Архитетура компьютера. Основные устройства компьютера и их функции.

Билет № 2

Несмотря на огромное разнообразие вычислительной техники и ее необычайно быстрое совершенствование, фундаментальные принципы устройства машин во многом остаются неизменными. В частности, начиная с самых первых поколений, любая ЭВМ состоит из следующих основных устройств: процессор, память (внутренняя и внешняя) и устройства ввода и вывода информации. Рассмотрим более подробно назначение каждого из них.

Процессор является главным устройством компьютера, в котором собственно и происходит обработка всех видов информации. Другой важной функцией процессора является обеспечение согласованного действия всех узлов, входящих в состав компьютера. Соответственно наиболее важными частями процессора являются арифметико-логическое устройство АЛУ и устройство управления УУ.

Каждый процессор способен выполнять вполне определенный набор универсальных инструкций, называемых чаще всего машинными командами. Каков именно этот набор, определяется устройством конкретного процессора, но он не очень велик и в основном аналогичен для различных процессоров. Работа ЭВМ состоит в выполнении последовательности таких команд, подготовленных в виде программы. Процессор способен организовать считывание очередной команды, ее анализ и выполнение, а также при необходимости принять данные или отправить результаты их обработки на требуемое устройство. Выбрать, какую инструкцию программы исполнять следующей, также должен сам процессор, причем результат этого выбора часто может зависеть от обрабатываемой в данный момент информации.

Хотя внутри процессора всегда имеются специальные ячейки (регистры) для оперативного хранения обрабатываемых данных и некоторой служебной информации, в нем сознательно не предусмотрено место для хранения программы. Для этой важной цели в компьютере служит другое устройство – память. Мы рассмотрим лишь наиболее важные виды компьютерной памяти, поскольку ее ассортимент непрерывно расширяется и пополняется все новыми и новыми типами.

Память в целом предназначена для хранения как данных, так и программ их обработки: согласно фундаментальному принципу фон Неймана, для обоих типов информации используется единое устройство.

Начиная с самых первых ЭВМ, память сразу стали делить на внутреннюю и внешнюю. Исторически это действительно было связано с размещением внутри или вне процессорного шкафа. Однако с уменьшением размеров машин внутрь основного процессорного корпуса удавалось поместить все большее количество устройств, и первоначальный непосредственный смысл данного деления постепенно утратился. Тем не менее, терминология сохранилась.

Под внутренней памятью современного компьютера принято понимать быстродействующую электронную память, расположенную на его системной плате. Сейчас такая память изготавливается на базе самых современных полупроводниковых технологий (раньше использовались магнитные устройства на основе ферритовых сердечников – лишнее свидетельство тому, что конкретная физические принципы значения не имеют). Наиболее существенная часть внутренней памяти называется ОЗУ - оперативное запоминающее устройство. Его главное назначение состоит в том, чтобы хранить данные и программы для решаемых в текущий момент задач. Наверное, каждому пользователю известно, что при выключении питания содержимое ОЗУ полностью теряется. В состав внутренней памяти современного компьютера помимо ОЗУ также входят и некоторые другие разновидности памяти, которые при первом знакомстве можно пропустить. Здесь упомянем только о постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), в котором в частности хранится информация, необходимая для первоначальной загрузки компьютера в момент включения питания. Как очевидно из названия, информация в ПЗУ не зависит от состояния компьютера (для лучшего понимания можно указать на некоторую аналогию между информацией в ПЗУ и “врожденными” безусловными рефлексами у живых существ). Раньше содержимое ПЗУ раз и навсегда формировалось на заводе, теперь же современные технологии позволяют в случае необходимости обновлять его даже не извлекая из компьютерной платы.

Внешняя память реализуется в виде довольно разнообразных устройств хранения информации и обычно конструктивно оформляется в виде самостоятельных блоков. Сюда, прежде всего, следует отнести накопители на гибких и жестких магнитных дисках (последние несколько жаргонно пользователи часто именуют винчестерами), а также оптические дисководы (устройства для работы с CD ROM). В конструкции устройств внешней памяти имеются механически движущиеся части, поэтому скорость их работы существенно ниже, чем у полностью электронной внутренней памяти. Тем не менее, внешняя память позволяет сохранить огромные объемы информации с целью последующего использования. Подчеркнем, что информация во внешней памяти прежде всего предназначена для самого компьютера и поэтому хранится в удобной ему форме; человек без использования машины не в состоянии, например, даже отдаленно представить содержимое немаркированной дискеты или диска CD ROM.

Современные программные системы способны объединять внутреннюю и внешнюю память в единое целое, причем так, чтобы наиболее редко используемая информация попадала в более медленно работающую внешнюю память. Такой метод дает возможность очень существенно расширить объем обрабатываемой с помощью компьютера информации.

Если процессор дополнить памятью, то такая система уже может быть работоспособной. Ее существенным недостатком является невозможность узнать что-либо о происходящем внутри такой системы. Для получения информации о результатах, необходимо дополнить компьютер устройствами вывода, которые позволяют представить их в доступной человеческому восприятию форме. Наиболее распространенным устройством вывода является дисплей, способный быстро и оперативно отображать на своем экране как текстовую, так и графическую информацию. Для того чтобы получить копию результатов на бумаге, используют печатающее устройство, или принтер.

Наконец, поскольку пользователю часто требуется вводить в компьютерную систему новую информацию, необходимы еще и устройства ввода. Простейшим устройством ввода является клавиатура. Широкое распространение программ с графическим интерфейсом способствовало популярности другого устройства ввода – манипулятора мышь. Наконец, очень эффективным современным устройством для автоматического ввода информации в компьютер является сканнер, позволяющий не просто преобразовать картинку с листа бумаги в графический компьютерный файл, но и с помощью специального программного обеспечения распознать в прочитанном изображении текст и сохранить его в виде, пригодном для редактирования в обычном текстовом редакторе.

Теперь, когда мы знаем основные устройства компьютера и их функции, осталось выяснить, как они взаимодействуют между собой. Для этого обратимся к функциональной схеме современного компьютера, приведенной на рисунке.

 

Для связи основных устройств компьютера между собой используется специальная информационная магистраль, обычно называемая инженерами шиной. Шина состоит из трех частей:

• шина адреса, на которой устанавливается адрес требуемой ячейки памяти или устройства, с которым будет происходить обмен информацией;

• шина данных, по которой собственно и будет передана необходимая информация; и, наконец,

• шина управления, регулирующей этот процесс (например, один из сигналов на этой шине позволяет компьютеру различать между собой адреса памяти и устройств ввода/вывода).

Рассмотрим в качестве примера, как процессор читает содержимое ячейки памяти. Убедившись, что шина в данный момент свободна, процессор помещает на шину адреса требуемый адрес и устанавливает необходимую служебную информацию (операция – чтение, устройство – ОЗУ и т.п.) на шину управления. Теперь ему остается только ожидать ответа от ОЗУ. Последнее, “увидев” на шине обращенный к нему запрос на чтение информации, извлекает содержимое необходимой ячейки и помещает его на шину данных. Разумеется, реальный процесс значительно подробнее, но нас сейчас не интересуют технические детали. Особо отметим, что обмен по шине при определенных условиях и при наличии определенного вспомогательного оборудования может происходить и без непосредственного участия процессора, например, между устройством ввода и внутренней памятью.

Подчеркнем также, что описанная нами функциональная схема на практике может быть значительно сложнее. Современный компьютер может содержать несколько согласованно работающих процессоров, прямые информационные каналы между отдельными устройствами, несколько взаимодействующих магистралей и т.д. Тем не менее, если понимать наиболее общую схему, то разобраться в конкретной компьютерной системе будет уже легче.

Магистральная структура позволяет легко подсоединять к компьютеру именно те внешние устройства, которые нужны для данного пользователя. Благодаря ей, удается скомпоновать из стандартных блоков любую индивидуальную конфигурацию компьютера.

Б 3.Характеристики процессора и внутренней памяти компьютера (быстродействие, разрядность, объем памяти)

Необычайно быстрое развитие вычислительной техники приводит к тому, что одновременно в употреблении находится большое количество компьютеров с достаточно разнообразными характеристиками. Поэтому очень полезно знать, каковы основные характеристики узлов компьютера, на что они влияют и как их подбирать. Здесь будут рассмотрены параметры наиболее важных устройств компьютера, таких как процессор и внутренняя память.

Начнем с процессора. Очевидно, что пользователя в первую очередь интересует его производительность, т.е. скорость выполнения предложенной процессору задачи. Традиционно быстродействие процессора измерялось путем определения количества операций в единицу времени, как правило, в секунду. До тех пор, пока машины выполняли только вычисления, такой показатель был достаточно удобен. Однако по мере развития вычислительной техники количество видов обрабатываемой информации возрастало, и обсуждаемый показатель перестал быть универсальным. В самом деле, в простейшем случае даже количество арифметических действий над целыми и над вещественными числами может для одного и того же компьютера отличаться на порядок! Что говорить о скорости обработки графической или видео информации, которые к тому же зависят не только от самого процессора, но и от устройства видеоблоков компьютера... Кроме того, современные процессоры, например, Pentium, имеют очень сложное внутренне устройство и могут выполнять машинные команды параллельно. Иными словами, процессор может одновременно выполнять несколько разных инструкций, а значит, время завершения команды уже зависит не только от нее самой, но и от "соседних" операций! Таким образом, количество выполняемых за секунду операций перестает быть постоянным и выбирать его в качестве характеристики процессора не очень удобно.

Именно поэтому сейчас получила широкое распространение другая характеристика скорости работы процессора – его тактовая частота. Рассмотрим данную величину подробнее. Любая операция процессора (машинная команда) состоит из отдельных элементарных действий – тактов. Для организации последовательного выполнения требуемых тактов друг за другом, в компьютере имеется специальный генератор импульсов, каждый из которых инициирует очередной такт машинной команды (какой именно, определяется устройством процессора и логикой выполняемой операции). Очевидно, что чем чаще следуют импульсы от генератора, тем быстрее будет выполнена операция, состоящая из фиксированного числа тактов. Из сказанного следует, что тактовая частота определяется количеством импульсов в секунду и измеряется в мегагерцах – т.е. миллионах импульсов за 1 сек. Разумеется, тактовая частота не может быть произвольно высокой, поскольку в какой-то момент процессор может просто "не успеть" выполнить очередной такт до прихода следующего импульса. Однако инженеры делают все возможное для повышения значения этой характеристики процессора, и на данный момент тактовая частота самых современных процессоров уже превышает 1000 МГц, т.е. 1 ГГц (1 гигагерц).

Следует четко представлять, что сравнение тактовых частот позволяет надежно определить, какой из двух процессоров более быстродействующий только в том случае, если оба процессора устроены примерно одинаково. Если же попытаться сравнить процессоры, произведенные разными изготовителями и работающие по разным принципам, можно получить абсолютно неправильные выводы. В самом деле, если в одном из процессоров команда выполняется за 2 такта, а в другом – за 3, то при совершенно одинаковой частоте первый будет работать в полтора раза быстрее! Кроме того, не нужно забывать, что производительность современной компьютерной системы определяется не только быстродействием отдельно взятого процессора, но и скоростями работы остальных узлов компьютера и даже способами организации всей системы в целом: очевидно, что чрезмерно быстрый процессор будет вынужден постоянно простаивать, ожидая, например, медленно работающую память; или другой пример – очень часто простое увеличение объема ОЗУ дает гораздо больший эффект, чем замена процессора на более быстрый.

Косвенно скорость обработки информации зависит и еще от одного параметра процессора – его разрядности. Под разрядностью обычно понимают число одновременно обрабатываемых процессором битов. Формально эта величина есть количество двоичных разрядов в регистрах процессора и для современных моделей она равна 32. Тем не менее, все не так просто. Дело в том, что помимо описанной "внутренней" разрядности процессора существует еще разрядность шины данных, которой он управляет, и разрядность шины адреса [о шине более подробно рассказано в предыдущем билете]. Эти характеристики далеко не всегда совпадают (данные для таблицы взяты из книги М.Гука "Процессоры Intel: от 8086 до Pentium II". – СПб.: Питер, 1997):

Процессор Разрядность: Объем памяти

регистров шины данных шины адреса

Intel 8086 16 16 20 до 1 Мб

Intel 80286 16 16 24 до 16 Мб

Intel 80386 32 16 24 до 16 Мб

Intel 80486 32 32 32 до 4 Гб

Pentium 32 64 32 до 4 Гб

Pentium II 32 64 36 до 64 Гб

Мы не будем обсуждать технические причины, по которым эти три разрядности могут различаться между собой, ибо причины эти сейчас представляют в основном исторический интерес. Отметим только, что разрядность регистров и разрядность шины данных влияют на длину обрабатываемых данных, а вот разрядность шины адреса R определяет максимальный объем памяти, который способен поддерживать процессор. Эту характеристику часто называют величиной адресного пространства, и она может быть вычислена по простой формуле 2R. Действительно, R двоичных разрядов позволяют получить именно такое количество неповторяющихся чисел, т.е. в данном случае адресов памяти.

Перейдем теперь к описанию основных характеристик памяти компьютера.

Хотя память компьютера состоит из отдельных битов, непосредственно "общаться" с каждым из них невозможно: биты группируются в более крупные блоки информации и именно они получают адреса, по которым происходит обращение к памяти. По сложившейся исторической традиции минимальная порция информации, которую современный компьютер способен записать в память составляет 8 бит или 1 байт. Отсюда становится очевидным, что общий объем памяти должен измеряться в байтах, или в производных от него единицах. Размер памяти персональных компьютеров стремительно возрастает. Первые модели имели 16-разрядное адресное пространство и, следовательно, объем памяти 216 = 64 Кбайта. Затем, когда памяти под разрабатываемые программные системы перестало хватать, инженеры введением некоторых весьма специфических способов формирования адреса увеличили ее размер на порядок – в MS DOS стандартная память была принята равной 640 Кбайт. Сейчас вы вряд ли сможете приобрести новый компьютер с ОЗУ менее 32-64 Мбайт, т.е. еще на два порядка больше (надеюсь, читатели не забыли, что 1 Мб = 1024 Кбайта).

Еще одной важной характеристикой памяти является время доступа или быстродействие памяти. Этот параметр определяется временем выполнения операций записи или считывания данных; он зависит от принципа действия и технологии изготовления запоминающих элементов.

Оставляя в стороне целый ряд других технологических характеристик современных запоминающих устройств, нельзя, тем не менее, пройти мимо статического и динамического устройства микросхем памяти. Статическая ячейка памяти – это специальная полупроводниковая схема (инженеры называют ее триггер), обладающая двумя устойчивыми состояниями. Одно из них принимается за логический ноль, а другое – за единицу. Состояния эти действительно настолько устойчивы, что при отсутствии внешних воздействий (и, конечно, подключенном напряжения питания!) могут сохраняться сколь угодно долго. Динамические ячейки памяти, напротив, не обладают этим свойством. Такие ячейки фактически представляют собой конденсатор, образованный элементами полупроводниковых микросхем. С некоторым упрощением можно сказать, что логической единице соответствует заряженный конденсатор, а нулю – незаряженный. Существенным свойством динамической ячейки памяти является наличие постепенного самопроизвольного разряда конденсатора через внешние схемы, что ведет к потере информации. Чтобы этого не происходило, конденсаторы динамической памяти необходимо периодически подзаряжать (такой процесс принято называть регенерацией ОЗУ). Оба вида запоминающих микросхем успешно конкурируют между собой, поскольку ни одна из них не является идеальной. С одной стороны, статическая память значительно проще в эксплуатации, т.к. не требует регенерации, и приближается по быстродействию к процессорным микросхемам. С другой стороны, она имеет меньший информационный объем и большую стоимость (в самом деле, изготовление конденсатора значительно проще, чем триггерной схемы и требует на кремниевой пластине гораздо меньше места), сильнее нагревается при работе. На практике в данный момент выбор микросхем для построения ОЗУ всегда решается в пользу динамической памяти. И все же быстродействующая статическая память в современном компьютере тоже обязательно есть: она называется кэш-памятью.

Этот вид памяти заслуживает отдельного рассмотрения. Он появился относительно недавно, но, начиная с 486 процессора, без кэш-памяти не обходится ни одна модель. Название кэш происходит от английского слова "cache", которое обозначает тайник или замаскированный склад (в частности, этим словом называют провиант, оставленный экспедицией для обратного пути или запас продуктов, например, зерна или меда, который животные создают на зиму). "Секретность" кэш заключается в том, что он невидим для пользователя и данные, хранящиеся там, недоступны для прикладного программного обеспечения. Процессор использует кэш исключительно самостоятельно, помещая туда извлеченные им из ОЗУ данные и команды программы и запоминая при этом в специальном каталоге адреса, откуда информация была извлечена. Если эти данные потребуются повторно, то уже не надо будет терять время на обращение к ОЗУ – их можно получить из кэш-памяти значительно быстрее. Поскольку объем кэш существенно меньше объема оперативной памяти, его контроллер (управляющая схема) тщательно следит за тем, какие данные следует сохранять в кэш, а какие заменять: удаляется та информация, которая используется реже или совсем не используется. Следует заметить, что кэш-память является очень эффективным средством повышения производительности компьютера, в чем легко убедиться на практике, если в вашем компьютере предусмотрена возможность отключения кэш.

В современных компьютерах кэш обычно строится по двухуровневой схеме. При этом первичный кэш встроен непосредственно внутрь процессора, а вторичный обычно устанавливается на системной плате. Как и для ОЗУ, увеличение объема кэш повышает эффективность работы компьютерной системы.

Билет № 4

Внешняя память компьютера.

Носители информации (гибкие диски, жесткие диски, диски CD-ROM, магнитооптические диски и пр.) и их основные характеристики

 

Внешняя (долговременная) память — это место длительного хранения данных (программ, результатов расчётов, текстов и т.д.), не используемых в данный момент в оперативной памяти компьютера. Внешняя память, в отличие от оперативной, является энергонезависимой. Носители внешней памяти, кроме того, обеспечивают транспортировку данных в тех случаях, когда компьютеры не объединены в сети (локальные или глобальные).

Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя (устройства, обеспечивающего запись и (или) считывание информации) и устройства хранения — носителя.

Основные виды накопителей:

• накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);

• накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД);

• накопители на магнитной ленте (НМЛ);

• накопители CD-ROM, CD-RW, DVD.

Им соответствуют основные виды носителей:

• гибкие магнитные диски (Floppy Disk) (диаметром 3,5’’ и ёмкостью 1,44 Мб; диаметром 5,25’’ и ёмкостью 1,2 Мб (в настоящее время устарели и практически не используются, выпуск накопителей, предназначенных для дисков диаметром 5,25’’, тоже прекращён)), диски для сменных носителей;

• жёсткие магнитные диски (Hard Disk);

• кассеты для стримеров и других НМЛ;

• диски CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD.

Запоминающие устройства принято делить на виды и категории в связи с их принципами функционирования, эксплуатационно-техническими, физическими, программными и др. характеристиками. Так, например, по принципам функционирования различают следующие виды устройств: электронные, магнитные, оптические и смешанные – магнитооптические. Каждый тип устройств организован на основе соответствующей технологии хранения/воспроизведения/записи цифровой информации. Поэтому, в связи с видом и техническим исполнением носителя информации, различают: электронные, дисковые и ленточные устройства.

Основные характеристики накопителей и носителей:

• информационная ёмкость;

• скорость обмена информацией;

• надёжность хранения информации;

• стоимость.

Остановимся подробнее на рассмотрении вышеперечисленных накопителей и носителей.

Принцип работы магнитных запоминающих устройств основан на способах хранения информации с использованием магнитных свойств материалов. Как правило, магнитные запоминающие устройства состоят из собственно устройств чтения/записи информации и магнитного носителя, на который, непосредственно осуществляется запись и с которого считывается информация. Магнитные запоминающие устройства принято делить на виды в связи с исполнением, физико-техническими характеристиками носителя информации и т.д. Наиболее часто различают: дисковые и ленточные устройства. Общая технология магнитных запоминающих устройств состоит в намагничивании переменным магнитным полем участков носителя и считывания информации, закодированной как области переменной намагниченности. Дисковые носители, как правило, намагничиваются вдоль концентрических полей – дорожек, расположенных по всей плоскости дискоидального вращающегося носителя. Запись производится в цифровом коде. Намагничивание достигается за счет создания переменного магнитного поля при помощи головок чтения/записи. Головки представляют собой два или более магнитных управляемых контура с сердечниками, на обмотки которых подается переменное напряжение. Изменение величины напряжения вызывает изменение направления линий магнитной индукции магнитного поля и, при намагничивании носителя, означает смену значения бита информации с 1 на 0 или с 0 на 1.

Дисковые устройства делят на гибкие (Floppy Disk) и жесткие (Hard Disk) накопители и носители. Основным свойством дисковых магнитных устройств является запись информации на носитель на концентрические замкнутые дорожки с использованием физического и логического цифрового кодирования информации. Плоский дисковый носитель вращается в процессе чтения/записи, чем и обеспечивается обслуживание всей концентрической дорожки, чтение и запись осуществляется при помощи магнитных головок чтения/записи, которые позиционируют по радиусу носителя с одной дорожки на другую.

Для операционной системы данные на дисках организованы в дорожки и секторы. Дорожки (40 или 80) представляют собой узкие концентрические кольца на диске. Каждая дорожка разделена на части, называемые секторами. При чтении или записи устройство всегда считывает или записывает целое число секторов независимо от объёма запрашиваемой информации. Размер сектора на дискете равен 512 байт. Цилиндр — это общее количество дорожек, с которых можно считать информацию, не перемещая головок. Поскольку гибкий диск имеет только две стороны, а дисковод для гибких дисков — только две головки, в гибком диске на один цилиндр приходится две дорожки. В жестком диске может быть много дисковых пластин, каждая из которых имеет две (или больше) головки, поэтому одному цилиндру соответствует множество дорожек. Кластер (или ячейка размещения данных) — наименьшая область диска, которую операционная система использует при записи файла. Обычно кластер — один или несколько секторов.

Перед использованием дискета должна быть форматирована, т.е. должна быть создана её логическая и физическая структура.

Дискеты требуют аккуратного обращения. Они могут быть повреждены, если

• дотрагиваться до записывающей поверхности;

• писать на этикетке дискеты карандашом или шариковой ручкой;

• сгибать дискету;

• перегревать дискету (оставлять на солнце или около батареи отопления);

• подвергать дискету воздействию магнитных полей.

Накопители на жестких дисках объединяют в одном корпусе носитель (носители) и устройство чтения/записи, а также, нередко, и интерфейсную часть, называемую контроллером жесткого диска. Типичной конструкцией жесткого диска является исполнение в виде одного устройства — камеры, внутри которой находится один или более дисковых носителей, помещённых на один ось, и блок головок чтения/записи с их общим приводящим механизмом. Обычно, рядом с камерой носителей и головок располагаются схемы управления головками, дисками и, часто, интерфейсная часть и (или) контроллер. На интерфейсной карте устройства располагается собственно интерфейс дискового устройства, а контроллер с его интерфейсом располагается на самом устройстве. С интерфейсным адаптером схемы накопителя соединяются при помощи комплекта шлейфов.

Принцип функционирования жёстких дисков аналогичен этому принципу для ГМД.

 

Основные физические и логические параметры ЖД.

• Диаметр дисков. Наиболее распространены накопители с диаметром дисков 2.2, 2.3, 3.14 и 5.25 дюймов.

• Число поверхностей — определяет количество физических дисков, нанизанных на ось.

• Число цилиндров — определяет, сколько дорожек будет располагаться на одной поверхности.

• Число секторов — общее число секторов на всех дорожках всех поверхностей накопителя.

• Число секторов на дорожке — общее число секторов на одной дорожке. Для современных накопителей показатель условный, т.к. они имеют неравное число секторов на внешних и внутренних дорожках, скрытое от системы и пользователя интерфейсом устройства.

• Время перехода от одной дорожки к другой обычно составляет от 3.5 до 5 миллисекунд, а у самых быстрых моделей может быть от 0.6 до 1 миллисекунды. Этот показатель является одним из определяющих быстродействие накопителя, т.к. именно переход с дорожки на дорожку является самым длительным процессом в серии процессов произвольного чтения/записи на дисковом устройстве.

• Время установки или время поиска — время, затрачиваемое устройством на перемещение головок чтения/записи к нужному цилиндру из произвольного положения.

• Скорость передачи данных, называемая также пропускной способностью, определяет скорость, с которой данные считываются или записываются на диск после того, как головки займут необходимое положение. Измеряется в мегабайтах в секунду (MBps) или мегабитах в секунду (Mbps) и является характеристикой контроллера и интерфейса.

В настоящее время используются в основном жёсткие диски ёмкостью от 10 Гб до 80 Гб. Наиболее популярными являются диски ёмкостью 20, 30, 40 Гб.

Кроме НГМД и НГМД довольно часто используют сменные носители. Довольно популярным накопителем является Zip. Он выпускается в виде встроенных или автономных блоков, подключаемых к параллельному порту. Эти накопители могут хранить 100 и 250 Мб данных на картриджах, напоминающих дискету формата 3,5’’, обеспечивают время доступа, равное 29 мс, и скорость передачи данных до 1 Мб/с. Если устройство подключается к системе через параллельный порт, то скорость передачи данных ограничена скорость параллельного порта.

К типу накопителей на сменных жёстких дисках относится накопитель Jaz. Ёмкость используемого картриджа — 1 или 2 Гб. Недостаток — высокая стоимость картриджа. Основное применение — резервное копирование данных.

В накопителях на магнитных лентах (чаще всего в качестве таких устройств выступают стримеры) запись производится на мини-кассеты. Ёмкость таких кассет — от 40 Мб до 13 Гб, скорость передачи данных — от 2 до 9 Мб в минуту, длина ленты — от 63,5 до 230 м, количество дорожек — от 20 до 144.

CD-ROM — это оптический носитель информации, предназначенный только для чтения, на котором может храниться до 650 Мб данных. Доступ к данным на CD-ROM осуществляется быстрее, чем к данным на дискетах, но медленнее, чем на жёстких дисках.

Компакт-диск диаметром 120 мм (около 4,75’’) изготовлен из полимера и покрыт металлической плёнкой. Информация считывается именно с этой металлической плёнки, которая покрывается полимером, защищающим данные от повреждения. CD-ROM является односторонним носителем информации.

Считывание информации с диска происходит за счёт регистрации изменений интенсивности отражённого от алюминиевого слоя излучения маломощного лазера. Приёмник или фотодатчик определяет, отразился ли луч от гладкой поверхности, был рассеян или поглощён. Рассеивание или поглощение луча происходит в местах, где в процессе записи были нанесены углубления. Фотодатчик воспринимает рассеянный луч, и эта информация в виде электрических сигналов поступает на микропроцессор, который преобразует эти сигналы в двоичные данные или звук.

Скорость считывания информации с CD-ROM сравнивают со скоростью считывания информации с музыкального диска (150 Кб/с), которую принимают за единицу. На сегодняшний день наиболее распространенными являются 52х-скоростные накопители CD-ROM (скорость считывания 7500 Кб/с).

Накопители CD-R (CD-Recordable) позволяют записывать собственные компакт-диски.

Более популярными являются накопители CD-RW, которые позволяют записывать и перезаписывать диски CD-RW, записывать диски CD-R, читать диски CD-ROM, т.е. являются в определённом смысле универсальными.

Аббревиатура DVD расшифровывается как Digital Versatile Disk, т.е. универсальный цифровой диск. Имея те же габариты, что обычный компакт-диск, и весьма похожий принцип работы, он вмещает чрезвычайно много информации — от 4,7 до 17 Гбайт. Воз-можно, именно из-за большой емкости он и называется универсальным. Правда, на сего-дня реально применяется DVD-диск лишь в двух областях: для хранения видеофильмов (DVD-Video или просто DVD) и сверхбольших баз данных (DVD-ROM, DVD-R).

Разброс ёмкостей возникает так: в отличие от CD-ROM, диски DVD записываются с обеих сторон. Более того, с каждой стороны могут быть нанесены один или два слоя информации. Таким образом, односторонние однослойные диски имеют объем 4,7 Гбайт (их часто называют DVD-5, т.е. диски емкостью около 5 Гбайт), двусторонние однослойные — 9,4 Гбайт (DVD-10), односторонние двухслойные — 8,5 Гбайт (DVD-9), а двусторонние двухслойные — 17 Гбайт (DVD-18). В зависимости от объема требующих хранения данных и выбирается тип DVD-диска. Если речь идет о фильмах, то на двусторонних дисках часто хранят две версии одной картины — одна широкоэкранная, вторая в классическом телевизионном формате.

Билет 5

1. Операционная система компьютера (назначение, состав, способ организации диалога с пользователем). Загрузка компьютера.

2. Создание, преобразование, сохранение, распечатка рисунка в среде графического редактора.

1. Операционная система компьютера (назначение, состав, способ организации диалога с пользователем). Загрузка компьютера.

Операционная система — это важнейшая часть системного программного обеспечения, которая организует процесс выполнения задач на ЭВМ, распределяя для этого ресурсы машины, управляя работой всех ее устройств и взаимодействием с пользователем. Иными словами, это своеобразный администратор компьютера, распределяющий его ресурсы так, чтобы пользователь мог решать свои задачи максимально удобно. Роль операционной системы можно наглядно представить себе с помощью следующего рисунка. В центре его изображен собственно компьютер, т.е. все то оборудование, которое стоит на вашем столе и которое можно непосредственно “потрогать руками” (в информатике эта часть часто называется hardware). Внешней оболочкой является разнообразное программное обеспечение (software), позволяющее многочисленным пользователям решать свои прикладные задачи из всех областей человеческой деятельности. ОС организует их совместную работу и служит своеобразным программным расширением управляющего устройства компьютера. Вы можете спросить: а так ли нужен еще один дополнительный слой? Очень нужен, учитывая тот факт, что невозможно заложить в центральный блок информацию обо всех устройствах, которые к нему могут быть подсоединены. И, кроме того, новое устройство может быть изобретено уже после изготовления компьютера! Отсюда очевидно, что загружаемая (а следовательно, изменяемая) программная часть, обеспечивающая работу компьютерной аппаратуры, совершенно необходима.

С другой стороны, наличие операционной системы очень существенно облегчает разработку нового программного обеспечения. Все наиболее часто встречающиеся при работе компьютера задачи сконцентрированы в ОС. Поэтому программисту уже не требуется заботиться о размещении своей программы в объеме памяти каждого конкретного компьютера или описывать отдельные технические детали взаимодействия со всевозможными внешними устройствами разнообразных фирм-изготовителей — для этого достаточно просто обратиться к соответствующей функции операционной системы. Приведем простой частный пример. Если бы об этом не заботилась ОС, каждая программа должна была бы самостоятельно проверять наличие дискеты в дисководе при записи информации или факт подключения принтера перед печатью на бумагу. И таких ситуаций существует великое множество.

Но наличие операционной системы удобно и пользователю. Поскольку на современных компьютерах диалог с ним ведется именно средствами ОС, то интерфейс (проще говоря, способы взаимодействия с человеком) во всех программах получается примерно одинаковым. Так, освоив 2—3 программы в системе Windows, пользователь может довольно быстро научиться работать с еще одной, даже совершенно новой для него.

Таким образом, мы видим, что операционная система решает целый комплекс важных задач управления компьютером. Сформулируем их по возможности более полно. Итак, ОС современного компьютера выполняет следующие функции.

• Организация согласованного выполнения всех процессов в компьютере. Планирование работ, распределение ресурсов.

• Организация обмена с внешними устройствами. Хранение информации и обеспечение доступа к ней, предоставление справок.

• Запуск и контроль прохождения задач пользователя.

• Реакция на ошибки и аварийные ситуации. Контроль за нормальным функционированием оборудования.

• Обеспечение возможности доступа к стандартным системным средствам (программам, драйверам, информации о конфигурации и т.п.).

• Обеспечение общения с пользователем.

• Сохранение конфиденциальности информации в многопользовательских системах.

Первые операционные системы (CP/M, MS-DOS, Unix) вели диалог с пользователем на экране текстового дисплея. Это был в полном смысле слова диалог, в ходе которого человек и компьютер по очереди обменивались сообщениями: человек вводил очередную команду, а компьютер, проверив ее, либо выполнял, либо отвергал по причине ошибки. Такие системы в литературе принято называть ОС с интерфейсом командной строки Пользователь последовательно набрал две команды вывода каталога дисков, причем первую компьютер выполнил нормально, и на экране появился требуемый список файлов, а вторую “отказался” делать, поскольку оператор ошибочно указал имя несуществующего диска. Очевидно, что подобный способ общения не очень удобен для человека, поскольку требует постоянно держать в голове жесткий синтаксис всех допустимых команд и очень внимательно их вводить. Поэтому почти сразу же стали появляться сервисные системные программы, тем или иным способом облегчающие работу с ОС. Наиболее ярким примером таких программ-оболочек может служить широко известный Norton Commander, который был настолько распространен, что многие пользователи искренне считали его частью операционной системы.

Развитие графических возможностей дисплеев привело к коренному изменению принципов взаимодействия человека и компьютера. Командная строка была безвозвратно вытеснена графическим интерфейсом, когда объекты манипуляций в ОС изображаются в виде небольших рисунков, а необходимые действия тем или иным образом выбираются из предлагаемого машиной списка — так называемого меню. При подобном методе диалога набор текста полностью отсутствует и вполне достаточно всего нескольких клавиш. Существенным дополнением к графическому способу ведения диалога явилось появление нового устройства ввода информации в компьютер — манипулятора “мышь”, без которого сейчас просто невозможно представить современный компьютер. Примерами операционной системы c графическим интерфейсом служат довольно похожие ОС для компьютеров “Macintosh” (не имеет специального названия и обозначается просто System с номером версии) и “IBM PC” — OS/2 и Windows. Последняя система в нашей стране распространена необычайно широко.

Перейдем теперь к описанию состава операционных систем. Он, конечно, может быть довольно разным для различных систем. Так, для “классических” ОС с командной строкой довольно четко выделяются три основные части:

• машинно-зависимая часть для работы с конкретными видами оборудования;

• базовая часть (ядро), не зависящая от конкретных деталей устройств: она работает с абстрактными логическими устройствами и при необходимости вызывает функции из предыдущей части; отвечает за наиболее общие принципы устройства ОС;

• программа ведения диалога с пользователем (ее часто называют командным процессором).

Значительная часть операционной системы находится в памяти постоянно, что обеспечивает ее эффективную работу. Программы для некоторых редко используемых операций типа форматирования дискет чаще всего оформляются в виде самостоятельных служебных программ и хранятся на внешних носителях. Такие программы обычно называют утилитами. Кроме того, в ОС, как правило, включают небольшой стандартный набор самого необходимого программного обеспечения, например, простейший текстовый редактор.

Состав операционных систем с графическим интерфейсом типа Windows заметно шире, но в целом имеет похожее строение.

В момент включения компьютера в ОЗУ нет осмысленной информации. Поэтому особый интерес представляет вопрос о том, как операционная система загружается. Процесс этот в заметно упрощенном виде выглядит так. При включении компьютера (или при нажатии кнопки сброса) счетчик процессора аппаратно устанавливается на начальный адрес ПЗУ, и стартует выполнение программы начальной загрузки. Прежде всего ищется и тестируется установленное оборудование. Современные компьютеры в основном используют внешние устройства “plug and play” (переводится — “включил и работай”), поэтому они способны сообщить процессору свои основные характеристики и условия работы. Опрос внешних устройств и проверка их работоспособности занимают достаточно длительное время, несмотря на высокое быстродействие компьютера. В случае если все оборудование функционирует нормально, происходит переход к следующему этапу — поиску начального загрузчика операционной системы. Он может находиться на жестком диске, на дискете, на CD-ROM и даже быть получен с помощью сетевой платы. Поэтому компьютер опрашивает перечисленные устройства по очереди, в определенном порядке, до тех пор, пока не обнаружит требуемую информацию (в скобках заметим, что порядок поиска при наличии достаточных навыков и знаний может быть легко изменен). Итак, загрузчик, представляющий собой не что иное, как программу дальнейшей загрузки, обнаружен и прочитан в память. Дальнейшие действия машины уже определяются тем, что введено извне. Поскольку начальный загрузчик очень мал, то он умеет очень немного — найти и прочесть первый файл ОС с фиксированным именем и передать ему управление. И только после этого будет загружена в ОЗУ остальная часть операционной системы и машина сможет, наконец, нормально общаться с пользователем.

2. Создание, преобразование, сохранение, распечатка рисунка в среде графического редактора.

Один из многочисленных вариантов задания может выглядеть следующим образом.

Задание

С помощью графического редактора создать, сохранить в файл с указанным учителем именем и в заданный каталог, а также распечатать изображение, представленное на рисунке.

Сохранить уменьшенную в 4 раза копию рисунка в файл с другим именем в тот же самый каталог.

Комментарии к заданию.

При создании данного рисунка проверяются следующие навыки работы с графическим редактором:

• умение рисовать графические примитивы (линия, прямоугольник, окружность);

• рисование линий разной ширины (контуры домов и границы дороги);

• использование различных инструментов: заливка (дорога) и распылитель (небо);

• выбор цветов с помощью палитры;

• нанесение надписей на рисунок;

• работа с фрагментами рисунка: выделение, копирование, перенос;

• масштабирование изображения.

 

В ходе выполнения задания ученик также должен продемонстрировать умение работать с файловой системой и принтером.

При оценке ответа следует не просто смотреть на предъявленный рисунок, но и обязательно просить ученика продемонстрировать, как он выполнил то или иное действие. Дело в том, что совсем не обязательно он строил рисунок рационально, например, вместо рисования прямоугольника он мог строить 4 линии, а вместо построения жирной линии — проводить линию обычной ширины несколько раз и т.д.

Особое внимание, по нашему мнению, следует уделить алгоритму построения изображения. Он тоже должен быть рациональным. Например, сначала рисуется закрашенный прямоугольник окна, затем он копируется дважды. Затем полученные 3 окна можно копировать еще раз, и сразу получается весь этаж. Тиражируя его по подобной схеме, получаем один дом, который затем также копируем. Аналогично можно поступать и при рисовании деревьев.

Билет 7

1. Информация и информационные процессы в природе, обществе, технике. Информационная деятельность человека. Примеры.

Билет 8

2. Управление как информационный процесс. Замкнутые и разомкнутые системы управления, назначение обратной связи. Примеры.

 

1. В современном мире роль информатики, средств обработки, передачи, накопления информации неизмеримо возросла. Средства информатики и вычислительной техники сейчас во многом определяют научно-технический потенциал страны, уровень развития ее народного хозяйства, образ жизни и деятельности человека.

Для целенаправленного использования информации ее необходимо собирать, преобразовывать, передавать, накапливать и систематизировать. Все эти процессы, связанные с определенными операциями над информацией, называются информационными процессами.

Получение и преобразование информации является необходимым условием жизнедеятельности любого организма. Даже простейшие одноклеточные организмы постоянно воспринимают и используют информацию, например, о температуре и химическом составе среды для выбора наиболее благоприятных условий существования. Живые существа способны не только воспринимать информацию из окружающей среды с помощью органов чувств, но и обмениваться ею между собой.

Человек также воспринимает информацию с помощью органов чувств, а для обмена информацией между людьми используются языки. За время развития человеческого общества таких языков возникло очень много. Прежде всего, это родные языки (русский, татарский, английский и др.), на которых говорят многочисленные народы мира. Роль языка для человечества исключительно велика. Без него, без обмена информацией между людьми было бы невозможным возникновение и развитие общества.

Информационные процессы характерны не только для живой природы, человека, общества. Человечеством созданы технические устройства - автоматы, работа которых также связана с процессами получения, передачи и хранения информации. Например, автоматическое устройство, называемое термостатом, воспринимает информацию о температуре помещения и в зависимости от заданного человеком температурного режима включает или отключает отопительные приборы.

Деятельность человека, связанную с процессами получения, преобразования, накопления и передачи информации, называют информационной деятельностью.

Тысячелетиями предметами труда людей были материальные объекты. Все орудия труда от каменного топора до первой паровой машины, электромотора или токарного станка были связаны с обработкой вещества" использованием и преобразованием энергии. Вместе с тем человечеству пришлось решать задачи управления, задачи накопления, обработки и передачи информации, опыта, знания, возникают группы людей, чья профессия связана исключительно с информационной деятельностью. В древности это были, например, военачальники, жрецы, летописцы, затем - ученые и т. д.

Однако число людей, которые могли воспользоваться информацией из письменных источников, было ничтожно мало. Во-первых, грамотность была привилегией крайне ограниченного круга лиц и, во-вторых, древние рукописи создавались в единичных (иногда единственных) экземплярах.

Новой эрой в развитии обмена информацией стало изобретение книгопечатания. Благодаря печатному станку, знания, информация стали широко тиражируемыми, доступными многим людям. Это послужило мощным стимулом для увеличения грамотности населения, развития образования, науки, производства.

По мере развития общества постоянно расширялся круг людей, чья профессиональная деятельность была связана с обработкой и накоплением информации. Постоянно рос и объем человеческих знаний, опыта, а вместе с ним количество книг, рукописей и других письменных документов. Появи-лась необходимость создания специальных хранилищ этих документов - библиотек, архивов. Информацию, содержащуюся в книгах и других документах, необходимо было не просто хранить, а упорядочивать, систематизировать. Так. возникли библиотечные классификаторы, предметные и алфавитные каталоги и другие средства систематизации книг и документов, появились профессии библиотекаря, архивариуса.

В результате научно-технического прогресса человечество создавало все новые средства и способы сбора, хранения, передачи информации. Но важнейшее в информационных процессах - обработка, целенаправленное преобразование информации осуществлялось до недавнего времени исключительно человеком.

Вместе с тем постоянное совершенствование техники, производства привело к резкому возрастанию объема информации, с которой приходится оперировать человеку в процессе его профессиональной деятельности.

Развитие науки, образования обусловило быстрый рост объема информации, знаний человека. Если в начале прошлого века общая сумма человеческих знаний удваивалась приблизительно каждые пятьдесят лет, то в последующие годы - каждые пять лет. Выходом из создавшейся ситуации стало создание компьютеров, которые во много раз ускорили и автоматизировали процесс обработки информации.

Первая электронная вычислительная машина "ЭНИАК" была разработана в США в 1946 году. В нашей стране первая ЭВМ была создана в 1951 году под руководством академика В. А. Лебедева. В настоящее время компьютеры используются для обработки не только числовой, но и других видов информации. Благодаря этому информатика и вычислительная техника прочно вошли в жизнь современного человека, широко применяются в производстве, проектно-конструкторских работах, бизнесе и многих других отраслях.

Компьютер находится на рабочем столе специалиста любой профессии. Он позволяет связаться по специальной компьютерной почте с любой точкой земного шара, подсоединиться к фондам крупных библиотек не выходя из дома, использовать мощные информационные системы - энциклопедии, изучать новые науки и приобретать различные навыки с помощью обучающих программ и тренажеров. Модельеру он помогает разрабатывать выкройки, издателю компоновать текст и иллюстрации, художнику - создавать новые картины, а композитору - музыку. Дорогостоящий эксперимент может быть полностью просчитан и имитирован на компьютере.

Разработка способов и методов представления информации, технологии решения задач с использованием компьютеров, стала важным аспектом деятельности людей многих профессий.

Информация и управление. Замкнутые и разомкнутые системы управления, назначение обратной связи.

Преобразование, целенаправленная обработка информации — важнейший из информационных процессов.

Преобразование информации о состоянии окружающей среды, выбор на основе этой информации наиболее целесообразного поведения — постоянная функция мозга и нервной системы человека или животного. Решение задачи, встающей перед человеком в любом виде его деятельности, — также процесс преобразования исходной информации в информацию, отражающую результат решения этой задачи. Преобразование, анализ информации — основа выбора решений, процессов управления в любой области.

Рассмотрим с этих позиций, как осуществляется процесс управления на примере управления автомобилем.

В процессе управления человек с помощью органов чувств воспринимает информацию об окружающей среде (состояние дороги, дорожные знаки, сигналы светофора, наличие встречного транспорта, пешеходов и т.д.). Эта информация через органы чувств передается в мозг человека, где преобразуется в другую информацию — последовательность сигналов, передающихся по нервным путям и управляющих движением ног и рук водителя, воздействующих на руль, сцепление, тормоза и другие устройства автомобиля.

Этот пример показывает, что без информации, ее передачи, преобразования и использования управление невозможно. В основе любого процесса управления лежат информационные процессы.

В любом процессе управления всегда происходит взаимодействие двух систем — управляющей и управляемой. Если они соединены каналами прямой и обратной связи, то такую систему называют замкнутой или системой с обратной связью.

 

По каналу прямой связи передаются сигналы (команды) управления, вырабатываемые в управляющем органе. Подчиняясь этим командам управляемый объект осуществляет свои рабочие функции. В свою очередь, управляемый объект соединен с управляющим органом каналом обратной связи, по которому поступает информация о состоянии управляемого объекта. В управляющем органе эта информация используется для выработки новых сигналов управления, направляемых к управляемому объекту.

Рассмотрим простейший пример управления — поддержание постоянно заданной температуры в электрической печи (или термостате). Выполняя эту задачу вручную (без применения средств автоматики), человек должен:

1. наблюдать за показаниями термометра,

2. сравнивать эти показания с заданной температурой и

3. при наличии разности между заданным и наблюдаемым значениями передвигать ползунок регулируемого реостата, изменяя силу тока и температуру электронагревательного прибора таким образом, чтобы эта разность стремилась к нулю.

Структура автоматической системы, предназначенной для решения такой задачи, сводится к схеме, изображенной на рисунке.

 

Датчик (измерительный орган) измеряет величину, подлежащую регулированию (температуру) и преобразует ее в другую величину, более удобную для использования в управляющем органе. Последний воспринимает эту информацию, сравнивает ее с заданным значением и при наличии расхождения передает соответствующую команду на исполнительный орган, который и восстанавливает заданное значение регулируемой величины (в нашем случае — температуры). В качестве исполнительных органов используются устройства, непосредственно воздействующие на технологический процесс (двигатели, электромагниты и т. п.).

Такие системы представляют собой типичный пример систем автоматического регулирования.

Б9 1Текстовый редактор, назначение и основные функции.

 

Для работы с текстами на компьютере используются программные средства, называемые текстовыми редакторами или текстовыми процессорами. Существует большое количество разнообразных текстовых редакторов, различающихся по своим возможностям, — от очень простых учебных до мощных, многофункциональных программных средств, называемых издательскими системами, которые используются для подготовки к печати книг, журналов и газет. Наиболее известны среди пользователей IBM-совместимых компьютеров текстовые редакторы Lexicon и Word for Windows.

 

Основное назначение текстовых редакторов — создавать текстовые файлы, редактировать тексты, просматривать их на экране, изменять формат текстового документа, распечатывать его на принтере.

 

Набираемый на клавиатуре компьютера текст воспроизводится на экране дисплея в рабочем поле редактора. Специ-альный значок — курсор указывает то место на экране, на которое пользователь в данный момент может оказывать воз-действие (создавать, изменять символы и т. д.) с помощью редактора. Работая с текстовым редактором, можно получить на экране информацию о текущем состоянии курсора, т. е. его координатах на экране (номер строки и позиции в строке), а также о номере страницы текста, его формате, используемом шрифте и т. д.

 

Интерфейс практически каждого текстового редактора позволяет иметь на экране меню команд управления редактором — изменение режимов работы, обращение за помощью, форматирование текста, печати и т. д. Как правило, меню имеет не только текстовую форму, но и форму пиктограмм, указывающих на выполняемую команду.

 

Функциональные возможности большинства современных текстовых редакторов позволяют пользователю выполнять следующие операции:

 

• набирать текст с клавиатуры;

 

• исправлять символы, вставлять новый символ на место ошибочного;

 

• вставлять и удалять группы символов в пределах строк, не набирая заново всю строку, а сдвигая часть ее вле-во/вправо в режиме вставки;

 

• копировать фрагмент текста, используя определенную часть памяти — так называемый «буфер» (или «карман», как говорят программисты) для временного хранения копируемых фрагментов текста;

 

• удалять одну или несколько строк, копировать и перемещать их в другое место текста;

 

• раздвигать строки набранного текста, чтобы вставить туда новый фрагмент;

 

• вставлять фрагменты из других текстов, просматривать тексты и обнаруживать встречающиеся в этом тексте слова или группы слов, заранее выделенных пользователем;

 

• сохранять набранный текст (а при необходимости и все промежуточные варианты этого текста) в виде файла на магнитном диске или другом запоминающем устройстве;

 

• форматировать текст (т. е. изменять длину строки, межстрочные расстояния, выравнивать текст по краю или середине строки и т. д.);

 

• изменять шрифты, их размер, делать выделения с помощью подчеркивания или применения различного начертания букв (курсивного, полужирного и т. п.);

 

• распечатывать подготовленный текст на принтере.

 

Большинство редакторов текста имеют также режим орфографического контроля текста. В этом случае в памяти ком-пьютера хранится достаточно большой словарь. Благодаря этому становится возможным автоматический поиск орфографических ошибок в тексте и последующее их исправление.

 

Широкие возможности текстовых редакторов позволили компьютеру практически вытеснить пишущие машинки из делопроизводства, а использование компьютерных издательских систем во многом изменило организацию подготовки рукописи к изданию, автоматизировало труд людей нескольких типографских профессий — верстальщика, наборщика, корректора и др.

Б10 1. Графический редактор, назначение и основные функции.

В компьютерах первых поколений форма представления результатов решения задач была очень громоздкой и не на-глядной — необозримые колонки чисел или огромные таблицы. Очень часто, чтобы облегчить восприятие этой информации, приходилось вручную строить диаграммы, рисовать графики или чертежи. Известно, что в графическом виде информация становится более наглядной, лучше воспринимается человеком.

 

Поэтому возникла идея поручить компьютерам осуществлять графическую обработку информации. Так появились графопостроители (или плоттеры), с помощью которых компьютер смог рисовать графики, чертежи, диаграммы. Однако это был только первый шаг в компьютерной графике.

 

Следующим, принципиально новым шагом стало создание графических дисплеев. На графическом дисплее совокупности точек (так называемых пикселов — от английских слов picture element) различного цвета позволяют создавать статическое и даже динамическое (изменяющееся, движущееся) изображение.

 

Работой графического дисплея управляет графический адаптер, состоящий из двух частей: видеопамяти и дисплейного процессора. Видеопамять (часть ОЗУ) служит для хранения видеоинформации — двоичного кода изображения. Дисплейный процессор урравляет лучами электронно-лучевой трубки дисплея в соответствии с информацией, хранящейся в видеопамяти. Дисплейный процессор непрерывно «просматривает» (50—60 раз в секунду) содержимое видеопамяти и выводит его на экран.

 

Появление графических дисплеев существенно расширило возможности компьютерной графики. Она стала повсеместно применяться в инженерно-конструкторской работе, архитектуре, дизайне, геодезии и картографии, полиграфии, кино, телевидении, рекламе и т. д.

 

Для построения, коррекции, сохранения и получения «бумажных» копий рисунков и других изображений используется специальная программа — графический редактор.

 

Для создания изображений в графическом редакторе используются определенные «инструменты» — линейка («отрезок»), прямоугольник, круг, эллипс и т. д. Такие инструменты, позволяющие изображать простые фигуры, называются «графическими примитивами». Это как бы простейшие элементы, из которых строится изображение. Чтобы воспользоваться инструментом, необходимо выбрать соответствующий «графический примитив» и установить курсор в ту точку экрана, где необходимо изобразить выбранную фигуру.

 

Функции всех графических редакторов приблизительно одинаковы (один из простейших графических редакторов для IBM-совместимых компьютеров — Paintbrush). Они позволяют пользователю:

 

— создавать рисунки из графических примитивов;

 

— применять для рисования различные цвета и «кисти» (т. е. использовать линии различной ширины и конфигурации);

 

— «вырезать» рисунки или их части, временно хранить их в буфере («кармане») или запоминать на внешних носите-лях;

 

— перемещать фрагмент рисунка по экрану;

 

— «склеивать» один рисунок с другим;

 

— увеличивать фрагмент рисунка для того, чтобы прорисовать мелкие детали;

 

— добавлять к рисункам текст.

 

Многие графические редакторы позволяют также создавать компьютерную мультипликацию (анимацию), т. е. создавать на компьютере движущиеся изображения.

 

«Среда» графического редактора состоит из трех основных частей.

 

Инструментальная часть — набор пиктограмм, изображающих инструменты. Обычно это — «кисть» для изображения линий произвольной конфигурации, «линейка» для проведения отрезков прямых, «круг», «прямоугольник», «эллипс» для создания соответствующих фигур, «ластик» для стирания изображений, «валик» для закраски фигур, «ножницы» для вырезания фрагментов изображений. Другая часть среды — палитра для выбора цвета изображений. Наконец, третья часть — меню команд редактора. Эти части среды обычно

 

располагаются по краям экрана. Центральная часть экрана предназначена для рабочего поля (или, как говорят, «хол-ста»), на котором создаются изображения.

 

Графический редактор, как правило, имеет следующие основные режимы работы: режим выбора и настройки инстру-мента, режим выбора цвета, режим работы с рисунком (рисование и редактирование), режим работы с внешними устройствами.

 

Работая с графическим редактором, пользователь применяет не только клавиатуру, но и (для большинства современ-ных компьютеров и редакторов) манипулятор мышь. Создавая изображения на экране компьютера, можно не только рисовать их самому, но и использовать другие изображения, например фотографии, рисунки из книг и т. д. Для ввода такой дополнительной графической информации в компьютер используется специальное устройство