Операционная система обеспечивает совместное функционирование всех устройств компьютера и предоставляет пользователю доступ к его ресурсам.
Процесс работы компьютера в определенном смысле сводится к обмену файлами между устройствами. В операционной системе имеются программные модули, управляющие файловой системой.
В состав операционной системы входит специальная программа — командный процессор^ которая запрашивает у пользователя команды и выполняет их. Пользователь может дать, например, команду выполнения какой-либо операции над файлами (копирование, удаление, переименование), команду вывода документа на печать и т. д. Операционная система должна эти команды выполнить.
К магистрали компьютера подключаются различные устройства (дисководы, монитор, клавиатура, мышь, принтер и др.). В состав операционной системы входят драйверы устройств — специальные программы, которые обеспечивают управление работой устройств и согласование информационного обмена с другими устройствами. Любому устройству соответствует свой драйвер.
Для упрощения работы пользователя в состав современных операционных систем, и в частности в состав Windows, входят программные модули, создающие графический пользовательский интерфейс. В операционных системах с графическим интерфейсом пользователь может вводить команды посредством мыши, тогда как в режиме командной строки необходимо вводить команды с помощью клавиатуры.
Операционная система содержит также сервисные программы, ил.и утилиты. Такие программы позволяют обслуживать диски (проверять, сжимать, де-фрагментировать и т. д.), выполнять операции с файлами (архивировать и т. д.), работать в компьютерных сетях и т. д.
Для удобства пользователя в операционной системе обычно имеется и справочная система. Она предназначена для оперативного получения необходимой информации о функционировании как операционной системы в целом, так и о работе ее отдельных модулей.
Файлы операционной системы хранятся во внешней, долговременной памяти (на жестком, гибком или лазерном диске). Однако программы могут выполняться, только если они находятся в оперативной памяти, поэтому файлы операционной системы необходимо загрузить в оперативную память.
Диск (жесткий, гибкий или лазерный), на котором находятся файлы операционной системы и с которого производится ее загрузка, называется системным.
После включения компьютера операционная система загружается с системного диска в оперативную память. Если системные диски в компьютере отсутствуют, на экране монитора появляется сообщение Non system disk и компьютер «зависает», т. е. загрузка операционной системы прекращается и компьютер остается неработоспособным.
После окончания загрузки операционной системы управление передается командному процессору. В случае использования интерфейса командной строки на экране появляется приглашение системы, в противном случае загружается графический интерфейс операционной системы.
В отличие от линейных алгоритмов, в которых команды выполняются последовательно одна за другой, в алгоритмические структуры ветвление входит условие, в зависимости от истинности условия выполняется та или иная последовательность команд (серий).
Будем называть условием высказывание, которое может быть либо истинным, либо ложным. Условие, записанное на формальном языке, называется условным или логическим выражением.
Условные выражения могут быть простыми и сложными. Простое условие включает в себя два числа, две переменных или два арифметических выражения, которые сравниваются между собой посредством операций сравнения (равно, больше, меньше и т. д.). Например:
strА=минформатика" и т. д.
Сложное условие — это последовательность простых условий, объединенных между собой знаками логических операций. Например:
And strА="информатика".
Алгоритмическая структура ветвление может быть записана различными способами:
— графически, с помощью блок-схемы;
— на языке программирования, например на языках Visual Basic и VBA, с использованием специальной инструкции ветвления (рис. 18).
После первого ключевого слова If должно быть размещено условие, после второго ключевого слова Then — последовательность команд (серия 1), которую необходимо выполнять, если условие принимает значение истина. После третьего ключевого слова Else размещается последовательность команд (серия 2), которую следует выполнять, если условие принимает значение ложь.
Оператор условного перехода может быть записан в многострочной или в однострочной форме.
В многострочной форме он записывается с помощью инструкции If. . . Then. . . Else. . . End If (Если... To... Иначе... Конец Если). В этом случае второе ключевое слово Then расположено на той же строчке, что и условие, а последовательность команд (серия 1) — на следующей. Третье ключевое слово Else находится на третьей строчке, а последовательность команд (серия 2) — на четвертой. Конец инструкции ветвления End If размещается на пятой строчке.
В однострочной форме этот оператор записывается в соответствии с инструкцией If... Then. . . Else (Если... То... Иначе). Если инструкция не помещается на одной строке, она может быть разбита на несколько строк. Такое представление инструкций более наглядно для человека. Компьютер же должен знать, что разбитая на строки инструкция представляет единое целое. Это обеспечивает знак «переноса», который задается символом подчеркивания после пробела.
Третье ключевое слово Else в сокращенной форме инструкции может отсутствовать. (Необязательные части оператора записываются в квадратных скобках.) Тогда, в случае если условие ложно, выполнение оператора условного перехода заканчивается и выполняется следующая строка программы.
Представление информации может осуществляться с помощью знаковых систем. Каждая знаковая система строится на основе определенного^алфавита и правил выполнения операций над знаками. Знаковыми системами являются естественные языки (русский, английский и т. д.), формальные языки (языки программирования, системы счисления и т. д.), биологические алфавиты (состояния нейрона в нервной системе, нуклеотиды, хранящие генетическую информацию в молекуле ДНК) и др.
Знаки могут иметь различную физическую природу. Например, для письма используются знаки, представляющие собой изображения на бумаге или других носителях; в устной речи в качестве знаков выступают различные звуки (фонемы), а при обработке текста на компьютере знаки представляются в форме последовательностей электрических импульсов (компьютерных кодов).
Кодирование, т. е. перевод информации из одной знаковой системы в другую, производится с помощью таблиц соответствия знаковых систем, которые устанавливают взаимно однозначное соответствие между знаками или группами знаков двух различных знаковых систем. Пример такой таблицы — таблица кодов ASCII (американский стандартный код обмена информацией), устанавливающая соответствие между интернациональными знаками алфавита и их числовыми компьютерными кодами.
При хранении и передаче информации с помощью технических устройств целесообразно отвлечься от содержания информации и рассматривать ее как последовательность знаков (букв, цифр, кодов цвета точек изображения и т. д.).
Исходя из вероятностного подхода к определению количества информации, набор символов знаковой системы (алфавит) можно рассматривать как различные возможные состояния (события).
Тогда, если считать, что появление символов в сообщении равновероятно, по формуле можно рассчитать, какое количество информации несет каждый символ:
где N — количество знаков в алфавите, I — количество информации.
Информационная емкость знаков зависит от их числа в алфавите (мощности алфавита): чем больше их число, тем большее количество информации несет один знак.
Так, информационная емкость буквы в русском алфавите, если не использовать букву «ё», составляет:
 .
Аналогично легко подсчитать, что каждый знак «алфавита» нервной системы (есть импульс, нет импульса) в соответствии с формулой несет информацию 1 бит, а каждый из четырех символов генетического алфавита — информацию 2 бит.
В соответствии с алфавитным подходом количество информации, которое содержит сообщение, закодированное с помощью знаковой системы, равно количеству информации, которое несет один знак, умноженному на число знаков в сообщении.
Определить истинность составного высказывания: «(2 х 2 = 4 и 3 х 3 = 10) или (2 х 2 = 5 и 3 х 3 = 9)» .
Указания. Замените простые высказывания логическими переменными и установите их истинность или ложность:
А: «2X2 = 4» В: «3X3 = 10 С: «2X2 = 5» D: «3X3 = 9»
— истинно (1),
— ложно (0),
— ложно (0),
— истинно (1).
Замените также логические связки «и» и «или» операциями логического умножения и логического
сложения. Тогда составное высказывание примет вид следующего логического выражения:
Подставьте вместо логических переменных их логические значения и определите истинность составного высказывания, используя таблицы истинности логических функций:
(1&О)v(О&1) = O v O = 0. Ответ: составное высказывание ложно.
В алгоритмические структуры цикл входит серия команд, выполняемая многократно. Такая последовательность команд называется телом цикла.
Циклические алгоритмические структуры бывают двух типов:
— циклы со счетчиком, в которых тело цикла выполняется определенное количество раз;
— циклы с условием, в которых тело цикла выполняется до тех пор, пока выполняется условие.
Алгоритмическая структура цикл может быть зафиксирована различными способами:
— графически, с помощью блок-схемы;
— на языке программирования, например на языках Visual Basic и VBA, с использованием специальных инструкций, реализующих циклы различного типа.
Цикл со счетчиком. Когда заранее известно, какое число повторений тела цикла необходимо выполнить, можно воспользоваться циклической инструкцией (оператором цикла со счетчиком) For. . . Next (рис. 19).
Синтаксис оператора For. . . Next следующий: строка, начинающаяся с ключевого слова For, является заголовком цикла, а строка с ключевым словом
Next — концом цикла; между ними располагаются операторы, представляющие собой тело цикла.
В начале выполнения цикла значение переменной Счетчик устанавливается равным НачЗнач. При каждом «проходе» цикла переменная Счетчик увеличивается на величину шага. Если она достигает величины КонЗнач, то цикл завершается и выполняются следующие за ним операторы.
Циклы с условием. Часто бывает так, что необходимо повторить тело цикла, но заранее неизвестно, какое количество раз это надо сделать. В таких случаях количество повторений зависит от некоторого условия. Этот цикл реализуется с помощью инструкции Do... Loop.
Условие выхода из цикла можно поставить в начале, перед телом цикла (рис. 20) или в конце, после тела цикла (рис. 21).
Проверка условия выхода из цикла проводится с помощью ключевых слов While или Until. Эти слова
придают одному и тому же условию противоположный смысл. Ключевое слово While обеспечивает выполнение цикла до тех пор, пока выполняется условие, т. е. пока условие имеет значение истина. В этом случае условие является условием продолжения цикла. Как только условие примет значение ложь, выполнение цикла закончится.
Ключевое слово Until обеспечивает выполнение цикла до тех пор, пока не выполняется условие, т. е. пока условие имеет значение ложь. В этом случае условие становится условием завершения цикла. Как только условие примет значение истина, выполнение цикла закончится.
Сложение. В основе сложения чисел в двоичной системе счисления лежит таблица сложения одноразрядных двоичных чисел (табл. 6).
Важно обратить внимание на то, что при сложении двух единиц производится перенос в старший разряд. Это происходит тогда, когда величина числа становится равной или большей основания системы счисления.
Сложение многоразрядных двоичных чисел выполняется в соответствии с вышеприведенной таблицей сложения с учетом возможных переносов из младших разрядов в старшие. В качестве примера сложим в столбик двоичные числа  :
Проверим правильность вычислений сложением в десятичной системе счисления. Переведем двоичные числа в десятичную систему счисления и сложим их:
Вычитание. В основе вычитания двоичных чисел лежит таблица вычитания одноразрядных двоичных чисел (табл. 7).
При вычитании из меньшего числа (0) большего (1) производится заем из старшего разряда. В таблице заем обозначен 1 с чертой.
Вычитание многоразрядных двоичных чисел реализуется в соответствии с этой таблицей с учетом возможных заемов в старших разрядах.
Для примера произведем вычитание двоичных чисел  :
Умножение. В основе умножения лежит таблица умножения одноразрядных двоичных чисел (табл. 8).
Умножение многоразрядных двоичных чисел осуществляется в соответствии с этой таблицей умножения по обычной схеме, применяемой в десятичной системе счисления, с последовательным умножением множимого на очередную цифру множителя. Рассмотрим пример умножения двоичных чисел 
Цветное растровое графическое изображение, палитра которого включает в себя 65 536 цветов, имеет размер 100Х100 точек (пикселей). Какой объем видеопамяти компьютера (в Кбайтах) занимает это изображение в формате BMP?
Указания. BMP (Bit MaP image) — универсальный формат растровых графических файлов, который хранит информацию о каждой точке изображения. Сначала следует определить, какое количество информации требуется для хранения в памяти кода цвета каждой точки. Воспользуйтесь формулой, связывающей между собой количество состояний объекта (в данном случае цветов) N и количество информации I:
 Сложный алгоритм при разработке можно разбивать на отдельные алгоритмы, которые называются вспомогательными. Каждый вспомогательный алгоритм описывает решение какой-либо подзадачи. Как основной алгоритм, так и вспомогательные могут включать основные алгоритмические структуры: линейную, разветвляющуюся и циклическую.
В процессе создания программ на языке Visual Basic каждой форме, которая обеспечивает графический интерфейс программы, соответствует программный модуль. Программный модуль может включать в себя процедуры двух типов: событийные и общие.
Событийная процедура представляет собой подпрограмму, которая начинает выполняться после реализации определенного события. Программный модуль может содержать несколько событийных процедур. Каждая из таких процедур начинается с ключевого слова Sub (subroutine — подпрограмма) и заканчивается ключевыми словами End Sub.
Программный модуль с событийными процедурами. Разработаем приложение (проект), в котором имеется графический интерфейс на форме (Forml) и связанный с ней программный модуль, выводящий на форму рисунок простейшего домика.
Пусть домик будет состоять из стены (прямоугольника) и крыши (треугольника). Тогда в программном модуле, реализующем рисование домика на форме Forml, будет две событийные процедуры —
Стена_С1iсК и Kpыша_Click.
Private Sub CTeHa_Click()
Forml.Line (20, 100)-(220, 200), , В
End Sub
Private Sub Kpыша_Click ()
Forml.Line (20, 100)-(220, 100)
Forml.Line (20, 100)-(120, 50)
Forml.Line (120, 50)-(220, 100)
End Sub
Для создания графического интерфейса программы разместим на форме Forml две кнопки Стена и Крыша. Тогда после запуска программы на выполнение и щелчков по кнопкам Стена и Крыша будут реализованы соответствующие событийные процедуры и на форме появится рисунок домика.
Программный модуль с общей процедурой. Допустим, что теперь необходимо нарисовать несколько домиков. Если использовать событийные процедуры, то для каждого домика нужно будет писать свои процедуры, а это очень трудоемко. В случаях, когда в программном модуле можно выделить многократно повторяющиеся действия (процедуры), формируют общие процедуры.
Выполнение общих процедур не связывается с какими-либо событиями, они вызываются на выполнение с помощью оператора Call. Каждой общей процедуре дается уникальное название — имя процедуры и устанавливается список входных и выходных параметров процедуры.
Общая процедура представляет собой подпрограмму, которая начинает выполняться после ее вызова из другой процедуры.
Список входных параметров — это набор переменных, значение которых должно быть установлено до начала выполнения процедуры.
Список выходных параметров — это набор переменных, значение которых устанавливается после окончания выполнения процедуры.
Тогда синтаксис вызова процедуры приобретает вид:
Call ИмяПроцедуры(СписокПараметров)
Чтобы реализовать графический интерфейс, включим в проект еще одну форму (Form2). Для рисования домика целесообразно создать общую процедуру Домик (XI, Х2, Yl, Y2 As Single), которая имеет только список входных параметров (координат углов стены). Выходных параметров эта процедура не имеет.
Пусть событийная процедура Рисование_С11сК () обеспечивает рисование трех домиков с различными значениями входных параметров, т. е. три раза вызывает общую процедуру Домик с различными значениями входных параметров.
Тогда связанный с формой (Form2) программный модуль будет включать в себя общую процедуру Домик (XI, Х2, Yl, Y2 As Single) и событийную процедуру PncoBaHne_Click ():
Для построения графического интерфейса программы разместим на форме Form2 кнопку Рисование. В этом случае после запуска программы на выполнение и щелчка по кнопке Рисование запустится событийная процедура Рисование_С1iсК (), в процессе выполнения которой три раза будет вызвана общая процедура Домик с различными значениями параметров и на форме появятся рисунки трех разных домиков.
Табличные модели. Одним из наиболее часто используемых типов информационных моделей является таблица, которая состоит из строк и столбцов.
Построим, например, табличную информационную модель, отражающую стоимость отдельных устройств компьютера (табл. 9). Пусть в первом столбце таблицы содержится перечень объектов (устройств), входящих в состав компьютера, а во втором — их цена.
С помощью таблиц создаются информационные модели в различных предметных областях. Широко известно табличное представление математических функций, статистических данных, расписаний поездов и самолетов, уроков и т. д.
Табличные информационные модели проще всего формировать и исследовать на компьютере посредством электронных таблиц и систем управления базами данных.
Иерархические модели. Нас окружает множество различных объектов, каждый из которых обладает определенными свойствами. Однако некоторые группы объектов имеют одинаковые общие свойства, которые отличают их от объектов других групп.
Группа объектов, обладающих одинаковыми общими свойствами, называется классом объектов. Внутри класса могут быть выделены подклассы, объекты которых обладают некоторыми особенными свойствами, в свою очередь, подклассы можно делить на еще более мелкие группы и т. д. Такой процесс называется процессом классификации.
При классификации объектов часто применяются информационные модели, которые имеют иерархическую (древовидную) структуру. В иерархической информационной модели объекты распределены по уровням, причем элементы нижнего уровня входят в состав одного из элементов более высокого уровня. Например, весь животный мир рассматривается как иерархическая система (тип, класс, отряд, семейство, род, вид), для информатики характерна иерархическая файловая система и т. д.
На рисунке 22 изображена информационная модель, которая позволяет классифицировать современные компьютеры. Полученная информационная структура напоминает дерево, которое растет сверху вниз (именно поэтому такие информационные модели называют иногда древовидными). В структуре четко просматриваются три уровня: от первого, верхнего, имеющего один элемент Компьютеры, мы спускаемся до третьего, нижнего, имеющего три элемента Настольные, Портативные, Карманные.
Сетевые информационные модели. Сетевые информационные модели применяются для отражения систем со сложной структурой, в которых связь между элементами имеет произвольный характер.
Языки программирования — это формальные языки, кодирующие алгоритмы в привычном для человека виде (в виде предложений). Язык программирования определяется заданием алфавита и точным описанием правил построения предложений (синтаксисом).
В алфавит языка могут входить буквы, цифры, математические символы, а также так называемые ключевые слова If (если), Then (тогда), Else (иначе) и др. Из исходных символов (алфавита) по правилам синтаксиса строятся предложения, обычно называемые операторами. Например, оператор условного перехода:
If A>B Then X=A+B Else X=A*B
Алгоритмические языки программирования, или их еще называют структурные языки программирования, представляют алгоритм в виде последовательности основных алгоритмических структур — линейной, ветвления, цикла.
Различные типы алгоритмических структур кодируются на языке программирования с помощью соответствующих операторов: ветвление — с помощью оператора If-Then-Else, цикл со счетчиком с помощью оператора For-Next и т. д. Операторы, кроме ключевых слов, иногда содержат арифметические, строковые и логические выражения.
Арифметические выражения могут включать в себя числа, переменные, знаки арифметических выражений, стандартные функции и круглые скобки. Например, арифметическое выражение, которое позволяет определить величину гипотенузы прямоугольного треугольника, будет записываться следующим образом: SQR(A*A+B*B).
В состав строковых выражений могут входить переменные строкового типа, строки (строками являются любые последовательности символов, заключенные в кавычки) и строковые функции. Например: "инф'+Mid ("информатика", 3,5) +strA.
Логические выражения, кроме логических переменных, нередко включают в себя числа, числовые или строковые переменные или выражения, которые сравниваются между собой посредством операций сравнения (>, <, =, >=, <= и т. д.).
Логическое выражение принимает лишь одно из двух значений: истина или ложь. Например: 5 > 3 — истинно; 2-2 = 5 — ложно.
Над элементами логических выражений могут производиться логические операции, которые обозначаются следующим образом: логическое умножение — And, логическое сложение — Or и логическое отрицание — Not.
В языках программирования используются различные структуры данных: переменная, массив и др. Переменные задаются именами, которые определяют области памяти, в которых хранятся их значения. Значениями переменных могут быть данные различных типов (целые или вещественные числа, строки, логические значения). Соответственно переменные бывают различных типов: целочисленные (А%=5), вещественные (А=3 .14), строковые (А$="информатика"), логические (A=True).
Массивы являются набором однотипных переменных, объединенных одним именем. Массивы бывают одномерные, которые можно представить как одномерные таблицы, и двумерные, которые можно представить как двумерные таблицы. Массивы также могут быть различных типов: целочисленные, вещественные, строковые и т. д.
Объектно-ориентированное программирование — это развитие технологии структурного программирования, однако оно имеет свои характерные черты. Основной единицей в объектно-ориентированном программировании выступает объект, который заключает в себе, инкапсулирует как описывающие его данные (свойства), так и средства обработки этих данных (методы).
Важное место в технологии объектно-ориентированного программирования занимает событие. В качестве событий можно рассматривать щелчок кнопкой мыши на объекте, нажатие определенной клавиши, открытие документа и т. д. Как реакция на события вызывается определенная процедура, которая может изменять свойства объекта, вызывать его методы и т. д.
В системах объектно-ориентированного программирования обычно используется графический интерфейс, который позволяет визуализировать процесс программирования. Появляется возможность создавать объекты, задавать им свойства и поведение с помощью мыши.
|
