Информатика. Информационные технологии



Национальный Исследовательский Томский Политехнический Университет

Институт Природных Ресурсов

Кафедра Химической технологии топлива и химической кибернетики

Реферат по теме:

«Информатика.

Информационные технологии.»

1.Технологические средства сбора, хранения и переработки информации.

Понятие архитектуры ЭВМ.

С середины 60-х годов существенно изменился подход к созданию вычислительных машин. Вместо независимой разработки аппаратуры и некоторых средств математического обеспечения стала проектироваться система, состоящая из совокупности аппаратных (hardware) и программных (software) средств. При этом на первый план выдвинулась концепция их взаимодействия. Так возникло принципиально новое понятие — архитектура ЭВМ.

Под архитектурой ЭВМ понимается совокупность общих принципов организации аппаратно-программных средств и их характеристик, определяющая функциональные возможности ЭВМ при решении соответствующих классов задач.

Архитектуру вычислительного средства следует отличать от его структуры. Структура вычислительного средства определяет его конкретный состав на некотором уровне детализации (устройства, блоки узлы и т. д.) и описывает связи внутри средства во всей их полноте. Архитектура же определяет правила взаимодействия составных частей вычислительного средства, описание которых выполняется в той мере, в какой это необходимо для формирования правил их взаимодействия. Она регламентирует не все связи, а наиболее важные, которые должны быть известны для более грамотного использования данного средства.

Структурная схема ЭВМ.

Создано 4 поколения ЭВМ:

Пятое поколение ЭВМ строится по принципу человеческого мозга, управляется голосом, используется новая технология на основе арсенида галлия.

ЭВМ предназначены для обработки информации и отображения результатов обработки. Для решения задачи должна быть написана программа.

Во время решения задачи программа и операнды (числа, над которыми производится операции) находятся в оперативной памяти (ОЗУ). Быстродействие ОЗУ соизмеримо с быстродействием АЛУ. В процессе решения задачи АЛУ постоянно взаимодействует с ОЗУ, передавая в ОЗУ промежуточные и конечные результаты и получая из ОЗУ операнды действия всех частей ЭВМ при решении задачи осуществляется под воздействием управляющих сигналов, вырабатываемых устройством управления в соответствии с программой, записанной в ОЗУ.

ПЗУ предназначено для хранения стандартных программ, таких как sin и cos, констант, е.

Существует еще сверх ОЗУ (СОЗУ), которое обладает малым объемом и высоким быстродействием. СОЗУ применяется для кратковременного хранения операндов и промежуточных результатов.

Качество ЭВМ определяется: объемом ОЗУ (т.е. количеством одновременно  хранимых в ОЗУ двоичных слов); быстродействием, определяемым количеством операций в сек. После выполнения задачи, программа и результаты через устройство вывода записываются во внешнее ЗУ. В качестве внешних ЗУ используются магнитная лента, гибкий магнитный диск, магнитный барабан, перфолента, перфокарты. Программа вводится в ОЗУ с внешних ЗУ или с клавиатуры через устройство ввода.

Основное назначение периферийных устройств - обеспечить поступление в ЭВМ из окружающей среды программ и данных для обработки, а также выдачу результатов работы ЭВМ в виде, пригодном для восприятия человека или для передачи на другую ЭВМ, или в иной, необходимой форме. Периферийные устройства в немалой степени определяют возможности применения ЭВМ.

Периферийные устройства ЭВМ включают в себя внешние запоминающие устройства, предназначенные для сохранения и дальнейшего использования информации, устройства ввода-вывода, предназначенные для обмена информацией между оперативной памятью машины и носителями информации, либо другими ЭВМ, либо оператором. Входными устройствами могут быть: клавиатура, дисковая система, мышь, модемы, микрофон; выходными - дисплей, принтер, дисковая система, модемы, звуковые системы, другие устройства. С большинством этих устройств обмен данными происходит в цифровом формате.

2. Операционные системы и оболочки.

Понятие операционной системы.

Операционная система (ОС) - комплекс системных и управляющих программ, предназначенных для наиболее эффективного использования всех ресурсов вычислительной системы (ВС)(Вычислительная система - взаимосвязанная совокупность аппаратных средств вычислительной техники и программного обеспечения, предназначенная для обработки информации) и удобства работы с ней.

Типы и характеристики операционных систем.

Операционные системы делятся на:

Здесь все ясно: однозадачные операционные системы (DOS) могут выполнять в одно и то же время не более одной задачи, а многозадачные ОС (Windows 98/ME) способны, как Александр Македонский, одновременно управляться с несколькими процессами, деля между ними мощность компьютера. Например, в тот самый момент, когда я пишу эти строчки, мой компьютер копирует файл из сети Интернет, одновременно услаждая мой слух музыкой с любимого компакт-диска. В принципе число задач, которое может выполнять ваша ОС, не ограничено ничем, кроме мощности процессора и емкости оперативной памяти.

Еще один критерий – число пользователей ОС.

Примером первой может служить все та жеWindows 98/ME, а второй -WindowsNT/2000. Для домашнего использования вам понадобится, конечно же, однопользовательская ОС.

16-разрядные операционные системы (DOS,Windows 3.1,Windows 3.11) ушли в прошлое. С появлениемWindows 98/ME. 64-разрядных ОС для домашнего использования пока нет – неудивительно, ведь первый 64-разрядный процессор для рынка массовых компьютеров под названиемItanium появился на рынке только в 2001 году.

Ведь что бы там ни говорили отдельные руководители отдельной программной корпорации, универсальных операционных систем не существует. Одна более пригодна для работы в сети, другую выберут программисты, третью – домашние пользователи... И потому, как показывает практика, знания одной ОС в наше время отнюдь не достаточно.

Операционная системаWINDOWS.

Операционная система организует всю работу компьютера. Программа операционной системы загружается в оперативную память после включения компьютера и работает параллельно со всеми другими программами до его выключения.

На компьютерах типа IBM PC обычно использовалась операционная система MS DOS (дисковая операционная система фирмы Microsoft).

С развитием компьютеров, увеличением их производительности, быстродействия, оперативной и дисковой памяти появилась возможность существенно усовершенствовать приемы работы человека с компьютером, обеспечить параллельное решение нескольких задач, создать механизмы для обмена информацией внутри среды и т.д. Эти возможности обеспечила разработанная фирмой Microsoft оболочка операционной системы MS DOS, которая получила название Windows. Первые варианты этой среды Windows 1.0(1985г) и Windows 2.0(1987г) не получили большого распространения.

Windows 3.0, выпущенная в 1990г, существенно отличалась от предыдущих. В ней реально обеспечивалась многозадачность, а графический интерфейс и специальное программное средство Диспетчер программ позволили перейти к «мышиной» технологии работы. Однако невысокая надежность работы Windows потребовала дальнейших модификаций.

Windows 3.1 (1992г) и Windows 3.11 (1993г), помимо устранения дефектов предыдущей версии, приобрели ряд дополнительных возможностей. Так, была реализована технология «виртуальной памяти». На жестком диске создается специальный «файл подкачки», который используется как продолжение виртуальной памяти. При недостатке места в оперативной памяти часть информации временно переносится в этот файл. Следовательно, недостаточный объем памяти перестал быть препятствием для работы с большими задачами.

Однако все эти модификации оставались лишь оболочками, надстройками операционной системы MS DOS, которая не позволяла эффективно использовать возможности современных мощных компьютеров.

Поэтому ей на смену пришла новая операционная система фирмы Microsoft – Windows 95(1995г) – первая графическая операционная система для компьютеров IBM PC.

Следующая усовершенствованная версия новой операционной системы получила название Windows 98.

В 2000г Microsoft выпустила следующую модификацию: Windows2000.

25 октября 2001г была официально выпущена операционная система Windows XP, которая в настоящее время является универсальной пользовательской операционной системой от Microsoft. Система Windows XP продолжает линейку систем Windows NT Workstation и Windows 2000 Professional и базируется на надежном и защищенном ядре.

Приложения, окна и кооперативная многозначность.

Служебные приложения Windows предназначены для обслуживания персонального компьютера и самой операционной системы. Они позволяют находить и устранять дефекты файловой системы, оптимизировать настройки программного и аппаратного обеспечения, а также автоматизировать некоторые рутинные операции, связанные с обслуживанием компьютера.

В главном меню служебные приложения Windows сосредоточены в категорииПуск – Программы – Стандартные – Служебные. Они поставляются в составе операционной системы и устанавливаются вместе с ней (полностью или выборочно).

1. Архивация данных.

Программа Архивация данных предназначена для автоматизации регулярного резервного копирования наиболее ценных данных на внешние носители. При резервном копировании создаются архивные копии, размещенные на внешних носителях (магнитные ленты, магнитные и магнитооптические диски, лазерные диски и т.п.). Приложение ориентировано на работу с внешними накопителями большой емкости, но при их отсутствии позволяет создавать резервные копии данных на гибких дисках, хотя такой прием не приветствуется из-за низкой надежности носителя.

Программа Архивация данных позволяет:

2. Таблица символов.

Кроме шрифтов с алфавитно-цифровыми символами в операционной системе Windows можно использовать и специальные символьные наборы с дополнительными элементами оформления текстовых документов. Программа Таблица символов позволяет увидеть на экране все символы заданного набора и установить, какой символ какой клавише соответствует. Выбор рассматриваемого шрифта выполняется в раскрывающемся списке Шрифт. В нижнем правом углу окна программы появляется запись, указывающая на то, какой клавишей (или сочетанием клавиш) данный символ вызывается.

3. Буфер обмена

Приложение Буфер обмена предназначено для просмотра текущего содержания буфера обмена Windows. С его помощью можно выполнить сохранение содержимого буфера обмена в виде файла специального формата (.CLP) или его загрузку. Соответствующие командыФайл – Сохранить как и Файл – Открыть.

Окно – основной объект Windows. В операционной системе Windows можно выделить 4 вида окон:

  1. окна папок;
  2. диалоговые окна;
  3. окна приложений;
  4. окна справочной системы.

Окна папок применяют для поиска, выбора и загрузки приложений и документов. Окна папок содержат значки других объектов Windows и элементы управления окном.

Окна приложений используют для работы с документами. Окна приложений содержат информацию, загруженную в приложение в виде документа, а также элементы управления приложением.

Диалоговые окна отличаются тем, что содержат только элементы управления. С их помощью управляют операционной системой и ее приложениями. Большинство настроек выполняется с помощью диалоговых окон.

Окна справочной системы содержат вспомогательную справочную информацию по работе с операционной системой и приложениями, а также элементы управления справочной системой.

Windows – многозадачная и многопоточная система. Это значит, что в ОС может "одновременно" выполняться несколько процессов, а в пределах одного процесса могут одновременно существовать несколько более простых процессов - потоков. Каждое работающее приложение Windows или Ms-Dos является процессом, причем каждый процесс состоит хотя бы из одного потока. Приложения Dos и Win 16 всегда состоят из одного потока. Поток может использовать память и системные ресурсы, выделяемые ему материнским процессом, но не может сам обращаться в ОС с требованием выделить новые ресурсы. В каждый момент времени выполняется один поток.

В режиме вытесняющей многозначности каждый поток выполняется определенное количество времени или до тех пор, пока приоритет другого потока не превысит его приоритет. Приоритеты распределяются ОС, поэтому ни один процесс или поток не может захватить монопольное управление. Каждому приложению отводится строго определенная доля процессорного времени, каждое приложение может быть в любой момент переведено в файловый режим. При вытесняющей многозначности кажется, что программы действительно работают одновременно. Программы Ms-Dos и 32 - разрядные приложения выполняются в режиме вытесняющей многозначности.

При кооперативной многозначности каждое приложение получает фактически столько процессорного времени, сколько оно считает нужным. Все приложения делят процессорное время, периодически ограничивая друг друга. Поэтому хорошо заметно, когда одно программа "тормозит" другую, а при длительных операциях с диском замирает практически вся другая деятельность. Все 16 - разрядные приложения выполняются под Windows 95 примерно так же, как и под Windows 3.х - в режиме кооперативной многозначности. Таким образом, достигается совместимость со старыми приложениями Windows, написанными для выполнения в среде кооперативной многозначности.

Организация работ вWINDOWS.

ЗапускWindows.

ЗапускWindows, представляет собой совокупность последовательных операций, в которых не требуется участие пользователя. ЗагрузкаWindows производится автоматически после включения компьютера. Есть определенная схема загрузки операционной системы.

В первую очередь после включенья компьютера происходит загрузкаBIOS (базовая система ввода-вывода), которая находится в постоянной памяти и определяет аппаратный состав, способы управления устройствами ПК.

За тем, для корректной работы того или иного устройства необходима специальная программа – драйвер. Эти программы загружаются в оперативную память и хранятся там до выключения ПК.

Неотъемлемой частью ОС (MS-DOS,Windows 9x) является базовый модульmsdos.sys, его основной функцией является – управление аппаратными и файловыми ресурсами;command.com – содержит набор встроенных команд;io.sys – для расширения возможностей базовой системы ввода-вывода.

Существует несколько файлов конфигурации ОС:config.sys,autoexec.bat,win.ini,system.ini. С помощью каждого из них можно управлять процессом загрузки. По сути, каждый из них – это текстовый файл, который можно редактировать различными средствами.

Например, с помощьюconfig.sys иautoexec.bat можно загружать специализированные драйвера такие как драйвер клавиатурыCD-ROMа и т.д.

После того как пользователь включает ПК, в зависимости от настроек произведенных в вышеуказанных файлах, ОС будет загружать в оперативную память различные программы необходимые для общения пользователя с ПК.

После загрузки графической оболочки, может быть выдано диалоговое окно и просьба ввести пароль. Это может произойти по нескольким причинам:

Запуск программ и открытие документов.

Запуск программ и открытие документов две наиболее распространенных операции, которые производит пользователь персональных ЭВМ.

Запуск программ может осуществляться несколькими способами.

Самым простым способом считается – запуск программ с помощью главного менюWindows 95 (Пуск илиStart). Большинство программ после их установки, создают так называемые ярлыки в главном менюWindows. С помощью этих ярлыков можно запускать программы.

Иногда бывает так, что после установки (или просто копирования) программы  в отдельную папку, ее ярлык не доступен в главном меню. Для этого пользователю приходится запускать программу из ее рабочего каталога.

Запуск программ предполагает загрузку файлов, образующих это приложение, в оперативную память и инициирование процесса его выполнения. В результате появляется кнопка приложения на панели задач и, возможно, открывается окно приложения. Окно приложения может и не открыться. Причин тому две – приложение вообще не открывает окон или выполнен запуск приложения в свернутом состоянии. Приложение можно использовать в работе до тех пор, пока оно не будет завершено.

Открытие документа заключается в выполнении двух действий:

В результате приложение активируется, а документ оказывается в автоматически открытом окне документа, которое в этом приложении становится активным.

Операционная система Windows 95 реализует два метода открытия документов:

Первый метод заключается в том, что оба действия по открытию приложения выполняет пользователь – сначала средствами операционной системы запускает приложение, затем средствами уже этого приложения загружает документ.

Второй метод состоит в том, что пользователь лишь указывает документ, с которым он хочет работать, а операционная система сама “подбирает” подходящее приложение и запускает его, после чего – загружает документ.

Метод с предварительным запуском положения – более старый, который в первую очередь поддерживался предшественникамиWindows 95. Возможности использования метода с автоматическим запуском приложения были весьма ограничены. С приходомWindows 95 положение изменилось – она обладает развитой встроенной поддержкой этого метода и предполагает его широкое использование.

Итак, чтобы открыть документ нужно сделать несколько шагов:

Папки. Работа с папками и файлами.

Каждому пользователю ПК – вольно или не вольно – приходится постоянно иметь дело с папками и файлами. Типичный пользователь, работая на компьютере, просматривает папки и файлы, изменяет организацию данных на дисках, отыскивает нужные объекты, копирует и перемещает их с места на место, а также время от времени удаляет.

Для удобства работы с большим количеством файлов последние распределяются по папкам, организованным в древовидную структуру.

Процесс перемещения по папкам с целью открытия требуемой часто называют навигацией. Папка считается открытой, если ее содержимое показывается в одном из окон папок. Окно папки ведет себя подобно окну приложения – может быть открыто, на экране, представляется кнопкой приложения на панели задач и фигурирует в списке запущенных приложений, который появляется на экране в результате нажатия комбинации клавишAlt+Tab.

Таким образом, после загрузкиWindows можно войти в каталог “Мой компьютер”, который находится на рабочем столе и далее перемещаться в нужном направлении по иерархии папок и файлов. После того как нужный документ найден, нужно просто открыть средствами ОС.

Над папками и файлами можно воспроизводить некоторые действия. Например файлы можно копировать из одной папки в другую.

Проводник.

Удобным средством для поиска необходимых объектов (папок, файлов, программ) является  специализированная программа “Проводник” (Explorer). С помощью этой программы, пользователь реально можно представить какая информация находится на его жестком диске, из каких компонентов состоит “его компьютер” и т.д. Эта программа удобна тем, что  ее интерфейс помогает пользователю быстро переходить из одной папки в другую, не открывая при этом много папок и не блуждая по “дебрям компьютера”.

Проводник – это программа – организатор, ее окно поделено на две части. В левой половине нам представлено схематической изображение дерева каталогов. В правой – содержание текущей папки.

Дело в том, что левое окно проводника нам достаточно подробно показывает дерево каталогов, и если указать мышью на нужный нам каталог, то справа немедленно отобразится содержимое этого каталога. Далее можно сразу выделить нужные файлы и перетащить их в любую другую папку, имеющуюся в дереве или создать новую. Также проводник, как и любое другое окноWindows может сортировать содержимое папки по различным признакам.

Так же достаточно удобно в проводнике то, что вид дерева представлен в кратком виде. То есть при запуске проводника мы видим лишь папки расположенные в главном каталоге (коренном). Рядом с некоторыми папками расположен знак “+”, это означает, что папка содержит внутри себя еще папки.

Проводник помогает, как бы с верху взглянуть на все что содержится на жестком диске. С помощью проводника можно сделать вывод о разнообразии программ установленных на жесткий диск.

Самая главная черта проводника – это оперативный доступ к файлам и папкам.

Настройка пользовательского интерфейса.

Пользовательский интерфейс – это совокупность средств и методов взаимодействия с пользователем.

Настройка программного продукта – это процесс изменение его свойств, выполняемый в целях:

У каждого пользователя есть свои привычки свои секреты, и каждый в работе с компьютером строго индивидуален. Например, некоторые не любят долго искать программу на диске, а потом запускать ее, а любят выводить на рабочий стол так называемый “ярлык”. Ярлык – это специализированный файл, который по своей сути представляет ссылку на нужный объект.

Завершение работы сWindows.

Завершение работы сWindows производится с помощью меню главного меню “Пуск”=> “Завершение работы” => “Выключить компьютер”. Если отключить питание компьютера до указанной операции, то может придти в неисправность жесткий диск. Потому чтоWindows производит кэширование дисков. После некорректного выключения ПК производится запуск программы проверки дисков (Scandisk).

3.Объектно-ориентированное программирование в средеDelphi.

Основы визуального программирования в средеDelphi. Изменение свойств формы. Реакция на события. Динамическое изменение свойств компонентов.

Программирование в Delphi строится на тесном взаимодействии двух процессов: процесса конструирования визуального проявления программы (т. е. ее Windows-окна) и процесса написания кода, придающего элементам этого окна и программе в целом необходимую функциональность. Для написания кода используется окно кода, для конструирования программы - остальные окна Delphi, и прежде всего - окно формы.

Между содержимым окон формы и кода существует неразрывная ;вязь, которая строго отслеживается Delphi. Это означает, что размещение на форме компонента приводит к автоматическому изменению кода программы и наоборот - удаление тех или иных автоматически вставленных фрагментов кода может привести к удалению соответствующих компонентов. Помня об этом, программисты вначале конструируют форму, размещая на ней очередной компонент, а уже только после этого переходят, если это необходимо, к писанию фрагмента кода, обеспечивающего требуемое поведение компонента в работающей программе.

1.1. Краеугольные камни визуального программирования .

В основе создания графических приложений лежат несколько очень простых понятий. Это те краеугольные камни, которые заложены архитектором в фундамент системы Delphi. Разобравшись с ними, вы быстро поймете суть визуального программирования.

Начиная работу со средой Delphi, вы должны:

Не теряя драгоценного времени, реализуем все эти пункты для какой-нибудь простой и полезной задачи. Например, думая о своем здоровье, давайте создадим программу вычисления оптимального веса человека. Алгоритм решения выберем самый простой:

Оптимальный вес (кг) = Рост (см) – 100 – 10 (не слишком жестоко?)

Пункт 1 выполнен, задача абсолютно понятна, алгоритм решения имеется.

Теперь выполним пункт 2 — нарисуем то, что мы хотим видеть на экране в процессе решения задачи (рисунок 1.1): два редактируемых поля — для ввода роста (Specify your height) и вывода веса (Your ideal weight); две кнопки — для запуска вычислений (Compute) и выхода из программы (Close); текстовые надписи.

Рисунок 1.1. Форма и компоненты

Пора дать название тому, что мы тут нарисовали. Рисунок в целом называетсяформой, а поля ввода, вывода, кнопки и все прочее, что располагается на форме —компонентами. Нетрудно заметить, что компоненты на рисунке — разные: редактируемые поля, кнопки, надписи. Они могут иметь разные размеры, их текст может отличаться высотой, шрифтом, цветом. Короче говоря, каждый компонент характеризуется рядом признаков, которые называютсясвойствами.

Для решения задачи может потребоваться несколько форм. Та форма, из которой вызываются все остальные, называетсяглавной. Все другие формы —второстепенные. Главная форма в задаче присутствует всегда, второстепенных форм может быть несколько или не быть вообще. В нашем случае достаточно одной формы.

Вооруженные теорией и рисунками, выполним пункт 3 — напишем сценарий работы нашей будущей программы. Сразу после старта программы на экране появляется форма. Пользователь начинает вычисления: активизирует редактируемое поле с надписью Specify your height и вводит значение роста, затем нажимает кнопку Compute. Программа реагирует на этособытие: вычисляет идеальный вес и выводит результат в поле с надписью Your ideal weight. Когда пользователь определит идеальный вес всех своих знакомых (и сообщит им об этом по телефону), он нажмет кнопку Close. В ответ на это событие программа уберет с экрана свою форму и закончит работу.

Кстати, так ярко описанный процесссобытие-отклик-событие-отклик называетсясобытийным управлением, он лежит в основе работы всех современных графических программ. Простейшая аналогия для тех, кто не понял: любимый компьютер упал на любимый мозоль — событие, ваш тихий вопль в ночи — отклик.

Теперь решим крайне важный вопрос: что в этом сценарии будет делать среда Delphi, а что вы. Дело, в общем, обстоит так:

Среда Delphi строит по вашим указаниям форму со всеми компонентами (редактируемыми полями, кнопками, надписями) и формирует исходный код соответствующей программы. По объему это львиная доля работы, но она выполняется за несколько минут.

Программист дописывает на языке Delphi детали программы — процедуры обработки событий. Он делает это во встроенном в средуредакторе кода. Главное событие нашей программы — нажатие кнопки Compute. Обработка этого события — кодирование формулы Weight = Height – 100 – 10;

Среда Delphi по команде программиста компилирует весь исходный код и запускает программу.

Такое распределение работы отражено уже в структуре самой программы, которая состоит из нескольких частей. Важнейшие из них: файл исходного кода на языке Delphi (подготовленная средой основа + ваши детали) и файл формы (его тоже создает среда). Эти файлы и ряд других файлов, которые также нужны для решения задачи, составляютпроект. Для каждой отдельной задачи создается свой проект.

Только что изученные понятия являются ключом к пониманию используемой в среде Delphi технологии визуального программирования.

1.2. Подготовка к работе .

Система программирования Delphi продается в нескольких редакциях:

Все редакции имеют одинаковую основу — интегрированную среду Delphi, но отличаются друг от друга дополнительными инструментальными средствами и лицензиями на их распространение вместе с вашими программами.

Рисунок 1.2. Папка Borland Delphi 7 в стартовом меню

Давайте беглым взглядом посмотрим, что же мы установили: