Основы информатики и вычислительной техники

1. Кодирование информации, двоичная система счисления, единицы измерения информации

В качестве наименьшей единицы измерения информации принят 1 бит. 1 бит соответствует одному разряду в двоичной системе счисления. Эта система лежит в основе архитектуры компьютеров. Для представления всего многообразия величин в компьютере объединяют несколько двоичных разрядов. Поэтому более крупными единицами измерения И в компьютере являются: 1 байт = 8 бит; 1 Кбайт=210 байт; 1 Мбайт = 210 Кбайт; 1 Гбайт = 210 Мбайт.

Поскольку информация в компьютере хранится в дискретной форме, для ее записи используется некоторый конечный набор знаков, называемый алфавитом. Очень часто в качестве алфавита используется таблица кодов, содержащая около 256 знаков. Каждому знаку соответствует числовой код. Этот код хранит образ соответствующего знака в памяти компьютера. Для понимания системы кодирования информации необходимо рассмотреть правила преобразования числовых кодов в различные системы счисления.

Наиболее популярна таблица кодов ASCII. Она состоит из 16 строк и 16 столбцов, пронумерованных от 0 до F в 16-ричной системе счисления. Например, в столбце 4 и строке D таблицы расположена заглавная буква М латинского алфавита. Таким образом при записи текста с такой буквой, она будет храниться в памяти в виде кода 4D(16) или 77(10). Другие коды: "," - 2C; "j" - 6A; "2" - 32. Обычно последние 8 столбцов таблицы кодов содержат буквы национальных алфавитов, графические знаки. В большом количестве разновидностей таблицы кодов ASCII первая половина таблицы является неизменной, а вторая - переменной.

Таким образом, для хранения одного символа в ASCII-кодировке требуется 1 байт памяти компьютера. Однако 8-битовая кодировка является недостаточной для кодировки всех символов расширенных алфавитов. Все препятствия могут быть сняты при переходе на 16-битовую кодировку Unicode, допускающую 65536 кодовых комбинаций.

Числа кодируются особым образом. Например, целое число, в зависимости от типа, может кодироваться одним, двумя или четырьмя байтами. Для получения кода положительного целого числа достаточно перевести его из десятичной в двоичную систему счисления, например, десятичное число 12 кодируется как двоичное 00001100 (при однобайтовом типе числа). Отрицательные целые числа часто кодируются в так называемом дополнительном коде, когда старший двоичный разряд используется как признак отрицательности числа, а остальные разряды должны быть такими, чтобы сумма отрицательного числа и его модуля равнялась нулю. Так, десятичное число -1 будет представлено как двоичное 1111111111111111 (при двухбайтовом типе числа). Минимально допустимое двухбайтовое число -- 32768 кодируется как 1000000000000000, а максимальное 32767 -- как 0111111111111111.

Для вещественных чисел система кодирования является более сложной. Обычно для каждого числа часть байтов отводится для хранения мантиссы числа, а часть -- для порядка числа.

Двоичная система счисления является основной системой представления информации в памяти компьютера.

В этой системе счисления используются цифры: 0, 1.

Пример:

Десятичная система счисления:

таким образом, любое трехзначное число в десятичной системе можно представить:

,

где a, b, c цифры от 0 до 9 (горизонтальная линия над буквами показывает, что это именно цифры a, b, c, а не произведение чисел a, b, c).

Аналогично для любого трехзначного (трехразрядного) числа в двоичной системе счисления можно записать:

где a, b, c цифры 0 и 1.

Переведем число 12, записанное в десятичной системе счисления, в число, записанное в двоичной системе счисления.

4-х разрядное двоичное число.

В двоичной системе счисления всего две цифры, называемые двоичными (binary digits). Сокращение этого наименования привело к появлению термина бит, ставшего названием разряда двоичного числа. Веса разрядов в двоичной системе изменяются по степеням двойки. Поскольку вес каждого разряда умножается либо на 0, либо на 1, то в результате значение числа определяется как сумма соответствующих значений степеней двойки. Если какой-либо разряд двоичного числа равен 1, то он называется значащим разрядом. Запись числа в двоичном виде намного длиннее записи в десятичной системе счисления.

2. Виды памяти персонального компьютера

Все персональные компьютеры используют три вида памяти: оперативную, постоянную и внешнюю (различные накопители). Оперативная память предназначена для хранения переменной информации, так как она допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения микропроцессором соответствующих операций. Поскольку в любой момент времени доступ может осуществляться к произвольно выбранной ячейке, то этот вид памяти называют также памятью с произвольной выборкой - RAM (Random Access Memory).

Все программы, в том числе и игровые, выполняются именно в оперативной памяти. Постоянная память обычно содержит такую информацию, которая не должна меняться в течение длительного времени. Постоянная память имеет собственное название - ROM (Read Only Memory), которое указывает на то, что ею обеспечиваются только режимы считывания и хранения.

Логическая организация памяти

Как известно, используемый в IBM РС, PC/XT микропроцессор i8088 через свои 20 адресных шин предоставляет доступ всего к 1-Мбайтному пространству памяти. Первые 640 Кбайт адресуемого пространства в IBM РС-совместимых компьютерах называют обычно стандартной памятью (conventional memory). Оставшиеся 384 Кбайта зарезервированы для системного использования и носят название памяти в верхних адресах (UMB, Upper Memory Blocks, High DOS Memory или UM Area - UMA).Эта область памяти резервируется под размещение системной ROM BIOS (Read Only Memory Basic Input Output System), под видеопамять и ROM-память дополнительных адаптеров.

Дополнительная (expanded) память

Почти на всех персональных компьютерах область памяти UMB редко оказывается заполненной полностью. Пустует, как правило, область расширения системного ROM BIOS или часть видеопамяти и области под дополнительные модули ROM. На этом и базируется спецификация дополнительной памяти EMS (Ехpanded Memory Specification), впервые разработанная фирмами Lotus Development, Intel и Microsoft (поэтому называемая иногда LIM-cпeцификацией). Эта спецификация позволяет использовать оперативную память свыше стандартных 640 Кбайт для прикладных программ. Принцип использования дополнительной памяти основан на переключении блоков (страниц) памяти. В области UMB, между видеобуфером и системным RGM BIOS, выделяется незанятое 64-Кбайтное "окно", которое разбито на страницы. Программные и аппаратные средства позволяют отображать любой сегмент дополнительной памяти в любую из выделенных страниц "окна(TM). Хотя микропроцессор всегда обращается к данным, хранимым в "окне" (адрес ниже 1 Мбайта), адреса этих данных могут быть смещены в дополнительной памяти относительно "окна" на несколько мегабайт.

В компьютерах на процессоре i8088 для реализации дополнительной памяти должны применяться специальные платы с аппаратной поддержкой "подкачки" блоков (страниц) памяти и соответствующий программный драйвер. Разумеется, платы дополнительной памяти могут устанавливаться и в компьютер на базе процессоров i80286 и выше.

Расширенная (extended) память

Компьютеры, использующие процессор l80286 с 24-разрядными адресными шинами, физически могут адресовать 16 Мбайт, а в случае процессоров i80386/486 - 4 Гбайта памяти. Такая возможность имеется только для защищенного режима работы процессора, который операционная система MS-DOS не поддерживает. Расширенная память (extended) располагается выше области адресов 1 Мбайт (не надо путать 1 Мбайт ОЗУ и 1 Мбайт адресного пространства). Для работы с расширенной памятью микропроцессор должен переходить из реального в защищенный режим и обратно. В отличие от l80286 микропроцессоры i80386/486 выполняют эту операцию достаточно просто, именно поэтому для них в составе MS-DOS имеется специальный драйвер - менеджер памяти ЕММ386.

Кстати, при наличии соответствующего драйвера расширенную память можно эмулировать как дополнительную. Аппаратную поддержку в этом случае должен обеспечивать микропроцессор не ниже i80386 или вспомогательный набор специальных микросхем (например, наборы NEAT фирмы Chips and Technologies). Следует заметить, что многие платы памяти, поддерживающие стандарт LIM/EMS, могут использоваться также и в качестве расширенной памяти.

Кэш-память

Кэш-память предназначена для согласования скорости работы сравнительно медленных устройств, таких, например как динамическая память с быстрым микропроцессором. Использование кэш-памяти позволяет избежать циклов ожидания в его работе, которые снижают производительность всей системы.

С помощью кэш-памяти обычно делается попытка согласовать также работу внешних устройств, например, различных накопителей, и микропроцессора. Соответствующий контролер кэш-памяти должен заботиться о том, чтобы команды и данные, которые будут необходимы микропроцессору в определенный момент времени, именно к этому моменту оказывались в кэш-памяти.

3. Устройства вывода информации: принтер, плоттер

Принтер (или печатающее устройство) предназначен для вывода информации на бумагу. Все принтеры могут выводить также рисунки и графики, цветные или черно-белые изображения.

Существует несколько тысяч моделей принтеров, которые могут использоваться с IBM PC. Рассмотрим основные типы.

Матричные (игольчатые) принтеры

Игольчатый принтер (Dot-matrix-Printer, он же матричный) долгое время являлся стандартным устройством вывода для РС. В недавнем прошлом, когда струйные принтеры работали еще неудовлетворительно, а цена лазерных была достаточно высока, повсеместно использовались игольчатые принтеры. Они еще часто применяются и сегодня. Достоинства этих принтеров определяются, в первую очередь скоростью печати и их универсальностью, которая заключается в способности работать с любой бумагой, а также низкой стоимостью печати.

Принцип, которым игольчатый принтер печатает знаки на бумаге, очень прост. Игольчатый принтер формирует знаки несколькими иголками, расположенными в головке принтера. Механика подачи бумаги проста: бумага втягивается с помощью вала, а между бумагой и головкой принтера располагается красящая лента. При ударе иголки по этой ленте на бумаге остается закрашенный след. Иголки, расположенные внутри головки, обычно активизируются электромагнитным методом. Головка двигается по горизонтальной направляющей и управляется шаговым двигателем.

Существуют головки: 9*9 иголок, 9*18, 18*18, 24*37. Иголки расположены в один или два ряда. С помощью многоцветной красящей ленты реализована возможность цветной печати.

Струйные принтеры

Первой фирмой, изготовившей струйный принтер, является Hewlett Packard. Основной принцип работы струйных принтеров чем-то напоминает работу игольчатых принтеров, только вместо иголок здесь применяются сопла (очень маленькие отверстия), которые находятся в головке принтера. В этой головке установлен резервуар с жидкими чернилами, которые через сопла, как микрочастицы, переносятся на материал носителя. Число сопел зависят от модели принтера и изготовителя.

Лазерные принтеры

Несмотря на сильную конкуренцию со стороны струйных принтеров лазерные принтеры позволяют достигать значительно более высокого качества печати. Качество получаемого с их помощью изображения приближается к фотографическому. Таким образом, для получения высококачественной черно-белой или цветной распечатки следует отдавать предпочтение лазерному принтеру по сравнению со струйным.

Термические принтеры

Цветные лазерные принтеры пока не идеальны. Для получения цветного изображения фотографического качества используются термические принтеры или, как их еще называют, цветные принтеры высокого класса.

Принтеры, использующие струйный перенос расплавленного красителя, называют еще восковыми принтерами с твердым красителем. При печати блоки цветного воска расплавляются и выбрызгиваются на носитель, создавая яркие насыщенные цвета на любой поверхности.

Принтеры практически всегда подключаются к параллельному порт у LPT (Line Printer, 25-ти контактный Sub-D разъем). Редко встречаются беспроводные инфракрасные принтеры, которые применяются в основном пользователями PC типа notebook.

Плоттер (графопостроитель)

Плоттер является устройством вывода, которое применяется только в специальных областях. Плоттеры обычно используются совместно с программами САПР. Результат работы практически любой такой программы -- это комплект конструкторской или технологической документации, в которой значительную часть составляют графические материалы. Таким образом, вотчиной плоттера являются чертежи, схемы, графики, диаграммы и т. п. Для этого плоттер оборудован специальными вспомогательными средствами. Поле для черчения у плоттеров соответствует форматы А4 - А0.

Все современные плоттеры можно отнести к двум большим классам;

- планшетные для форматов АЗ--А2 (реже А1--А0) с фиксацией листа электрическим, реже магнитным или механическим способом

- барабанные (рулонные) плоттеры для печати на бумаге формата А1 или А0, с роликовой подачей листа, механическим или вакуумным прижимом

Барабанные плоттеры используют рулоны бумаги длиной до нескольких десятков метров и позволяют создавать длинные чертежи и рисунки.

4. Программы обработки векторной графики

В настоящее время создано множество пакетов иллюстративной графики, которые содержат простые в применении, развитые и мощные инструментальные средства векторной графики, предназначенной как для подготовки материалов к печати, так и для создания страниц в интернете. Для создания графического объекта потребуется программа иллюстративной векторной графики. Качество и полезность средств векторной графики определяются главным образом возможностями масштабирования. Пакеты векторной или иллюстративной графики всегда основывались на объектно-ориентированном подходе, позволяющем рисовать контуры объектов, а затем закрашивать их или заполнять узорами. Вы можете очень точно воспроизводить эти контуры, задавая любой размер, поскольку они формируются при помощи математической модели из точек и кривых, а не как растровые изображения - в виде сетки, заполненной прямоугольными пикселями. К числу новых возможностей, обнаруженных нами в этой категории изделий, относится многоцветная градиентная закраска. Такие примитивы, как многоугольники, звезды и спирали, стали обычными атрибутами подобных пакетов. Связанные цвета позволяют заменить красный цвет розы желтым, изменив только базовый цвет; все связанные оттенки изменятся автоматически. Многослойные интерактивные цветные "диапозитивы" обеспечивают ранее недостижимую глубину, и вы можете преобразовывать векторные изображения в растровые в рамках векторного графического файла. Если вчерашние пакеты векторной графики позволяли только помещать растровое изображение в ваш файл, то с помощью современных программ можно встраивать представленные в растровой форме изображения, изменять их размеры и даже накладывать специальные эффекты и маски. Это облегчает процесс получения окончательного изображения средствами многослойной графики - объединением векторных и растровых файлов необходимым, для создания логотипов, печатных рекламных объявлений и картинок для Web. Принципы, лежащие в основе последних пакетов, полностью меняют представления о векторной графике. CorelXara 1.5 реализует качественно новый подход к визуализации, располагает потрясающими средствами создания выходных файлов .GIF и JPEG и феноменально быстрым внешним модулем браузера для работы с векторной графикой. Пакет Expression 1.0 фирмы Fractal Design позволяет строить контуры из других сложных векторных графических изображений, предоставляя в распоряжение пользователя бесконечное разнообразие визуальных возможностей, недостижимое с помощью других программ. В отличие от предназначенного для начинающих пользователей программного обеспечения настольных издательских систем или программ редактирования фотоизображений, где, как правило, содержатся наиболее часто используемые средства редактирования, графические пакеты для новичков обычно ориентированы на решение конкретных задач, например построение диаграмм или техническое черчение. Приобрести навыки свободного рисования кривых Безье трудно даже для профессионала; не менее сложно освоить и основные принципы машинного черчения, например изображение разрезов и сечений. Кроме того, многие начинающие пользователи не ощущают различий между растровой и векторной графикой и могут не знать, в каких случаях какими пакетами пользоваться. По этим причинам начинающие должны соизмерять свои задачи с возможностями программы и переходить к полнофункциональному пакету рисования, только когда будут готовы к этому.

В большинстве случаев для создания простых иллюстраций начинающим достаточно уметь работать с теми программными средствами, которые, возможно, у них уже имеются. Комплекты программ Microsoft, Corel и Lotus содержат инструменты рисования в своих модулях текстового процессора и презентационной графики, а также библиотеки клипартов. Кроме того, с помощью функций AutoShape можно создавать большое число стандартную форм и даже символов для построения диаграмм (которые могут отбрасывать тени или даже получаться с помощью "экструзии" и благодаря этому приобретать объемность), а галерея WordArt предоставляет интересные и цветные стили текста, которыми можно пользоваться для заголовков или ярлыков.

5. Создание связей между таблицами в базах данных

При установлении связи между таблицами связанные поля не обязательно должны иметь одинаковые названия. При этом у них должен быть один и тот же тип данных, если только поле, являющееся первичным ключом, не относится к типу "Счетчик". Поле типа "Счетчик" можно связать с полем типа "Числовой" только в том случае, если для свойства FieldSize (размер поля) каждого из них задано одно и то же значение. Например, можно связать столбцы типов "Счетчик" и "Числовой", если для свойства FieldSize каждого из них установлено значение "Длинное целое". Даже если оба связываемых столбца относятся к типу "Числовой", значение свойства FieldSize для обоих полей должно быть одинаковым.

Создание связей "один ко многим" или "один к одному"

Чтобы создать связь вида "один ко многим" или "один к одному", воспользуйтесь приведенной ниже последовательностью действий:

Закройте все открытые таблицы. Создавать или изменять связи между открытыми таблицами нельзя.

В Access версий 2002 или 2003 выполните указанные ниже действия.

Нажмите клавишу F11, чтобы перейти в окно базы данных.

В меню Сервис выберите команду Связи.

В Access 2007 нажмите кнопку Связи в группе Показать или скрыть вкладки Инструменты для баз данных.

Если в базе данных отсутствуют связи, то автоматически появится диалоговое окно Добавление таблицы. Если окно Добавление таблицы не появилось, но при этом нужно добавить таблицы в список связываемых, выберите команду Добавить таблицу в меню Связи.

Дважды щелкните названия таблиц, которые необходимо связать, после чего закройте диалоговое окно Добавление таблицы. Чтобы связать таблицу с самой собой, добавьте ее два раза.

Перетащите связываемое поле из одной таблицы на связываемое поле в другой. Чтобы перетащить несколько полей, нажмите клавишу CTRL, щелкните каждое поле, а затем перетащите их.

В большинстве случаев понадобится перетащить поле первичного ключа (выделенное полужирным текстом) из одной таблицы на аналогичное поле (часто с тем же самым названием), называемое внешним ключом, другой таблицы.

Появится окно Изменение связей. Убедитесь, что в каждом из столбцов отображаются названия нужных полей. Если нужно, их можно изменить.

При необходимости задайте параметры связи. Если требуются сведения о конкретном элементе окна Изменение связей, нажмите кнопку со знаком вопроса, а затем щелкните соответствующий элемент. Эти параметры будут подробно описаны ниже.

Чтобы установить связь, нажмите кнопку Создать.

Повторите действия с 5 по 8 для каждой пары связываемых таблиц.

При закрытии диалогового окна Изменение связей Microsoft Access спросит, нужно ли сохранить макет. Вне зависимости от ответа на этот вопрос создаваемые связи сохраняются в базе данных.

Примечание. Создавать связи можно не только в таблицах, но и в запросах. При этом, однако, не обеспечивается целостность данных.

Создание связей "многие ко многим"

Чтобы создать связь вида "многие ко многим", выполните указанные ниже действия.

Создайте две таблицы, которые необходимо связать отношением "многие ко многим".

Создайте третью таблицу, называемую соединительной, и добавьте в нее поля с теми же определениями, что и поля первичных ключей в каждой из двух других таблиц. Поля первичных ключей соединительной таблицы служат внешними ключами. В соединительную таблицу, как и в любую другую, можно добавить и другие поля.

Задайте первичный ключ этой таблицы таким образом, чтобы он включал в себя поля первичных ключей обеих основных таблиц. Например, первичный ключ соединительной таблицы "АвторыКниг" будет состоять из полей "ИД_заказа" и "ИД_продукта".

Примечание. Чтобы создать первичный ключ, выполните указанные ниже действия.

Откройте таблицу в режиме конструктора.

Выберите одно или несколько полей, которые необходимо определить в качестве первичного ключа. Чтобы выбрать одно поле, щелкните знак выбора строки для нужного поля.

Чтобы выбрать несколько полей, удерживайте нажатой клавишу CTRL и щелкните знак выбора строки для каждого из полей.

В Access версий 2002 или 2003 нажмите кнопку Первичный ключ на панели инструментов.

В Access 2007 нажмите кнопку Первичный ключ в группе Сервис вкладки Структура.

Примечание. Чтобы порядок следования полей в первичном ключе, состоящем из нескольких полей, отличался от такового в таблице, нажмите кнопку Индексы на панели инструментов, в результате чего появится диалоговое окно Индексы, в котором можно изменить порядок следования полей индекса под названием КлючевоеПоле.

Установите связь вида "один ко многим" между каждой из двух главных таблиц и соединительной таблицей.

Список литературы

Андреев А.В., Беккерман Б.И. Основы информатики и вычислительной техники / Серия «Учебники, учебные пособия». - Ростов н/Д: Изд-во «Феникс», 2002.

Домрачеев С. А., Харьков В.П. Информатика. Серия «Высшее образование»- Ростов н/Д: Феникс, М.: Национальный институт бизнеса, 2004.

Информатика. Энциклопедический словарь для начинающих. - М.: Педагогика-Пресс, 1994.

Кричевский Р.Е. Сжатие и поиск информации. - М.: Радио и связь, 1989.

Куперштейн В. Современные информационные технологии в делопроизводстве и управлении. - СПб.: БХВ-С-Петербург, 1999.

Лихачёва Г.Н. Информационные технологии в экономике. - М.: МЭСИ, 1998.

Острейковский В.А. Информатика: Учеб. пособие для студ.сред.проф.заведений. - М.: Высш. шк., 2001.

Симонович С, Евсенеев Г., Алексеев А. Общая информатика - М.: АСТ-Пресс, 1998.

Турецкий В.Я.Математика и информатика. - М.: ИНФРА-М, 2002.

Филимонова Е.В., Тер-Симонян Н.А. Математика и информатика: Учеб. пособие для студ.сред.проф.заведений. - М.: Издательско-книготорговый центр «Маркетинг», 2002.