Образовательный портал

Билет №2. Понятие о кодировании информации. Позиционные и непозиционные системы счисления. Двоичная арифметика.

Билет №3. Подходы к изменению информации. Преимущества и недостатки вероятного и алфавитного подходов к измерению информации. Единицы измерения информации. Скорость передачи информации.  Пропуская способность канала связи.

Билет №4. Понятие алгоритма: свойство алгоритмов, исполнителя алгоритмов. Автоматическое исполнение алгоритма. Способы описания алгоритмов. Основные алгоритмические структуры и их реализация на языке программирования. Оценка эффективности алгоритмов.

Билет №5. Язык программирования. Типы данных. Реализация основных алгоритмических структур на языке программирования. Основные этапы разработки программ.

Билет №6. Технология программирования. Структурное и объектно-ориентированное программирование. Процедуры и функции. Локальные и глобальные переменные.

Билет №7. Типы данных. Структуры данных. Обработка массивов. Итеративные и рекурсивные алгоритмы обработки массивов. Многомерные массивы.

Билет №8. Основные понятия и операции формальной логики. Законы логики. Логические переменные. Логические выражения и их преобразования. Построение таблиц истинности логических выражений.

Билет №9. Логические элементы и схемы. Типовые логические устройства компьютера: полусумматор, сумматор, триггеры, регистры. Описание архитектуры компьютера с опорой на составляющие ее логические устройства.

Билет №10. Моделирование как метод познания. Информационные модели. Основные этапы компьютерного моделирования.

Билет №11. Информационные основы управления. Общие принципы управления. Роль обратной связи в управлении. Замкнутые и разомкнутые системы управления. Самоуправляемые системы, их особенности. Понятие о сложных системах управления, принцип иерархичности систем. Самоорганизующиеся системы.

Билет №12. Архитектура современных компьютеров. Основные устройства компьютера, их функции и взаимосвязь. Магистрально-модульный принцип построения компьютера. Безопасность, гигиена, эргономика, ресурсосбережение, технологические требования при эксплуатации компьютерного рабочего места. Комплектация компьютерного рабочего места в соответствии с целями его использования.

Билет №13. Компьютерные сети. Аппаратные средства компьютерных сетей. Топология локальных сетей. Характеристики каналов (линий) связи. Профессии, связанные с обеспечением эксплуатации сетей.

Билет №14. Основные этапы становления информационного общества. Информационные ресурсы государства, их структура. Образовательные информационные ресурсы. Информационная этика и право, информационная безопасность. Правовые нормы, относящиеся к информации, правонарушения в информационной сфере, меры их предотвращения.

Билет №15. Классификация и характеристика программного обеспечения компьютера. Взаимосвязь аппаратного и программного обеспечения компьютера. Многообразие операционных систем. Понятие о системном администрировании. Программные и аппаратные средства для решения различных профессиональных задач.

Билет №16. Компьютерные вирусы и антивирусные программы. Специализированное программное обеспечение для защиты программ и данных. Технологии и средства защиты информации в глобальной локальной компьютерных сетях от разрушения, несанкционированного доступа.

Билет №17. Понятие файла. Файлы прямого и последовательного доступа. Файловый принцип организации данных. Операции с файлами. Типы файлов. Аппаратное обеспечение хранения данных и функционирования файловой системы.

Билет №18. Виды профессиональной информационной деятельности человека и используемые инструменты (технические средства и информационные ресурсы). Профессии, связанные с построением математических и компьютерных моделей, программированием, обеспечением информационной деятельности людей и организаций.

Билет №19. Кодирование графической информации. Растровая и векторная графика. Средства и технологии работы с графикой. Создание и редактирование графических информационных объектов средствами графических редакторов, систем презентационной и анимационной графики. Форматы графических файлов. Способы сжатия.

Билет №20. Кодирование звуковой информации. Форматы звуковых файлов. Ввод и обработка звуковых файлов. Использование инструментов специального программного обеспечения и цифрового оборудования для создания и преобразования звуковых файлов.

     Билет №12

Архитектура современных компьютеров. Основные устройства компьютера, их функции и взаимосвязь. Магистрально-модульный принцип построения компьютера. Безопасность, гигиена, эргономика, ресурсосбережение, технологические требования при эксплуатации компьютерного рабочего места. Комплектация компьютерного рабочего места в соответствии с целями его использования.

Первая половина рассматриваемого вопроса во многом продолжает начатое в билете № 9 обсуждение типовых логических устройств компьютера, но теперь речь пойдёт о самом высоком логическом уровне – уровне архитектуры.

Понятие архитектуры применительно в ЭВМ очень чётко и с указанием истории происхождения термина сформулировал Э.Таненбаум, который писал: “К концу 50-х годов компания IBM, которая лидировала тогда на компьютерном рынке, решила, что производство семейства компьютеров, каждый из которых выполняет одни и те же команды, имеет много преимуществ и для самой компании, и для покупателей. Чтобы описать этот уровень совместимости, компания IBM ввела термин архитектура. Новое семейство компьютеров должно было иметь одну общую архитектуру и много разных разработок, различающихся по цене и скорости, которые могли выполнять одну и ту же программу”. Проще говоря, под архитектурой понимается всё то общее в устройстве машин, что позволяет использовать на них одно и то же программное обеспечение.

Итак, целью строгой стандартизации основополагающих принципов служит вполне понятное прагматичное стремление: все машины одного семейства независимо от их конкретного устройства и фирмы-производителя должны быть способны выполнять одну и ту же программу.

Примечание. На практике из-за постоянного роста мощности вычислительной техники чаще используется менее жесткий принцип совместимости снизу вверх: все программы данной модели выполнимы на более старших, но не обязательно наоборот.

Семейство ЭВМ – это группа моделей машин, программно совместимых между собой. В пределах одного семейства основные принципы функционирования всех ЭВМ одинаковы, хотя отдельные модели могут существенно различаться по элементной базе, конкретной конструкции устройств, производительности, объёму памяти, стоимости и другим параметрам. Особо подчеркнём, что к архитектуре относится именно наиболее общее логическое построение вычислительных средств, без учёта конкретных деталей их реализации. Вопросы физического построения образуют отдельный круг проблем, который принято определять понятием организация. Архитектура и организация – это две дополняющие друг друга стороны описания ЭВМ.

Помимо уже упомянутого семейства машин фирмы IBM третьего поколения, в историю вычислительной техники также вошли различные программно совместимые модификации компьютеров PDP, выпущенные фирмой DEC, и семейство MSX-машин, к которому принадлежала некогда широко распространённая в нашей системе образования “Yamaha”. Современным примером общей архитектуры вычислительной техники служат заполнившие мир IBM-совместимые персональные компьютеры, успешно производимые во множестве стран.

Из сказанного выше с очевидностью следует, что с точки зрения архитектуры важны не все сведения о строении ЭВМ, а только те, которые могут хоть как-то использоваться при программировании: то, к чему программист не имеет доступа, не в состоянии привести к неправильному исполнению команд, из которых составлена программа. Например, математический сопроцессор исполняет команды программы, связанные с обработкой вещественных чисел; следовательно, независимо от того, представлен ли он отдельной микросхемой или находится внутри чипа центрального процессора (начиная с Intel 80486), сопроцессор может рассматриваться как составная часть архитектуры IBM PC. Наоборот, кэш-память “невидима” для программы: у неё нет адреса, по которому программист мог бы к ней обращаться, — значит, кэш, строго говоря, к архитектуре не относится. Последнее утверждение можно проверить экспериментально: отключите кэш в установках BIOS, и все программы будут работать, хотя и заметно медленнее. Следовательно, даже сам факт наличия или отсутствия кэш-памяти не влияет на работоспособность программ, а значит, в архитектуру она не входит.

Что же обычно относят к архитектуре ЭВМ? Не претендуя на полный охват, назовём наиболее важное: методы выполнения команд программы и влияние анализа тех или иных условий на порядок их выполнения, способы доступа к памяти и внешним устройствам, возможности изменения конфигурации оборудования, принципы построения системы команд и их кодирования, формы данных и особенности их машинного представления.

Несмотря на огромное разнообразие вычислительной техники и её необычайно быстрое совершенствование, фундаментальные принципы устройства машин, являющиеся составной частью архитектуры, во многом остаются неизменными. В частности, начиная с самых первых поколений, любая ЭВМ состоит из следующих основных устройств: процессор, память (внутренняя и внешняя) и устройства ввода и вывода информации. Рассмотрим более подробно назначение каждого из них.

Процессор является главным устройством компьютера, в котором собственно и происходит обработка всех видов информации. Другой важной функцией процессора является  обеспечение  согласованного действия всех узлов, входящих в состав компьютера. Соответственно названным функциям, наиболее важными частями процессора являются арифметико-логическое устройство АЛУ и устройство управления УУ.

Каждый процессор способен выполнять вполне определённый набор универсальных инструкций, называемых чаще всего машинными командами. Каков именно этот набор, определяется устройством конкретного типа процессора, но он не очень велик и в основном аналогичен даже для различных семейство процессоров. Работа ЭВМ состоит в выполнении последовательности таких команд, подготовленных в виде программы. Процессор способен организовать считывание очередной команды, её анализ и выполнение, а также при необходимости принять данные или отправить результаты их обработки на требуемое устройство. Выбрать, какую инструкцию программы исполнять следующей, также должен сам процессор, причём результат этого выбора может записать от обрабатываемой в данный момент информации (условные переходы).

Хотя внутри процессора всегда имеются специальные ячейки (регистры) для оперативного хранения обрабатываемых данных и некоторой служебной информации, в нём сознательно не предусмотрено место для хранения программы. Для этой важной цели в компьютере служит другое устройство – память. Память предназначена для хранения, как данных, так и программ их обработки: согласно фундаментальному принципу хранимой, для обоих типов информации используется единое устройство.

Начиная с саамы первых ЭВМ, память стали делить на внутреннюю и внешнюю. Исторически это действительно было связано с размещением внутри или вне процессорного шкафа. Однако с уменьшением размеров блоков машин внутри основного процессорного корпуса удавалось поместить всё большее количество устройств, и первоначальный смысл данного деления постепенно утратился. Тем не менее терминология сохранилась.

Под внутренней памятью современного компьютера принято понимать быстродействующую электронную память, расположенную на его системной плате. В настоящее время такая память изготавливается на базе самых современных полупроводников технологий (раньше использовались магнитные устройства на основе ферритовых сердечников – лишнее свидетельство тому, что конкретные физические принципы значения не имеют).

Наиболее существенная часть внутренней памяти называется ОЗУ – оперативное запоминающее устройство. Его главное название состоит в том, чтобы хранить данные и программы для решаемых в текущий момент задач. Упомянем также о постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), в котором, в частности, хранится информация, необходимая для первоначальной загрузки компьютера в момент включения питания (для лучшего понимания можно указать на некоторую аналогию между информацией в ПЗУ и “врождёнными” безусловными рефлексами у живых существ). Раньше содержимое ПЗУ раз и навсегда формировалось на заводе, теперь же современные технологии позволяют в случае необходимости аккуратно обновлять его. Даже не извлекая из компьютерной платы.

 Внешняя память реализуется в виде дольно разнообразных устройств длительного хранения информации и обычно конструктивно оформляется как самостоятельные блоки. Сюда прежде всего следует отнести накопители на гибких и жестких магнитных дисках (последние пользователи часто жаргонно имеют винчестерами), а также оптические дисководы (устройства для работы с CD- и DVD- дисками). В конструкции всех перечисленных устройств внешней памяти имеются механически движущиеся части. Поэтому скорость их работы существенно ниже, чем у полностью электронной внутренней памяти. Тем не менее, внешняя память позволяет сохранить огромные объёмы информации с целью последующего использования. Подчеркнём, что информация во внешне памяти прежде всего предназначена для самого компьютера и поэтому хранится в удобной ему форме; человек без использования машины не в состоянии, например, даже отдалённо представить содержимое немаркированной дискеты или диска CD-ROM.

В последнее время всё более широкое распространение получают накопители на основе флэш-памяти. Данная разновидность памяти способна сохранить информацию на базе полупроводниковых технологий не имеет движущихся частей. Всё чаще и чаще высказывается мнение, что флэш-память вскоре существенно потеснит дисковые накопители информации.

Современные программные системы способны объединять внутреннюю и внешнюю память в единое целое, причём так, чтобы наиболее редко используемая информация попадала в более медленно работающую внешнюю память. Такой метод носит название виртуальной памяти и даёт возможность очень существенно расширить объём обрабатываемой с помощью компьютера информации.

Если процессор дополнить памятью, то такая автономная система уже может быть работоспособной. Её существенным недостатком является невозможность узнать что-либо о происходящем внутри такой системы. Для получения информации о результатах необходимо дополнить компьютер устройствами ввода, которые позволяют представить их в доступной человеческому восприятию форме. Наиболее распространенным устройством вывода является дисплей, способный быстро и оперативно отображать на своём экране как текстовую, так и графическую информацию. Для того чтобы получить копию результатов на бумаге, используют печатающее устройство, или принтер.

Наконец, поскольку пользователю часто требуется вводить в компьютерную систему новую информацию, необходимы ещё и устройства ввода. Простейшим устройством ввода является клавиатура. Широкое распространение программ с графическим интерфейсом способствовало популярности другого устройства ввода  — манипулятора “мышь”. Наконец, очень эффективным современным устройством для автоматического ввода информации в компьютер является сканер, позволяющий не просто преобразовать картину с листа бумаги в графическое компьютерное изображение, но и с помощью специального программного обеспечения распознать в прочитанном изображении текст и сохранить его в виде, пригодном для редактирования в обычном текстовом редакторе.

Теперь, когда мы знаем основные устройства компьютера и их функции, осталось выяснить, как они взаимодействуют между собой. Для этого обратимся к упрощённой функциональной схеме компьютера, приведённой на рисунке.

Для связи основных устройств компьютера между собой используется специальная информационная магистраль, чаще называемая инженерами шиной. Шина состоит из трёх следующих частей:

·        шина адреса, на которой устанавливается адрес (номер) требуемой ячейки памяти или устройства, с которым будет происходить обмен информацией;

·        шина данных, по которой собственно и будет передана необходимая информация; и, наконец,

·        шина управления, регулирующая этот процесс (например, один из сигналов на этой шине позволяет компьютеру различать между собой адреса памяти и устройств ввода/вывода).

                                                     адреса

                              ШИНА          данных  

                                                     управления

Рассмотрим в качестве примера, как процессор читает содержимое ячейки памяти. Убедившись. Что шина в данный момент свободна, процессор помещает на шину адреса требуемый адрес и устанавливает необходимую служебную информацию (операция – чтение, устройство – ОЗУ и т.п.) на шину управления. Последнее, “увидев” на шине обращённый к нему запрос на чтение информации, извлекает содержимое необходимой ячейки и помещает его на шину данных, оповещая процессор по шине управления о готовности данных. Разумеется, реальный процесс значительно подробнее и допускает различные вариации и усовершенствования, но нас сейчас не интересует технические детали.

В современных компьютерах обмен по шине в некоторых случаях может происходить и без непосредственного участия центрального процессора, например, между устройством ввода и внутренней памятью. В этом случае руководство процессоров обмена берёт на себя специализированная интеллектуальная микросхема – контроллёр. Типичными примерами организации прямого доступа к памяти могут служить чтение файла с диска или вывод потока данных из ОЗУ на звуковую карту.

Подчеркнём, что описанная нами учебная функциональная схема на практике значительно сложнее. Современный компьютер может содержать несколько согласованно работающих процессоров, прямые  информационные каналы между отдельными устройствами, несколько взаимодействующих магистралей и т.д. Тем не менее, если понимать наиболее общую схему, то разобраться в конкретной компьютерной системе будет уже легче.

Магистральная структура позволяет легко подсоединять к компьютеру именно те внешние устройства, которые нужны для данного пользования. Благодаря ей удаётся скомпоновать из стандартных блоков (модулей) практически любую индивидуальную конфигурацию компьютера. Описанный метод реализации современных вычислительных устройств часто называют магистрально-модульным принципом построения компьютера.

Разобравшись с устройством компьютера и его составляющими, перейдём ко второй половине вопроса и поговорим о требованиях, которые предъявляются к организации компьютерного рабочего места. Хотя школьник в большинстве случаев использует уже подготовленное для него место, а ответственность за правильность оборудования этого места несут взрослые (выражаясь официальным языком, организации, которые оборудуют и эксплуатируют помещения с компьютерами), некоторые знания в рассматриваемой области ученику, тем не менее, необходимы. Во-первых, он как минимум имеет право голоса при организации компьютерного рабочего места у себя дома. А во-вторых, знание наиболее важных санитарно-гигиенических сведений позволит ему проявить разумную осторожность и сберечь своё здоровье при работе в компьютерном классе, содержащем явные нарушения известных ему норм.

Компьютер не является объектом повышенной опасности, но определённые негативные воздействия на человека в принципе в состоянии оказать. Любой, кто собирается систематически использовать компьютер, должен быть о них предупреждён. Ключевыми требованиями (их часто называют эргономическими) здесь должны стать безопасность, эффективность и комфорт.

Компьютер – это электрическое устройство, которое питается из обычной сетевой розетки. Поэтому все правила безопасной эксплуатации бытовых электрических приборов относятся и к нему. Особую осторожность следует проявлять с кабелем, подводящим сетевое напряжение, и его вилкой. Не рекомендуется без крайней необходимости открывать компьютер или него устройства, тем более при подключенном напряжении. Все подсоединения разъёмов внешних устройств (важное исключение составляют так называемые “USB-устройства”, которые специально рассчитаны на безопасное подключение в процессе работы) производятся только при отключённом питании.

С другой стороны, из сказанного выше вовсе не следует, что компьютер при любом коротком перерыве надо выключать. Необходимо учитывать, что электрические приборы (даже самая обыкновенная электрическая лампочка) обычно испытывают максимальные перегрузки именно в момент включения. Следовательно, если вы через некоторое время собираетесь вернуться к работе, не стоит лишний раз выключать и снова включать компьютер. Тем более что в современных моделях предусмотрен специальный ждущий (“спящий”) режим, который автоматически включается, если компьютер долго не получает никаких воздействий от устройств ввода. Такой режим энергосбережения особенно актуален в переносных компьютерах, где потребляемая мощность определяет время разрядки источника питания, а значит, и автономной работы.

Помимо описанной потенциальной опасности (пусть и небольшой) получить поражение электрическим током, при работе с компьютером имеются и другие неблагоприятные факторы. “Борьбе” с ними посвящён важный для эксплуатации компьютеров документ – Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 “Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы”. Эти правила определяют санитарно-эпидемиологические требования к достаточно широкому кругу работ с компьютерами. Сюда входит не только интересующая нас в связи с вопросом билета организация рабочих мест с персональными ЭВМ (ПЭВМ), но и многие другие процессы. В частности, правила нормируют проектирование и изготовление ПЭВМ, используемых на производстве, в обучении, в быту, в игровых автоматах на базе ПЭВМ; проектирование, строительство и реконструкцию помещений (требования к микроклимату, уровням шума и вибрации, освещению, уровням электромагнитных полей), предназначенных для эксплуатации всех типов ПЭВМ; методы организации работы с ПЭВМ. В документе особым пунктом выделены особенности требований  применительно к организации и оборудованию рабочих мест для обучающихся в общеобразовательных учреждениях.

Очевидно, что большинство перечисленных требований предназначаются тем, кто организует компьютерное обучение в школе. Поэтому постараемся выделить то немногое, о чем следует знать школьнику.

Не так давно много опасений у пользователей вызывало излучение монитора, которое возникает в электронно-лучевой трубке (в обычном телевизоре оно также имеет место). Но постепенно, читая о постоянном совершенствовании технологий производства, пользователи пришли к справедливому выводу, что современные мониторы защищены достаточно хорошо. Единственный факт, на который здесь стоит обратить внимание, так это то, что излучение максимально с задней стороны монитора. Отсюда меры предосторожности очевидны – ставить монитор с электронно-лучевой трубкой так, чтобы сзади него не было людей, например, к наружной стене.

Попутно заметим, что компьютерные рабочие места, как и обычные учебные столы, следует размещать таким образом, чтобы естественный свет падал преимущественно слева.

Ещё один источник возможных негативных последствий, связанных с монитором, — нагрузка на зрение. Множество мелких деталей на экране монитора, которые необходимо рассматривать с предельным вниманием, вызывают у наших глаз существенное напряжение. Довольно эффективные меры борьбы с указанной опасностью существует и они хорошо известны: тщательный выбор места для монитора (отсутствие бликов и посторонней подсветки изображения), хорошее рассеянное освещение, настройка монитора на максимально высокую частоту обновления экрана (для уменьшения мерцания) и индивидуальная регулировка яркости. Освещение здесь играет особую роль: оно должно быть организованно так, чтобы на “поверхности стола в зоне размещения рабочего документа” быть очень интенсивным и равномерным, но при этом не подсвечивать экран.

Работая с компьютером, не стоит располагать глаза близко к монитору; медики рекомендуют расстояние вытянутой руки. Важной профилактической мерой является организация периодических несложных упражнений для глаз.

Существуют также официальные нормы, ограничивающие время работы на компьютере. Они довольно жесткие для школьников: например, согласно санитарным нормам, для 10 – 11-го классов время непрерывной работы не может превышать 30 минут, и не должно быть более двух уроков в неделю.

Важную роль в работе за компьютером играет правильно подобранная мебель. Рекомендуется, чтобы она имела регулируемую высоту и возможность индивидуально “подгонки” под фигуру конкретного пользователя. “Конструкция рабочего стола должна обеспечивать оптимальное размещение на рабочей поверхности используемого оборудования с учётом его количества и конструктивных особенностей, характера выполняемой работы”. “ Поверхность сиденья, спинки и других элементов стула (кресла) должна быть полумягкой, с нескользящим, слабо электризующимся и воздухопроницаемым покрытием, обеспечивающим легкую очистку от загрязнений”. В приводятся конкретные нормативы, позволяющие определить геометрические размеры мебели в зависимости от роста человека. Данные рекомендации особенно полезно посмотреть при организации индивидуального рабочего места у себя дома.

Тем, кто проводит много времени за компьютером, обязательно надо контролировать свою позу: она должна обеспечивать минимум напряжений в теле (особенно это относится к мышцам шейно-плечевой области и спины) и обеспечивать нормальную циркуляцию крови. С этой точки зрения благоприятный эффект дают перерывы и физкультпаузы.

Если в результате работы за компьютером вы почувствуете какое-либо ухудшение состояния или дискомфорт, обязательно обратитесь за консультацией к врачу.