- •26.3.1. Сообщения
- •Структура сообщений
- •27.2. Операции с исходящими сообщениями
- •27.3. Операции с входящими сообщениями
- •27.4. Электронные доски объявлений
- •27.5. Телеконференции
- •27.6. Пересылка файлов
- •27.7. Интернет – пейджеры
- •27.8. Базы данных в Интернет
- •27.9. Обозреватели сети Интернет
- •Сервис – Свойства обозревателя
- •Запрос ресурса
- •Кодировка текста Web – страницы
- •Перемещение по гиперссылкам
- •Папка Избранное
- •Лекция 28
- •28. Создание Web – страниц. Поисковые системы
- •28.1. Создание Web – страниц
- •28.3. Загрузка файлов из сети Интернет
- •28.4. Работа с почтовым сайтом
- •28.5. Программа Outlook Express
- •28.5.1. Запуск и интерфейс программы Outlook Express
- •28.5.2. Создание учетной записи
- •28.5.4 Создание и отправка сообщения
- •– Щелкнуть по кнопке Создать сообщение, что вызовет появление окна, которое будет содержать бланк сообщения и необходимый инструментарий для его создания;
- •28.5.5. Разметка и форматирование сообщений
2.3. Внешняя память
Внешняя память – предназначена для долговременного хранения большого объема информации. Это энергонезависимая память, так как в ней хранится информация независимо от того подключен компьютер или нет к источнику электрического питания. В качестве внешней памяти компьютера используются различные диски, на которых хранится информация. Их и называют носителями информации.
В настоящее время используется три вида носителей информации:
-
магнитные диски,
-
оптические диски,
-
магнитооптические диски.
2.3.1. Магнитные диски
Магнитные диски – это диски, покрытые с двух сторон тонкой пленкой из магниточуствительного материала. Поверхности диска, на которые наносится информация, называются рабочими поверхностями. Конструктивно магнитные диски выполняются двух видов:
-
жесткие,
-
гибкие.
Жесткие магнитные диски
Жесткие диски выполнены из твердого, но легкого металлического сплава. На жестких дисках выполнена внешняя память компьютера.
Она представлена устройством, называемым винчестер. Винчестер размещается в системном блоке компьютера и представляет собой несколько жестких магнитных дисков, закрепленных на общей оси. Вся эта конструкция помещается в корпус, называемый гермоблоком. Вопреки распространенному мнению этот корпус не является герметичным и сообщается с окружающим воздухом через специальный фильтр. Это очень важный момент, так как при полной его герметичности любой перепад давления, например перевозка винчестера в грузовом отсеке самолета, привела бы к деформации корпуса винчестера и порче прецизионного механизма. Задача этого фильтра состоит в задерживании твердых частиц, находящихся в воздухе и недопущении их попадания вовнутрь гермоблока. Другой фильтр, располагаемый внутри корпуса, улавливает частицы, отлетающие от поверхности диска.
Информация на магнитных дисках размещается вдоль концентрических окружностей, называемых дорожками. Каждая дорожка делится на определенное количество участков, называемых секторами. Сектор хранит минимально доступное количество информации. Объем информации, размещаемой в секторе, составляет 512 байт. Один или несколько секторов, расположенных подряд, образуют кластер. Кластер – это минимальная единица информации, которая может быть записана или считана с диска.
В заголовках дорожек и секторов записаны их характеристики (номера, размер и др.), а после каждого сектора помещена контрольная сумма всех его данных. Сектора на дорожках не обязательно номеруются по порядку. Широко известен способ, когда сектора чередуются на дорожках не последовательно, а в порядке 1-4-7-2-5-8-3-6-9. Делается это для того, чтобы компьютер успевал получить все данные до подхода следующего по порядковому номеру сектора. Доступ к информации на магнитном диске определяется четырьмя координатами:
-
номер стороны диска,
-
номер дорожки,
-
номер сектора,
-
номер байта.
Такой доступ называют доступом на физическом уровне. На диске информация хранится в виде файлов. Файл – это любая информация, имеющая имя и размещенная на носителе информации. При поиске нужной информации пользователь не указывает ее координаты, а дает ее имя. По имени файла операционная система компьютера ищет его физическое место на диске, которое указывается в специальных служебных таблицах. Следует иметь в виду, что сектора с содержанием какого – либо файла совсем не обязательно располагаются рядом в одном месте диска. При записи система активно использует свободные места. В результате отдельные части файла могут располагаться в различных частях диска. Операцией перемещения головок управляет контроллер накопителя.
В винчестере используются диски одного диаметра и располагаются друг под другом. Дорожки одного диаметра на различных дисках образуют цилиндр. Количество цилиндров, число дорожек на нем, а также количество секторов на дорожке определяет формат диска. Формат винчестера задается при его конструировании и никакому изменению не подлежит. Форматирование (разметка) винчестера всегда выполняется на заводе–изготовителе с использованием высокоточного стенда. Устройство диска и размещение дорожек на нем приведено на рис. 2.1
дорожки
Магнитные
головки
Рабочие поверхности
Рис.2.1 Схема разметки диска
Перед записью информации на вновь изготовленный магнитный диск его следует отформатировать, то есть разметить на дорожки и секторы. Это делается для того, чтобы сделать дисковую поверхность адресуемой. При форматировании вся дисковая поверхность разделяется на две области:
-
системная область,
-
область данных.
В системной области находятся:
-
загрузочная запись, в которой размещается системный загрузчик и блок параметров диска, определяющий формат диска;
-
таблица размещения файлов (File Allocation Table – FAT), которая представляет собой карту области данных. В этой карте записывается состояние каждого кластера и устанавливается цепочка кластеров, занимаемых одним файлом. Файл занимает целое число кластеров, при этом последний кластер может быть задействован не полностью. Каждый элемент FAT содержит либо номер следующего кластера, принадлежащего одному файлу, либо специальный код:
-
0 – кластер свободен,
-
65521 – кластер дефектный,
– 65522 – кластер последний в файле.
В связи с особой важностью FAT хранится на диске в двух экземплярах;
-
корневой каталог, в котором хранится информация о каждом файле (время создания, дата создания, размер) и номер кластера, указывающий физическое расположение файла или каталога в области данных. При удалении файла происходит не физическое стирание информации, а удаление только первого символа имени файла, после этого такой файл становится недоступным для стандартных команд операционной системы, и кластеры, которые файл ранее занимал, объявляются свободными. Информация на этих участках диска хранится до тех пор, пока в них не будет помещена новая информация.
В области данных размещается вся информация, из которой состоят файлы.
магнитная
головка
магнитный диск
направление перемещения
Рис. 2.2. Схема записи и чтения информации с магнитных дисков.
На рис.2.2 приведена схема, позволяющая понять принцип записи и чтения информации на магнитные диски. При записи информации над дорожкой устанавливается магнитная головка, на расстоянии над поверхностью диска исчисляемом микронами. Головка представляет собой магнитопровод, на который намотана обмотка. В определенный момент времени в обмотку подается импульс напряжения одной полярности. Этот импульс порождает в обмотке импульс тока, а тот, в свою очередь, импульс магнитного потока. Магнитный поток замыкается по магнитопроводу головки, проходит через воздушный зазор и через участок магнитной поверхности диска, находящегося в этот момент под магнитной головкой. Этот участок дорожки на магнитном диске намагничивается соответствующей полярностью. При подаче на головку импульса другой полярности, другой участок диска намагничивается противоположной полярностью. Участок, намагниченный одной полярностью, воспринимается как логическая единица, а участок, намагниченный противоположной полярностью, воспринимается как логический нуль. Таким методом записывается информация в закодированном виде.
При чтении информации все действия происходят в обратном порядке. Намагниченный участок диска, перемещаясь под магнитной головкой, наводит в ее обмотке импульс э.д.с. одной или другой полярности, что воспринимается как логическая единица или логический нуль.
Объем современных винчестеров исчисляется десятками Гбайт.
Гибкие магнитные диски
В качестве переносных носителей информации используются гибкие магнитные диски, называемые дискетами. Они выполняются на пластиковой основе и имеют диаметр 89 мм или 3.5 дюйма. Для предохранения рабочих поверхностей магнитного диска от случайных разрушений диск помещают в жесткий пластиковый конверт, который практически полностью закрывает рабочие поверхности диска. В нижнем углу конверта имеется переключатель защиты диска от записи. При положении переключателя в нижнем положении запись новой информации на дискету, а также удаление имеющейся информации становится невозможной. Предельный объем хранимой информации этих дискет составляет 1.44 Мбайт. Перед нанесением информации на дискету в первый раз ее следует разметить, то есть отформатировать. Форматирование дискет осуществляется с помощью специальных программ. Операционная система Windows, устанавливаемая при продаже компьютера, содержит такую программу. Принцип разметки и нанесения информации на дискеты такой же, как и на жестких дисках, описанный выше.
Для работы с дискетами в компьютере предусмотрено устройство, называемое дисководом. Дисковод размещается в системном блоке, на передней его панели имеется щель, в которую вставляется дискета. При полностью вставленной дискете ее подвижная металлическая шторка отодвигается, открывая щель доступа магнитных головок к рабочим поверхностям для выполнения чтения или записи информации. При выполнении операций чтения или записи информации магнитные головки с помощью специального микродвигателя перемещаются в радиальном направлении от внешней границы дискеты к ее центру и наоборот. При этом сам магнитный диск вращается со скоростью порядка 300 об/мин. Для ориентации правильного расположения диска на его конверте располагается стрелка. Правильное положение вставленной в дисковод дискеты соответствует состоянию, когда эта стрелка находится на верхней поверхности, в левом углу впереди.
Недостатком магнитных дисков следует считать потерю или искажение информации при попадании этих дисков в магнитные поля, что приводит к размагничиванию диска. Такие случаи возможны, если дискета находится рядом с включенным электродвигателем или трансформатором, которые создают магнитные поля рассеивания.