Информатика

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ По дисциплине «ИНФОРМАТИКА» Оглавление <сгенерировать средствами MS-WORD> Введение Информатика как наука стала развиваться с середины XX столе­тия, что связано с появлением ЭВМ и начавшейся компьютерной революцией. Всю историю информатики принято разбивать на два больших этапа: предыстория и история. Предыстория информатики такая же древняя, как и история раз­вития человеческого общества. В предыстории выделяют ряд этапов, каждый из которых характеризуется по сравнению с предыдущим резким возрастанием возможностей хранения, передачи и обработ­ки информации. Начальный этап предыстории — освоение человеком развитой устной речи. Членораздельная речь, язык стал специфическим со­циальным средством хранения и передачи информации. Второй этап — возникновение письменности. Прежде всего рез­ко возросли возможности по хранению информации, человек по­лучил искусственную внешнюю память. Организация почтовых служб позволила использовать письменность и как средство для передачи информации. Кроме того, все народы, обладавшие пись­менностью, владели понятием числа и пользовались той или иной системой счисления. Третий этап — книгопечатание. Книгопечатание можно смело назвать первой информационной технологией: воспроизведение информации было поставлено на поток, на промышленную основу. Этот этап не столько увеличил возможности по хранению, сколько повысил доступность информации и точность ее воспроизведения. Четвертый и последний этап предыстории связан с успехами точ­ных наук и начинающейся научно-технической революцией. Этот этап характеризуется возникновением таких мощных средств свя­зи, как радио, телефон и телеграф, к которым по завершению эта­па добавилось и телевидение. Кроме средств связи появились но­вые возможности по получению и хранению информации — фото­графия и кино. Начало истории информатики принято связывать с разработкой первых ЭВМ. Поначалу информатика понималась как наука о вы­числениях (первые ЭВМ большей частью использовались для про­ведения числовых расчетов). На сегодняшний день информатика представляет собой комплексную научно-техническую дисциплину, объединяющую довольно обширный комплекс наук (теория инфор­мации, кибернетика, программирование, математическая лингвис­тика, теория алгоритмов и мн. др.), каждая из которых занимается изучением одного из аспектов понятия информация. Глава 1. ИНФОРМАЦИЯ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ 1.1. Человек в информационном обществе Понятие информации. Под информацией понимаются сведения или команды, являющиеся объектом хранения, передачи и преоб­разования. Сведения могут накапливаться и упорядочиваться — тогда они преобразуются в знания. Команды могут распознаваться и ис­полняться — они используются в управлении. Приобретение зна­ний и управление — это две цели, ради которых люди используют (потребляют) информацию, создают ее и организуют информаци­онный обмен. Люди получают информацию из данных. Данные — это зарегистрированные сигналы, принятые органами чувств человека или используемыми приборами. Данные имеют материальную природу — их можно создать или уничтожить, размножить и переместить. Данные можно сравнивать между собой по содержанию, они всегда связаны со своим носите­лем. Вместе с тем они могут храниться, транспортироваться и воспро­изводиться. При воспроизведении данных образуется информация. Какая именно информация содержится в данных, зависит не толь­ко от их содержания, но и от информационного метода, используе­мого для воспроизведения этой информации. Информационные методы могут быть естественными (врожденные или приобретенные) и искусственными. Например, зрение — это естественный инфор­мационный метод, основанный на одноименном чувстве восприя­тия; знание языка и азбуки — приобретенный информационный метод, основанный на мышлении. Таким образом, информация — это результат взаимодействия дан­ных и информационных методов, рассматриваемый в контексте этого взаимодействия.Информация — это динамический объект, она существует ров­но столько, сколько длится само взаимодействие. Сразу по его окончании информация либо утрачивается, либо сохраняется в форме данных. Так, просматривая телепередачу, мы получаем ин­формацию. Но по окончании просмотра мы имеем не информа­цию, а запомненные данные. Говоря о хранении информации, ее транспортировке и обработке, мы допускаем некоторую услов­ность, поскольку технические системы могут сохранять, переда­вать, обрабатывать и воспроизводить лишь данные, представля­ющие записанную информацию. Человек может быть носителем некоторых видов информации, потому что одновременно является и носителем данных, и носите­лем информационных методов. Объекты живой природы (напри­мер, животные) тоже могут быть носителями некоторых видов ин­формации, например генетической. Объекты неживой природы (физические тела и энергетические поля) могут быть только носи­телями данных. Виды и свойства информации. В соответствии с тем, каким обра­зом осуществляется воспроизводство информации, выделяют три ее типа — генетическая, поведенческая и логическая — и, соответствен­но, три типа ее носителей — молекулы нуклеиновых кислот, нервные клетки и коммуникативный язык. Рассматривая информацию с точки зрения информационной де­ятельности человека, говорят о видах информации: символьном (зна­ковом) и образном. Символьная (знаковая) информация представлена последователь­ностью знаков, символов, чаще воспринимается человеком в рече­вой или письменной форме. С символьной информацией человек имеет дело, просматривая газеты, слушая речь, читая пальцами с помощью специальной азбуки Брайля. Образная информация — это сохраненные в памяти ощущения человека от контакта с источником (вкусы, запахи, осязательные ощущения, зрительные и звуковые образы). К этому виду относят­ся, например, шум ветра, пение птиц, картины природы, живопись. Для человека и общества важны те свойства информации, кото­рые позволяют наиболее эффективно использовать ее для целей по­лучения знаний и задач управления. Самыми важными с этой точки зрения свойствами являются следующие: — объективность — это соответствие объективной реальности. Объективность информации редко бывает абсолютной, так как ин­формационные методы, как правило, субъективны; — полнота — определяется количеством информации, собранной об объекте или явлении. Тесно связана с объективностью. Полнота информации очень важна для управления. Например, полнота ин­формации, полученной от избирателей, является залогом того, что органы управления будут сформированы объективно, их деятель­ность на благо общества будет эффективной; — достоверность — это характеристика ее неискаженности. Ис-каженность может быть преднамеренной (ложная информация) и непреднамеренной (естественной). Искажения, прежде всего, связаны с несовершенством используемых информационных ме­тодов. Нельзя абсолютно достоверно измерить массу тела, его раз­меры, скорость; — адекватность — отражает соответствие информационного объекта целям и задачам его использования; — актуальность — выражает степень ее соответствия текущему моменту времени. Информация может устареть, это особенно важ­но учитывать при управлении; — доступность — это доступность данных и информационных методов для их воспроизведения. Доступностью информации мож­но управлять, как повышая, так и понижая ее. Например, шифрова­ние данных позволяет ограничить доступ к ним для тех, кто не вла­деет необходимым методом дешифрования. Изменение состояния объектов в живой природе, обществе и тех­нике является результатом процессов (физических, биологических, общественных и др.). Процессы, сопровождающиеся получением, обработкой и передачей информации, называются информационными процессами. Процессы бывают управляемыми (саморегулируемыми) и неуп­равляемыми. Многие природные процессы неуправляемы, напри­мер, астрофизические. К управляемым относится большинство био­логических, общественных и технических процессов. Получение информации — это прежде всего реализация способ­ности к отражению различных свойств объектов, явлений и процес­сов в окружающем мире. Все живые существа, даже самые простей­шие, воспринимают информацию об окружающей их среде и реаги-руют на нее. У высших животных и человека для получения инфор­мации об окружающей среде имеются органы чувств, через которые воспринимается информация определенного вида. Для извлечения информации, недоступной человеку в непосред­ственных ощущениях, используются специальные приборы: элект­ронный микроскоп, телескоп, термометры, приборы инфракрасно­го видения и др. Человек и другие живые организмы имеют способность получать информацию друг от друга, а также из тех или иных источников ин­формации. Например, читая текст или слушая речь, человек тоже получает информацию. Такое получение информации происходит в результате другого информационного процесса — процесса переда­чи информации. Передача информации всегда осуществляется по некоторому ка­налу связи от источника информации к ее приемнику (рис. 1.1). Долгое время в истории человечества каналы передачи информа­ции были основаны на механическом движении: почтовые кареты, почтовые вагоны поездов, авиапочта. Для передачи информации всегда использовались и физические процессы, способные распространяться в природе — колебательные процессы среды. Звук (колебания воздуха), свет (электромагнитные колебания), радиоволны давно поставлены человеком на информа­ционную службу. Не следует путать канал связи и линию связи. Линия связи — физический объект, канал связи — информационный объект. Напри­мер, при диалоге двух людей линией связи является воздушная сре­да — происходящие колебания воздуха, а канал связи подразумевает и некоторые логические соглашения, например, говорить только по очереди. Если логическое соглашение будет нарушено, канал связи разрушится, хотя линия связи останется. Обработка информации — это, прежде всего, получение новой информации из уже имеющейся, например, решение математичес­кой задачи, перевод текста с одного языка на другой и т. д. Таким образом, под обработкой информации следует понимать любое пре­образование ее содержания или формы представления. Информационное общество. Человеческое общество по мере сво­его развития прошло этапы овладения веществом, затем энергией и, наконец, информацией. В первобытно-общинном, рабовладельчес­ком и феодальном обществах деятельность была направлена, в пер­вую очередь, на овладение веществом. Начиная примерно с XVII века, в процессе становления машин­ного производства, на первый план выходит проблема овладения энергией. Сначала совершенствовались способы овладения энер­гией ветра и воды, затем человечество овладело тепловой энергией (в середине XVIII века была изобретена паровая машина, а в конце XIX века — двигатель внутреннего сгорания). В конце XIX века на­чалось овладение электрической энергией, были изобретены элект­рогенератор и электродвигатель. И, наконец, в середине XX века че­ловечество овладело атомной энергией, в 1954 году в СССР была пущена в эксплуатацию первая атомная электростанция. Овладение энергией позволило осуществить переход к индустри­альному обществу. Основными показателями развитости индустри­ального общества являлись количественные показатели, т.е. сколь­ко было добыто угля и нефти, произведено станков и т.д. В настоящее время человечество находится в процессе перехода от постиндустриального общества к информационному, причем про­цесс этот происходит не одновременно в различных странах. Пер­выми на этот путь встали в конце 50 — начале 60-х гг. XX в. США, Япония и страны Западной Европы. Эти страны фактически уже вступили в информационное общество, другие же, в том числе и Россия, находятся на ближних подступах к нему. В информационном обществе важно не только произвести боль­шое количество продукции, но произвести нужную продукцию в определенное время, с определенными затратами и т.д. Поэтому в информационном обществе повышается не только качество потреб­ления, но и качество производства: человек, использующий инфор­мационные технологии, имеет лучшие условия труда, труд становится творческим, интеллектуальным и т.д.Информационное общество — это общество, в котором большая часть населения занята получением, переработкой, передачей и хране­нием информации. Информационное общество имеет следующие основные признаки: — большинство работающих (около 80 %) занято в информационной сфере, т.е. сфере производства информации и информационных услуг; — обеспечены техническая, технологическая и правовая возмож­ности доступа любому члену общества практически в любой точке территории и в приемлемое время к нужной ему информации (за исключением военных и государственных секретов, точно оговорен­ных в соответствующих законодательных актах); — информация становится важнейшим стратегическим ресурсом общества и занимает ключевое место в экономике, образовании и культуре. Процесс, обеспечивающий переход к информационному обще­ству, получил название информатизации. Информатизация — это процесс создания, развития и всеобщего применения информационных средств и технологий, обеспечиваю­щих достижение и поддержание уровня информированности всех членов общества, необходимого и достаточного для кардинального улучшения качества труда и условий жизни в обществе. В эпоху глобальной информатизации общества каждый его член должен обладать информационной культурой, т.е. знаниями и умени­ями в области информационных и коммуникационных технологий (владение офисными информационными технологиями; умение ра­ботать с мультимедийными документами, создавать компьютерные презентации; представление о назначении и возможностях компью­терных систем автоматизированного проектирования; умение исполь­зовать электронные таблицы, средства программирования; умение использовать базы данных; умение создавать и посылать электрон­ные письма, находить информацию в Интернете и т.д.), а также быть знакомым с юридическими и этическими нормами в этой сфере. Если предшествующие этапы развития человечества длились каж­дый около трех веков, то ученые прогнозируют, что информацион­ный этап продлится значительно меньше, около ста лет. Это означа­ет, что основные регионы мира войдут в развитое информационное общество в XXI в., и тогда же начнется переход к постинформаци­онному обществу. 1.2. Информация и управление Информационные процессы преследуют две задачи: накопление знаний и разрешение вопросов, связанных с управлением. Причем чаще всего информация передается, потребляется и обрабатывается именно для целей управления. Термин управление подразумевает как управление поведением, так и управление состоянием. Под управлением поведением обычно понимается целенаправленное изменение действия объекта управ­ления. Под управлением состоянием понимается целенаправленное изменение свойств объекта управления. Например, человек не может управлять погодой, но он может управлять своими действиями или своим состоянием (в этом слу­чае объектом управления является он сам). Если идет дождь, он может отложить прогулку в парке — управление поведением, с дру­гой стороны, он может взять зонт и не откладывать прогулку — уп­равление состоянием. Выделяют открытую и замкнутую системы управления. Открытая система управления является простейшей, ее модель содержит две информационные связи, одна из которых является уп­равляющей (рис. 1.2). В открытой модели управления сразу две информационных свя­зи замкнулись на одном объекте — операторе. С одной стороны, он является приемником в той информационной связи, которая постав­ляет информацию. С другой стороны, он является оператором уп­равляющей информационной связи. Такая система названа открытой, потому что в ней источник информации и объект управления никак не связаны друг с другом. Оператор получает информацию от одного объекта, а управляет другим. Таким образом, открытая модель управления содержит три объек­та: источник информации, управляющий объект (оператор), и уп­равляемый объект, содержащий органы управления, а также два ин­формационных канала: канал связи с источником информации и канал управления. Воздействуя на орган управления, оператор вли­яет на управляемый объект. Такое воздействие осуществляется в фор­ме команд. Полученные команды изменяют состояние или поведе­ние управляемого объекта. Допустим, водитель автомобиля должен пересечь регулируемый перекресток. В этом случае в качестве источника информации выс­тупает светофор. Водитель, с одной стороны, является приемником информации, а с другой стороны — оператором, отдающим коман­ды своему автомобилю (объекту управления). В качестве основных органов управления используются руль, педали, рычаги и другие эле­менты управления автомобилем. Для открытой модели управления различают три способа управления: — командное — оператор выдает отдельные команды, которые объект управления получает, распознает и исполняет. Например, при наборе текста на клавиатуре компьютера каждое нажатие клавиши рассматривается как команда; — пакетное — органу управления передается заранее сформи­рованная последовательность команд (пакет команд). Далее ко­манды анализируются и выполняются по очереди. Сегодня та­кой способ управления применяют в бытовых приборах, напри­мер в микроволновых печах и стиральных машинах. Каждая «программа» для этих приборов на деле представляет собой пакет команд. Оператор выбирает нужную программу и отправля­ет ее на исполнение; — диалоговое — управляемый объект сам обращается к оператору с запросами, давая возможность выбирать команды воздействия. Удобство работы с персональным компьютером достигается как раз благодаря диалоговым методам управления. Замкнутая система управления характеризуется тем, что в ней про­исходит управление тем же самым объектом, от которого осуществ­ляется получение информации (рис. 1.3). В замкнутой системе управления три объекта и три информа­ционных связи. Дополнительная связь, образующаяся между объектом управления и источником информации, называется об­ратной связью. Направление ее действия противоположно направ­лению действия основной информационной связи, с помощью которой потребитель получает сведения о состоянии источника. Наличие обратной связи позволяет достичь цели управления даже при появлении неожиданных помех, влияющих на состояние ис­точника информации. Для замкнутой модели управления реализуется способ управле­ния, называемый адаптивным, при котором оператор гибко настра­ивает (адаптирует) свои команды, учитывая информацию, поступа­ющую от объекта управления. Например, удерживая равновесие на велосипеде, управляя автомобилем, человек выполняет адаптивное управление. Если разорвать обратную связь (например, закрыть гла­за), то управление будет нарушено. В 1948 г. американский математик Норберт Винер опубликовал книгу, в которой сформулировал принципы использования компь­ютеров для управления. В этой книге был введен термин кибернети­ка — наука об автоматическом управлении. Сегодня кибернетика, в том смысле, какой в нее вкладывал Н.Винер, рассматривается как часть информатики. Глава 2. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ 2.1. Язык как способ представления информации Основа прогресса человечества — возможность передавать зна­ния от одного человека другому. Большая часть передаваемых зна­ний представляет собой символьную (знаковую) информацию. Для представления символьной информации используется система сим­волов (знаков) и обозначений, а также совокупность правил, опре­деляющих способы составления из этих символов осмысленных сообщений — язык. Язык — это определенная система символьного (знакового) пред­ставления информации. Языки делятся на две группы: естественные и формальные. Естественные языки — это исторически сложившиеся языки на­циональной речи (русский, испанский, китайский и т.д.). Для боль­шинства современных языков характерно наличие устной и пись­менной речи. В информатике анализом естественных языков зани­маются специалисты в области искусственного интеллекта. Одна из их целей — научить компьютер понимать естественные языки. Формальные языки — это искусственно созданные языки для про­фессионального применения. Они, как правило, носят международ­ный характер и имеют письменную форму. Примерами таких язы­ков являются язык математики, язык химических формул, язык му­зыки (нотная грамота) и др. Для формальных языков характерна принадлежность к ограни­ченной предметной области (математика, химия, музыка, информа­тика и пр.). Назначение формального языка — адекватное описание системы понятий и отношений, свойственных для данной предмет­ной области. Язык может развиваться, изменяться, дополняться вме­сте с развитием своей предметной области. Известны примеры языков, находящихся в промежуточном со­стоянии между естественными и формальными. Язык эсперанто был создан искусственно для общения людей разных националь­ностей — должен был стать естественным. А латынь, на которой в древности говорили жители Римской империи, в наше время стала формальным языком медицины и фармакологии, утратив функцию разговорного языка. С любым языком связаны следующие понятия: алфавит — мно­жество используемых символов; синтаксис — правила записи язы­ковых конструкций (текста на языке); семантика — смысловая сто­рона языковых конструкций; прагматика — практические послед­ствия применения текста на данном языке. Формальные языки информатики. К ним относятся: языки, исполь­зуемые при работе ЭВМ; языки представления чисел (системы счис­ления); язык логики; алгоритмический язык и многие другие. Языки, используемые при работе ЭВМ, разделяются на внешние языки представления информации в компьютере (ориентированы на человека, определяют вид информации на устройствах вывода: на экране монитора, при распечатке) и внутренние языки представле­ния информации в компьютере (представление на носителях инфор­мации в компьютере: в памяти, в линиях передачи информации). Всю информацию, циркулирующую в компьютере, можно раз­делить на два вида: обрабатываемая информация (данные) и инфор­мация, управляющая работой компьютера (команды, программы, операторы — действия над данными). Для представления в ЭВМ обрабатываемой информации (дан­ных) используются следующие языки представления данных: вне­шние (естественные языки, традиционная математическая симво­лика и др.); внутренние (языки двоичных кодов — последователь­ности двоичных цифр 0 и 1). Причем для разных типов данных различаются правила синтаксиса и семантики языка двоичных ко­дов. Одна и та же последовательность двоичных цифр для разных типов данных имеет совсем разный смысл. Например, двоичный код 0100000100101011 на языке представления целых чисел обозна­чает число 16683, а на языке представления символьных данных обозначает два символа «А+». Для представления в ЭВМ информации, управляющей работой компьютера (действий надданными) используются следующие язы­ки представления действий над данными: внешние (языки програм­мирования высокого уровня, входные языки пакетов прикладных программ, командные языки операционных систем и др.); внутрен­ние (командный язык процессора ЭВМ). Следует иметь в виду, что приведенная классификация носит ус­ловный характер. Так, например, любой язык программирования высокого уровня включает в себя как средства представления дан­ных (раздел данных), так и средства представления действий над дан­ными (раздел операторов). 2.2. Кодирование информации Под кодированием информации понимают процесс ее представ­ления в виде последовательности условных обозначений. В более узком смысле под кодированием понимается переход от исход­ного представления информации, удобного для восприятия чело­веком, к представлению, удобному для хранения, передачи и об­работки. Обратный переход к исходному представлению называ­ется декодированием. При кодировании информации ставятся следующие цели: — удобство физической реализации; — удобство восприятия; — высокая скорость передачи и обработки; — экономичность, т.е. уменьшение избыточности сообщения; — надежность, т.е. защита от случайных искажений; — сохранность, т.е. защита от нежелательного доступа к информации. Эти цели часто противоречат друг другу. Стремясь к экономным сообщениям, можно уменьшить их надежность и удобство восприя­тия, а защита информации от нежелательного доступа уменьшает объем хранимой информации и замедляет работу с ней. На разных этапах обработки информации достигаются разные цели, и поэтому информация неоднократно перекодируется, преобразуется из вида, удобного для восприятия человеком, к виду, удобному для об­работки автоматическими средствами, и наоборот. Для автоматизации работы с данными разных типов их представ­ляют в единой форме. В вычислительной технике используется универсальная система кодирования данных двоичным кодом — последовательностью двух знаков (двоичных цифр) — 0 и 1. Двоичное кодирование используется потому, что созданы надеж­но работающие технические устройства, которые могут со стопро­центной надежностью сохранять и распознавать не более двух раз­личных состояний (цифр): — электромагнитные реле (замкнуто/разомкнуто) (широко ис­пользовались в конструкциях первых ЭВМ); — участок поверхности магнитного носителя информации (намаг­ничен/размагничен); — участок поверхности лазерного диска (отражает/не отражает); — триггер (может устойчиво находиться в одном из двух состоя­ний) (широко используется в оперативной памяти компьютера). Один разряд двоичного кода (0 или 1) называется битом (от анг­лийского binary digit — двоичная цифра). Данные часто рассматриваются как вариант текста, состоящего из разных символов. В двоичном коде имеется ровно два символа — О и 1. Их значения выражаются одним битом. Однако на практике приходится иметь дело с более разнообразными наборами симво­лов. Полный набор разных символов, которые могут встретиться в кодируемой последовательности, называют алфавитом, а количество символов в алфавите — мощностью алфавита. 2.3. Количество и единицы измерения информации Способ измерения количества информации зависит от того, что в данном случае вкладывается в понятие информация: либо это некоторое знание, либо символьная последовательность, либо програм­ма (алгоритм), отражающая некоторый процесс. На сегодняшний день наиболее часто используются следующие способы измерения информации: объемный, энтропийный и алго­ритмический. Энтропийный (содержательный) способ. Этот подход к измерению количества информации принят в теории информации и кодирова­ния. В этом случае принято следующее определение информации: это знания, которые получает человек, независимо от формы их пред­ставления. Человек получает знания в виде сообщений. Сообщение — это информационный поток, который в процессе передачи информа­ции поступает к принимающему его субъекту. Сообщение — это и речь, которую человек слышит, и воспринимаемые им зрительные образы (например, фильм по телевизору, сигнал светофора), и текст книги, и т.д. Если полученное человеком сообщение пополняет его знания, несет для него информацию, то такое сообщение называет­ся информативным. Информативно то сообщение, которое содер­жит новые и понятные для человека сведения. Если сообщение неинформативно для человека, то количество информации в нем, с точки зрения этого человека, равно нулю. При энтропийном способе измерения информации ее количество в ин­формативном сообщении больше нуля. Получатель информации (сообщения) имеет определенные пред­ставления о возможных наступлениях некоторых событий. Напри­мер, при бросании монеты человек знает, что выпадет «орел» или «решка»; при бросании игрального кубика — что выпадет одна из шести граней и т.д. Количество возможных результатов события — это неопределен­ность знаний об этом событии. Так, в примере с бросанием монеты неопределенность знаний равна двум, с бросанием игрального кубика — шести. Общая мера неопределенности называется энтропией. Минимальная единица измерения информации называется «бит» и определяется следующим образом: сообщение, уменьшающее нео­пределенность знаний в два раза, несет 1 бит информации или сообще­ние о том, что произошло одно событие из двух равновероятных, несет 1 бит информации. События называются равновероятными, если ни одно из них не имеет преимущества перед другими, т.е. они могут наступить с рав­ной вероятностью. Примеры равновероятных событий: выпадение «орла» или «решки» при бросании монеты, одной из шести граней при бросании игрального кубика. Объемный (алфавитный, кибернетический) способ — применя­ется в вычислительной технике. В этом случае принято следую­щее определение информации: это некоторая символьная после­довательность. Содержание текста (символьной последовательности) в этом спо­собе не учитывается. Для составления любой символьной последовательности ис­пользуется некоторый алфавит. Алфавит — это конечное множе­ство символов, используемых для представления информации. Число символов в алфавите называется мощностью алфавита. Каждый символ несет в себе определенное количество информа­ции, которое называется информационным весом символа и за­висит от мощности алфавита. Единицы измерения информации: — 1 бит — минимальная единица измерения; — 1 байт = 8 бит; — 1 Кбайт (килобайт) = 210 байт (1024 байт); — 1 Мбайт (мегабайт) = 210 Кбайт = 220 байт; — 1 Гбайт (гигабайт) = 210 Мбайт = 230 байт; — 1 Тбайт (терабайт) = 210 Гбайт = 240 байт. Количество информации, передаваемое за единицу времени, на­зывается скоростью передачи информации, или скоростью информа­ционного потока. В информатике рассматриваются два варианта передачи данных: последовательная и параллельная. Тип передачи зависит от органи­зации интерфейса связи. При последовательной передаче данных один сигнал содержит один бит данных. Поэтому единицы скорости передачи информа­ции строятся на основе бита: бит в секунду (бит/с), килобит в секун­ду (Кбит/с) и так далее. При параллельной передаче данных один сигнал или группа од­новременно передаваемых и принимаемых сигналов содержат несколько битов информации. Их число определяется шириной канала связи. Единицы скорости передачи определяются на основе байта: байт в секунду (байт/с), килобайт в секунду (Кбайт/с) и так далее. Максимальная скорость передачи информации по каналу связи называется пропускной способностью канала. 2.4. Математические основы кодирования информации 2.4.1. Системы счисления Понятие числа является фундаментальным как для математики, так и для информатики. Система счисления — это способ изображения чисел и соответ­ствующие ему правила действия над числами. Все системы счисления можно разделить на непозиционные и позиционные. В непозиционных системах счисления от положения знака в за­писи числа не зависит величина, которую он обозначает. Непозиционными системами счисления пользовались древние египтяне, греки, римляне и некоторые другие народы древности. Алфавит системы счисления — множество цифр, используемых в ней. Основание системы счисления — это мощность алфавита (чис­ло цифр). Система счисления, применяемая в современной математике, является позиционной десятичной системой счисления. Ее основа­ние равно десяти, так как запись любых чисел производится с помо­щью алфавита из десяти цифр: 0, 1,2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Одна и та же цифра в зависимости от позиции в записи числа обо­значает разные величины, например, в числе 333 первая тройка сле­ва обозначает три сотни (300), вторая — три десятка (30), третья — три единицы (3). Наименьшее возможное основание позиционной системы счис­ления — 2. Для записи чисел в позиционной системе с основанием п нужно иметь алфавит из п цифр. Обычно для этого при п < 10 ис­пользуют п первых арабских цифр, а при п > 10 к десяти арабским цифрам добавляют буквы. Перевод чисел из одной позиционной системы счисления в другую. Число в любой позиционной системе можно представить в виде сум­мы произведений составляющих его цифр на соответствующие сте­пени основания системы. Например: 752910 = 7 • 103 + 5 • 102 + 2 • 101 + 9 • 10°. На этом свойстве чисел в позиционных системах счисления ос­нован перевод чисел в десятичную систему счисления из любых дру­гих позиционных систем счисления. Степени у оснований системы счисления равны номеру соответ­ствующего разряда в числе (разряды дробной части нумеруются от­рицательными числами). При переводе чисел из десятичной системы счисления в любую другую позиционную систему счисления данное десятичное число делится с ос­татком на основание той системы счисления, в которую число переводит­ся. Деление продолжается до тех пор, пока частное не станет меньше дели­теля (основания системы). Это частное — старшая цифра искомого числа. Остальные цифры — это остатки отделения, выписанные в порядке, об­ратном их получению (первый остаток — последняя цифра). 2.4.2. Двоичная арифметика Двоичная система счисления содержит всего две цифры: 0 и 1, поэтому вычисления в двоичной арифметике выполняются гораздо проще, чем в десятичной. Варианты сложения двоичных цифр: 0 + 0 = 0, 0+1 = 1, 1 + 1 = 10. Принципы архитектуры ЭВМ были сформулированы Джоном фон Нейманом в 1946 г. Согласно первому принципу Неймана, ЭВМ производит арифметические расчеты в двоичной системе счисления. Гораздо проще сконструировать процессор, который работает в дво­ичной системе счисления, чем работающий в десятичной. 2.5. Представление информации в компьютере 2.5.1. Представление текстовой информации в компьютере Текстовая информация состоит из символов: букв, цифр, знаков препинания, скобок и др. Множество всех символов, с помощью которых записывается текст, называется алфавитом, а число симво­лов в алфавите — его мощностью. Тексты вводятся в память компьютера с помощью клавиатуры. На клавишах написаны привычные для человека буквы, цифры, знаки препинания и другие символы. В оперативную память компьютера они попадают в форме двоичного кода. Для представления текстовой информации в компьютере исполь­зуется алфавит мощностью 256 символов. Двоичный код каждого символа занимает 1 байт (8 бит) памяти. Какой именно восьмиразрядный двоичный код соответствует каждому символу, зависит от способа кодировки. Все символы компьютерного алфавита нумеруются от 0 до 255. Каждому номеру соответствует восьмиразрядный двоичный код от 00000000 до 11111111 (порядковый номер символа в двоичной сис­теме счисления). Причем, если количество разрядов в двоичном чис­ле, полученном при переводе порядкового номера, окажется мень­ше восьми, то необходимо дополнить двоичное число слева нулями до получения восьми знаков. Таблица, в которой всем символам компьютерного алфавита по­ставлены соответствующие порядковые номера и двоичные коды, называется таблицей кодировки. С распространением персональных компьютеров типа IBM PC Институт стандартизации США {ANSI—American National Standard Institute) ввел в действие систему кодирования ASCII {American Standard Code for Information Interchange — стандартный код инфор­мационного обмена США). В системе ASCII закреплены две табли­цы кодирования — базовая и расширенная. Базовая таблица закреп­ляет значения кодов от 0 до 127, а расширенная относится к симво­лам с номерами от 128 до 255. Первые 32 кода базовой таблицы, начиная с нулевого, отданы про­изводителям аппаратных средств. В этой области размещаются так называемые управляющие коды, которым не соответствуют ника­кие символы языков, и, соответственно, эти коды не выводятся ни на экран, ни на устройства печати, но ими можно управлять выво­дам прочих данных. Начиная с кода 32 по код 127 размещены коды символов англий­ского алфавита, знаков препинания, цифр, арифметических дей­ствий и некоторых вспомогательных символов (табл. 2.2). Осталь­ные 128 кодов (начиная с кода 10000000 и заканчивая кодом 11111111) используются в разных вариантах. В русских национальных коди­ровках в этой части таблицы размещаются символы русского алфа­вита. В настоящее время в России можно указать три действующих стандарта кодировки: Windows-125\, КОИ-8, ГОСТ-альтернативная. Кодировка символов русского языка Windows-1251 (табл. 2.3) была введена «извне» — компанией Microsoft, но, учитывая широкое рас­пространение операционных систем и других продуктов этой ком­пании в России, она глубоко закрепилась и нашла широкое распространение. Эта кодировка широко используется на большинстве ло­кальных компьютеров, работающих на платформе Windows. Происхождение кодировки КОИ-8 (код обмена информацией, вось­мизначный) относится ко временам действия Совета Экономической Взаимопомощи государств Восточной Европы. Сегодня кодировка КОИ-8 (табл. 2.4) имеет широкое распространение в компьютерных сетях на территории России и в российском секторе Интернета. Ограниченный набор из 256 кодов символов сегодня уже не удов­летворяет возросшим потребностям международного общения. Все большее распространение получает универсальная система 16-раз­рядного кодирования символов UNICODE. Шестнадцать разрядов позволяют обеспечить уникальные коды для 65536 различных символов — этого поля достаточно для разме­щения в одной таблице символов большинства языков планеты, сим­волов «мертвых» языков, а также некоторых символов, не имеющих лексического содержания, указателей и т.п. Переход к повсеместному использованию системы UNICODE носит постепенный характер. Его сдерживает существующая доку­ментная база и необходимость в высоком уровне развития вычисли­тельной техники. Необходимого уровня обеспеченности ресурсами технические средства достигли во второй половине 90-х гг. АХ века, и сегодня наблюдается постепенный перевод документов и про­граммных средств на универсальную систему кодирования. 2.5.2. Представление графической информации в компьютере За хранение и воспроизведение графической информации в ком­пьютере отвечает графическая система (рис. 2.1), которая включает в себя графический дисплей и видеоадаптер (видеоконтроллер). Изображение на графическом дисплее формируется из совокуп­ности множества светящихся точек, выстроенных в ровные ряды, — видеопикселей. Слово пиксель происходит от английского «picture element» — элемент рисунка. Пиксели на экране образуют сетку из горизонтальных строк и вертикальных столбцов, которая носит на­звание растр. Строки растра периодически (50—70 раз в секунду и более) сканируются, воспроизводя изображение: одни пиксели све­тятся, другие — нет. Дисплеи, работающие описанным способом (по­строчное сканирование графической сетки), называются растровы­ми дисплеями. На черно-белых дисплеях пиксель — это одна точка, которая мо­жет иметь только два цвета: черный, белый (либо оттенки серого). Пиксель на цветном дисплее состоит из трех близко расположен­ных точек: красной, зеленой и синей. Из сочетания этих трех цветов и их оттенков получаются все другие цвета. Работой графического дисплея управляет видеоконтроллер (адап­тер). В его состав входят видеопамять и дисплейный процессор. Для хранения видеоинформации предназначена видеопамять дво­ичного кода изображения, выводимого на экран. В видеопамяти со­держится информация о состоянии каждого пикселя экрана. Работой дисплея управляет дисплейный процессор, который пе­риодически (50—70 раз в секунду) читает содержимое видеопамяти. Таким образом, к видеопамяти имеют доступ два процессора: цен­тральный и дисплейный. Центральный процессор записывает видео- 31информацию, а дисплейный — периодически читает ее и передает на дисплей. Информация в видеопамяти — это двоичные коды, обозначаю­щие цвет и яркость каждого пикселя на экране. Количество цветов используемой палитры К и размер кода пик­селя в битах b связаны формулой: К = 2Ь. Черно-белые изображения принято представлять в градациях се­рого цвета. Если яркость точки кодируется одним байтом, можно использовать 256 различных серых тонов (256 = 28). Такая точность согласуется с восприимчивостью человеческого глаза и возможнос­тями полиграфической техники. При кодировании цветных изображений применяют принцип декомпозиции цвета на составляющие. В качестве таких составляю­щих используют красный (Red, К), зеленый (Green, G) и синий (Blue, В) цвета. Любой цвет, видимый человеческим глазом, получается при смешивании этих трех основных цветов. Если для кодирования яркости каждой из составляющих исполь­зовать 8 двоичных разрядов (256 значений), то на кодирование каж­дого пикселя нужно 24 разряда. Такая система кодирования одно­значно определяет 16,8 миллионов цветов, что близко к чувствитель­ности человеческого глаза. Режим 24-разрядного представления цветной графики называют полноцветным (True Color). При техни­ческой реализации полноцветной графики удобно отводить на цвет каждого пикселя не 24, а 32 разряда (32 — пятая степень двойки). Дополнительный байт иногда используют для задания степени про­зрачности изображения. Способ формирования полиграфического изображения делает более удобным применение не основных, а дополнительных цветов, которые дополняют основные цвета до белого. Дополнительными цветами являются голубой (Cyan, Q, пурпурный (Magenta, M) и жел­тый (Yellow, Y). Из-за несовершенства красителей смесь трех таких красок не дает идеального черного цвета. Поэтому черную краску (ЫаК, К) используют отдельно. Такая система кодирования носит название CMYK (черный цвет обозначается буквой К, чтобы не пу­тать его с синим). Подготовку изображения для цветной печати с использованием системы СЖЖназывают цветоделением. Более грубое представление цвета использует меньшее число разрядов. Например, кодирование цветной графики 16-разрядными числами носит название High Color. В этом случае каждому цвету отводят пять разрядов. Оставшийся бит чаще всего отдают зеленому цвету. Ранее широко применялся индексный метод кодирования цвета с помощью восьми бит. Таким образом можно передать только 256 цветовых оттенков. Однако каждый восьмиразрядный код не опи­сывает цвет, а указывает его номер (индекс) в специальной таблице (палитре). Эта таблица содержит сами коды цветов (обычно в фор­мате True Color) и прикладывается к графическому изображению. На современных высококачественных дисплеях используется па­литра более чем из 16 миллионов цветов. Требуемый размер видео­памяти в этом случае — несколько мегабайт. 2.5.3. Представление звуковой информации в компьютере Приемы и методы работы со звуковой информацией пришли в вычислительную технику сравнительно недавно. В итоге методы ко­дирования звуковой информации двоичным кодом далеки от стан­дартизации. Множество отдельных компаний разработали свои кор­поративные стандарты, но если говорить обобщенно, то можно вы­делить два основных направления. Метод FM (Frequency Modulation) основан на том, что теоретичес­ки любой сложный звук можно разложить на последовательность простейших гармонических сигналов разных частот, каждый из ко­торых представляет собой правильную синусоиду, а следовательно, может быть описан числовыми параметрами, то есть кодом. В природе звуковые сигналы имеют непрерывный спектр, то есть являются аналоговыми. Их разложение в гармонические ряды и пред­ставление в виде дискретных цифровых сигналов выполняют спе­циальные устройства — аналогово-цифровые преобразователи (АЦП). Для этого достаточно несколько раз (несколько десятков, сотен, тысяч раз) в секунду измерять величину аналогового сигнала и кодировать ее, например, с помощью 256 различных значений. Фактически, плоскость сигнала разбивается вертикальными и гори­зонтальными линиями и приближенно считается, что график про­ходит в точности через узлы получившейся сетки (плавная линия заменяется ломаной). Вертикальное разбиение называется дискретизацией (по времени) аналогового сигнала и характеризуется частотой дискретизации. Обыч­но для кодирования звука выбирают одну из трех частот — 44,1 КГц, 22,05 КГц или 11,025 КГц. Самая качественная частота соответствует музыке, записанной на компакт-диске. Величина аналогового сигна­ла измеряется в этом случае 44100 раз в секунду. Раздельно кодируют­ся левый и правый каналы в случае стереозвучания. Важно и горизонтальное разбиение — квантование (по уровню). Чем мельче сетка — тем качественнее приблизится аналоговый звук с помощью цифр. Обычно применяется всего два его типа — 8-битное и 16-битное. В первом случае получается 256 различных значений на­пряжения, во втором — 65536 значений. Восьмибитное квантование применяется для оцифровки обычной речи (например, телефонного разговора) и радиопередач на коротких волнах, шестнадцатибитное — для оцифровки музыки и УКВ-радиопередач. Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодиро­ванного числовым кодом, выполняют цифро-аналоговые преобра­зователи (ЦАП). При таких преобразованиях неизбежны потери ин­формации, связанные с методом кодирования, поэтому качество зву­козаписи обычно получается не вполне удовлетворительным и соответствует качеству звучания простейших электромузыкальных инструментов с окрасом, характерным для электронной музыки. В то же время, данный метод кодирования обеспечивает весьма ком­пактный код, и поэтому он нашел применение еще в те годы, когда ресурсы средств вычислительной техники были недостаточны. Метод таблично-волнового синтеза (Wiave-ТаЫе) лучше соответ­ствует современному уровню развития техники. Если говорить уп­рощенно, то можно сказать, что где-то в заранее подготовленных таблицах хранятся образцы звуков для множества различных музы­кальных инструментов (и не только для них). В технике такие образ­цы называют сэмплами. Числовые коды выражают тип инструмен­та, номер его модели, высоту тона, продолжительность и интенсив­ность звука, динамику его изменения, некоторые параметры среды, в которой происходит звучание, а также прочие параметры, харак­теризующие особенности звука. Поскольку в качестве образцов ис­пользуются «реальные» звуки, то качество звука, полученного в ре­зультате синтеза, получается очень высоким и приближается к каче­ству звучания реальных музыкальных инструментов. 2.5.4. Представление числовой информации в компьютере Существует два способа представления чисел в памяти ЭВМ: фор­ма с фиксированной точкой и форма с плавающей точкой. Под точ­кой подразумевается знак-разделитель целой и дробной части числа. Представление чисел в форме с фиксированной точкой. Форма с фиксированной точкой применяется для представления целых чи­сел в памяти ЭВМ. Часть памяти, вмещающая в себя информацию, доступную для обработки отдельной командой процессора, называ­ется ячейкой. Содержимое ячейки памяти (находящийся в ячейке двоичный код) называется машинным словом. Для получения двоичного кода целого положительного числа до­статочно перевести это число в двоичную систему счисления. При­чем, если количество разрядов в полученном двоичном числе ока­жется меньше размера машинного слова, то необходимо дополнить двоичное число слева нулями до этого размера. Получаемый таким образом двоичный код носит название прямой код. Для получения внутреннего представления целого отрицательного числа используется дополнительный код. Дополнительным кодом двоичного числа Хв iV-разрядной ячей­ке является число, дополняющее его до значения 2N. Получить дополнительный код можно следующим образом: 1) Записать внутреннее представление положительного числа X. 2) Записать обратный код этого числа заменой во всех разрядах 0 на 1 и 1 на 0. 3) К полученному числу прибавить 1. Старший разряд в представлении любого отрицательного числа равен 1. Следовательно, он указывает на знак числа и поэтому назы­вается знаковым разрядом. В случае представления отрицательных целых чисел в дополни­тельном коде операция вычитания двух чисел сводится к сложению с дополнительным кодом вычитаемого, и процессору достаточно уметь лишь складывать числа: А — В — А + {— В). Если значение (—В) будет иметь форму дополнительного кода, то в памяти ЭВМ получится правильный результат. Единица в старшем разряде, получаемая при сложении, выходит за границу разрядной сетки машинного слова и исчезает. Выход результатов вычислений за границы допустимого диапазона называется переполнением. Переполнение при вычислениях с фикси­рованной точкой не вызывает прерывания работы процессора. Маши­на продолжает считать, но результаты могут оказаться неправильными. Представление чисел в форме с плавающей точкой. Форма с плава­ющей точкой (запятой) применяется для представления действитель­ных (вещественных) чисел в памяти ЭВМ. Для каждого числа, кроме нуля, определены два элемента: ман­тисса т и порядок п. Действительное число R представляется в виде произведения мантиссы т на основание системы счисления р в не­которой целой степени л: В ЭВМ используется нормализованное представление числа в форме с плавающей точкой, т.е. мантисса должна удовлетворять ус­ловию: 0,\р<т<1р. Например, число 25,324 можно представить в виде: 25,324 = 2,5324 х 101 = 0,0025324 х 104 = 0,25324 х 102 и т.п. Однако нормализованным будет представление 0,25324 х 10^, так как мантисса т = 0,25324 удовлетворяет неравенству: 0,1Ю< 0,25324 <110. Порядок в таком представлении указывает, на какое количество позиций и в каком направлении должна «переплыть», т.е. сместиться десятичная точка в мантиссе — отсюда название «плавающая точка». В разных типах ЭВМ применяются различные варианты представ­ления чисел в форме с плавающей точкой. Один из возможных вариан­тов: мантисса и порядок записываются в двоичной форме {р = 2), знак мантиссы — это знак всего числа. В ячейке содержится следующая ин­формация о числе: знак числа, порядок и значащие цифры мантиссы. Для кодирования действительных чисел преимущественно ис­пользуют 80-разрядное кодирование. Представление с плавающей точкой является приближенным. Доступная точность (не менее 7-8 десятичных цифр) достаточна для всех практических приложений. 2.6. Алгебра логики Логика относится к числу дисциплин, образующих математичес­кий фундамент информатики. Логика — наука, изучающая методы установления истинности или ложности одних высказываний на основе истинности или ложности других высказываний. Основы логики как науки были заложены в IV в. до н.э. древне­греческим ученым Аристотелем. Правила вывода истинности высказываний, описанные Аристотелем (силлогизмы), оставались ос­новным инструментом логики вплоть до второй половины XIXв., когда в трудах Джорджа Буля, О. де Моргана и др. возникла матема­тическая логика. Все прежние достижения логики были переведены на точный язык математики. Систему формальных обозначений и правил, введенную Джорджем Булем, назвали логической алгеброй или булевой алгеброй. Высказывание (суждение) — это повествовательное предложение, в котором что-либо утверждается или отрицается. По поводу любого высказывания можно сказать истинно оно или ложно. Высказывания бывают общими, частными и единичными. Общее высказывание начинается (или можно начать) со слов: все, всякий, каждый, ни один. Частное высказывание начинается (или можно начать) со слов: некоторые, большинство и т.п. Во всех других слу­чаях высказывание является единичным. Например: 1. «Лед — твердое состояние воды» — истинное высказывание; «Париж — столица Китая» — ложное высказывание. 2. «Все рыбы умеют плавать» — общее высказывание; «Некоторые медведи — бурые» — частное высказывание; «Буква А — гласная» — единичное высказывание. Логические величины — это понятия, выражаемые словами ИС­ТИНА, ЛОЖЬ (true, false). Истинность высказываний выражается через логические величи­ны. Логические величины составляют логические константы и ло­гические переменные. Логическая константа: ИСТИНА или ЛОЖЬ. Логическая переменная — это символически обозначенная логи­ческая величина, например А, В и т.д. Переменные логические величины могут принимать только значения логических констант, т.е. только ИСТИНА или ЛОЖЬ. Логическое выражение — это простое или сложное высказывание. Соответственно бывают простые и сложные логические выражения. Простое логическое выражение состоит из одной логической пе­ременной или одного отношения. Можно выделить шесть вариантов логических отношений: «рав­но», «не равно», «больше», «меньше», «больше или равно», «меньше или равно». Выполнение логических отношений для числовых величин известно из математики: 67 < 89 и т.п. Примеры простых ло­гических выражений: 1) Автор = Толстой Л.Н. 2) Температура < 30°С. 3) А (логическая переменная). Сложное логическое выражение строится из простых с помощью логических операций. Логические операции. В математической логике определены пять основных логических операций: конъюнкция, дизъюнкция, отрица­ние, импликация, эквивалентность. Первые три из них составляют полную систему операций, вследствие чего остальные операции мо­гут быть выражены через них (нормализованы). В информатике обычно используются эти три операции. 1. Конъюнкция — логическое умножение. В русском языке она выражается союзом «И». В математической логике используются знаки & или л. Конъюнкция — двухместная (бинарная) операция, записывается в виде А л В. Значение такого выражения будет ЛОЖЬ, если значение хотя бы одного из операндов ложно. 2. Дизъюнкция — логическое сложение. В русском языке она обо­значается союзом «ИЛИ», в математической логике — знаком v. Дизъюнкция — двухместная операция; записывается в виде: A v В. Значение такого выражения будет ИСТИНА, если значение хотя бы одного из операндов истинно. 3. Отрицание (инверсия). В русском языке этой связке соответ­ствует частица «НЕ» (иногда применяется оборот «неверно, что...»). Отрицание — унарная (одноместная) операция; записывается в виде: Импликация — условное высказывание. В русском языке этой логической операции соответствуют союзы если ..., то; когда..., тог­да; коль скоро..., то и т.п. Выражение, начинающееся после союзов если, когда, коль скоро, называется основанием условного выска­зывания. Выражение, стоящее после слов то, тогда, называется след­ствием. В логических формулах импликация обозначается знаком —>. Импликация — двухместная операция; записывается так: А -> В. Эквивалентность — языковой аналог союзы если и только если; тогда и только тогда, когда... Эквивалентность обозначается знаком Пример 10. Представить сложное высказывание: «Если выглянет солн­це, то станет тепло» в виде логической формулы (формализовать). Решение: Обозначим через А простое высказывание: «Выглянет солнце». Обозначим через В простое высказывание: «Станет тепло». Тогда соответствующая логическая формула имеет вид: /4 —» В. 2.7. Логические основы ЭВМ Основой внутреннего языка компьютера является язык логики, буле­ва алгебра. Это связано с двумя обстоятельствами: во-первых, внутрен­ний язык компьютера и язык логики используют двоичный алфавит (до­статочно в булевой алгебре обозначить ИСТИНУ — 1, а ЛОЖЬ — 0); во-вторых, все команды языка процессора реализуются через три логические операции: И (конъюнкция), ИЛИ (дизъюнкция), НЕ (отрицание). Физически реализованные, логические операции «конъюнкция», «дизъюнкция» и «отрицание» называются вентилями (логическими элементами); соответственно вентилем «И», вентилем «ИЛИ», вен­тилем «НЕ». Имея эти три типа вентилей, можно собирать любую схему, кон­струировать вычислительные устройства. В основе элементной базы любой ЭВМ (триггеров, сумматоров) лежат указанные вентили. Логические элементы компьютера оперируют сигналами, пред­ставляющими собой электрические импульсы. Если есть импульс, то логический смысл сигнала — 1, нет импульса — 0. Графическим способом представления логических элементов и об­разуемых ими систем являются логические схемы. Три основных вен­тиля на таких схемах обозначаются следующим образом (см. рис. 2.2). В виде логических схем удобно изображать цепочки логических операций и производить их вычисления. Для этого полезно пред­ставить таблицу истинности логических операций в форме логичес­ких схем (см. рис. 2.3). Введем обозначения: 1 — ИСТИНА, 0 — ЛОЖЬ. Цифры в начале входящих стрелок — логические операнды; циф­ры в конце выходящих стрелок — результаты операций. В целях максимального упрощения работы компьютера все мно­гообразие математических операций в процессоре сводится к сло­жению двоичных чисел. Такое сложение обеспечивают сумматоры, которые являются главной частью процессора. При сложении двоичных чисел в каждом разряде образуется сум­ма, при этом возможен перенос в старший разряд. Многоразрядный сумматор процессора состоит из полных одно­разрядных сумматоров. На каждый разряд ставится одноразрядный сумматор, причем выход (перенос) сумматора младшего разряда под­ключается ко входу сумматора старшего разряда. Важнейшей структурной единицей оперативной памяти компь­ютера, а также внутренних регистров процессора является триггер. Это устройство позволяет запоминать, хранить и считывать инфор­мацию (каждый триггер может хранить 1 бит информации). Глава 3. КОМПЬЮТЕР 3.1. Аппаратное обеспечение персонального компьютера Аппаратное обеспечение персонального компьютера (ПК) вклю­чает в себя все устройства, составляющие современный персональ­ный компьютер, который может быть реализован в настольном (desktop) (рис. 3.1), портативном (notebook или laptop) (рис. 3.2), или карманном (handheld) (рис. 3.3) вариантах. В составе настольного компьютера принято выделять системный блок и периферийные устройства. 3.1.1. Системный блок В состав системного блока (рис. 3.4) входят: — электронные схемы; — слоты расширения; — жесткий диск; — дисководы гибких дисков; — дисководы лазерных дисков; — блок питания. Рис. 3.1. Настольный ПК Электронные схемы располагаются на специальных пластинах — электронных платах. Основная плата персонального компьютера — системная (материнская) плата (рис. 3.5). На ней размещаются: — процессор — основная микросхема, выполняющая большинство математичес­ких и логических операций; — микропроцессорный комплект (чип­сет) — набор микросхем, управляющих ра­ботой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функциональные возможности материнской платы; — шины — наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компь­ютера; — внутренняя память (набор микро­схем); — разъемы для подключения дополни­тельных устройств (контроллеров вне­шних устройств) — слоты расширения. В виде отдельных дочерних плат, кото­рые вставляются в слоты материнской платы, выполнены видеокарта (осуществ­ляет операции, связанные с управлением экраном) и звуковая карта (выполняет вычислительные операции, связанные с обработкой звука, речи, музыки). Жесткий магнитный диск (рис. 3.6) — основ­ное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ. Он пред­ставляет собой несколько десятков дисков, раз­мещенных на одной оси, заключенных в метал­лический корпус и вращающихся с большой уг­ловой скоростью. Дисководы лазерных дисков (CD и DVD накопители) предназна­чены для считывания и записи информации на компакт-диски CD и DVD-дяски (рис. 3.7). Они используют оптический принцип чтения информации. СО-7?0М-накопители (CD — Compact Disk, компакт-диск, ROM — Read Only Memory, только чтение) и DVD-ROM-накопи­тели (DVD — Digital Video Disk, цифровой видеодиск, ROM— Read Only Memory, только чтение) позволяют лишь считывать инфор­мацию с дисков. В настоящее время широкое распространение получили 52-скоростные С/)-ЛОМ-накопители, достигающие скоро­сти считывания до 7,8 Мбайт/с, и 16-скоростные DVD-ROM-накопи-тели, достигающие скорости считывания до 21 Мбайт/с. Для записи и перезаписи на диски используются специальные CD-RW- и DVD-RW-щкковоцы (RW— Rewritable, перезаписываемый), ко­торые обладают достаточно мощным лазером, позволяющим менять отражающую способность участков поверхности в про­цессе записи диска. Информационная емкость CD-R ОМ диска может достигать 650 Мбайт. DVD-диски имеют гораздо большую информационную емкость по сравнению с CD-дисками — до 17 Гбайт. Блок питания преобразует электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электронные схемы компью­тера (рис. 3.8). Кроме перечисленного, в системном блоке находятся громкоговоритель для воспроизведения простых звуков и ме­лодий, а также некоторые вспомогатель­ные детали и устройства. 3.1.2. Периферийные устройства Периферийные устройства ПК подключаются к его интерфейсам и предназначены для выполнения вспомогательных операций. Благода­ря им компьютерная система приобретает гибкость и универсальность. Устройства ввода данных Клавиатура — клавишное устройство управления персональным компьютером, служит для ввода алфавитно-цифровых (знаковых) данных, а также команд управления (рис. 3.9). Основные функции клавиатуры не нуждаются в поддержке специ­альными системными программами (драйверами). Необходимое про­граммное обеспечение для начала работы с компьютером уже имеется в микросхеме ПЗУ в составе базовой системы ввода-вывода (BIOS), и по­тому компьютер реагирует на нажатия клавиш сразу после включения. Стандартная клавиатура имеет 3 световых индикатора в правом верхнем углу, информирующих о режимах работы, и более 100 кла­виш (обычно 104 клавиши), функционально распределенных по не­скольким группам: — алфавитно-цифровые (сим­вольные) клавиши —большая груп­па клавиш, обычно белого цвета, расположенных в центральной час­ти клавиатуры. Самая длинная кла­виша в нижнем ряду — клавиша пробела (Space). Черным цветом на буквенных клавишах традиционно обозначе­ны латинские буквы, а красным — русские. Схемы закрепления сим­волов национальных алфавитов за конкретными алфавитно-цифро­выми клавишами называются раскладками клавиатуры. Общепри­нятые раскладки клавиатуры имеют свои корни в раскладках клавиатур пишущих машинок. Для ПК IBM PC типовыми считают­ся раскладки бЖЕ/?7Т(английская) и ЙЦУКЕН (русская). Расклад­ки принято именовать по символам, закрепленным за первыми кла­вишами верхней строки алфавитной группы. Каждая клавиша может работать в нескольких режимах (регист­рах) и, соответственно, может использоваться для ввода нескольких символов. Переключение между нижним регистром (для ввода строч­ных символов) и верхним регистром (для ввода прописных симво­лов) выполняют удержанием клавиши Shift (нефиксированное пе­реключение). При необходимости жестко переключить регистр ис­пользуют клавишу CapsLock (фиксированное переключение); — функциональные клавиши —двенадцать клавиш (от FI до /12), размещенные в верхней части клавиатуры. Функции, закрепленные заданными клавишами, зависят от свойств конкретной работающей в данный момент программы, а в некоторых случаях и от свойств операционной системы. Общепринятым для большинства программ является соглашение о том, что клавиша F\ вызывает справочную систему, в которой можно найти справку о действии прочих клавиш; — служебные (специальные) клавиши располагаются рядом с кла­вишами алфавитно-цифровой группы. Они обычно не соответству­ют никаким символам, изменяют значение других клавиш или вы­полняют специальные функции. В связи с тем, что ими приходится пользоваться особенно часто, они имеют увеличенный размер. К ним относятся: • Shift — переход с одного регистра на другой и др. • Enter — запуск исполняемых программ, подтверждение выбо­ра пункта меню и др. • Tab — ввод позиций табуляции при наборе текста и др. • Esc (Escape) — отказ от исполнения начатой операции. • CapsLock — включает/выключает режим фиксированного вер­хнего регистра. • NumLock — включает/выключает режим блокировки цифр на цифровой клавиатуре. Графический интерфейс Windows Взаимодействие человека с компьютером в форме диалога с ис­пользованием окон, меню и элементов управления (диалоговых па­нелей, кнопок и так далее) позволяет осуществлять графический интерфейс. Для работы с графическим интерфейсом используется «мышь» или другое координатное устройство ввода. При этом пользователь должен уметь производить: • левый щелчок — однократное нажатие и отпускание основной (обычно левой) кнопки мыши; • правый щелчок — однократное нажатие и отпускание допол­нительной (обычно правой) кнопки мыши; • двойной щелчок — два нажатия основной кнопки мыши с ми­нимальным интервалом времени между ними; • перетаскивание — нажатие левой или правой кнопки мыши и перемещение объекта с нажатой кнопкой. Основную часть экрана занимает Рабочий стол (рис. 3.31), на ко­тором располагаются значки и ярлыки (значки с маленькими стрел­ками в нижнем левом углу). Значки и ярлыки обеспечивают (с по­мощью двойного щелчка) быстрый доступ к дискам, папкам, доку­ментам, приложениям и устройствам. Ярлык отличается от значка тем, что обозначает объект, факти­чески расположенный не на Рабочем столе, а в некоторой другой папке. В левой части экрана обычно располагаются значки Мой компь­ютер, Сетевое окружение, Корзина и Мои документы. В нижней части экрана располагается Панель задач (рис. 3.31), на которой находятся кнопка Пуск, кнопки выполняемых задач и открытых папок, индикаторы и часы. Windows является многозадачной операционной системой, то есть параллельно могут выполняться несколько приложений. Каждое за­пущенное приложение обозначается кнопкой на Панели задач (рис. 3.31), при этом переход от работы в одном приложении к работе в другом может производиться с помощью щелчка по кнопке. Манипуляторы относятся к координатным устройствам ввода, используются для ввода графической информации и для работы с гра­фическим интерфейсом программ. К ним относятся: — «мышь» представляет собой плоскую ко­робочку с двумя-тремя кнопками, иногда с до­полнительным колесиком, которое располага­ется между кнопками (рис. 3.10). Перемещение по плоской поверхности синхронизировано с перемещением графического объекта (указателя «мыши») на экране мо­нитора. Основным рабочим органом «мыши» является массивный шар (металлический, покрытый резиной), он вращается при перемещении корпуса «мыши» по горизонтальной поверхности. В настоящее время широкое распространение получили оптические «мыши», в которых нет механических частей. Источник света, размещенный внутри «мыши» освещает поверхность, а отраженный свет фиксируется фотоприемни­ком и преобразуется в перемещение курсора на экране. Компьютером управляют перемещая мышь по плоскости и осу­ществляя кратковременные нажатия правой и левой кнопок (эти нажатия называются щелчками). В первый момент после включения компьютера «мышь» не работает. Она нуждается в поддержке специальной системной программы — драй­вера «мыши», которая устанавливается либо при первом подключении «мыши», либо при установке операционной системы компьютера. — трекбол по принципу действия и назна­чению похож на «мышь». В отли­чие от «мыши» он устанавливается стацио­нарно, и его шарик приводится в движение ладонью руки. Преимущество трекбола со­стоит в том, что он не нуждается в гладкой рабочей поверхности, поэтому трекболы на­шли широкое применение в портативных персональных компьютерах. Рис. Современные модели мышей и трекболов часто являются беспро­водными (инфракрасная «мышь»). Сенсорная панель (тачпад) относится к координатным устройствам ввода и представляет собой панель прямоугольной формы, чувстви­тельную к перемещению пальца и нажатию пальцем. Перемещение пальца по поверхности сенсорной панели преоб­разуется в перемещение курсора на экране монитора. Нажатие на поверхность сенсорной панели эквивалентно нажатию на кнопку «мыши». Недостатком тачпадов является невысокая точность. Тачпады в последнее время часто используются в портативных компьютерах вместо трекболов. Пенмаус относится к координатным устройствам ввода и пред­ставляет собой аналог шариковой авторучки, на конце которой вме­сто пишущего узла установлен узел, регистрирующий величину пе­ремещения. Графические планшеты (дигитайзеры) предназначены для рисова­ния и ввода рукописного текста, относятся к координатным устрой­ствам ввода информации (рис. 3.12). Существует несколько различных принципов действия графичес­ких планшетов, но в основе всех их лежит фиксация перемещения специального пера относительно планшета. С помощью этого пера можно чертить, рисовать схемы, добавлять заметки и подписи к элек­тронным документам. Устройства удобны для художников и иллюс­траторов, поскольку позволяют им создавать экранные изображе­ния привычными приемами (карандаш, перо, кисть). Сканер используется для оптическо­го ввода в компьютер и преобразования в компьютерную форму изображений. Сканируемое изображение ос­вещается белым светом (черно-бе­лые сканеры) или тремя цветами (красным, зеленым и синим). От­раженный свет проецируется на линейку фотоэлементов, которая движется, последовательно считы­вает изображение и преобразует его в компьютерный формат. В отсканированном изображении коли­чество различаемых цветов может достигать десятков миллиардов. Системы распознавания текстовой информации позволяют пре­образовать отсканированный текст из графического формата в тек­стовой. Такие системы способны распознавать текстовые докумен­ты на различных языках, представленные в различных форматах (на­пример, таблицах) и с различным качеством печати. Цифровые камеры (видеокамеры и фотокамеры) позволяют полу­чать видеоизображение и фотоснимки непосредственно в цифровом (компьютерном) формате (рис. 3.14). Запись изображений на жесткий диск компьютера может осуще­ствляться путем подключения камеры к компьютеру. Микрофон предназначен для ввода звуковой информации в ком­пьютер. Он подключается к входу звуковой карты. Устройства вывода данных Монитор — универсальное устройство визуального представления данных, подключается к видеокарте, установленной в компьютере. Монитор является главным устройством вывода информации. Изображение в компьютерном формате (в виде последовательнос­тей нулей и единиц) хранится в видеопамяти, размещенной на ви­деокарте. Изображение на экране мони­тора формируется путем считывания со­держимого видеопамяти и отображения его на экран. Сейчас наиболее распространены мони­торы двух основных типов: на основе элек­тронно-лучевой трубки (ЭЛТ) и плоские жидкокристаллические (ЖК). ЭЛТ-мони­торы обеспечивают лучшее качество изоб­ражения, но в пользу ЖК-мониторов гово-Рис. 3.15. ЭЛТ-монитор Рит их компактность, небольшой вес, идеально плоская поверхность экрана, отсутствие вредных для челове­ка электромагнитных излучений. Принтер предназначен для вывода на бумагу (создания «твердой копии») числовой, текстовой и графической ин­формации. По своему принципу дей­ствия принтеры делятся на: — матричные — это принте­ры ударного действия (рис. 3.17). Печатающая головка матрич­ного принтера состоит из вертикального столбца маленьких стер­жней (обычно 9 или 24), которые под воздействием магнитного поля «выталкиваются» из головки и ударяют по бумаге (через кра­сящую ленту). Перемещаясь, печатающая головка оставляет на бумаге строку символов. Качество печати матричных принтеров напрямую зависит от ко­личества иголок в печатающей головке. Так, 24-игольчатые принтеры позволяют получать оттиски документов, практически не уступающие по качеству документам, исполненным на пишущей машинке. В настоящее время матричные принтеры считаются устаревши­ми и практически не выпускаются; — струйные — получили широ­кое распространение в последние годы, бывают черно-белые и цветные (рис. 3.18). В них исполь­зуется чернильная печатающая головка, которая под давлением, развивающимся в печатающей головке за счет парообразования, выбрасывает чернила из ряда мельчайших отверстий на бумагу. В некоторых моделях капля выб­расывается щелчком в результате пьезоэлектрического эффекта более стабильную форму капли, близкую к сферической. Перемеща­ясь вдоль бумага, печатающая головка оставляет строку символов или полоску изображения. — лазерные — обеспечивают практически бесшумную печать (рис. 3.19). Высокая скорость печати (до 30 страниц в минуту) дос­тигается за счет постраничной печати, при которой страница печа­тается сразу целиком. Основное преимущество лазерных принтеров заключается в воз­можности получения высококачественных отпечатков. Уже модели среднего класса обеспечивают разрешение печати до 600 dpi, а про­фессиональные модели — до 1800 dpi и выше; — светодиодные —принцип их действия похож на принцип дей­ствия лазерных принтеров. Разница заключается в том, что источ­ником света является не лазерная головка, а линейка светодиодов. Поскольку эта линейка расположена по всей ширине печатаемой страницы, отпадает необходимость в механизме формирования го­ризонтальной развертки и вся конструкция получается проще, на­дежнее и дешевле. Типичная величина разрешения печати для све­тодиодных принтеров — порядка 600 dpi. Плоттеры используются для вывода сложных и широ­коформатных графических объектов (плакатов, чертежей, электри­ческих и электронных схем и пр.). Принцип действия плоттера такой же, как и струйного принтера. Акустические колонки и наушники используются для прослушива­ния звука (рис. 3.21). Они подключаются к выходу звуковой платы. Устройства обмена данными Модем — устройство, предназначенное для обмена информацией между удаленными компьютерами по каналам связи (МОдулятор + ДЕМодулятор). В зависимости от типа канала связи устройства приема-передачи подразделяют на радиомодемы, кабельные модемы и прочие. Наиболее широкое применение нашли модемы, ориентированные на подключение к коммутируе­мым телефонным каналам свя­зи (рис. 3.22). Цифровые данные, поступа­ющие в модем из компьютера, преобразуются в нем путем мо­дуляции (по амплитуде, частоте, фазе) в соответствии с избран­ным стандартом (протоколом) и направляются в телефонную линию. Модем-приемник, понимающий данный протокол, осуществляет об­ратное преобразование (демодуляцию) и пересылает восстановленные цифровые данные в свой компьютер. Таким образом обеспечивается удаленная связь между компьютерами и обмен данными между ними. К основным потребительским параметрам модемов относятся производительность (бит/с); поддерживаемые протоколы связи и коррекция ошибок; шинный интерфейс, если модем внутренний (ISA или PCJ). 3.1.3. Память ПК Внутренняя память ПК Внутренняя память ПК физически реализована в электронных схемах и расположена внутри системного блока. С точки зрения физического принципа действия различают динамическую память (DRAM) и статическую память (SRAM). 5-3669 65Ячейки динамической памяти (DRAM) можно представить в виде микроконденсаторов, способных накапливать заряд на своих обклад­ках («+» и «—» можно интерпретировать как 1 и 0). Ячейки статической памяти (SRAM) можно представить как элек­тронные микроэлементы — триггеры, состоящие из нескольких тран­зисторов. В триггере хранится не заряд, а состояние (включен/вык­лючен). Этот тип памяти обеспечивает более высокое быстродей­ствие по сравнению с DRAM, хотя технологически он сложнее и, соответственно, дороже. Выделяют следующие виды внутренней памяти: оперативная (RAM— Random Access Memory) — это массив крис­таллических ячеек, способных хранить данные. Оперативная память представлена микросхемами динамической памяти DRAM. Каждая ячейка памяти имеет свой адрес, который выражается числом. В настоящее время предельный размер адреса обычно со­ставляет 32 разряда, а это означает, что всего независимых адресов может быть 232. Одна адресуемая ячейка содержит восемь двоичных ячеек (одна двоичная ячейка называется «бит»), в которых можно сохранить 8 бит, то есть один байт данных. Оперативная память в компьютере размещается на стандартных панельках, называемых модулями. Модули памяти представляют собой пластины с рядами контактов, на которых размещаются БИС памяти. Модули оперативной памяти вставляют в соответствующие разъемы на материнской плате. При выключении ПК информация из оперативной памяти стирается; — кэш-память создается с целью уменьшения количества обра­щений процессора к оперативной памяти, представляет собой мик­росхемы статической памяти SRAM. В кэш-памяти хранятся копии наиболее часто используемых фраг­ментов оперативной памяти. Когда процессору нужны данные, он сначала обращается в кэш-память (как бы «сверхоперативную» па­мять), и только если там нужных данных нет, происходит его обра­щение в оперативную память. Принимая блок данных из оператив­ной памяти, процессор заносит его одновременно и в кэш-память. «Удачные» обращения в кэш-память называют «попаданиями в кэш». Процент попаданий тем выше, чем больше размер кэш-памяти, по­этому высокопроизводительные процессоры комплектуют повышен­ным объемом кэш-памяти. Комплект программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую си­стему ввода-вывода (BIOS— Basic Input Output System). Основное назначение программ этого пакета состоит в том, чтобы проверить состав и работоспособность компьютерной системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жестким диском и дисководом гибких дисков. Программы, входящие в BIOS, позволяют наблюдать на экране диагностические сообщения, сопровождаю­щие запуск компьютера, а также вмешиваться в ход запуска с по­мощью клавиатуры; — энергонезависимая (CMOS) — микросхема на материнской пла­те. От оперативной памяти она отличается тем, что ее содержимое не стирается во время выключения компьютера, а от ПЗУ она отличает­ся тем, что данные в нее можно заносить и изменять самостоятельно, в соответствии с тем, какое оборудование входит в состав системы. Внешняя (долговременная) память ПК Основной функцией внешней памяти компьютера является спо­собность долговременно хранить большой объем информации (про­граммы, документы, аудио- и видеоклипы и пр.). Устройство, кото­рое обеспечивает запись/считывание информации, называется на­копителем (или дисководом), а хранится информация на носителях (например, дискетах). Ко внешней памяти относятся: — жесткий магнитный диск — располагается внутри системного блока, представляет собой несколько десятков дисков, размещен­ных на одной оси, заключенных в металлический корпус и вращаю­щихся с большой угловой скоростью (рис. 3.6). Управление работой жесткого диска выполняет специальное ап-паратно-логическое устройство — контроллер жесткого диска. В настоящее время функции контроллеров дисков частично интегриро­ваны в сам жесткий диск, а частично выполняются микросхемами, входящими в микропроцессорный комплект (чипсет), хотя некото­рые виды высокопроизводительных контроллеров жестких дисков могут поставляться на отдельной дочерней плате, подключаемой к одному из слотов материнской платы. К основным параметрам жестких дисков относятся емкость и производительность. Емкость дисков зависит от технологии их изготовления и сейчас может достигать 150 Гбайт и более. Про­изводительность жестких дисков связана со скоростью внутрен­ней передачи данных, которая в настоящее время может дости­гать 133 Мбайт/с; — гибкие магнитные диски (дискеты) используются для опера­тивного переноса небольших объемов информации. Гибкие магнитные диски помещаются в пластмассовый корпус. В центре дискеты имеется приспособление для захвата и обеспе­чения вращения диска внутри пластмассового корпуса. Дискета вставляется в дисковод, который вращает диск с постоянной уг­ловой скоростью. При этом магнитная головка дисковода уста­навливается на определенную концентрическую дорожку диска, на которую и производится запись или с которой производится считывание информации. Основными параметрами гибких дисков являются технологичес­кий размер (измеряется в дюймах) и полная емкость. В настоящее время преимущественно используются дискеты диаметром 3,5 дюй­ма, имеющие емкость 1,44 Мбайт. Магнитный принцип записи и считывания информации записы­вается в следующем: в накопителях на гибких магнитных дисках (НГМД) и накопите­лях на жестких магнитных дисках (НЖМД) в основу записи инфор­мации положено намагничивание ферромагнетиков в магнитном поле, хранение информации основывается на сохранении намагни­ченности, а считывание информации базируется на явлении элект­ромагнитной индукции. В процессе записи информации на магнитную головку дисково­да, перемещающуюся вдоль магнитного слоя носителя, поступают последовательности электрических импульсов (логических единиц и нулей), которые создают в головке магнитное поле. В результате последовательно намагничиваются (логическая единица) или не на­магничиваются (логический нуль) элементы поверхности носителя. В отсутствии сильных магнитных полей и высоких температур элементы носителя могут сохранять свою намагниченность в тече­ние долгого времени (лет и десятилетий). При считывании информации при движении магнитной головки над поверхностью носителя намагниченные участки носителя вы­зывают в ней импульсы тока (явление электромагнитной индукции). Последовательности таких импульсов передаются в оперативную память компьютера; — лазерные диски — наиболее популярные на сегодняшний день носители информации. На лазерных CD-ROMи DVD-ROM дисках хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна, что отражено во второй части их названий: ROM (Read Only Memory — только чтение). Произво­дятся такие диски путем штамповки и имеют серебристый цвет. В лазерных дисководах используется оптический принцип запи­си и считывания информации. В процессе записи информации на лазерные диски для созда­ния участков поверхности с различными коэффициентами отра­жения применяются различные технологии: от простой штампов­ки до изменения отражающей способности участков поверхности диска с помощью мощного лазера. Информация на лазерном дис­ке записывается на одну спиралевидную дорожку (как на грампластинке), содержащую чередующи­еся участки с различной отражаю­щей способностью. В процессе считывания информа­ции с лазерных дисков луч лазера, ус­тановленного в дисководе, падает на поверхность вращающегося диска и отражается. Так как поверхность лазерного диска имеет участки с раз­личными коэффициентами отражения, то отраженный луч также ме­няет свою интенсивность (логические 0 или 1). Затем отраженные све­товые импульсы преобразуются с помощью фотоэлементов в электри­ческие импульсы и по магистрали передаются в оперативную память. Flash-память — это энергонезависимый тип памяти, позволяю­щий записывать и хранить данные в микросхемах. Карты flash -па­мяти не имеют в своем составе движущихся частей, что обеспечива­ет высокую сохранность данных при их использовании в мобильных устройствах (портативных компьютерах, цифровых камерах и др.). К недостаткам flash-памят следует отнести то, что не существует единого стандарта и различные производители изготавливают несов­местимые друг с другом по размерам и электрическим параметрам карты памяти. Логическая структура дисков Форматирование дисков. Для того, чтобы на диске можно было хранить информацию, диск должен быть отформатирован, то есть должна быть создана физическая и логическая структура диска. Формирование физической структуры диска заключается в созда­нии на диске концентрических дорожек, которые, в свою очередь, де­лятся на секторы (рис. 3.25). Для этого в процессе форматирования магнитная головка дисковода расставляет в определенных местах дис­ка метки дорожек и секторов. Логическая структура гибкого магнитного диска представляет со­бой совокупность секторов (емкос­тью 512 байтов), каждый из которых имеет свой порядковый номер. Сек­тора нумеруются в линейной после­довательности от первого сектора нулевой дорожки до последнего сек­тора последней дорожки. На гибком диске минимальным адресуемым элементом является сектор. Логическая структура жестких дисков отличается от логической структуры гибких дисков. На жестком диске минимальным адресуемым элементом являет­ся кластер, который содержит несколько секторов. Размер кластера зависит от типа используемой таблицы разме­щения файлов (FAT) и от емкости жесткого диска. Существует два различных вида форматирования дисков: полное и быстрое форматирование. Полное форматирование включает в себя как физическое фор­матирование (проверку качества магнитного покрытия дискеты и ее разметку на дорожки и секторы), так и логическое форматирование (создание таблицы размещения файлов). После полного формати­рования вся хранившаяся на диске информация будет уничтожена. Быстрое форматирование производит лишь очистку таблицы раз­мещения файлов. Информация сохраняется, и в принципе возмож­но восстановление файловой системы. 3.1.4. Магистрально-модульный принцип построения компьютера Основной микросхемой компьютера, в ко­торой производятся все вычисления, является процессор (рис. 3.26). Конструктивно процессор состоит из ячеек, похожих на ячейки оперативной памяти, но в этих ячейках данные могут не только хранить­ся, но и изменяться. Внутренние ячейки про­цессора называются регистрами. Данные, попавшие в некоторые регистры, рассматриваются не как данные, а как команды, управляющие обработкой данных в других регистрах. Среди регистров процессора есть и такие, которые в за­висимости от своего содержания способны модифицировать испол­нение команд. Таким образом, управляя засылкой данных в разные регистры процессора, можно управлять обработкой данных. На этом и основано исполнение программ. С остальными устройствами компьютера, и в первую очередь с оперативной памятью, процессор связан несколькими группами проводников, называемых шинами. Основных шин три: шина дан­ных, адресная шина и командная шина. Эти три многоразрядные шины образуют системную шину, или магистраль. Основные параметры процессоров: — рабочее напряжение — обеспечивает материнская плата, по­этому разным маркам процессоров соответствуют разные материн­ские платы. Ранние модели процессоров имели рабочее напряжение 5 В. С переходом к процессорам Intel Pentium оно было понижено до 3,3 В, а в настоящее время оно составляет менее 2 В. Понижение рабочего напряжения позволяет уменьшить расстояния между струк­турными элементами в кристалле процессора до десятитысячных долей миллиметра, что позволяет увеличивать производительность процессора. — разрядность — показывает, сколько бит данных он может при­нять и обработать в своих регистрах за один раз (за один такт). Со­временные процессоры семейства Intel Pentium являются 32-раз­рядными. В ближайшем будущем предполагается проникновение 64-разрядных процессоров на персональные компьютеры. Исполнение каждой команды занимает определенное количество тактов. Тактовые импульсы задает одна из микросхем, входящая в микропроцессорный комплект (чипсет), расположенный на мате­ринской плате. Чем выше частота тактов, поступающих на процес­сор, тем больше команд он может исполнить в единицу времени, тем выше его производительность. Первые процессоры могли работать с частотой не выше 4,77 МГц, а сегодня рабочие частоты (тактовые частоты) некоторых процессоров уже превосходят 3 миллиарда так­тов в секунду (3 ГГц). В основу построения персональных компьютеров положен магис-трально-модульный принцип. Модульный принцип позволяет потре­бителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компью­тера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами. На системной (материнской) плате реализована магистраль обмена ин­формацией: к магистрали (системной шине) подключаются процес­сор и модули оперативной памяти, а также периферийные устрой­ства, которые обмениваются информацией на машинном языке. Быстродействие различных компонентов компьютера (процессо­ра, оперативной памяти и контроллеров периферийных устройств) может существенно различаться. Для согласования быстродействия на системной плате устанавливаются специальные микросхемы (чип­сеты), включающие в себя контроллер оперативной памяти (так на­зываемый северный мост) и контроллер периферийных устройств (южный мост) (рис. 3.27). Северный мост обеспечивает обмен информацией между процес­сором и оперативной памятью по системной шине. В процессоре используется внутреннее умножение частоты, поэтому частота про­цессора в несколько раз больше, чем частота системной шины. В современных компьютерах частота процессора может превышать частоту системной шины в 10 раз. К северному мосту подключается шина PCI, которая обеспечи­вает обмен информацией с контроллерами периферийных устройств, которые устанавливаются в слоты расширения системной платы. В настоящее время для подключения видеоплаты обычно исполь­зуется специальная шина AGP, соединенная с северным мостом и имеющая частоту, в несколько раз большую, чем шина PCI. Южный мост обеспечивает обмен информацией между северным мостом и портами для подключения периферийного оборудования. 3.2. Программное обеспечение ПК Программа — это упорядоченная последовательность команд, ко­торую выполняет компьютер в процессе обработки данных. Конечная цель любой компьютерной программы — управление аппаратными средствами. Даже если на первый взгляд программа никак не взаимодействует с оборудованием, все равно ее работа ос­нована на управлении аппаратными устройствами компьютера. Про­граммное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в не­разрывной связи и в непрерывном взаимодействии. Программное обеспечение ПК (ПО ПК) — это совокупность всех программ, установленных на компьютере. ПО ПК можно разделить на три категории: — системное — выполняет различные вспомогательные функции (например, проверку работоспособности, наладку и настройку уст­ройств компьютера); — прикладное — обеспечивает выполнение необходимых пользо­вателю работ (например, создание и редактирование текстов), не прибегая к программированию; — инструментальное (системы программирования) — обеспечи­вает создание новых программ для компьютера, в том числе новых систем программирования. Грани между указанными тремя категориями программ весьма условны, так как довольно часто компьютерная программа может сочетать в себе черты сразу двух, а иногда и трех категорий. Классификация системного ПО В системном программном обеспечении можно выделить не­сколько уровней: — базовый — программы этого уровня отвечают за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Как правило, базовые про­граммные средства непосредственно входят в состав базового обо­рудования и хранятся в микросхемах ПЗУ. Программы и данные за­писываются («прошиваются») в микросхемы ПЗУ на этапе произ­водства и не могут быть изменены в процессе эксплуатации; — системный — переходный. Программы этого уровня обеспечи­вают взаимодействие прочих программ компьютерной системы с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обес­печением. К таким программам относятся драйверы устройств — программы, отвечающие за взаимодействие с конкретными устрой­ствами (например, драйвер мыши, драйвер монитора). Другой класс программ этого уровня отвечает за взаимодействие с пользователем. Благодаря им пользователь получает возможность вводить данные в вычислительную систему, управлять ее работой и получать результат в удобной для себя форме. Эти программы назы­ваются средствами обеспечения пользовательского интерфейса. Совокупность программ системного уровня образует ядро опера­ционной системы ПК. Наличие ядра операционной системы — непременное условие для воз­можности практической работы человека с вычислительной системой; — служебный — основное назначение программ этого уровня (их называют утилитами) состоит в автоматизации работ по проверке, на­ладке и настройке компьютерной системы. К их числу относятся: — диспетчеры файлов (файловые менеджеры) — позволяют вы­полнять большинство операций, связанных с обслуживанием фай­ловой структуры: копирование, перемещение, переименование, уда­ление, поиск файлов и каталогов в файловой структуре; — средства сжатия данных (архиваторы) — предназначены для создания архивов. Архивные файлы обычно имеют повышенную плотность записи информации, следовательно, занимают меньше места на носителе; — средства просмотра и воспроизведения — используются для просмотра файлов разных типов в тех случаях, когда не требуется их редактирование; — средства диагностики — выполняют необходимые проверки программного и аппаратного обеспечения и выдают собранную ин­формацию в удобном и наглядном виде; — средства контроля (мониторинга) — позволяют следить за про­цессами, происходящими в компьютерной системе; — средства коммуникации — устанавливают соединения с удален­ными компьютерами, обслуживают электронную почту и тд в компь­ютерных сетях; — антивирусные програм­мы и некоторые другие. Уровни системного ПО представляют собой пирами­дальную конструкцию. Каж­дый следующий уровень опи­рается на ПО предшествую­щих уровней и повышает функциональность всей систе­мы Уровни системного ПО Служебный уровень Системный уровень Базовый уровень Классификация прикладного ПО Программы, входящие в прикладное ПО, иногда называют при­ложениями. Приложения функционируют под управлением опре­деленной операционной системы. Практически каждый пользователь компьютера нуждается в при­ложениях общего назначения: — текстовые редакторы и процессоры — предназначены для вво­да, редактирования и форматирования текстовых данных (например, Microsoft Word); — графические редакторы — предназначены для создания и об­работки графических изображений. Различают растровые редакто­ры (например, Paint), векторные редакторы (например, CorelDraw) и программные средства для создания и обработки трехмерной гра­фики (3D — редакторы); — системы подготовки презентаций — предназначены для созда­ния мультимедиа-презентаций. Например, Microsoft PowerPoint, — системы управления базами данных — предназначены для со­здания, заполнения и использования баз данных — огромных мас­сивов данных, организованных в табличные структуры. Например, Microsoft Access; — электронные таблицы — предоставляют комплексные средства для хранения различных типов данных (преимущественно числовых) и их обработки. Например, Microsoft Excel; — браузеры (обозреватели, средства просмотра Web) — предназ­начены для просмотра электронных документов, выполненных в формате HTML (документы этого формата используются в качестве ЖеА-документов). Например, Microsoft Internet Explorer, — обучающие, развивающие, справочные и развлекательные си­стемы и программы — например, электронные энциклопедии, ком­пьютерные игры. Для профессионального использования в различных сферах дея­тельности квалифицированными пользователями компьютера ис­пользуются приложения специального назначения: — системы автоматизированного проектирования (CAD — систе­мы) — позволяют автоматизировать проектно-конструкторские ра­боты, проводить простейшие расчеты. Применяются в машиностро­ении, приборостроении, архитектуре; — настольные издательские системы — автоматизируют процесс верстки полиграфических изданий; — экспертные системы — предназначены для анализа данных, со­держащихся в базах знаний, и выдачи рекомендаций по запросу пользователя; — Web-редакторы — предназначены для создания и редактирова­ния Жеб-документов, объединяют в себе свойства текстовых и гра­фических редакторов. Например, «FrontPage»; — интегрированные системы делопроизводства — используются для автоматизации рабочего места руководителя; — бухгалтерские системы — предназначены для автоматизации бухгалтерского учета на предприятиях и организациях. Например, «1С Бухгалтерия»; — финансовые аналитические системы — используются в банков­ских и биржевых структурах, позволяют контролировать и прогно­зировать ситуацию на финансовых, товарных и сырьевых рынках; — геоинформационные системы (ГИС) — предназначены для ав­томатизации картографических и геодезических работ на основе ин­формации, полученной топографическими или аэрокосмическими методами. — системы видеомонтажа — предназначены для цифровой обра­ботки видеоматериалов, их монтажа. Системы программирования обычно включают компилятор, осу­ществляющий преобразование программ на языке программирова­ния в программу в машинных кодах, или интерпретатор, осуществ­ляющий непосредственное выполнение программы на языке про­граммирования высокого уровня, редактирование текстов программ и другие вспомогательные программы. Основа любой системы программирования — язык программи­рования, например Pascal, Basic и др. 3.3. Файловая система ПК Все программы и данные хранятся во внешней памяти компью­тера в виде файлов. Файл — это определенное количество информации (программа или данные), имеющее имя и хранящееся во внешней памяти. Имя файла состоит из двух частей, разделенных точкой: собствен­но имя файла и расширение, определяющее его тип (программа, дан­ные и так далее). Собственно имя файлу дает пользователь, а тип файла обычно задается программой автоматически при его созда­нии. В различных операционных системах существуют различные фор­маты имен файлов. В операционной системе Windows имя файла может иметь длину до 255 символов, причем можно использовать русский алфавит, например: Единицы измерения информации.doc. Каждый диск (гибкий, жесткий или лазерный) разбивается на две области: область хранения файлов и каталог. Каталог содержит имя файла и указание на начало его размещения на диске. Если провес­ти аналогию диска с книгой, то область хранения файлов соответ­ствует ее содержанию, а каталог — оглавлению. Причем книга со­стоит из страниц, а диск — из секторов. Файловая система — это система хранения файлов и организации каталогов. Для дисков с небольшим количеством файлов (до нескольких де­сятков) может использоваться одноуровневая файловая система, когда каталог (оглавление диска) представляет собой линейную пос­ледовательность имен файлов. Если на диске хранятся сотни и тысячи файлов, то для удобства поиска используется многоуровневая иерархическая файловая система, которая имеет древовидную структуру. Важными элементами такой структуры, необходимыми для обеспечения удобного доступа к файлам, являются каталоги (папки). Файлы объединяются в ката­логи по любому общему признаку, заданному их создателем (по типу, принадлежности, назначению, времени создания и т.п.). Начальный, корневой каталог содержит вложенные каталоги 1-го уровня; в свою очередь, каждый из последних может содержать вложенные каталоги 2-го уровня и так далее. Необходимо отметить, что в каталогах всех уровней могут храниться и файлы. Каждый диск имеет логическое имя: — A:, R — гибкие диски; — С, D., Е: и т.д. — жесткие и лазерные диски. Для того, чтобы найти в иерархической файловой системе неко­торый файл, необходимо указать путь к файлу. В путь к файлу входят записываемые через разделитель «\» логическое имя диска и после­довательность имен вложенных друг в друга каталогов, в последнем из которых содержится нужный файл. Путь к файлу вместе с именем файла называют иногда полным именем файла. Для работы с файлами можно использовать специализированные программы, так называемые файловые менеджеры: Проводник, Norton Commander и др. Иерархическая система папок Windows. Иерархическая файловая система представлена в операционной системе Windows с помощью графического интерфейса в форме иерархической системы папок и документов. Папка в Windows является аналогом каталога, а доку­мент — файла. На вершине иерархии папок находится папка Рабочий стол. Следую­щий уровень представлен папками Мой компьютер, Корзина и Сетевое окружение (если компьютер подключен к локальной сети). Если необходимо ознакомиться с ресурсами компьютера, то сле­дует открыть папку Мой компьютер. 3.4. Операционная система WINDOWS На WINDOWS-совместимых персональных компьютерах используются операционные системы корпорации Microsoft: Windows 9x/ME, a также свободно распространяемая операционная система Linux. На персональных компьютерах фирмы Apple используются различные версии операционной системы Mac OS. На рабочих станциях и сер­верах наибольшее распространение получили операционные систе­мы Windows NT/2000/XP и UNIX. Несмотря на разнообразие операционных систем, их назначение и функции одинаковые. Операционная система является базовой и необходимой составляющей программного обеспечения компьюте­ра, без нее компьютер не может работать в принципе. Операционная система (ОС) обеспечивает совместное функциони­рование всех устройств компьютера и предоставляет пользователю доступ к его ресурсам. Современные ОС имеют сложную структуру, каждый элемент которой выполняет определенные функции по управлению компь­ютером: — программные модули, управляющие файловой системой; — командный процессор — специальная программа, которая зап­рашивает у пользователя команды и выполняет их; — драйверы устройств — специальные программы, которые обес­печивают управление работой устройств и согласование информа­ционного обмена с другими устройствами, а также позволяют про­изводить настройку некоторых параметров устройств; — программные модули, создающие графический пользовательс­кий интерфейс; — сервисные программы (утилиты), позволяющие обслуживать диски, выполнять операции с файлами, работать в компьютерных сетях и т.д.; — справочная система. В крайней правой части Панели задач находятся Часы. Левее ча­сов располагаются индикаторы состояния системы, например, язы­ковая панель. Кнопка Пуск позволяет вызвать Главное меню (рис. 3.32), кото­рое обеспечивает доступ практически ко всем ресурсам системы и содержит команды запуска приложений, настройки системы, поис­ка файлов и документов, доступа к справочной системе и др. Объектно-ориентированный подход, используемый в операцион­ной системе Windows, позволяет рассматривать диски, папки и фай­лы как объекты. Все эти объекты имеют определенные свойства, и над ними могут проводиться определенные операции. Ознакомить­ся со свойствами объекта, а также выполнить над ним разрешенные операции можно с помощью контекстного меню (рис. 3.33). Для вызова контекстного меню необходимо осуществить правый щелчок на значке объекта. Важнейшим элементом графического интерфейса Windows явля­ются окна. Абсолютно все операции, выполняемые на компьютере, происходят либо на Рабочем столе, либо в каком-либо окне. Окно папки (рис. 3.34) — это контейнер, содержимое которого графически отображает содержимое папки. Открытое окно может находиться в активном либо в пассивном состоянии. Если окно находится в пассивном состоянии (строка за­головка не выделена цветом), то, щелкнув по любой его части мы­шью, можно перевести его в активное состояние. 3.5. Антивирусные программы и зашита информации Первая массовая эпидемия компьютерного вируса произошла в 1986 г., когда вирус Brain «заражал» дискеты для первых массовых персональных компьютеров. В настоящее время известно несколь­ко десятков тысяч вирусов, заражающих компьютеры с различными операционными системами и распространяющихся по компьютер­ным сетям. Обязательным свойством компьютерного вируса является спо­собность к размножению (самокопированию) и незаметному для пользователя внедрению в файлы, загрузочные секторы дисков и документы. После заражения компьютера вирус может активизироваться и заставить компьютер выполнять какие-либо действия. Активизация вируса может быть связана с различными событиями (наступлени­ем определенной даты или дня недели, запуском программы, откры­тием документа и т.д.). Компьютерный вирус — это программный код, встроенный в дру­гую программу, или в документ, или в определенные области носи­теля данных и предназначенный для выполнения несанкциониро­ванных действий на несущем компьютере. Основными типами компьютерных вирусов по «среде обитания» являются: — программные (файловые) — блоки программного кода, целе­направленно внедренные внутрь других прикладных программ. При запуске программы, несущей вирус, происходит запуск импланти­рованного в нее вирусного кода, работа которого вызывает измене­ния в файловой системе жестких дисков, в содержании других про­грамм. Вирусный код может воспроизводить себя в теле других про­грамм (размножаться). Создав достаточное количество копий, программный вирус может перейти к вирусной атаке — нарушению работы программ и операционной системы, удалению информации на жестком диске. В некоторых случаях может произойти формати­рование жесткого диска. Иногда программные повреждения прихо­дится устранять заменой аппаратных средств. Программные вирусы поступают на компьютер при запуске непроверенных программ, по­лученных на внешнем носителе (гибкий диск, компакт-диск и т.п.) или принятых из Интернета; — загрузочные — поражают не программные файлы, а определен­ные системные области магнитных носителей (гибких и жестких дисков). Кроме того, на включенном компьютере они могут времен­но располагаться в оперативной памяти. Обычно заражение проис­ходит при попытке загрузки компьютера с магнитного носителя, системная область которого содержит загрузочный вирус. Далее этот компьютер сам становится источником распространения загрузоч­ного вируса; — макровирусы — поражают документы, выполненные в неко­торых прикладных программах, имеющих средства для исполне­ния макрокоманд. К таким документам относятся, например, до­кументы текстового процессора Microsoft Word (они имеют расши­рение .doc). Заражение происходит при открытии файла документа в окне программы, если в ней не отключена возможность исполне­ния макрокоманд; — сетевые. По компьютерной сети могут распространяться лю­бые обычные вирусы. Однако существуют и специфические сетевые вирусы, которые используют для своего распространения электрон­ную почту и Всемирную паутину. Интернет-черви (worm) — это вирусы, которые распространяются в компьютерной сети во вложенных в почтовое сообщение файлах. Автоматическая активизация червя и заражение компьютера могут произойти при обычном просмотре сообщения. Опасность таких ви­русов состоит в том, что они по определенным датам активизируются и уничтожают файлы на дисках зараженного компьютера. К сетевым компьютерным вирусам примыкают и так называемые троянские кони (троянские программы, троянцы). Такие вирусы «похищают» идентификатор и пароль пользователя для доступа в Интернет и передают их на определенный почтовый адрес. В резуль­тате злоумышленники получают возможность доступа в Интернет за деньги ничего не подозревающих пользователей. Средства антивирусной защиты. Основным средством защиты информации является резервное копирование наиболее ценных дан­ных; резервные копии должны храниться отдельно от компьютера. Вспомогательными средствами защиты информации являются ан­тивирусные программы, и средства аппаратной защиты. Существует достаточно много программных средств антивирус­ной защиты. Они предоставляют следующие возможности: создание образа жесткого диска на внешних носителях (напри­мер, на гибких дисках); — регулярное сканирование жестких дисков в поисках компью­терных вирусов. При сканировании антивирусная программа ищет вирус путем сравнения кода программ с кодами известных ей виру­сов, хранящимися в базе данных. Поэтому для надежной работы сле­дует регулярно обновлять антивирусную программу; — контроль изменения размера и других атрибутов файлов. По­скольку некоторые компьютерные вирусы на этапе размножения из­меняют параметры зараженных файлов, контролирующая программа может обнаружить их деятельность и предупредить пользователя; — контроль обращений к жесткому диску. Поскольку наиболее опасные операции, связанные с работой компьютерных вирусов, обращены на модификацию данных, записанных на жестком диске, антивирусные программы могут контролировать обращения к нему и предупреждать пользователя о подозрительной активности. Наиболее эффективны в борьбе с компьютерными вирусами ан­тивирусные программы. Антивирусные программы могут использовать различные принципы для поиска и лечения зараженных файлов: — полифаги — самые популярные и эффективные антивирусные программы (например, KasperskyAnti-Virus, Dr. Web). Принцип работы полифагов основан на проверке файлов, загрузочных секторов дисков и оперативной памяти и поиске в них известных и новых (не­известных полифагу) вирусов. Для поиска известных вирусов исполь­зуются так называемые маски. Маской вируса является некоторая постоянная последовательность программного кода, специфичная для этого конкретного вируса. Если антивирусная программа обнаруживает такую последовательность в каком-либо файле, то файл считается зараженным вирусом и подле­жит лечению. Для поиска новых вирусов используются алгоритмы «эвристичес­кого сканирования», то есть анализ последовательности команд в проверяемом объекте. Если «подозрительная» последовательность команд обнаруживается, то полифаг выдает сообщение о возмож­ном заражении объекта. Полифаги могут обеспечивать проверку файлов в процессе их заг­рузки в оперативную память. Такие программы называются антиви­русными мониторами. К достоинствам полифагов относится их универсальность. К не­достаткам — большие размеры используемых ими антивирусных баз данных, которые должны содержать информацию о максимально возможном количестве вирусов, что, в свою очередь, приводит к от­носительно небольшой скорости поиска вирусов; — ревизоры (например, ADinfi. Принцип работы основан на под­счете контрольных сумм для присутствующих на диске файлов. Эти контрольные суммы затем сохраняются в базе данных антивируса, как и некоторая другая информация: длины файлов, даты их после­дней модификации и пр. При последующем запуске ревизоры сверяют данные, содержа­щиеся в базе данных, с реально подсчитанными значениями. Если они не совпадают, то ревизоры сигнализируют о том, что файл был изменен или заражен вирусом. Недостаток ревизоров состоит в том, что они не могут обнару­жить вирус в новых файлах (на дискетах, при распаковке файлов из архива, в электронной почте), поскольку в их базах данных отсут­ствует информация об этих файлах; — блокировщики — это программы, перехватывающие «вирусоо-пасные» ситуации и сообщающие об этом пользователю. К таким ситуациям относится, например, запись в загрузочный сектор диска. Эта запись происходит при установке на компьютер новой опе­рационной системы или при заражении загрузочным вирусом. Наибольшее распространение получили антивирусные блокиров­щики в BIOS компьютера. К достоинствам блокировщиков относится их способность обнару­живать и останавливать вирус на самой ранней стадии его размножения. Защита информации: — защита от нелегального копирования. Программная зашита для предотвращения нелегального копирования дистрибутивных дискет может состоять в применении нестандартного форматирования. Так­же на дискете или диске может быть размещен закодированный про­граммный ключ, без которого программа становится непригодной к использованию и который теряется при копировании. Аппаратная защита может быть реализована с помощью аппаратного ключа, ко­торый присоединяется обычно к параллельному порту компьютера; — защита доступа к компьютеру. Для этой цели используются па­роли. Защита пользовательских настроек имеется в операционной системе Windows, однако такая защита легко преодолима. Вход по паролю может быть установлен в программе BIOS Setup; если не вве­ден пароль, компьютер не начнет загрузку операционной системы. Преодолеть такую защиту нелегко, более того, возникнут серьезные проблемы доступа к данным, если пользователь забудет этот пароль; — защита дисков, папок и файлов. Для них могут быть установле­ны определенные права доступа (полный или только чтение), при­чем они могут быть различными для различных пользователей; — защита информации в Интернете. Для этого доступ к инфор­мационным ресурсам сервера (его администрирование) производит­ся по паролю. Для предотвращения несанкционированного проник­новения из Интернета в локальную сеть устанавливается программ­ный или аппаратный барьер.