Основы организации и методика проведения занятий по информатике
Контрольная работа
Основы организации и методика проведения занятий по информатике
1. Виды (типы) учебной техники
Под техническими средствами обучения следует понимать лишь сами технические устройства и аппаратуру, а обучающие материалы и пособия отнести к подсистеме средств обучения. Это оправдывается тем, что система средств обучения имеет предметный характер и определяется конкретным содержанием дисциплины и профессии, в то время как технические средства беспредметны. Выделение технических средств в отдельную группу учебного оборудования удобно и потому, что позволяет нормировать их в соответствии с имеющимся фондом средств обучения при оснащении кабинетов и мастерских средних профтехучилищ.
Кроме передачи информации, заложенной в средствах обучения, технические средства могут выполнять некоторые функции преподавателя (мастера), связанные с изложением учебного материала, организацией самостоятельной работы и контролем.
Под техническими средствами обучения следует понимать предметы учебного оборудования, предназначенные для реализации содержания отдельных видов средств обучения и выполнения некоторых функций преподавателя (мастера) в учебновоспитательной работе.
Анализ функциональных возможностей технических средств обучения позволяет классифицировать их по назначению на:
технические средства информации (диапроекционная, эпипроекционная, звуковоспроизводящая, кинопроекционная и телевизионная аппаратура);
технические средства для фронтального оперативного и для дифференцированного группового контроля);
обучающие системы (персональные компьютеры, их комплексы и тренажеры).
К техническим средствам, которые могут автономно управлять процессом обучения, можно отнести лишь обучающие системы. Что же касается технических средств информации и технических средств контроля, то они могут быть отнесены к техническим средствам обучения при участии преподавателя (мастера). Технические средства в учебном процессе освобождают педагога от некоторых второстепенных обязанностей и в то же время повышают эффективность управления и руководства процессом обучения.
Все средства обучения, реализуемые с помощью технических средств, кроме контролирующих и обучающих программ, получили название аудиовизуальных. По характеру воспроизведения заложенной в них учебной информации они подразделяются на экранные, звуковые и экранно-звуковые.
К экранным средствам обучения относятся диапозитивы, диафильмы, транспаранты и неозвученные кино- и видеофильмы; к звуковым - радиопередачи, грамзаписи и магнитные записи; к экранно-звуковым - озвученные диапозитивы, диафильмы, телепередачи, звуковые кино- и видеофильмы.
Контролирующие программы в зависимости от этапа и формы обучения имеют различное назначение. В одном случае их используют в качестве средства для определения предварительного уровня знаний, умений и навыков, а в другом- в качестве средств оперативного контроля, необходимого для управления процессом изложения учебного материала или самостоятельной работой учащихся. К контролирующим программам можно отнести тесты.
Обучающие программы предназначены для организации самостоятельной работы учащихся по формированию знаний, умений и навыков (к ним можно отнести - электронные учебники). В зависимости от назначения их можно подразделить на программы для теоретического и производственного обучения. К последним можно отнести алгоритмы, инструкции и инструкционно - технологические карты, с помощью которых формируют профессиональные умения и навыки.
В наше время, в век стремительного развития и роста вычислительной техники в учебном процессе широко применяются персональные компьютеры. Применение ПК дает возможность использовать на уроках необходимую видео - и звуковую информацию. Организовать самостоятельную работу учащихся с электронным учебником, для контроля знаний применять тестирующие программы и.т.д.
Как был изобретен компьютер
Слово «компьютер» означает «вычислитель», т.е. устройство для вычислений. Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно. Многие тысячи лет назад для счета использовались счетные палочки, камешки и т.д. Более 1500 лет тому назад (а может быть и значительно раньше) для облегчения вычислений стали использоваться счеты.
В 1642 г. Блез Паскаль изобрел устройство, механически выполняющее сложение чисел, а в 1673 г. Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал арифмометр, позволяющий механически выполнять четыре арифметических действия. Начиная с XIX в. арифмометры получили очень широкое применение. На них выполняли даже очень сложные расчеты, например, расчеты баллистических таблиц для артиллерийских стрельб. Существовала и специальная профессия - счетчик - человек, работающий с арифмометром, быстро и точно соблюдающий определенную последовательность инструкций (такую последовательность инструкций впоследствии стали называть программой). Но многие расчеты производились очень медленно - даже десятки счетчиков должны были работать по несколько недель и месяцев. Причина проста - при таких расчетах выбор выполняемых действий и запись результатов производились человеком, а скорость его работы весьма ограничена.
В первой половине XIX в. английский математик Чарльз Бэббидж попытался построить универсальное вычислительное устройство - Аналитическую машину, которая должна была выполнять вычисления без участия человека. Для этого она должна была уметь исполнять программы, вводимые с помощью перфокарт (карт из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий, они в то время уже широко употреблялись в ткацких станках), и иметь «склад» для запоминания данных и промежуточных результатов (в современной терминологии - память). Бэббидж не смог довести до конца работу по созданию Аналитической машины - она оказалась слишком сложной для техники того времени. Однако он разработал все основные идеи, и в 1943 г. американец Говард Эйкен с помощью работ Бэббиджа на основе техники XX в. - электромеханических реле - смог построить на одном из предприятий фирмы 1ВМ такую машину под названием «Марк-1». Еще раньше идеи Бэббиджа были переоткрыты немецким инженером Конрадом Цузе, который в 1941 г. построил аналогичную машину.
К этому времени потребность в автоматизации вычислений (в том числе для военных нужд - баллистики, криптографии и т.д.) стала настолько велика, что над созданием машин типа построенных Эйкеном и Цузе одновременно работало несколько групп исследователей. Начиная с 1943 г. группа специалистов под руководством Джона Мочли и Преспера Экерта в США начала конструировать подобную машину уже на основе электронных ламп, а не реле. Их машина, названная ЕМ1АС, работала в тысячу раз быстрее, чем Марк-1, однако для задания ее программы приходилось в течение нескольких часов или даже нескольких дней подсоединять нужным образом провода. Чтобы упростить процесс задания программ, Мочли и Экерт стали конструировать новую машину, которая могла бы хранить программу в своей памяти, В 1945 г. к работе был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад об этой машине. Доклад был разослан многим ученым и получил широкую известность, поскольку в нем фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, т.е. компьютеров.
Первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана, был построен в 1949 г. английским исследователем Морисом Уилксом. С той поры компьютеры стали гораздо более мощными, но подавляющее большинство из них сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в своем докладе в 1945'. Джон фон Нейман. Расскажем поэтому об этих принципах.
Как работает компьютер, или принципы фон Неймана
В своем докладе Джон фон Нейман описал, как должен быть устроен компьютер для того, чтобы он был универсальным и эффективным устройством для обработки информации.
Прежде всего, компьютер должен иметь следующие устройства:
арифметическо-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;
устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;
напоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;
внешние устройства для ввода-вывода информации.
Память компьютера должна состоять из некоторого количества пронумерованных ячеек, в каждой из которых могут находиться или обрабатываемые данные, или инструкции программ. Все ячейки памяти должны быть одинаково легко доступны для других устройств компьютера.
Вот каковы должны быть связи между устройствами компьютера (одинарные линии показывают управляющие связи, двойные - информационные).
В общих чертах работу компьютера можно описать так. Вначале с помощью какого-либо внешнего устройства в память компьютера вводится программа, Устройство управления считывает содержимое ячейки памяти, где находится первая инструкция (команда) программы, и организует ее выполнение. Эта команда может задавать выполнение арифметических или логических операций, чтение из памяти данных для выполнения арифметических или логических операций или запись их результатов в память, ввод данных из внешнего устройства в память или вывод данных из памяти на внешнее устройство.
Как правило, после выполнения одной команды устройство управления начинает выполнять команду из ячейки памяти, которая находится непосредственно за только что выполненной командой. Однако этот порядок может быть изменен с помощью команд передачи управления (перехода). Эти команды указывают устройству управления, что ему следует продолжить выполнение программы, начиная с команды, содержащейся в некоторой другой ячейке памяти. Такой «скачок», или переход, в программе может выполняться не всегда, а только при выполнении некоторых условий, например, если некоторые числа равны, если в результате предыдущей арифметической операции получился нуль и т.д. Это позволяет использовать одни и те же последовательности команд в программе много раз (т.е. организовывать циклы), выполнять различные последовательности команд в зависимости от выполнения определенных условий и т.д., т.е. создавать сложные программы.
Таким образом, управляющее устройство выполняет инструкции программы автоматически, т.е. без вмешательства человека. Оно может обмениваться информацией с оперативной памятью и внешними устройствами компьютера. Поскольку внешние устройства, как правило, работают значительно медленнее, чем остальные части компьютера, управляющее устройство может приостанавливать выполнение программы до завершения операции ввода-вывода с внешним устройством. Все результаты выполненной программы должны быть ею выведены на внешние устройства компьютера, после чего компьютер переходит к ожиданию каких-либо сигналов внешних устройств.
Следует заметить, что схема устройства современных компьютеров несколько отличается от приведенной выше. В частности, арифметическо-логическое устройство и устройство управления, как правило, объединены в единое устройство - центральный процессор. Кроме того, процесс выполнения программ может прерываться для выполнения неотложных действий, связанных с поступившими сигналами от внешних устройств компьютера - прерываний. Многие быстродействующие компьютеры осуществляют параллельную обработку данных на нескольких процессорах. Тем не менее, большинство современных компьютеров в основных чертах соответствуют принципам, изложенным фон Нейманом.
. Компьютер и его архитектура
программный операционный информационный локальный
Как появились персональные компьютеры
Компьютеры 40-х и 50-х годов были очень большими устройствами - огромные залы были заставлены шкафами с электронным оборудованием. Все это стоило очень дорого, поэтому компьютеры были доступны только крупным компаниям и учреждениям. Однако в борьбе за покупателей фирмы, произво - дившие компьютеры и электронное оборудование для них, стремились сделать свою продукцию быстрее, компактнее и дешевле. Благодаря достижениям современной технологии на этом пути были достигнуты поистине впечатляющие результаты.
Первый шаг к уменьшению размеров компьютеров стал возможен с изобретением в 1948 г. транзисторов - миниатюрных электронных приборов, которые смогли заменить в компьютерах электронные лампы. В середине 50-х годов были найдены очень дешевые способы производства транзисторов, и во второй половине 50-х годов появились компьютеры, основанные на транзисторах. Они были в сотни раз меньше ламповых компьютеров такой же производительности. Единственная часть компьютера, где транзисторы не смогли заменить электронные лампы, - это блоки памяти, но там вместо ламп стали использовать изобретенные к тому времени схемы памяти на магнитных сердечниках. К середине 60-х годов появились и значительно более компактные внешние устройства для компьютеров, что позволило фирме Digital Equipment выпустить в 1965 г. первый мини-компьютер РDР-8 размером с холодильник и стоимостью 20 тыс. дол. Но к тому времени был подготовлен еще один шаг к миниатюризации компьютеров - были изобретены интегральные схемы.
До появления интегральных схем транзисторы изготовлялись по отдельности, и при сборке схем их приходилось соединять и спаивать вручную. В 1958 г. Джек Килби придумал, как на одной пластине полупроводника получить несколько транзисторов. В 1959 г. Роберт Нойс (будущий основатель фирмы Intel) изобрел более совершенный метод, позволивший создавать на одной пластине и транзисторы, и все необходимые соединения между ними. Полу - ченные электронные схемы стали называться интегральными схемами, или чипами. В дальнейшем количество транзисторов, которое удавалось разместить на единицу площади интегральной схемы, увеличивалось приблизительно вдвое каждый год. В 1968 г. фирма Burroughs выпустила первый компьютер на интегральных схемах, а в 1970 г. фирма Intel начала продавать интегральные схемы памяти.
В том же году был сделан еще один важный шаг на пути к персональному компьютеру - Маршиан Эдвард. Хофф из той же фирмы Intel сконструировал интегральную схему, аналогичную по своим функциям центральному процессору большой ЭВМ. Так появился первый микропроцессор Intel-4004 (см. рис. справа), который был выпущен в продажу в конце 1970 г. Конечно, возможности 1п1е1-4004 были куда скромнее, чем у центрального процессора большой ЭВМ, - он работал гораздо медленнее и мог обрабатывать одновременно только 4 бита информации (процессоры больших ЭВМ обрабатывали 16 или 32 бита одновременно). Но в 1973 г. фирма 1 пт.е1 выпустила 8-битовый микропроцессор 1п1е1-8008, а в 1974 г. - его усовершенствованную версию 1п1е1 -8080, которая до конца 70-х годов стала стандартом для микрокомпьютерной индустрии.
Вначале эти микропроцессоры использовались только электронщиками-любителями и в различных специализированных устройствах. Но в 1974 г. несколько фирм объявили о создании па основе микропроцессора 1п1е1-8008 компьютера, т.е. устройства, выполняющего те же функции, что и большая ЭВМ. В начале 1975 г. появился первый коммерчески распространяемый компьютер Альтаир-8800, построенный на основе микропроцессора 1п1е1-8080. Этот компьютер, разработанный фирмой М1Т5, продавался по цене около 500 дол. Хотя возможности его были весьма ограничены (оперативная память составляла всего 256 байт, клавиатура и экран отсутствовали), его появление было встречено с большим энтузиазмом. В первые же месяцы было продано несколько тысяч комплектов машины. Покупатели этого компьютера снабжали его дополнительными устройствами: монитором для вывода информации, клавиатурой, блоками расширения памяти и т.д. Вскоре эти устройства стали выпускаться другими фирмами. В конце 1975 г. Пол Аллен и Билл Гейтс (будущие основатели фирмы МшгозогО создали для компьютера «Альтаир» интерпретатор языка Ваsiс, что позволило пользователям достаточно просто общаться с компьютером и легко писать для него программы. Это также способствовало популярности компьютеров.
Успех фирмы М1Т$ заставил многие фирмы также заняться производством персональных компьютеров. Появилось и несколько журналов, посвященных персональным компьютерам. Компьютеры стали продаваться уже в полной комплектации, с клавиатурой и монитором, спрос па них составил десятки, а затем и сотни тысяч штук в год. Росту объема продаж весьма способствовали многочисленные полезные программы, разработанные для деловых применений. Появились и коммерчески распространяемые программы, например, программа для редактирования текстов Шогс181аг и табличный процессор У151Са1с (соответственно 1978 и 1979 гг.). Эти (и многие другие) программы сделали для делового мира покупку компьютеров весьма выгодным вложением денег: с их помощью стало возможно значительно эффективнее выполнять бухгалтерские расчеты, составлять документы и т.д. В результате оказалось, что для многих организаций необходимые им расчеты стало возможно выполнять не на больших ЭВМ или мини-ЭВМ, а на персональных компьютерах, что значительно дешевле.
Появление IBM PC
Распространение персональных компьютеров к концу 70-х годов привело к некоторому снижению спроса на большие ЭВМ и мини-ЭВМ. Это стало предметом серьезного беспокойства фирмы ЮМ - ведущей компании по производству больших ЭВМ, и в 1979 г. фирма ЮМ решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров.
Однако руководство фирмы недооценило будущую важность этого рынка и рассматривало создание компьютера всего лишь как мелкий эксперимент - что-то вроде одной из десятков проводившихся в фирме работ по созданию нового оборудования. Чтобы не тратить на этот эксперимент слишком много денег, руководство фирмы предоставило подразделению, ответственному за данный проект, невиданную в фирме свободу. В частности, ему было разрешено не конструировать персональный компьютер «с нуля», а использовать блоки, изготовленные другими фирмами. И это подразделение сполна использовало предоставленный шанс.
Прежде всего, в качестве основного микропроцессора компьютера был выбран новейший тогда 16-разрядный микропроцессор Ше1-8088. Его использование позволило значительно увеличить потенциальные возможности компьютера, так как новый микропроцессор позволял работать с 1 Мбайтом памяти, а все имевшиеся тогда компьютеры были ограничены 64 Кбайтами. В компьютере были использованы и другие комплектующие различных фирм, а его программное обеспечение было поручено разработать небольшой фирме Microsoft
В августе 1981 г. новый компьютер под названием ЮМ РС (читается - Ай-Би-Эм Пи-Си) был официально представлен публике и вскоре после этого он приобрел большую популярность у пользователей. Через один-два года компьютер ЮМ РС занял ведущее место на рынке, вытеснив модели 8-битовых компьютеров. Фактически 1ВМ РС стал стандартом персонального компьютера. Сейчас такие компьютеры («совместимые с ЮМ РС») составляют более 90% всех производимых в мире персональных компьютеров.
Если бы ЮМ РС был сделан так же, как другие существовавшие во время его появления компьютеры, он бы устарел через два-три года, и мы давно бы уже о нем забыли. Действительно, кто сейчас помнит о самых замечательных моделях телевизоров, телефонов или даже автомобилей пятнадцатилетней давности!
К счастью (для нас), в iВМ РС была заложена возможность усовершенствования его отдельных частей и использования новых устройств. Фирма 1ВМ сделала компьютер не единым неразъемным устройством, а обеспечила возможность его сборки из независимо изготовленных частей аналогично детскому конструктору. При этом методы сопряжения устройств с компьютером ЮМ РС не только не держались в секрете, но и были доступны всем желающим. Этот принцип, называемый принципом открытой архитектуры, наряду с другими достоинствами обеспечил потрясающий успех компьютеров PC
PC - аббревиатура от Personal Computer (персональный компьютер), и это на самом деле так. Многие определяют персональный компьютер как любую небольшую компьютерную систему, приобретаемую и используемую одним человеком. К сожалению, это определение недостаточно точное. Я согласен, что PC - это персональный компьютер, однако далеко не все персональные компьютеры относятся к типу PC. Например, система Macintosh Apple, несомненно, является персональным компьютером, но я не знаю никого, кто назвал бы ее PC (в особенности это относится к пользователям Mac!). Чтобы отыскать правильное определение PC, необходимо смотреть гораздо шире.
Называя что-либо PC, вы при этом подразумеваете нечто гораздо более специфическое, нежели просто персональный компьютер. Естественно, это «нечто» как-то связано с первым IBM PC, появившимся в 1981 году. На самом деле именно IBM изобрела PC, т.е. в этой фирме был разработан и создан первый PC. Однако совершенно очевидно и то, что IBM не изобретала персональный компьютер. (История персональных компьютеров начинается в1975 году, когда фирма MITS представила Altair.) Кое-кто определил бы PC как любой «IBM-совместимый» персональный компьютер. Фактически уже много лет термин PC используется для обозначения или IBM - совместимых компьютеров, или их аналогов (таким образом воздается должное тому, что IBM стояла у колыбели PC).
Однако в действительности, несмотря на то что сотрудниками IBM в 1981 году был разработан и создан первый PC и именно эта фирма руководила разработкой и совершенствованием стандарта PC в течение нескольких лет, в настоящее время она не контролирует этот стандарт. IBM потеряла контроль над стандартом PC в 1987 году, когда представила свою модель компьютеров PS/2. С этого времени другие компании, производящие PC, начали буквально копировать систему IBM вплоть до чипов, соединителей и формфакторов плат, а IBM отказалась от многих стандартов, которые первоначально создала.
Классифицировать PC можно по нескольким (вообще говоря, большому числу) различным категориям. Предпочтительно классифицировать PC двумя способами - по типу программного обеспечения, которое они могут выполнять, и по типу главной шины системной платы компьютера, т.е. по типу шины процессора и ее разрядности. Поскольку в этой книге внимание концентрируется главным образом на аппаратных средствах, рассмотрим сначала именно такую классификацию. Процессор считывает данные, поступающие через внешнюю соединительную шину данных процессора, которая непосредственно соединена с главной шиной на системной плате. Шина данных процессора (или главная шина) также иногда называется локальной шиной, поскольку она локальна для процессора, который соединен непосредственно с ней. Любые другие устройства, соединенные с главной шиной, по существу, могут использоваться так, как при непосредственном соединении с процессором. Если процессор имеет 32-разрядную шину данных, то главная шина процессора на системной плате также должна быть 32 разрядной. Это означает, что система может пересылать в процессор или из процессора за один цикл 32 разряда (бита) данных.
У процессоров разных типов разрядность шины данных различна, причем разрядность главной шины процессора на системной плате должна совпадать с разрядностью устанавливаемых процессоров. Процессоры Pentium имеют 64-разрядную шину данных, разрядность их внутренних регистров составляет только 32 бит и они выполняют 32-разрядные команды. Таким образом, с точки зрения программного обеспечения все чипы от 386 до Pentium III имеют 32 разрядные регистры и выполняют 32-разрядные инструкции. Однако, с точки зрения инженера электронщика или физика, разрядность шины данных этих процессоров, работающих с 32 - разрядным программным обеспечением, равна 16 (386SX), 32 (386DX, 486) и 64 разрядам (Pentium). Разрядность шины данных - главный фактор при проектировании системных плат и систем памяти, так как она определяет, сколько битов передается в чип и из чипа за один цикл. Процессор будущего P7, называемый Itanium (ранее Merced), предусматривает новую 64-разрядную систему команд (IA-64), но по-прежнему будет выполнять все 32-разрядные команды, присущие обычным процессорам - от 386 до Pentium. Еще не известно, будет ли Itanium иметь 64-разрядную шину данных подобно Pentium или же у него будет 128-разрядная шина.
Все системы на основе 486-го процессора имеют 32-разрядную шину процессора, поэтому разрядность главной шины у всех системных плат для 486-х процессоров равна 32. Разрядность шины данных у всех процессоров Pentium- и у оригинального Pentium, и у Pentium MMX, и у Pentium Pro, и даже у Pentium II и Pentium III - равна 64, поэтому разрядность главной шины процессора у системных плат для Pentium также равна 64. Нельзя установить 64-разрядный процессор на 32-разрядную системную плату, поэтому на системные платы для 486-го процессора нельзя установить настоящий процессор Pentium.
На основе аппаратных средств можно выделить следующие категории систем:
! 8-разрядные;
! 16-разрядные;
! 32-разрядные;
! 64-разрядные.
С точки зрения разработчика, если не принимать во внимание разрядность шины, архитектура всех систем - от 16- и до 64-разрядных- в основе своей практически не изменялась. Более старые 8-разрядные системы существенно отличаются. Можно выделить два основных типа систем, или два класса аппаратных средств:
-разрядные системы (класс PC/XT);
/32/64-разрядные системы (класс АТ).
Здесь PC - это аббревиатура, образованная от personal computer (персональный компьютер), XT - eXTended PC (расширенный PC), а AT - advanced technology PC (усовершенствованная технология PC). Термины PC, XT и AT, используемые в этой книге, взяты из названий первоначальных систем IBM. Компьютер XT - это практически тот же компьютер PC, но в нем в дополнение к дисководу для гибких дисков, который использовался в базисном компьютере PC для хранения информации, был установлен жесткий диск. В этих компьютерах использовались 8-разрядные процессоры 8088 и 8-разрядная шина ISA (Industry Standard Architecture - архитектура промышленного стандарта) для расширения системы. Шина - имя, данное разъемам расширения, в которые можно установить дополнительные платы. Шина ISA называется 8-разрядной потому, что в системах класса PC/XT через нее можно отправлять или получать только 8 бит данных за один цикл. Данные в 8-разрядной шине отправляются одновременно по восьми параллельным проводам.
Компьютеры, в которых разрядность шины равна 16 или больше, называются компьютерами класса АТ, причем слово advanced указывает, что их стандарты усовершенствованы по сравнению с базисным проектом, и эти усовершенствования впервые были осуществлены в компьютере IBM AT. AT - обозначение, применявшееся IBM для компьютеров, в которых использовались усовершенствованные разъемы расширения и процессоры (сначала 16-, а позже 32- и 64-разрядные). В компьютер класса АТ можно установить любой процессор, совместимый с Intel 286 или более старшей моделью процессоров (включая 386, 486, Pentium, Pentium Pro и Pentium II), причем разрядность системной шины должна быть равна 16 или больше. При проектировании систем самым важным фактором является архитектура системной шины наряду с базисной архитектурой памяти, реализацией запросов прерывания (Interrupt ReQuest - IRQ), прямого доступа к памяти (Direct Memory Access - DMA) и распределением адресов портов ввода-вывода. Способы распределения и функционирования этих ресурсов у всех компьютеров класса АТ похожи.
В первых компьютерах AT использовался 16-разрядный вариант шины ISA, который расширил возможности первоначальной 8-разрядной шины, применявшейся в компьютерах класса PC/XT. Со временем для компьютеров AT было разработано несколько версий системной шины и разъемов расширения, например:
! 16-разрядная шина ISA;
! 16/32-разрядная шина EISA (Extended ISA);
! 16-разрядная шина PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association), она же PC-Card;
! 32-разрядная шина PCMCIA, она же Cardbus;
! 32-разрядная шина VL-Bus (VESA Local Bus);
Типы систем 65
! 32/64-разрядная шина PCI (Peripheral Component Interconnect);
! 32-разрядный графический порт AGP (Accelerated Graphics Port). Компьютер с любой из упомянутых системных шин по определению относится к классу AT, независимо от того, установлен в нем процессор Intel или совместимый с ним процессор.
Однако компьютеры AT с процессором 386 и выше обладают возможностями, которых нет в компьютерах AT первого поколения с процессором 286 (имеются в виду возможности адресации памяти, ее перераспределения и организации 32- и 64-разрядного доступа к данным). Большинство компьютеров с процессором 386DX и выше имеют 32-разрядную шину и в полной мере используют все ее возможности.
Л
Огл Лл л О л Л
hiiinaiou nenoaiu
Современный PC одновременно и прост и сложен. Он стал проще, так как за минувшие годы многие компоненты, используемые для сборки системы, были интегрированы с другими компонентами и поэтому количество элементов уменьшилось. Он стал сложнее, так как каждая часть современной системы выполняет намного больше функций, чем в более старых системах. Ниже перечислены все компоненты, которые должен содержать современный PC. Компоненты, необходимые для сборки современной системы PC:
-системная плата;
-процессор;
-память (оперативная память);
-корпус;
-блок питания;
-дисковод для гибких дисков;
-жесткий диск;
-накопитель CD-ROM, CD-R или DVD-ROM;
-клавиатура;
-мышь;
-видеоадаптер;
-монитор (дисплей);
-звуковая плата;
-акустические системы;
-модем.
Системная плата. Это ядро системы и действительно главная деталь РС. Все остальное соединено с ней, и именно она управляет всеми устройствами в системе.
Процессор - это двигатель компьютера. Его также называют центральным процессром, или CPU (Central Processing Unit). Микропроцессоры
Оперативная память. Память системы часто называется оперативной или памятью с произвольным доступом (Random Access Memory. RAM). Это основная память, в которую записываются все программы и данные, используемые процессором во время обработки.
Корпус. Это кожух, внутри которого размещается системная плата, источник питания, дисководы, платы адаптеров и любые другие компоненты системы.
Источники питания. От источника питания электрическое напряжение подается к каждому отдельному компоненту РС, питания и корпуса.
Дисковод гибких дисков. Дисковод для гибких дискет прост, недорог и позволяет использовать сменный магнитный носитель.
Накопитель на жестких дисках. Жесткий диск - самый главный носитель информации в системе. На нем хранятся все программы и данные, которые в настоящий момент не находятся в оперативной памяти.
Накопитель CD-ROM/DVD-ROM. Накопители CD-ROM (Compact Disc. Компакт - диск) и DVD-ROM (Digital Versatile Disc. Цифровой универсальный диск). Это запоминающие устройства относительно большой емкости со сменными носителями с оптической записью информации.
Клавиатура - это устройство РС, которое с самого начала было создано для того, чтобы пользователь мог управлять системой устройства ввода.
Мышь. С появлением операционных систем, в которых использовался графический интерфейс пользователя (Grafical User Interface. GUI), возникла необходимость в устройстве, которое позволяло бы пользователю указывать или выбирать объекты, отображаемые на экране.
Видеоадаптер. Служит для управления отображением информации, которую вы видите на мониторе.
Монитор (дисплей)
Модем - это устройство используется для подключения Internet
. Информация и информационные вопросы в жизни
программный операционный информационный локальный
Представление информации в компьютере Компьютер может обрабатывать только информацию, представленную в числовой форме. Вся другая информация (например, звуки, изображения, показания приборов и т.д.) для обработки на компьютере должна быть преобразована в числовую
форму. Например, чтобы перевести в цифровую форму музыкальный звук, можно через небольшие промежутки времени измерять интенсивность звука на определенных частотах, представляя результаты каждого измерения в числовой форме. С помощью программ для компьютера можно выполнить преобразования полученной информации, например «наложить» друг на друга звуки от разных источников. После этого результат можно преобразовать обратно в звуковую форму.
Аналогичным образом на компьютере можно обрабатывать и текстовую информацию. При вводе в компьютер каждая буква кодируется определенным числом, а при выводе на внешние устройства (экран или печать) для восприятия человеком по этим числам строятся соответствующие изображения букв.
Соответствие между набором букв и числами называется кодировкой символов.
Единицей информации в компьютере является один бит, т.е. двоичный разряд, который может принимать значение 0 или 1. Как правило, команды компьютеров работают не с отдельными битами, а с восемью битами сразу. Восемь последовательных битов составляют байт. В одном байте можно закодировать значение одного символа из 256 возможных (256 = 28). Более крупными единицами информации являются килобайт (сокращенно обозначаемый Кбайт), равный 1024 байтам (1024=210), мегабайт (сокращенно обозначаемый Мбайт), равный 1024 Кбайтам и гигабайт (Гбайт), равный 1024 Мбайтам. Для ориентировки скажем, что если на странице текста помещается в среднем 2500 знаков, то 1 Мбайт - это примерно 400 страниц, а 1 Гбайт - 400 тыс. страниц.
Как правило, все числа в компьютере представляются с помощью нулей и единиц (а не десяти цифр, как это привычно для людей). Иными словами, компьютеры обычно работают в двоичной системе счисления, поскольку при этом их устройство получается значительно более простым. Ввод чисел в компьютер и вывод их для чтения человеком может осуществляться в привычной для людей десятичной форме - все необходимые преобразования могут выполнить программы, работающие на компьютере.
В компьютерной литературе, особенно рассчитанной на программистов, при описании обрабатываемых компьютером данных, содержимого оперативной памяти и т.д., часто используется шестнадцатеричная система счисления. Она удобна тем, что очень просто соотносится с двоичной системой, в которой работает компьютер: одна шестнадцатеричная цифра соответствует четырем двоичным разрядам. Для шестнадцатеричных цифр, больших девяти, используются обозначения: А - десять, В-одиннадцать, С - двенадцать, D - тринадцать, Е - четырнадцать, и F - пятнадцать.
Для указания того, что число записано в шестнадцатеричной системе счисления, в конце его добавляют символ «h» или «Н» (h - первая буква слова hexadecimal, то есть шестнадцатеричный). Например, В9h = 11*16+9=185; 4А9Fh = 4*163+10*162+ 9*16+15=19103.
Программы для компьютеров
Программы для первых компьютеров приходилось писать на машинном языке, т.е. в кодах, непосредственно воспринимаемых компьютером. Это было очень тяжелой, малопроизводительной и кропотливой работой, в ходе которой можно было весьма легко ошибиться. Для облегчения процесса программирования в начале 50-х годов были разработаны системы, позволяющие писать программы не на машинном языке, а с использованием мнемонических обозначений машинных команд, имен точек программы и т.д. Такой язык для написания программ называется автокодом, или языком ассемблера. Программы на ассемблере очень просто переводятся в машинные команды, это делается с помощью специальной программы, которая также называется ассемблером. Ассемблер и сейчас часто используется при программировании в тех случаях, когда требуется достичь максимального быстродействия и минимального размера программ либо наиболее полно учесть в программе особенности компьютера.
Однако написание программ на языке ассемблера все же весьма трудоемко. Для этого программист должен очень хорошо знать систему команд соответствующего компьютера, а в ходе работы ему приходится бороться не столько со сложностями решаемой задачи, сколько с переводом необходимых в задаче действий в машинные команды. Поэтому и после появления ассемблеров многие исследователи продолжали попытки облегчить процесс программирования, «научив» компьютеры понимать более удобные для человека языки составления программ. Такие языки стали называть языками программирования высокого уровня, а языки ассемблера и другие машинно-ориентированные языки - языками низкого уровня. Программы на языках высокого уровня либо преобразуются в программы, состоящие из машинных команд (это делается с помощью специальных программ, называемых трансляторами или компиляторами), либо интерпретируются с помощью программ-интерпретаторов.
Языки высокого уровня позволили значительно упростить процесс написания программ, так как они ориентированы на удобство описания решаемых с их помощью задач, а не на особенности какого-то конкретного компьютера. Разумеется, для каждой программы на языке высокого уровня искусный программист может написать на языке ассемблера более компактную и быстродействующую программу для выполнения тех же функций, однако эта работа является весьма трудоемкой, поэтому она имеет смысл только в особых случаях.
Первый коммерчески используемый язык программирования высокого уровня Фортран был разработан в 1958 г. в фирме 1ВМ под руководством Джона Бэкуса. Этот язык был предназначен, прежде всего, для научных вычислений и он (в усовершенствованном варианте) до сих пор широко используется в данной области. Для других применений было разработано множество различных языков высокого уровня, но широкое распространение получили лишь немногие из них, в частности Си и Си++, Паскаль, Бейсик, Лого, Форт, Лисп, Пролог, в последнее время - Java, и др.
. Сети: локальные (в кабинете), глобальные (Internet)
Определение локальных сетей и их топология
Передача информации между компьютерами существует, наверное, с самого момента возникновения ВТ. Она позволяет организовать совместную работу отдельных компьютеров, специализировать каждый из компьютеров на выполнение какой-нибудь одной функции, совместно использовать ресурсы и решать множество проблем. Способов и средств обмена информацией за последнее время предложено множество: от простейшего переноса файлов с помощью дискеты до всемирной компьютерной сети Internet, способной связать все компьютеры мира. Какое же место в этой иерархии отводится локальным сетям?
Чаще всего термин «локальные сети» (LAN, Local Area Network) понимают буквально, т.е. под локальными сетями понимают такие сети, которые имеют небольшие, локальные размеры, соединяют близко расположенные компьютеры. Однако достаточно посмотреть на характеристики небольших локальных сетей, чтобы понять, что такое определение не слишком точно. Например, некоторые ЛС легко обеспечивают связь на расстоянии в несколько километров или даже десятков километров. Это уже размеры не комнаты или здания, не близко расположенных зданий, а, может быть, целого города. С другой стороны, по глобальной сети (WAN, Wide Area Network или GAN, Global Area Network) вполне могут связываться компьютеры, находящиеся на соседних столах в одной комнате, но ее почему-то никто не называет локальной сетью. Близко расположенные компьютеры могут также связываться с помощью кабеля, соединяющего разъемы внешних интерфейсов (RS232-C, Centronics) или даже без кабеля по инфракрасному каналу. Но такая связь также не называется локальной сетью.
Неверно и определение ЛС как малой сети, которая связывает небольшое количество компьютеров. Действительно, в реальном мире наиболее часто ЛС связывает от двух до нескольких десятков компьютеров. Но определенные возможности некоторых ЛС гораздо выше: максимальное число абонентов может достигать тысяч. Называть такую сеть малой, наверное, неправильно.
Некоторые авторы определяют ЛС как «систему для непосредственного соединения многих компьютеров». При этом подразумевается, что информация передается от компьютера к компьютеру без посредников и по единой среде передачи. Однако говорить о единой среде передачи в современной ЛС не приходится. Например, в переделах одной сети могут использоваться как электрические кабели различных типов, так и оптоволоконные кабели. Определение «передачи без посредников» также не слишком четко, ведь в современных ЛС используются самые разнообразные концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы, мосты, которые порой производят довольно сложную обработку передаваемой информации. Не совсем понятно, счиитать их посредниками или нет.
Наверное, наиболее точно было бы определить как локальную такую сеть, которая позволяет пользователям не замечать связи. Компьютеры, связанные ЛС, объединяются, по сути, в один виртуальный компьютер, ресурсы которого могут быть доступны всем пользователям, причем этот доступ не менее удобен, чем к ресурсам, входящим непосредственно в каждый отдельный компьютер. Под удобством в первую очередь понимается в данном случае высокая реальная скорость доступа, при которой обмен информацией между приложениями осуществляется не заметно для пользователя. При таком определении ни медленные глобальные сети, ни медленная связь через последовательный или параллельный порты не подпадают под понятие ЛС.
Из такого определения сразу же следует, что скорость передачи по ЛС должна обязательно расти по мере роста быстродействия наиболее распространенных компьютеров. Именно это мы и наблюдаем: если еще сравнительно недавно вполне приемлемой считалась скорость обмена в 1-10 Мбит/с, то сейчас среднескоростной считается сеть, работающая на скорости 100 Мбит/с и активно разрабатываются средства для скорости 1000 Мбит/с и даже больше. При меньших скоростях передачи связь станет узким местом, будет чрезмерно замедлять работу объединенной сетью виртуального компьютера.
Таким образом, главное отличие ЛС от любой другой - высокая скорость обмена информацией. Но это не единственное отличие, не менее важны и другие факторы.
Можно сформулировать следующие отличительные признаки ЛС:
высокая скорость передачи, большая пропускная способность;
низкий уровень ошибок передачи (или, что то же самое, высококачественный канал связи). Допустимая вероятность ошибок передачи должна быть порядка 10-7-10-8;
эффективный, быстродействующий механизм управления обменом;
ограниченное, точно определенное число компьютеров, подключаемых к сети.
Нередко определяют еще один класс компьютерных сетей - городские (MAN, Metropolitan Area Network), которые обычно бывают ближе к глобальным сетям, хотя иногда имеют некоторые черты ЛС - например, высококачественные каналы связи и сравнительно высокие скорости передачи. В принципе, городская сеть может быть действительно локальной, со всеми ее преимуществами.
Локальные сети кроме достоинств, конечно же, обладают и недостатками, о которых всегда нужно помнить. Помимо дополнительных затрат на покупку оборудования и сетевого программного обеспечения, на прокладку соединительных кабелей и обучение персонала, необходимо также иметь специалиста, который будет заниматься контролем за работой сети, модернизацией сети, управлением доступом к ресурсам, устранением возможных неисправностей-то есть администратора сети. Сети ограничивают возможности перемещения компьютеров, так как при этом понадобиться перекладка соединительных кабелей. Кроме того, сети представляют собой прекрасную среду для распространения компьютерных вирусов, поэтому вопросам защиты придется уделять гораздо больше внимания, чем в случае автономного использования компьютера.
сервер - это узел сети, который предоставляет свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует ресурсы абонентов, т.е. служит только сети. Серверов может быть несколько. Выделенным сервером называется сервер, который занимается только сетевыми задачами. Примером специфического сервера является сетевой принтер.
Клиент - это абонент сети, который только использует сетевые ресурсы, но сам свои ресурсы в сеть не отдает, т.е. сеть его обслуживает.
Топология локальных сетей
Под топологией (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети обычно понимают физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи. Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, возможны и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети.
Существует три основных топологии сети:
шина, (bus), при которой все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи и информация от каждого компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам;
звезда (star), при которой к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует свою отдельную линию связи;
кольцо (ring), при которой каждый компьютер передает информацию всегда только одному компьютеру, следующему в цепочке, а получает информацию от предыдущего в цепочке компьютера, и эта цепочка замкнута в «кольцо».
На практике нередко используют и комбинации базовых типологий, но большинство сетей ориентированы именно на эти три.
Среды передачи информации
Средой передачи информации называют те линии связи (или каналы связи информации), по которым производится обмен нформацией между компьютерами. В подавляющем большинстве компьютерных сетей (особенно локальных) используют проводные или кабельные каналы связи, хотя существуют и беспроводные сети.
Информация в локальных сетях чаще всего передается в последовательном коде, бит за битом. Такая передача медленнее и сложнее, чем при использовании параллельного кода. Однако надо учитывать то, что при более быстрой параллельной передаче увеличивается и количество соединительных кабелей в число раз, равное количеству разрядов параллельного кода (например, в 8 раз при 8-разрядном коде). Это значительно удорожает стоимость прокладки и эксплуатации такого кабеля.
Но это еще не все. Передача на большие расстояния при любом типе кабеля требует сложной передающей и приемной аппаратуры. При последовательной передаче требуется только один приемник и передатчик. При параллельной передаче количество приемников и передатчиков возрастает пропорционально разрядности используемого кода.
Длина соединительных кабелей при параллельной передаче должна быть строго одинакова, иначе может произойти временной сдвиг между сигналами, что приведет к сбою в работе. Например, при скорости в 100 Мбит/с и длительности бита 10 нс этот временной сдвиг не должен превышать 5-10 нс. Такую величину сдвига дает разница в длинах кабелей 1 -2 м. При длине кабеля это составляет 0,1 - 0,2%
Промышленностью выпускается огромное количество типов кабелей, которые можно разделить на три большие группы: кабели на основе витых пар проводов (twisted pair), которые делятся на экранированные (shield twisted pair, STP) и неэкранированные (shield twisted pair, UTP); коаксиальные кабели (coaxial cable); оптоволоконные кабели (fiber optic).
Пакеты обмена
Информация в ЛС, как правило, передается отдельными порциями, кусками, называемыми в различных источниках пакетами, кадрами или блоками. Использование пакетов связано с тем, что в сети, как правило, одновременно может происходить несколько сеансов связи, т.е. в течение одного и того же отрезка времени в сети могут идти два или больше сеансов передачи информации между различными парами абонентов. Пакеты как раз и позволяют разделить во времени сеть между передающими информацию абонентами. Это делается для того, чтобы избежать монопольного использования сети одним из абонентов и уравнять в правах всех пользователей сети. При такой организации передачи информации возрастает вероятность появления ошибок. При возникновении ошибок приходится повторять передачу информации для их устранения. Но при пакетной организации передачи информации по сравнению с побайтовой или пословной уменьшается количество передаваемой служебной информации, которая вынуждена сопровождать каждый из пакетов.
. Программное обеспечение ПК. Классы ПО
ПК - это универсальные устройства, предназначенные для обработки информации. В отличии от другой бытовой техники, телефона, магнитофона, осуществляющих только заранее вложенные в них функции, ПК могут выполнять любые действия по обработке информации. Для этого необходимо составить для ПК на понятном ему языке точную и подробную последовательность инструкций - программу, - как надо обрабатывать информацию. Сам по себе компьютер не обладает знаниями ни в одной области своего применения, все эти знания сосредоточены в выполняемых им программах. Поэтому часто употребляемые выражения «компьютер сделал» (подсчитал, нарисовал и т.д.) означают ровно то, что на компьютере была выполнена программа, которая позволила совершить соответствующее действие.
Весь комплекс программ для ПК, делающий его универсальным устройством, определяют как программное обеспечение (ПО).
Разновидности ПО
Без программного обеспечения или программ не может работать ни один компьютер.
Программа представляет собой последовательность инструкций (команд), воспринимаемых компьютером.
Для плодотворной работы на ПК необходимы программы, обеспечивающие решение стоящих перед вами задач.
Вся имеющаяся совокупность программ называется программным обеспечением ПО, работающее на ПК можно условно разделить на три категории:
-системные программы, выполняющие различные вспомогательные функции, например создание копий используемой информации, проверку работоспособности ПК и т.д.;
-прикладные программы, непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых пользовательских работ: редактирование текстов, рисование изображений, обработку видеоинформации и т.д.;
-инструментальные программы (системы программирования), обеспечивающие создание новых программ для компьютера.
Грани между указанными тремя классами ПО весьма условны, т.к., например, программы MS Office кроме выполнения основных функций, могут служить и системами программирования, т.к. в них заложены возможности программирования на языке VBA.
Системным называется программное обеспечение, используемое для разработки и поддержки выполнения других программ, а также для представления пользователю ПК определенных услуг. Оно является необходимым дополнением к техническим средствам ПК.
Среди всех системных программных продуктов первостепенную значимость имеют операционные системы. Именно операционная система организует выполнение всех других программ и взаимодействие пользователя с компьютером. Она, в частности, берет на себя реализацию многих рутинных операций (таких, как ввод исходных данных в программу и вывод результатов работы), загружает программы в память для выполнения, распределяет между ними аппаратные ресурсы (процессорное время, оперативную память и периферийные устройства), воспринимает и выполняет команды, вводимые пользователем с клавиатуры. Таким образом, операционная система выполняет роль необходимой прослойки между компьютером, с одной стороны, и выполняемыми программами, а также пользователем, с другой стороны.
Сервисные системы расширяют возможности операционных систем, предоставляя пользователю, а также выполняемым программам набор дополнительных услуг.
Оболочка операционной системы - это такой программный продукт, который облегчает общение пользователя с компьютером и представляет ему ряд дополнительных общеупотребимых возможностей. Наиболее известная среди оболочек - оболочка Norton Commander, разработанная фирмой Sumantec.
Интерфейсная система обладает всеми признаками оболочки, но дополнительно к этому видоизменяет среду выполнения программ, что является исключительной прерогативой операционной системы. Интерфейсную систему нельзя назвать операционной лишь потому, что она не может функционировать на «голом» компьютере. Интерфейсная система в действительности является полнофункциональной надстройкой над операционной системой. Исходя из сказанного, можно полагать, что совокупность операционной и интерфейсной системы образуют новую операционную систему.
Ярким представителем интерфейсных систем является система Windows фирмы Microsoft, функционирующая поверх DOS. В результате получается многозадачная операционная система, с которой пользователь взаимодействует на совершенно новой - графической - основе вместо текстовой, как это было принять раньше.
Инструментальные системы - это такие программные продукты, которые предназначены для разработки программного обеспечения. К ним прежде всего относятся системы программирования (такие, как Borland, Paskal, C++, Delphi), системы управления базами данных (например Paradox, Quatro Pro) и инструментарий искусственного интеллекта.
Системы технического обслуживания предназначены для облегчения тестирования оборудования ПК и поиска неисправностей. Они являются инструментом специалистов по эксплуатации аппаратной части компьютеров.
Прикладным называют программное обеспечение, предназначенное для решения определенных целевых задач или классов таких задач (например, производство вычислений по заданному алгоритму).
В настоящее время для ПК предлагается множество прикладных программных продуктов. Среди них можно выделить:
-текстовые редакторы, обеспечивающие подготовку текстовых документов;
- графические редакторы, служащие для подготовки иллюстраций;
-интеллектуальные системы, в том числе экспертные системы;
-банки данных (банк данных рассматривается как результат дополнения системы управления базами данных, сформированной с ее же помощью конкретной базой данных);
-информационно - поисковые системы;
-табличные процессоры (электронные таблицы);
-обучающие системы;
-математические программы;
-программы для моделирования;
системы автоматизированного проектирования;
Современные интегрированные системы, как правило, содержат (наряду с другими) следующие пять функциональных компонентов:
1)табличный процессор;
2)текстовый редактор;
3)систему управления базами данных;
4)графический модуль (для построения графиков и диаграмм);
5)коммуникационный модуль
. Понятие об операционной системе MS DOS
MS DOS была создана вместе с компьютером IBM PC и вместе с ним получила широчайшее распространение (в десятках или даже в сотнях миллионов экземпляров) и до сих пор используется во многих задачах.
Следует заметить, что наряду с MS DOS на рынке программного обеспечения доступны также и совместимые с не ОС других фирм-производителей: IBM (PC DOS), Novell (Novell DOS, ранее - DR DOS), российской фирмы Физтехсофт (PTS DOS) и др. Практически во всем эти ОС дублируют MS DOS, отличаясь от нее набором поставляемых с ОС утилит, некоторыми дополнительными возможностями, параметрами команд DOS и т.д. Обозначение MS DOS - это аббревиатура слов Microsoft Disk Operating System, т.е. дисковая операционная система фирмы Microsoft. Слово «дисковая» здесь означает то, что эта система запускается в работу с дисков.
Основные характеристики MS DOS MS DOS была создана в 1981 году фирмой Microsoft по заказу IBM для разрабатывавшихся тогда компьютеров IBM PC. Компьютер IBM PC, для которого была написана MS DOS, был мало похож на современные компьютеры - медленный процессор Intel - 8088, 256 Кбайт оперативной памяти, без жесткого диска, алфавитно-цифровой черно-белый монитор, работа лишь с односторонними 160-Кбайтными дискетами и т.д. Однако тогда этот компьютер стоил 5000 дол. И значительно превосходил по своим возможностям конкурирующие персональные компьютеры.
Первая версия MS DOS тоже обладала гораздо более скромными возможностями, чем современные ОС. Она походила на популярную тогда на 8-битовых микропроцессорах ОС CP/M, только переписанную для микропроцессора Intel-8088. Это была простейшая ОС, обладающая лишь минимальным набором функций. Она обеспечивала работу на компьютере лишь одного пользователя и одной программы (т.е. была лишь однопользовательской и однозадачной), поддерживала работу лишь с дискетами, клавиатурой и алфавитно-цифровым дисплеем. Тем не менее, MS DOS вполне соответствовала возможностям выпускаемых тогда компьютеров: она была компактной, предъявляла довольно скромные требования к аппаратуре и выполняла необходимый минимум функций для пользователей и программ.
Однако за те полтора-два десятка лет, которые прошли с момента появления IBM PC, технические характеристики компьютеров совершили фантастический рывок вперед. Современные компьютеры превосходят по всем показателям (быстродействию, объему оперативной и дисковой памяти, возможностям монитора и т.д.) компьютеры начала 80-х годов в тысячи раз. Поэтому фирма Microsoft внесла в MS DOS много изменений и добавлений, чтобы расширить ее возможности и более эффективно использовать новые, более мощные компьютеры:
-в MS DOS была добавлена поддержка новых устройств (жесткого диска, новых типов дискет, компакт-дисков, расширенной памяти и т.д.);
-была обеспечена возможность поддержки и других устройств с помощью драйверов, написанных фирмами - производителями устройств или иными разработчиками;
-была включена поддержка иерархической файловой структуры на дискетах и жестких дисках, представлены соответствующие команды пользователя и функции для их вызова из прикладных программ;
-были включены многочисленные новые возможности для пользователя (новые команды MS DOS, полезные утилиты, оптимизатор использования памяти, поддержка сжатия дисков и т.д.).
Следует особо отметить, что при выпуске новых версий MS DOS фирма Microsoft неукоснительно следовала двум важнейшим принципам: сохранение совместимости с предыдущими версиями MS DOS, и работоспособность на любом IBM PC-совместимом компьютере.
Однако многие усовершенствования в MS DOS оказалось невозможно добавить:
-MS DOS осталась однозадачной ОС
-В MS DOS оказалось невозможным встроить надежные средства для защиты данных от несанкционированного доступа и организации коллективной работы с данными;
-MS DOS-программы могут выполняться только в пределах первого Мбайта памяти, а остальная память может быть использована лишь для хранения данных.
Из-за невозможности внесения в MS DOS необходимых принципиальных усовершенствований фирма Microsoft оказалась вынужденной создавать новые ОС - Windows в различных видах.
Как наличие автомобилей не отменяет необходимости уметь ходить на своих двоих, так и наличие Windows не ликвидирует (хотя и сильно сокращает) потребности в MS DOS и DOS-программах:
-до сих пор остается множество областей, где DOS - программы успешно работают, а применение Windows невозможно или экономически невыгодно;
-при повреждении ОС Windows для исследования причин неисправности и их устранения приходится пользоваться MS DOS и DOS-программами;
Последней самостоятельной версией MS DOS была версия 6.22, в которой была включена поддержка ввода русских букв с клавиатуры и отображение их на экране монитора.
Основные составные части MS DOS MS DOS состоит из следующих основных частей:
-дисковых файлов IO.SYS, MSDOS.SYS (иначе называются основными системными файлами MS DOS). Они содержат основные программы MS DOS, которые постоянно находятся в оперативной памяти компьютера. В версиях MS DOS до 7.0 IO.SYS представляет собой дополнение к функциям базовой системы ввода-вывода BIOS, а файл WSDOS.SYS реализует основные высокоуровневые услуги MS DOS. Файлы IO.SYS и WSDOS.SYS должны находиться в корневом каталоге диска, с которого загружается MS DOS. Файлы IO.SYS и WSDOS.SYS нельзя скопировать на другой диск обычным способом (командой Copy), для их записи имеется специальная команда SYS.COM.
-командный процессор MS DOS - COMMAND.COM - обрабатывает команды, вводимые пользователем. Он также должен находиться в корневом каталоге диска, с которого загружается MS DOS;
-Внутренние команды - некоторые команды пользователя такие, как TYPE, DIR, COPY, командный процессор выполняет сам;
-Для выполнения внешних команд, например, FORMAT, UNERASE, командный процессор ищет на дисках программу с соответствующим именем. Внешние команды поставляются вместе с MS DOS в виде отдельных файлов. Эти программы выполняют действия обслуживающего характера, например, форматирование дискет, проверку дисков и т.д.
-Драйверы устройств - это специальные программы, которые дополняют MS DOS, например, обеспечивая обслуживание новых или нестандартное обслуживание имеющихся устройств. Драйверы загружаются в память компьютера при загрузке ОС, их имена указываются в специальном файле CONFIG.SYS. Такая схема облегчает добавление новых устройств и позволяет делать это, не затрагивая системные файлы MS DOS;
-Базовая система ввода-вывода - BIOS - находится в постоянной памяти (постоянном запоминающем устройстве, ПЗУ) и формально не является частью MS DOS, однако очень тесно связана с ней. BIOS содержит не только программы для проверки оборудования компьютера, инициирования загрузки ОС, но и программы для выполнения базовых (низкоуровневых) операций ввода-вывода с монитором, клавиатурой, дисками, принтером и т.д. Сама MS DOS и практически все DOS - программы постоянно пользуются услугами BIOS. Некоторые встроенные программы MS DOS корректируют услуги BIOS, добавляя к ним новые возможности. Так что MS DOS и BIOS трудно отделить друг от друга, и вполне допустимо рассматривать BIOS как встроенную в компьютер часть MS DOS.
Загрузчик MS DOS - программа, которая находится в первом секторе каждой дискеты и в первом секторе логического диска, с которого происходит загрузка MS DOS. Назначение этой очень короткой программы - загрузка в память системного файла MS DOS
-IO.SYS при начальной загрузке компьютера.
7. Как создается программное обеспечение
Как создается ПО
Обычно процесс разработки ПО включает (официально или неофициально) следующие основные этапы:
-идею;
-требования;
-план и график;
-архитектуру;
-конструирование;
-проверку.
Эти этапы изображены на рисунке.
Обратите внимание на то, что они изображены в виде пересекающихся эллипсов и круга. Процесс разработки ПО
-это не ряд последовательных, четко отделенных друг от друга шагов, совершая которые, вы не сможете вернуться назад. Реальные проекты допускают возвращение назад к истокам. Вы работаете над этапом до тех пор, пока не появится необходимость перейти к следующей фазе или вернуться к предыдущей.
Например, не удается определить все требования к ПО еще до того, как вы приступите к созданию архитектуры. Вы определяете лишь основные из них, а затем переходите непосредственно к проекту. Поступая так, можно вернуться назад и прояснить или уточнить некоторые показатели.
Замысел идеи
Идея возникает в результате наблюдений, вдохновения, опыта или проблем в работе. Это основа будущей разработки. Затем уже обдумываются сроки и ресурсы, необходимые для превращения идеи во что-то реальное, т.е. начинается процесс планирования и составления графика.
Определение требований
Требования определяются при обдумывании замысла. Формируется группа по разработке проекта, чтобы выяснить его масштаб, определить список функций, пределы и ограничения во времени и установить иерархию требований по степени важности. Планирование проекта и создание графика
План определяет, как выполнить проект в соответствии с требованиями, определившимися на начальном этапе разработки. Составив план, можно разработать примерный график выполнения проекта, чтобы учесть и сроки.
Однако никогда не следует жестко придерживаться сроков, установленных на первом этапе. Такой график необходим, чтобы проверить, уравновешивают ли друг друга функции приложения и существующие ограничения, такие, как, например, предельный срок завершения проекта, которые на этой стадии еще не конкретизированы.
Создание архитектуры
Не существует одного-единственного способа разработки ПО, так же как не существует единственного метода проектирования домов. Существуют определенные требования к строительству и непреложные физические законы, а в пределах их действий возможны любые варианты. Если возможности практически не ограничены, как архитектор может разобраться, с чего начать, или убедиться, что проект полностью закончен? Здесь-то и нужна методика. Методика - не поваренная книга, руководствуясь которой вам нужно смешать конкретные ингредиенты и получить в результате готовую разработку. Методика лишь определяет общее направление, следуя которому вы создаете разработку, опираясь на свои опыт и знания.
Методика создания объектно-ориентированной архитектуры называется GUIDS (произносится «гайдз»): от Goal - User - Implementation - Data - Strategy (цель - пользователь - реализация - данные - стратегия). Она состоит в следующем:
-для разработки высокоуровневого проекта приложения внимание концентрируется на целях, которые определены на этапе формулирования требований. Здесь вы работаете с потенциальным пользователем, определяя набор объектов реального мира, их свойства и поведение;
-при проектировании пользовательского интерфейса особое внимание уделяется требованиям и специфическим целям пользователей. Это позволяет определить, как приложение будет выглядеть и как пользователь будет с ним взаимодействовать;
-при проектировании программной реализации выясняются детали структурирования приложения, а объекты, определенные при проектировании основных объектов, преобразуются в классы;
-при проектировании данных определяются способы организации данных и доступа к ним;
-стратегия определяет подход, который будет использоваться при создании приложения. Это различные соглашения и стандарты программирования, управление конфигурацией, методика тестирования, а также план и график реализации.
На стадии создания архитектуры вы решаете, как части будущего приложения будут взаимодействовать друг с другом и с пользовательским интерфейсом. В результате может получиться документ не в одну страницу, что и определит высокоуровневую документацию проекта.
Чтобы опробовать некоторые идеи проекта, часто создается модель или прототип.
Начало конструирования
Создание архитектурного проекта - эскиз вашего приложения. Если приложение простое, то можно просто сесть за компьютер и начать создание форм и кода на VB. Если приложение сложное, то каждому программисту в команде поручается набор объектов и выдается архитектурный проект с заданием создать формы и код на VB для реализации этих объектов.
Начало проверки
После того, как часть работы выполнена, начинается проверка. Это может быть детальная проверка кода, тестирование компонентов, их интеграции, а также всей системы. Цель проверки - обнаружение ошибок и других недочетов кода ранней стадии разработки. Это позволит исправить ошибки и неполадки до того, как они превратятся в серьезную проблему.
В случае несложного проекта написанный код тут же вызывается на экран и тестируется. Если проект сложен требуются более интенсивные проверки, в которых участвую сразу несколько программистов. Необходимо также независимое тестирование компонентов (так называемое бета-тестирование, когда какая-то часть приложения или все приложение сразу отдается на тестирование людям, которые его не разрабатывали), их интеграции, всей системы и т.д. После последней проверки программу можно считать завершенной.
Поддержка приложения
После того, как приложение завершено, оно требует поддержки. Поддержка включает в себя исправление ошибок, улучшения, изменения в соответствии с изменившимися правилами бизнеса и любые другие модификации. Они тоже будут выполняться в соответствии с описанным выше процессом разработки программы. Выдвигается идея изменения, определяются требования к нему, планируется модернизация, для нее назначаются сроки, разрабатывается архитектура, изменение конструируется и проходит новое тестирование.
Литература
1.Афанасьев А.И., Карпиков И.И. и др. Электромагнитная безопасность при работе с компьютерной техникой. - М.: Циклон-Тест, 2008. - 112 с. 2.
2.Беспалько В.П. Образование и обучение с участием компьютеров (педагогика третьего тысячелетия). - М.: Московский психолого-социальный институт; Воронеж: МОДЭК, 2002. -352 с. 3.
.Беспалько В.П. Основы теории педагогических систем. - Воронеж: ВГУ, 2007. - 304 с. 4.
.Битянова М. Свободная деятельность / Психолог (приложение к газете 1 сентября). - 2000. - 47.5.
.Бовин А.В. Новые функции КВТ // Информатика и образование. - 2007. - 1. - С. 94-96.6.
.Бойко Г.М., Пак Н.И. Информационная среда школы открытого типа в области управления и построения учебного процесса // Открытое образование. - 2001. - 2. - С. 36-38.7.
.Борисова Н.В. От традиционного через модульное к дистанционному образованию. - М. - Домодедово: ВИПК МВД России, 2009. - 174 с. 8.
.Бочкин А.И. Методика преподавания информатики. - Минск: Вышэйшая школа, 1998. -431 с. 9.
.Воронин Ю.А. Компьютеризированные технологии в процессе подготовки учителя // Педагогика. - 2003. - 8. - С. 53-59.10.
.Воронин Ю.А. Перспективные средства обучения. Монография. - Воронеж: ВГПУ, 2000. -124 с. 11.
.Воскресенский А.Л., Петропавловская Ю.А., Хлебников Б.И. Об оснащении компьютерных классов // Информатика и образование. - 2007. - 2. - С. 72-79.