Файлом называется набор логически связанных данных, находящийся в форме, удобной для хранения и обработки вычислительной системой. Файл представляет собой совокупность логических записей.

Когда речь идет о записях, входящих в состав файла, слово «логическая» часто опускают. Каждая запись файла содержит данные, имеющие конкретное назначение. В файлах, использующихся в целях учета запасов, каждая запись может представлять совокупность данных, относящихся к одному наименованию изделия. В организованном администрацией учебного заведения файле успеваемости студентов запись может содержать имя студента, его учетный номер, номер курса и экзаменационные оценки. Записи банковских учетных файлов могут содержать, например, такие данные, как номер клиента, его имя, текущий счет и сведения о проделанных им операциях за последний месяц. Записи файлов налогового управления могут состоять из сумм, взимающихся с определенных налогоплательщиков в текущем году. В настоящее время многие задачи программирования связаны с организацией и управлением файлами.

Значительная часть операционной системы предназначена для облегчения пользователю задачи управления и обработки данных. Однако операционной системе приходится иметь дело и с большим количеством иной информации. Сюда входят тексты исходных программ на машинном языке, библиотеки подпрограмм, входные данные выполняемых заданий и их вывод. Данные для обработки операционной системой могут быть представлены в виде наборов данных. Набор данных является наиболее крупной совокупностью информации, с которой оперирует система, и представляет собой множество данных, представленное в памяти некоторым специальным образом, вместе с дополнительной управляющей информацией, обеспечивающей возможность доступа к произвольному элементу этого множества. Каждая операционная система работает с наборами, имеющими одну из нескольких допустимых структур.

Для управления собственными файлами пользователи обычно используют возможности операционной системы. Тип используемой структуры определяет способ организации самого набора данных. Мы коротко охарактеризуем способы организации наборов данных, однако прежде попытаемся более внимательно рассмотреть отношения, существующие между отдельными логическими записями файла и операциями ввода-вывода.

Блок и записи

Как уже упоминалось, файлы состоят из одной или более логических записей. В качестве записи может выступать выводимая на устройство печати строка или содержимое одной перфокарты. Если речь идет о программе на языке ассемблера, то здесь записью является предложение исходного языка, имеющее длину 80 байтов. Запись файла, содержащая информацию о некотором студенте, может занимать 500 байтов. Вообще говоря, длина записей, так же как и содержимое, определяется назначением файла.

Физическая запись, или блок, представляет собой информацию, передаваемую устройством ввода или вывода за одну операцию. Для устройства чтения с перфокарт или выходного перфоратора блок состоит из 80 байтов, поскольку именно 80 байтов кодируются одной перфокартой. Блоком для устройства печати обычно является 132-байтовая строка. В такого рода устройствах, т. е. устройствах, где размеры блока строго определены самой аппаратурой, количество логических записей в блоке не может меняться и на один блок всегда приходится ровно одна запись. Такие устройства называются устройствами для единичных записей. На других устройствах, например, таких, какими являются магнитный диск и магнитная лента, размеры блока строго не определены. В этих случаях они выбираются самими программистами. Физические записи не обязательно совпадают по размерам с логическими. Формат записей в наборе данных задается отношением между размерами соответствующих записей и блоков.

Рис. 17.1. Форматы записей.

В случаях, когда физические и логические записи по размерам совпадают, говорят, что записи не сблокированы. О сблокированном формате данных говорят в случае, если на одну физическую запись приходится более одной логической. Может встретиться также случай, когда размеры отдельных записей превышают размеры блоков. Записи в таком наборе называют переходящими.

Размер блока в наборе данных не обязательно является постоянной величиной. В этом случае говорят о блоках переменной длины, а значения величин, характеризующих размеры блоков, записываются внутри самих блоков. Если все блоки в наборе по размеру одинаковы, то говорят о наборе данных с блоками фиксированной длины.

На практике встречаются самые различные комбинации размеров блоков и отдельных записей. Некоторые возможные случаи приведены на рис. 17.1. Набор данных, изображенный на рис. 17.1,а может соответствовать, например файлу перфокарт. Длина каждого блока равна 80 байтам, в каждом из них ровно по одной логической записи. Набор, приведенный на рис. 17.1,6, составлен из 100-байтовых записей. Блоки этого набора имеют длину 300 байтов. Это значит, что в процессе ввода или вывода данных этого набора в рамках одной операции будет соответственно введена или выведена информация, составляющая 300 байтов. При обработке набора программой пользователя или программами операционной системы блоки будут разбиты на отдельные записи. На рис. 17.1,в изображен набор данных с переходящими записями постоянной длины. Ввод или вывод произвольной записи предполагает выполнение двух операций ввода-вывода. Набор данных рис. 17.1,г составлен из записей переменной длины. Более того, переменными в данном случае являются и длина отдельного блока, и количество записей в нем. Задача разбиения каждого блока на записи снова возлагается на обрабатывающую программу.

Способы организации наборов данных

Познакомившись с различными возможностями разбиения наборов данных на составные части - блоки и записи,- перейдем теперь к рассмотрению вопросов, связанных с общей структурой набора. Под организацией набора понимается взаимное расположение составляющих его блоков и отношения, связывающие каждый из блоков и набор данных в целом. Выбор некоторого определенного способа организации набора зависит от нескольких факторов. Сюда входят и тип устройства, на котором хранится набор, и порядок считывания отдельных записей и, наконец, цель, которая преследуется при создании набора.

Последовательная организация. Некоторые периферийные устройства, например накопители на магнитной ленте или устройства с единичными записями, однозначно определяют способ организации соответствующего набора данных. Записи в данном случае обрабатываются именно в том порядке, в котором они хранятся. Устройство чтения с перфокарт вводит исходный массив карту за картой именно в той последовательности, в какой он подготовлен для ввода. Устройство печати распечатывает строку за строкой в том порядке, в каком они поступают к нему. На магнитную ленту приходящая информация записывается в виде блоков также в порядке поступления. Последующий ввод с ленты будет проходить в порядке размещения блоков на ней.

Рис. 17.2. Файл с последовательной организацией.

С другой стороны, устройства прямого доступа, такие, как, например, накопители на магнитных дисках, дают возможность производить запись и считывание блоков, находящихся в произвольном месте. Для этого необходимо лишь указать адрес записи. Другими словами, обработка записей набора может проходить в произвольном порядке при условии, конечно, что нам известны адреса их размещения или адреса, по которым они должны быть размещены. Однако в большинстве приложений физический порядок записей в наборе совпадает с порядком, в котором желательно производить их обработку. Крайне редко рассмотрение отдельных записей, составляющих предложения исходной программы, требуется проводить не в том порядке, в котором они написаны. То же самое можно сказать по отношению к написанным на машинном языке объектным и загрузочным модулям.

Файлы, в которых обработка отдельных записей проходит в порядке их физического размещения, называются последовательными. При создании последовательного файла или добавлении к нему новых записей порядок записи информации совпадает с порядком ее поступления на периферийное устройство. Считывание записей последовательного файла происходит в порядке их расположения в нем. Обработка информации в порядке ее размещения на устройстве или в памяти носит название последовательной обработки.

Последовательные файлы хранятся в наборах данных с последовательной организацией. На рис. 17.2 приведен пример последовательно организованного набора данных. За последним блоком набора следует специальный блок, называемый ленточной маркой и являющийся признаком конца набора данных. При добавлении к последовательному набору очередного блока ленточная марка перекрывается этим блоком и новая марка записывается сразу же за ним. При вводе некоторого набора данных считывание записей происходит именно в том порядке, в котором они записаны в наборе, ввод происходит до тех пор, пока не будет встречена ленточная марка.

Библиотечная организация. Мы уже упоминали о существовании некоторых системных библиотек, имеющих большое значение для пользователей. Сюда относятся системная макробиблиотека, библиотека каталогизированных процедур, библиотеки системных программ и тестовых примеров. Каждый раздел библиотеки представляет собой последовательный набор данных. Например, библиотека каталогизированных процедур системы OS содержит такие разделы, как ASMFCLG, FORTGCLG и COBUCG.

Запрос содержимого библиотек происходит с использованием имен разделов. Например, при обработке макрокоманды INITIAL ассемблер запрашивает раздел с именем INITIAL, находящийся в системной макробиблиотеке. Набор данных, состоящий из одного или нескольких разделов и организованный таким образом, что доступ к отдельным его разделам осуществляется по их именам, называется библиотечным, набором.

Рис. 17.3. Структура библиотечного набора данных, содержащего специальные макро, используемые в этой книге.

Библиотечные наборы данных хранятся на устройствах прямого доступа. Это позволяет запрашивать отдельные разделы, указывая лишь адреса их начала. Для облегчения поиска раздела библиотеки системой создается специальная таблица, называемая оглавлением, в которой имени каждого раздела набора данных соответствует адрес его начала. На рис. 17.3 приведен пример структуры библиотечного набора. Если запрашивается некоторый раздел библиотеки, то система просматривает оглавление в поисках соответствующего имени. Затем определяется связанный с данным именем адрес и уже он непосредственно используется для определения местонахождения последовательного набора данных, который представляет требуемый раздел.

Операционная система предоставляет пользователю специальные программы для создания и ведения собственных библиотечных наборов. OS также использует библиотечные наборы данных для ведения собственных библиотек. Работа с библиотеками в системе DOS мало чем отличается от предусмотренной в OS, однако DOS не содержит специальных средств, позволяющих пользователям создавать собственные библиотечные наборы и выполнять работы по их ведению.

Индексно-последовательная организация. В некоторых применениях бывает очень удобно пользоваться" как последовательной обработкой набора, выбирая отдельные записи в том порядке, в каком они хранятся в некотором устройстве, так и произвольной обработкой вне связи с расположением отдельных записей, считывая, добавляя и изменяя записи. Вспомним нашу программу обработки учетной информации. Мы должны были хранить в памяти записи, соответствующие каждому имеющемуся в наличии наименованию товара, по одной записи на каждое наименование. Каждое наименование было связано с соответствующим номером, использовавшимся в качестве ключа. Записи в файле при этом были расположены в порядке возрастания числового значения ключей. В конце каждой недели выдавался отчет о состоянии файла на текущий момент. Отчет составляли записи в последовательном порядке. Поскольку записи в файле были упорядочены по возрастанию ключей, то порядок записей в отчете, конечно, был тем же самым, что облегчало поиск в нем строки, соответствующей определенному наименованию.

В течение недели ситуация, однако, могла меняться: компания могла произвести или закупить совершенно новые товары, старые товары могли постепенно продаваться. Все это требует внесения изменений в записи учетного файла. Для того чтобы внести изменение в некоторую запись, ее сначала нужно найти. Для нахождения записи можно организовать просмотр всего файла с самого начала до тех пор, пока требуемая запись не будет обнаружена. Однако, если файл содержит уже несколько тысяч записей, такой просмотр всякий раз, когда требуется внесение изменения в некоторую запись, может оказаться слишком расточительным с точки зрения машинного времени.

Рис. 17.4. Структура файла с индексно-последовательной организацией.

Фактически нужен такой способ организации набора данных, при котором доступ к отдельным записям в нем можно осуществлять как последовательно, так и с использованием ключей.

Таким способом организации данных является индексно-последовательная организация. При создании индексно-последовательного набора данных сначала записи файла упорядочиваются по ключам. В нашем примере, связанном с обработкой учетной информации, в качестве ключа записи будет использоваться соответствующий учетный номер. Затем производится последовательный вывод записей. Они помещаются системой на устройство прямого доступа. При этом строится один или несколько индексов. Если это удобно, обработка созданного таким образом набора может проводиться последовательно в порядке поступления записей на соответствующее устройство. С другой стороны, каждую конкретную запись можно запросить и по ключу, при этом используются индексы, построенные системой для ускорения поиска требуемой записи.

На рис. 17.4 приведен пример одноиндексной организации набора данных. Исходный файл разбит на подфайлы, каждому из которых соответствует определенная строка в таблице индексов. В такой строке содержится информация о ключе последней и адресе первой записи подфайла. Если происходит запрос записи с некоторым заданным значением ключа, то система сначала просматривает таблицу индексов в поисках первой строки, содержащей большее или равное данному значение. Требуемая запись принадлежит подфайлу, соответствующему этой строке, поэтому дальнейший поиск производится лишь среди элементов этого подфайла.

Система обладает возможностью добавлять новые записи в соответствующее место файла и удалять старые записи. Таким образом, индексно-последовательная организация значительно расширяет возможности обработки файлов. Записи могут обрабатываться как последовательно, так и в произвольном порядке. Все это предполагает, однако, упорядоченность записей в исходном файле.

Прямая организация. Если непосредственные адреса, по которым происходит размещение отдельных записей файла, задаются самим пользователем, то говорят о прямой организации набора данных. Обычно ключи служат для определения либо точного адреса записи, либо области, в пределах которой запись может находиться. Прямая организация дает возможность наиболее быстрого доступа к отдельным записям файла, но при этом вся ответственность за создание и ведение набора данных возлагается на пользователя. Прямая организация используется в тех случаях, когда необходимо производить работу с файлами, имеющими отличную от создаваемых операционной системой структуру.

Методы доступа

В разд. 17.4 будут описаны периферийные устройства и способы непосредственного программирования работы этих устройств. Однако на самом деле крайне редко приходится программировать на таком низком уровне. Вместо этого для организации различного рода обменов между памятью и периферийными устройствами, а также для создания и ведения наборов данных различной организации используются специальные системные программы, носящие название методов доступа. Команда ввода-вывода, использующая методы доступа, представляет собой обращение к некоторому набору системных программ, называемых супервизором ввода-вывода. Сами операции ввода-вывода выполняются уже непосредственно супервизором ввода-вывода с использованием связанных с ним подпрограмм. Фактически это означает, что при использовании методов доступа исчезает необходимость заботиться о конкретных деталях, связанных с выполнением операций ввода-вывода, об этом заботятся сами методы доступа.

В каждой операционной системе предусмотрено несколько методов доступа. Выбор какого-либо конкретного метода зависит от самой операционной системы, от организации обрабатываемого набора данных и, наконец, от требуемого способа буферизации.

Рис. 17.5. (а) Простая буферизация задерживает выполнение программы до заполнения буфера, (б) Применение нескольких буферов обеспечивает совмещение выполнения программы и передачи данных.

Буферы. Буферами называются области памяти, предназначенные для размещения введенной с периферийного устройства информации или информации, подготовленной для вывода на периферийное устройство. В наиболее часто встречающемся случае вместе с запросом на ввод задается адрес буфера. Супервизор ввода-вывода выполняет непосредственный ввод блока с некоторого устройства в буфер. Если же мы хотим произвести вывод, то нам самим нужно позаботиться о соответствующем содержимом буфера. Когда данные подготовлены, посылается запрос на выполнение вывода, снабженный адресом буфера; сам вывод осуществляется уже непосредственно системой.

На рис. 17.6,а изображена последовательность событий, происходящих при периодическом запросе ввода в единственный буфер. Ввод запрашивается программой пользователя. Поскольку, скорее всего, работа программы пользователя не может быть продолжена до окончания обмена, супервизор временно приостанавливает ее выполнение до окончания обмена.

Выполнение операций ввода-вывода даже самыми быстрыми устройствами проходит относительно медленно, за это время процессор обычно может выполнить тысячи операций. Таким образом, использование всего лишь одного буфера значительно замедляет выполнение программы. Однако не надо думать, что, пока проходит ввод-вывод, процессор не в состоянии выполнять какие-либо иные операции. Как мы увидим в разд. 17.4, ЭВМ Систем 360 и 370 допускают одновременную работу процессора и периферийных устройств. В таких случаях говорят о совмещении выполнения операций ввода-вывода с выполнением обычных команд программы.

Возможность подобного совмещения можно удачно использовать, производя обмены, например, с двумя буферами. Пример такого использования изображен на рис. 17.5,6. При последовательной обработке супервизор организует ввод информации в том порядке, в котором она находится в файле. Таким образом, система фактически может, «предвидя» следующие запросы, заполнять буфер еще до получения заказа на ввод. Фактически, если обработка данных производится программой пользователя не быстрее, чем система может заполнять и освобождать буферы, то использование сразу нескольких буферов позволяет свести до минимума потери, возникающие в связи с необходимостью выполнения операций ввода-вывода. Использование нескольких буферов также позволяет увеличить общую скорость вывода информации.

Однако лишь при последовательной обработке данных использование нескольких буферов может дать выигрыш во времени. Если обработка данных производится в произвольной, случайной последовательности, то, что мы назвали «предвидением» системы, теряет смысл.

Каждая операционная система предусматривает наличие нескольких методов доступа. Степень необходимого участия программиста в решении многих вопросов, связанных с использованием буферов, в большой степени зависит от применяемого метода доступа. Некоторые методы доступа позволяют пользователям вообще не заботиться о буферах, выполняя всю необходимую работу автоматически. В других случаях управление буферами может целиком возлагаться на пользователя. Существуют и методы, предоставляющие пользователю выбор относительно того, пользоваться услугами системы для управления буферами или нет.

Методы доступа системы DOS. Все методы доступа Дисковой операционной системы предполагают полуавтоматическое управление буферизацией. Для обеспечения возможности работы системы необходимо зарезервировать внутри своей программы одну или две буферных области. Если работа производится с двумя буферными областями, то выполнение всех операций ввода-вывода при работе с последовательными файлами производится системой еще до получения реальных запросов. Пользователь может заказать блокирование данных при выводе и разблокирование при вводе. В системе DOS возможны следующие способы организации наборов данных: последовательный, индексно-последовательный и прямой. Основными методами доступа системы DOS являются:

Последовательный метод доступа (SAM)

Индексно-последовательный метод доступа (ISAM)

Прямой метод доступа (DAM)

Таблица 17.1 Некоторые методы доступа системы OS

Наименование	Мнемоника
Queued Sequential Access Method		Последовательная организация данных, способ доступа с очередями
Basic Sequential Access Method		Последовательная организация данных, базисный способ доступа
Queued Indexed Sequential Access Method		Создание и последовательная обработка индексно-последовательных файлов
Basic Indexed Sequential Access Method		Произвольная обработка индексно-последовательных файлов
BasicPartitioned Access Method		Создание и обработка библиотечных наборов данных
BasicDirect Access Method		Обработка файлов с прямой организацией
TelecommunicationsAccess Method		Взаимодействие с удаленными терминалами

Методы доступа системы OS. Методы доступа операционной системы OS распадаются на два класса: базисные методы доступа и методы доступа с очередями. Методы доступа с очередями обеспечивают полностью автоматическое управление буферизацией. Система сама заботится о ведении буферных областей. Система же производит блокирование и разблокирование записей. Методы доступа с очередями используются при обработке последовательных и индексно-последовательных файлов. Эти методы позволяют достичь максимальной эффективности обработки при минимуме требований, предъявляемых к программе пользователя.

По сравнению с методами с очередями базисные методы доступа являются гораздо более примитивными. Тем не менее, они позволяют достичь большей гибкости работы с данными. Часть обязанностей по управлению буферизацией теперь возлагается на пользователя, кроме того, на пользователя возлагается и разблокирование записей. Базисные методы доступа используются в основном, когда приходится иметь дело с непоследовательной обработкой наборов данных. Список наиболее употребительных методов доступа системы OS приведен в табл. 17.1.

В своем рассмотрении мы лишь слегка затронули вопросы, связанные со структурами данных и предоставляемыми операционной системой возможностями выполнения операций ввода-вывода. Тем не менее, этого материала достаточно для того, чтобы приступить к обсуждению использования методов доступа при программировании ввода-вывода. В дальнейшем нас будут интересовать лишь последовательные методы доступа с очередями систем OS и DOS. Несмотря на то, что принцип использования последовательного метода доступа с очередями является общим для двух изучаемых нами систем, конкретные детали все-таки достаточно сильно различаются. Целесообразно рассмотреть лишь материал, связанный с программированием ввода-вывода в вашей конкретной системе. После этого, однако, вы можете просмотреть и другой раздел с целью знакомства со сходными моментами в работе с двумя системами.

Случай на экзамене.
Профессор. Как работает трансформатор?
Студент. У-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у-у…

Мы давно уже привыкли к персональным . Включаем их и работаем, собственно говоря, ни мало не задумываясь над тем, как они устроены и как работают. Все это благодаря тому, что разработчики ПК и программного обеспечения к ним научились создавать надежные продукты, которые не дают нам повода лишний раз задуматься над устройством компьютера или обслуживающих его программ.

Тем не менее, вероятно, читателям блога небезынтересно узнать о принципах работы компьютера и программного обеспечения. Этому и будет посвящена серия статей, которые публикуются в рубрике «Как работает ПК».

Как работает ПК: часть 1. Обработка информации

Компьютер для автоматизации процессов обработки информации. Он устроен соответствующим образом, чтобы иметь все возможности для успешного выполнения своего предназначения.

Для того чтобы обрабатывать в компьютере информацию, с ней необходимо делать следующие основные операции:

– вводить информацию в компьютер:

Эта операция нужна для того, чтобы компьютеру было что обрабатывать. Без возможности ввода информации в компьютер он становится как бы вещью в себе.

– хранить введенную информацию в компьютере:

Очевидно, что если дать возможность вводить информацию в компьютер, то надо и иметь возможность эту информацию в нем хранить, и затем использовать в процессе обработки.

– обрабатывать введенную информацию:

Здесь надо понимать, что для обработки введенной информации нужны определенные алгоритмы обработки, иначе ни о какой обработке информации речи быть не может. Компьютер должен быть снабжен такими алгоритмами и должен уметь их применять к вводимой информации с тем, чтобы «правильно» преобразовывать ее в выходные данные.

– хранить обработанную информацию ,

Так же как и с хранением введенной информации, в компьютере должны храниться результаты его работы, результаты обработки входных данных с тем, чтобы в дальнейшем ими можно было бы воспользоваться.

– выводить информацию из компьютера :

Эта операция позволяет вывести результаты обработки информации в удобочитаемом для пользователей ПК виде. Понятно, что данная операция дает возможность воспользоваться результатами обработки информации на компьютере, иначе эти результаты обработки так и остались бы внутри компьютера, что сделало бы их получение совершенно бессмысленным.

Самое важное умение компьютера – это обработка информации, так как его прелесть как раз и состоит в том, что он может информацию преобразовывать. Все устройство компьютера обусловлено требованием обработки информации в кратчайшие сроки, наиболее быстрым способом.

Под обработкой информации на компьютере можно понимать любые действия, которые преобразуют информацию из одного состояния в другое. Соответственно, компьютер имеет специальное устройство, называемое , которое предназначено исключительно для чрезвычайно быстрой обработки данных, со скоростями, доходящими до миллиардов операций в секунду.

Процессор

Требуемые для обработки данные процессор получает (берет) из – от устройства, предназначенного для временного хранения как входных, так и выходных данных. Там же в оперативной памяти находится и место для хранения промежуточных данных, формируемых в процессе обработки информации. Таким образом, процессор как получает данные из оперативной памяти, так и записывает обработанные данные в оперативную память.

Оперативная память (ОЗУ)

Наконец, для ввода и вывода данных к компьютеру подключаются , которые позволяют вводить информацию, подлежащую обработке, и выводить результаты этой обработки.

Внешний винчестер, внешнее DVD-устройство, флешка, клавиатура, мышь

Процессор и оперативная память работают с одинаково большой скоростью. Как уже говорилось выше, скорость обработки информации может составлять многие миллионы и миллиарды операций в секунду. Никакое внешнее устройство ввода и вывода информации не может работать на таких скоростях.

Поэтому для их подключения в компьютере предусмотрены специальные контроллеры устройств ввода-вывода . Их задача состоит в том, чтобы согласовать высокие скорости работы процессора и оперативной памяти с относительно низкими скоростями ввода и вывода информации.

Эти контроллеры подразделяются на специализированные, к которым могут быть подключены только специальные устройства, и универсальные. Примером специализированного устройства контроллера служит, например, видеокарта, которая предназначена для подключения к компьютеру монитора.

Для обработки введенного текста применяются компьютерные издательские системы (DTP) (DTP - Desktop Publishing). DTP - это технология подготовки издании?, при которои? полностраничныи? документ обрабатывается на автономном рабочем месте, которым может служить персональныи? компьютер или рабочая станция. Текст, графика и изображения оформляются в соответствии с макетом и объединяются на полосе. Недорогие технологии издательских систем в настоящее время вытеснили предшествующую им фотонаборную технику. Программные средства имеют широкие возможности обработки текстовои? информации и большои? выбор шрифтов, поэтому позволяют получить результаты, не уступающие прежним, достигавшимся с помощью фотонаборнои? техники. Ведущими программами верстки являются Design (Adobe Systems) и QuarkXPress.

Кодирование знаков

Кодирование текста - необходимое условие его обработки в электронных системах. Каждому знаку шрифта соответствует цифровои? машинныи? код. Во всем мире для текстов применяется стандарт представления символов ASCII (American Standard Code for Information Interchange). 7-битовое описание символа является стандартом, с помощью которого можно за- кодировать 128 различных знаков. При этом идентифицируется 96 знаков, используемых для создания содержимого полосы, а 32 кода используются для знаков контрольнои? информации. Умлауты и специальные знаки определяются комбинациеи? с восьмым битом, способ применения которого определяется производителем программного продукта. Это часто приводит к проблемам при конвертировании в процессе пересылки данных.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основные программы обработки информации в офисе

Введение

1. Текстовые редакторы

2. Графические редакторы

3. Электронные таблицы

5. Интегрированные пакеты

6. Программы Windows

Введение

Использование компьютеров вместо людей при принятии решений имеет множество преимуществ.

Рассмотрим лишь несколько наиболее очевидных:

компьютеры обрабатывают данные с очень высокой скоростью. Предел быстродействия - 10^9 операций в секунду.

с помощью компьютеров можно решать задачи, слишком сложные для человеческого разума.

огромные объемы памяти позволяют хранить большие количества информации с последующей ее обработкой.

компьютеры не придают эмоциональной окраски обрабатываемым данным. Они объективно учитывают все введенные факторы и ограничения, и строят на их основе неискаженную эмоциями модель.

Целью данной работы является изучение офисных программ.

Офисные программы - это программы, которые наиболее часто используются в офисе. В общем, строгого разделения программ на офисные и неофисные нет, однако, учитывая тот факт, что практически весь мир пользуется пакетом Microsoft Office от корпорации Microsoft именно этот комплект программ определяет, что такое офисный набор.

В теоретической части работы были изучены программы, наиболее часто используемые в офисе - Word, Exсel, Outlook. В практической части решена задача с использованием Приложения Microsoft Excel.

При написании данной работы использовался компьютер с процессором Intel Soc-478 Celeron-2600/400, монитором Samsung Sync Master 763 MB и оперативной памятью 256 Мбайт.

Три основные программы, считающиеся, безусловно, офисными, - это текстовый редактор, электронные таблицы и органайзер. Текстовый редактор используется для создания простейших текстов (записка, письмо, договор, контракт), различных бланков и документов самой разнообразной степени сложности. Электронные таблицы применяются для ведения и хранения структурированных данных (таблица), в которых необходимо производить различные расчёты (например, бухгалтерия, бизнес - план). Органайзер - многофункциональная система, в которой, как правило, ведётся база ваших контактов (людей и предприятий), записываются различные дела и задачи, создаются всевозможные напоминания

В стандартный офисный пакет от корпорации Microsoft также входят ещё две программы: пакет для создания демонстраций и презентаций PowerPoint, а также система для создания и ведения баз данных Access. Бывают и другие программы, которые можно отнести к офисным. Различные переводчики, бухгалтерии, системы распознания текста, программы ведения документооборота и разнообразные справочники можно считать офисными. Однако к офисным программам не принято относить специализированные пакеты, которые не используются обычными офисными работниками, например различные средства администрирования сети, системы для профессиональной работы с графикой и так далее.

Но не только Microsoft выпускает офисные программы. Раньше существовал пакет Русский офис, куда входили текстовый редактор Лексикон, переводчик Сократ, система ведения личных финансов Декарт и файловый менеджер ДИСКо Командир, но этот пакет даже в России не был особо популярен. Кроме того, существуют десятки и сотни фирм и тысячи независимых разработчиков, которые создают различные полезные офисные программы.

1. Текстовые редакторы

Невозможно встретить хотя бы один компьютер, на котором не был установлен текстовый редактор. С помощью таких программ можно набирать текст, редактировать и визуально оформлять. На сегодняшний день существует огромное количество таких утилит, которые различаются функциональными возможностями.

Это приложение является самым простым и удобным текстовым редактором для ОС Windows. В основном его используют для записи небольших фраз, заметок и другого. Большинство специалистов применяют "Блокнот" для хранения различных кодов, при этом оставляя их в оригинальном виде, поскольку современные и более продвинутые редакторы могут визуально изменять текст, что приводит к потере фрагментов записи.

Кроме того, в "Блокнот" можно переносить пароли, ссылки и различные команды. Этот редактор устанавливается вместе со всем комплектом операционной системы и является абсолютно бесплатным. В операционной системе Linux эта утилита называется gedit. По функциональным возможностям он ничем не уступает приложению для Windows. офисный программа word windows

Достоинством таких программ в том, что они занимает очень мало места и просты в использовании. Эти утилиты отлично подходят для записи простой информации. Недостатком можно считать отсутствие возможности оформлять текст.

Эта версия блокнота отлично подходит для опытных пользователей. Редактор обладает большим набором функций, но при этом является простым блокнотом. Скачать приложение рекомендуется с официального ресурса. Утилита распространяется на бесплатной основе и обладает русифицированным интерфейсом.

Еще одна простая программа для редактирования текстов. Она устанавливается вместе с операционной системой Windows. Это приложение является чем-то средним между MS Word и обычным блокнотом. Это значит, что WordPad обладает простой основой, но содержит некоторые функции от MS Word. Такое сочетание привлекает большое количество пользователей, которым требуется просто набрать текст и немного его обработать. Кроме того, это приложение поможет сэкономить средства на покупку MS Word. Однако, проверка орфографии довольно плоха.

Эта утилита специально создавалась для ОС Linux, который пришел на смену OpenOfficeOrg. Однако, он и сейчас используется. После этого была выпущена версия для ОС Windows. Это приложение очень напоминает MS Word 2003, но с очень плохой проверкой правописания.

Для домашнего использования эта программа подходит как нельзя лучше, причем LibreOffice распространяется бесплатно. Она сможет сохранить и распечатать оформленный текст. Для операционной системы Winows ее можно скачать с официального ресурса, а в Linux она инсталлирована по умолчанию.

Эта программа уже длительное время пользуется огромной популярностью. Ее можно назвать флагманом среди текстовых редакторов. Word соединяет в себе приятный интерфейс и огромное количество функций для обработки текстов. Программа способна работать на всех операционных системах Windows.

В мире нет ни одного компьютера, на котором не была бы установлена эта программа. Она просто необходима для тех, кто постоянно занимается редактированием текстов. Кроме того, проверка орфографии в этом приложении на высоте, чего нет в других редакторах.

Google Документы

Эта программа является онлайн-редактором текста. Это самый современный вид подобных программ. Эти приложения предоставляют возможность набирать тексты на удаленном сервере в глобальной сети.

Из достоинств сервиса можно отметить моментальное сохранение написанного текста в облачном хранилище, что дает возможность открывать его одновременно нескольким пользователям.

Кроме того, просмотреть его можно со всех устройств, которые имеют подключение к интернету. Это позволяет не бояться потери данных и отключения интернета, поскольку документ всегда находится в сети. Самым популярным подобным редактором является GoogleДиск.

Необходимо зарегистрироваться на облачном диске, а после этого можно создавать документы. Созданные документы не обладают красивым дизайном, но она и не нужна, поскольку это будет излишне нагружать интернет-канал. Назначение таких сервисов - набор текстов.

Орфография проверяется web-обозревателем. Это не самый лучший вариант, но и не худший. К достоинствам приложения можно отнести бесплатно использование. Кроме того, есть возможность сохранять документ на компьютере, если это необходимо.

Это список лучших текстовых редакторов на любой вкус и с разными функциональными возможностями, среди которых каждый пользователь найдет себе подходящий.

2. Графические редакторы

Графические редакторы - программы для работы с графикой. Такие программы позволяют самому создавать, редактировать, добавлять эффекты и проделывать всяческие другие манипуляции с изображениями. Самый популярный текстовый редактор это профессиональная программа Adobe Photoshop. В Windows также есть встроенный редактор Paint, популярный среди обычных пользователей.

Существует три основных вида программ графического редактирования:

· растровые;

· векторные;

· гибридные.

Растровые графические редакторы предназначены для создания и обработки изображения в виде точек или сетки пикселей (матрица) на отображающих устройствах. Такие программы широко применяются при создании изображений, которые отправляются в типографическую печать, публикаций в интернете.

Использование такого типа редактора позволяет создавать рисунок на мониторе компьютера, сохранять в форматах JPEG, TIFE. При сохранении такой графики, за счет алгоритма сжатия, снижается качество изображения. При использовании формата PNG, GIF, которые поддерживают функцию хорошего сжатия без потерь, качество изображения не ухудшается.

Типичным примером растрового графического редактора является программа Adobe Photoshop.

Векторный графический редактор дает возможность создать или отредактировать объект, состоящий из геометрических элементов (точки, линии, многоугольники) прямо на экране и сохранять в векторных редакторах (CDR, AI, EPS).

Векторная графика противоположность растровой.

Гибридные графические редакторы предназначены для работы со сканированными документами.

Такой вид графического редактора включает в себя часть растрового и векторных программ. Ярким примером гибридной программы можно считать AutoCAD, RasterDesk.

Возможности, которые предлагают графические редакторы, неограниченны.

3. Электронные таблицы

Электронные таблицы позволяют выполнять вычисления, как простые так и очень сложные, анализировать и визуализировать данные, составлять бухгалтерские отчеты и не только. Неоспоримым лидером в данной сфере является программа Microsoft Excel.

Основное применение электронных таблиц - бухгалтерские и коммерческие расчеты, организация баз данных, представление табличных данных в виде графических диаграмм.

4. Системы управления базами данных

Система управления базами данных предоставляет вам возможность контролировать задание структуры и описание своих данных, работу с ними и организацию коллективного пользования этой информацией. СУБД также существенно увеличивает возможности и облегчает каталогизацию и ведение больших объемов хранящейся в многочисленных таблицах информации. СУБД включает в себя три основных типа функций: определение (задание структуры и описание) данных, обработка данных и управление данными.

Все эти функциональные возможности в полной мере реализованы в Microsoft Access.

Перечислим основные функциональные возможности:

Определение данных (Data definition) -- вы можете определить, какая именно информация будет храниться в вашей базе данных, задать структуру данных и их тип (например, количество цифр или символов), а также указать, как эти данные связаны между собой. В некоторых случаях вы можете также задать форматы и критерии проверки данных.

Обработка данных (Data manipulation) -- данные можно обрабатывать самыми различными способами. Можно выбирать любые поля, фильтровать и сортировать данные. Можно объединять данные с другой связанной с ними информацией и вычислять итоговые значения.

Управление данными (Data control) -- вы можете указать, кому разрешено знакомиться с данными, корректировать их или добавлять

Кратко остановимся на конкретных программных продуктах, относящихся к классу СУБД. На самом общем уровне все СУБД можно разделить:

на профессиональные, или промышленные;

Персональные (настольные).

Профессиональные (промышленные) СУБД представляют собой программную основу для разработки автоматизированных систем управления крупными экономическими объектами. На их базе создаются комплексы управления и обработки информации крупных предприятий, банков или даже целых отраслей. Первостепенными условиями, которым должны удовлетворять профессиональные СУБД, являются:

Возможность организации совместной параллельной работы большого количества пользователей;

Масштабируемость, то есть возможность роста системы пропорционально расширению управляемого объекта;

Переносимость на различные аппаратные и программные платформы; устойчивость по отношению к сбоям различного рода, в том числе наличие многоуровневой системы резервирования хранимой информации;

Обеспечение безопасности хранимых данных и развитой структурированной системы доступа к ним.

Промышленные СУБД к настоящему моменту имеют уже достаточно богатую историю развития. В частности, можно отметить, что в конце 70-х -- начале 80-х годов в автоматизированных системах, построенных на базе больших вычислительных машин, активно использовалась СУБД Adabas. В настоящее время характерными представителями профессиональных СУБД являются такие программные продукты, как Oracle, DB2, Sybase, Informix. Ingres, Progress.

5. Интегрированные пакеты

Интегрированные пакеты-представляют собой набор нескольких программных продуктов, объединенных в единый удобный инструмент. Наиболее развитые из них включают в себя текстовый редактор, органайзер, электронную таблицу, СУБД, средства поддержки электронной почты, программу создания презентационной графики.

Результаты, полученные отдельными подпрограммами, могут быть объединены в окончательный документ, содержащий табличный, графический и текстовый материал.

Интегрированные пакеты, как правило, содержат некоторое ядро, обеспечивающее возможность тесного взаимодействия между составляющими.

Пример: интегрированный пакет для написания книг, содержащих иллюстрации.

Он содержит:

текстовый редактор;

орфографический корректор на 80000 слов (программу обнаружения орфографических ошибок);

программу слияния текстов;

программу формирования оглавлений и составления указателей;

автоматический поиск и замену слов и фраз;

средства телекоммуникации;

электронную таблицу;

систему управления базами данных;

модули графического оформления;

графический редактор;

возможность печати сотнями разных шрифтов и т.д.

Наиболее известные интегрированные пакеты:

Microsoft Office. В этот мощный профессиональный пакет вошли такие необходимые программы, как текстовый редактор WinWord , электронная таблица Excel, программа создания презентацийPowerPoint, СУБД Access, средство поддержки электронной почты Mail. Мало того, все части этого пакета составляют единое целое, и даже внешне все программы выглядят единообразно, что облегчает как их освоение, так и ежедневное использование.

Microsoft Works - это очень простой и удобный пакет, объединяющий в себе текстовый редактор, электронные таблицы и базы данных, а также телекоммуникационные средства для соединения с другими компьютерами по телефонным линиям. Пакет ориентирован на людей, не имеющих времени осваивать сложные продукты, на начинающих пользователей, а также на домашних пользователей.

6. Программы Windows

Windows - Проводник. Назначение, возможности, интерфейс и приемы работы

Проводник (Windows Explorer) в среде Windows 98 - программа (приложение), с помощью которой пользователь может отыскать любой объект файловой системы (папку или файл) и произвести с ним необходимые действия.

С помощью Проводника можно запускать приложения, открывать документы, перемещать или копировать файлы и папки, форматировать дискеты, просматривать Web-страницы в Интернете и др. Интерфейс Проводника сделан предельно понятным для пользователя. Внешний вид окна Проводника может изменяться, но его функции при этом практически не меняются.

Основное рабочее поле Проводника может быть разделено на две-три панели. Правая панель отображает содержимое папки, адрес которой указан в адресной строке. Каждый значок на правой панели представляет собой папку, щелчок по которой откроет ее содержимое. Средняя панель играет вспомогательную роль, создавая интерфейс Internet Explorer. В левой панели отображается иерархическая структура подчиненности папок.

В верхней части любого окна Проводника находятся Управляющее меню и панели инструментов:

Панель с кнопками, предназначенными для быстрого выполнения наиболее употребляемых команд;

Адресная строка, в которой указывается имя активной (текущей) папки или адреса Интернет;

Операционная система Windows 98 имеет следующие особенности.

Основные объекты и действия представлены в виде наглядных экранных форм. Такой вид взаимодействия ПК с пользователем называется графическим пользовательским интерфейсом (Graphics User Interface). В этом случае управление различными объектами осуществляется в основном с помощью манипулятора типа "мышь", а каждой выполняемой программе отводится на экране монитора окно, которое может занимать часть экрана или весь экран. Очень часто такой интерфейс называется многооконным, поскольку позволяет одновременно работать с несколькими программами, каждой из которых отведено свое окно на экране монитора.

Широкие и разнообразные сервисные возможности:

создание ярлыков объектов (папок, файлов, устройств);

использование специальных программ-мастеров;

использование программ поиска и быстрого просмотра документов.

Удобство работы с документами:

создание документов с помощью шаблонов;

перенос данных из одного документа в другой;

удаление в Корзину документов или целых папок.

Широкое сетевые возможности и средства работы с Интернетом.

Усовершенствованная справочная система и широкие возможности по настройке самой операционной системы.

ОС Windows 98 по сравнению с ОС Windows 95 также имеет ряд особенностей.

Еще больше ориентирована на работу в сети Интернет:

открытые папки могут выглядеть как веб-страницы;

объекты могут выделяться наведением на них указателя мыши, а открываться одним щелчком;

дополнительные кнопки Назад и Вперед, имеющиеся в окнах папок и программы Проводник, существенно облегчают работу с ними;

в состав ОС включен комплект программ Internet Explorer версии 4.0 (в последних версиях Windows 98, например Windows 98 SE, - Internet Explorer версии 5.0);

если открытая папка представлена как веб-страница, то выделение объекта приводит к отображению его основных свойств;

Проведена модификация некоторых стандартных программ, и к ним добавлена графическая программа Imaging;

программа Блокнот (Notepad) стала обеспечивать смену шрифта;

расширены функциональные возможности Калькулятора (Calculator)$

текстовый редактор WordPad может работать с документами в формате Word 97;

Расширен набор программ, предназначенных для диагностики и обслуживания системы:

Планировщик заданий (Task Scheduler) обеспечивает автоматический запуск программ в соответствии с ранее составленным расписанием;

Мастер обслуживания (Maintenance Wizard) помогает составить расписание.

Улучшена процедура установки системы:

количество этапов установки сокращено с 12 до 5;

программа установки стала более наглядной.

Более совершенной стала система помощи:

Справочная система переписана на языке HTML и способна самостоятельно обращаться к веб-ресурсам;

Основные системные объекты и окна имеют всплывающие подсказки, информирующие об их назначении, и др.

Конкретный выбор операционной системы определяется совокупностью предоставляемых функций и конкретными требованиями к рабочему месту.

Функции операционных систем могут включать следующие:

Возможность поддерживать функционирование локальной компьютерной сети без специального программного обеспечения;

Обеспечение доступа к основным службам Интернета средствам, интегрированным в состав операционной системы;

Возможность создания системными средствами сервера Интернета, его обслуживание и управление, в том числе дистанционное посредством удаленного соединения;

Наличие средств защиты данных от несанкционированного доступа, просмотра и внесения изменений;

Возможность оформления рабочей среды операционной системы, в том числе и средствами, относящимися к категории мультимедиа;

Возможность обеспечения комфортной поочередной работы различных пользователей на одном ПК с сохранением персональных настроек рабочей среды каждого из них;

Возможность автоматического исполнения операций обслуживания компьютера и ОС по заданному расписанию или под управлением удаленного сервера;

Возможность работы с компьютером для лиц, имеющих физические недостатки, связанные с органами зрения, слуха и другими.

Кроме выше перечисленного, современные ОС могут включать минимальный набор прикладного программного обеспечения, которое можно использовать для исполнения простейших практических задач:

Чтение, редактирование и печать текстовых документов;

Создание и редактирование простейших рисунков;

Выполнение арифметических и математических расчетов;

Ведение дневников и служебных блокнотов;

Создание, передача и прием сообщений электроннолй почты;

Создание и редактирование факсимильных сообщений;

Воспроизведение и редактирование звукозаписи;

Воспроизведение видеозаписи;

Разработка и воспроизведение комплексных электронных документов, включающих текст, графику, звукозапись и видеозапись.

Эти возможности ОС не исчерпываются. По мере развития аппаратных средств вычислительной техники и средств связи функции ОС непрерывно расширяются, а средства их исполнения совершенствуются.

Виды интерфейсов пользователя.

Интерфейс командной строки. По реализации интерфейса пользователя различают неграфические и графические операционные системы. Неграфические операционные системы реализуют интерфейс командной строки. Основным устройством управления в данном случае является клавиатура. Управляющие команды вводят в поле командной строки, где их можно и редактировать. Исполнение команды начинается после ее утверждения, например, нажатием клавиши INTER. Для компьютеров платформы IBM PC интерфейс командной строки обеспечивается семейством операционных систем под общим названием MS-DOS (версии от MS-DOS 1.0 до MS-DOS 6.2)

Графический интерфейс. Графические операционные системы реализуют более сложный тип интерфейса, в котором в качестве органа управления кроме клавиатуры может использоваться мышь или иное устройство позиционирования. Работа с графической операционной системой основана на взаимодействии активных и пассивных экранных элементов управления.

Активные и пассивные элементы управления. В качестве активного элемента управления выступает указатель мыши - графический объект, перемещение которого на экране синхронизировано с перемещением мыши.

В качестве пассивных элементов управления выступают графические элементы управления приложений (экранные кнопки, значки, переключатели, флажки, раскрывающиеся списки, строки меню и многие другие).

Характер между активными и пассивными элементами управления выбирает сам пользователь. В его распоряжении приемы наведения указателя мыши на элемент управления, щелчки кнопками мыши и другие средства.

В ОС Windows приложения, папки, документы рассматриваются как объекты, поэтому пользователю предоставляется возможность так называемого объектно-ориентированного подхода.

Все объекты имеют определенные свойства, и над ними могут проводиться определенные операции. Например, документы имеют определенный объем, их можно копировать, перемещать, переименовывать. Окна имеют размеры, их можно изменять. Папки можно открыть, копировать, переносить, переименовывать. Хотя каждый из этих объектов имеет разные свойства, с ними можно производить различные действия, технология работы с объектами и интерфейс универсальны. Это позволяет пользователю достичь единообразия при работе с разными объектами.

Ознакомиться со свойствами любого объекта, а также выполнить над ним разрешенные для него операции можно, вызвав контекстное меню.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Рассмотрение областей применения компьютерной графики. Изучение основ получения различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) на компьютере. Ознакомление с особенностями растровой и векторной графики. Обзор программ фрактальной графики.

реферат , добавлен 15.04.2015


Операционная система MS-DOS: история и характеристика. Обзор стандартных программ операционной системы Windows. Способы запуска программ. Служебные приложения Windows и их назначение: диспетчер задач, проверка, очистка, дефрагментация и архивация диска.

реферат , добавлен 06.01.2015


Правовые основы защиты информации на предприятии. Анализ среды пользователей. Автоматизированная система предприятия. Краткие сведения об операционной системе Windows XP. Классификация троянских программ. Способы защиты операционной системы Windows XP.

дипломная работа , добавлен 14.07.2013


Общая характеристика предприятия, особенности сбора первичной информации. Системные требования операционной системы Windows XP Home и Professional editions. Преимущества, недостатки Wi-Fi. Беспроводная локальная сеть в главном офисе ТОО "Информстройтехс".

отчет по практике , добавлен 03.02.2012


Понятие и назначение электронных таблиц. Сравнительная характеристика редакторов электронных таблиц Microsoft Excel, OpenOffice.org Calc, Gnumeric. Требования к оформлению электронных таблиц. Методика создания электронных таблиц в MS Word и MS Excel.

контрольная работа , добавлен 07.01.2015


Основы работы операционной системы Windows XP. Работа в текстовом процессоре Microsoft Word: ввода, редактирования и форматирования текста, автоматизации разработки документа, создания графических объектов, создания комплексного текстового документа.

курсовая работа , добавлен 25.04.2009


Изучение процесса создания новой версии Windows Vista. Исследование особенностей установки и интерфейса операционной системы. Характеристика требований к аппаратному обеспечению компьютера. Анализ основных средств навигации и работы в Windows Vista.

реферат , добавлен 25.11.2014


Изучение теоретических основ работы в Word, процесса создания и редактирования таблиц, преобразования текста в таблицу, объединения и разделения ячеек. Характеристика ввода формул с клавиатуры в программе Excel, особенностей их перемещения и копирования.

курсовая работа , добавлен 02.05.2012


Разработка программы для операционной системы Windows с использованием VisualC++ (6.0, .NET). Рассмотрение основ программного моделирования работы прибора (электрического чайника). Правила создания классов устройства и его графического интерфейса.

курсовая работа , добавлен 03.06.2014


Модель процесса обработки информации на персональном компьютере и функции объектов, участвующих в этом процессе – операционной системы, прикладных программ, пользователя. Интерфейсные элементы и практические навыки работы с мышью, окнами, программами.

Обработка является одной из основных операций, выполняемых над информацией и главным средством увеличения ее объема и разнообразия. Для осуществления обработки информации с помощью технических средств ее представляют в формализованном виде - в виде структур данных («информационных объектов»), представляющих собой некоторую абстракцию фрагмента реального мира. Абстракция (от лат. Abstraction - отвлечение) подразумевает выделение наиболее существенных с точки зрения задачи обработки свойств и связей. Так, например, информация о студенте, необходимая для учета его успеваемости, может быть представлена набором таких идентифицирующих данных, как фамилия, имя, отчество, номер учебной группы. При этом несущественные для данной задачи характеристики, например рост, вес, цвет волос и т. п., не будут учтены. Обработка информации - получение одних «информационных объектов» (структур данных) из других путем выполнения некоторых алгоритмов. Исполнитель алгоритма - абстрактная или реальная (техническая, биологическая или биотехническая) система, способная выполнить действия, предписываемые алгоритмом. Для механизации и автоматизации процесса обработки информации и вычислений, выполняемых в соответствии с заданным алгоритмом, используют различные типы вычислительных машин: механические, электрические, электронные (ЭВМ), гидравлические, пневматические, оптические и комбинированные. В современной информатике основным исполнителем алгоритмов является ЭВМ, называемая также компьютером (от англ. computer - вычислитель). ЭВМ - электронное устройство, предназначенное для автоматизации процесса алгоритмической обработки информации и вычислений. В зависимости от формы представления обрабатываемой информации вычислительные машины делятся на три больших класса: ■ цифровые вычислительные машины (ЦВМ), обрабатывающие информацию, представленную в цифровой форме; ■ аналоговые вычислительные машины (АВМ), обрабатывающие информацию, представленную в виде непрерывно меняющихся значений какой-либо физической величины (электрического напряжения, тока и т. д.); ■ гибридные вычислительные машины (ГВМ), содержащие как аналоговые, так и цифровые вычислительные устройства. В основе функционирования АВМ заложен принцип моделирования. Так, при использовании в качестве модели некоторой задачи электронных цепей каждой переменной величине задачи ставит ся в соответствие определенная переменная величина электронной цепи. При этом основой построения такой модели является изоморфизм (подобие) исследуемой задачи и соответствующей ей электронной модели. Согласно своим вычислительным возможностям АВМ наиболее приспособлены для решения математических задач, содержащих дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики. В отличие от ЦВМ, точность которых определяется их разрядностью, точность вычислений на АВМ ограничена и характеризуется качеством изготовления элементной базы и основных узлов. В то же время для целого класса задач скорость решения задач па АВМ может быть значительно больше, чем на ЦВМ. Это объясняется параллельным принципом решения задач на АВМ, когда результат решения получается мгновенно и одновременно во всех точках модели. Данная особенность обусловливает использование АВМ в замкнутых системах автоматического регулирования и для решения задач в режиме реального времени. Гибридные вычислительные машины, содержащие как аналоговые, так и цифровые вычислительные устройства, совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. В таких машинах цифровые устройства обычно служат для управления и выполнения логических операций, а аналоговые устройства - для решения дифференциальных уравнений. Поскольку в настоящее время подавляющее большинство компьютеров являются цифровыми, далее слово «компьютер», или «ЭВМ», будем употреблять в значении «цифровой компьютер». Для обработки аналоговой информации на таком компьютере ее сначала преобразуют в цифровую форму (см. п. 6.2). Современный компьютер (ЭВМ) как реальная система обработки данных имеет ряд общих черт с рассмотренной в предыдущей главе абстрактной алгоритмической системой - машиной Тьюринга (МТ): ■ подобно МТ-модели ЭВМ располагает конечным множеством команд, лежащих в основе реализации и выполнения каждого алгоритма; подобно МТ-модели ЭВМ функционирует дискретно (потак- тно) под управлением программы, хранящейся в оперативной памяти; ■ устройство управления ЭВМ по назначению в общих чертах аналогично устройству управления МТ-модели. Однако ЭВМ имеют относительно МТ-моделей существенно более сложную организацию и широкий набор более крупных команд, что позволяет эффективно представлять разнообразные алгоритмы решаемых задач. Более того, в предположении о возможности наращивания памяти в необходимых объемах каждая ЭВМ может моделировать любую МТ, являясь потенциально универсальной. Потенциальность объясняется тем, что ни одна ЭВМ не может считаться универсальной в смысле вычислимости произвольной, частично рекурсивной функции, т. е. для нее существует класс нерешаемых задач при условии неизменности ее ресурсов (в первую очередь памяти). Основу современных компьютеров образует аппаратура (Hardware) - совокупность электронных и электромеханических элементов и устройств, а принцип компьютерной обработки информации состоит в выполнении программы (Software) - формализованном описании алгоритма обработки в виде последовательности команд, управляющих процессом обработки. Команда представляет собой двоичный код, который определя ет действие вычислительной системы по выполнению какой-либо операции. Операция - комплекс совершаемых технологических действий над информацией по одной из команд программы. Основными операциями при обработке информации на ЭВМ являются арифметические и логические. Арифметические операции включают в себя все виды математических действий, обусловленных программой, над целыми числами, дробями и числами с плавающей запятой. Логические операции обеспечивают действия над логическими величинами с получением логического результата. В вычислительных системах последовательность действий, составляющих задачу обработки информации, называют процессом. Так, обработка некоторого текста программой-редактором является процессом, а редактирование другого текста с помощью этой же программы представляет собой другой процесс, даже если при этом используется одна и та же копия программы. Процесс определяется соответствующей программой, набором данных, которые в ходе реализации процесса могут считываться, записываться и использоваться, а также дескриптором процесса, который описывает текущее состояние любого выделенного процессу ресурса ЭВМ. Дескриптор процесса - совокупность сведений, определяющих состояние ресурсов ЭВМ, предоставленных процессу. Каждый сеанс пользователя с вычислительной системой, например ввод-вывод данных в ЭВМ, также является процессом. В общем случае в вычислительной системе может одновременно существовать произвольное число процессов, поэтому между ними возможна конкуренция за обладание тем или иным ресурсом, в первую очередь временем процессора - основного вычислительного устройства ЭВМ. Это обусловливает необходимость организации управления процессами и их планирования. В современных ЭВМ для решения данных задач служат операционные системы (ОС), включающие совокупность программ для управления процессами, распределения ресурсов, организации ввода-вывода и интерфейса с пользователем. С точки зрения организации вычислительных процессов в ЭВМ выделяют несколько режимов: ■ однопрограммный однопользовательский режим, в котором вычисления носят последовательный характер, а ресурсы ЭВМ не разделяются; ■ мультизадачный, когда несколько программ последовательно используют время процессора, при этом возможно разделение как аппаратных, так и программных ресурсов ЭВМ; ■ многопользовательский, когда каждому пользователю выделяется квант (интервал) времени процессора, при этом задача распределения ресурсов, в первую очередь времени процессора и памяти, значительно усложняется; ■ мультипроцессорный, когда вычислительная система, включающая несколько процессоров, позволяет выполнять реальные параллельные процессы, при этом распределение ресурсов носит наиболее сложный характер. При выполнении задач обработки информации на компьютере выделяют пакетный и интерактивный (запросный, диалоговый) режимы взаимодействия пользователя с ЭВМ. Пакетный режим первоначально использовался для снижения непроизводительных затрат машинного времени путем объединения однотипных заданий. Его суть заключается в следующем. Задания группируются в пакеты, каждый со своим отдельным компилятором. Компилятор загружается один раз, а затем осуществляется последовательная трансляция всех заданий пакета. По окончании компиляции пакета все успешно транслированные в двоичный код задания последовательно загружаются и обрабатываются. Такой режим был основным в эпоху централизованного использования ЭВМ (централизованной обработки), когда различные классы задач решались с использованием одних и тех же вычислительных ресурсов, сосредоточенных в одном месте (информационно-вычислительном центре). При этом организация вычислительного процесса строилась главным образом без доступа пользователя к ЭВМ. Его функции ограничивались лишь подготовкой исходных данных по комплексу информационно-взаимосвязанных задач и передачей их в центр обработки, где формировался пакет заданий для ЭВМ. В настоящее время под пакетным режимом также понимается процесс компьютерной обработки заданий без возможности взаимодействия с пользователем. При этом, как правило, задания вводятся пользователями с терминалов и обрабатываются не сразу, а помещаются сначала в очередь задач, а затем поступают на обработку по мере высвобождения ресурсов. Такой режим реализуется во многих системах коллективного доступа. Интерактивный режим предусматривает непосредственное взаимодействие пользователя с информационно-вычислительной системой и может носить характер запроса (как правило, регла- ментированного) или диалога с ЭВМ . Запросный режим позволяет дифференцированно, в строго установленном порядке предоставлять пользователям время для общения с ЭВМ. Диалоговый режим открывает пользователю возможность непосредственно взаимодействовать с вычислительной системой в допустимом для него темпе работы, реализуя повторяющийся цикл выдачи задания, получения и анализа ответа. При этом ЭВМ сама может инициировать диалог, сообщая пользователю последовательность шагов (предоставление меню) для получения искомого результата. Организация взаимодействия пользователя и ЭВМ представлена на рис. 6.1. Взаимодействие осуществляется путем передачи сообщений и управляющих сигналов между пользователем и ЭВМ. Входные сообщения генерируются оператором с помощью средств ввода: клавиатуры, манипуляторов типа мышь ит.п., выходные - компьютером в виде текстов, звуковых сигналов, изображений и представляются пользователю на экране монитора или других устройствах вывода информации. Основными типами сообщений, генерируемыми пользователем, являются: запрос информации, запрос помощи, запрос операции или функции, ввод или изменение информации и т. д. В ответ со стороны компьютера он получает: подсказки или справки, информационные сообщения, не требующие ответа, приказы, требующие действий, сообщения об ошибках, нуждающиеся в ответных действиях и т. д. 1 Рис. 6.1. Организация взаимодействия пользователя и ЭВМ Данный режим является основным на современном этапе развития компьютерных систем обработки информации, характерной чертой которого является широкое внедрение практически во все сферы деятельности человека персональных компьютеров (ПК) - однопользовательских микроЭВМ, удовлетворяющих требованиям общедоступности и универсальности применения. В настоящее время пользователь, обладая знаниями основ информатики и вычислительной техники, сам разрабатывает алгоритм решения задачи, вводит данные, получает результаты, оценивает их качество. У него имеются реальные возможности решать задачи с альтернативными вариантами, анализировать и выбирать с помощью системы в конкретных условиях наиболее приемлемый вариант. Основные этапы решения задач с помощью компьютера представлены на рис. 6.2. Практика применения персональных компьютеров в различных отраслях науки, техники и производства показала, что наибольшую эффективность от внедрения вычислительной техники обеспечивают не отдельные ПК, а вычислительные сети - совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему распределенной обработки данных. 6.1.1.