Свойства информации. Единицы измерения количества информации

1.             Информация.Свойства информации. Единицы измерения количества информации
Базовыепонятия
Информация,подходы к определению информации, виды информации, свойства информации; бит,байт, ки­лобайт; вероятностный подход к измерению информа­ции, объемный подходк измерению информации.
Обязательноизложить
Информацияотносится к фундаментальным, неопреде­ляемым понятиям науки информатика. Тем неменее смысл этого понятия должен быть разъяснен. Предпримем по­пытку рассмотретьэто понятие с различных позиций.
Термининформация происходит от латинского слова informatio, что означает сведения, разъяснения,изложение. В настоящее время наука пытается найти общие свойства изакономерности, присущие многогранному понятию информация, но пока это понятиево многом остается интуитивным и получает различные смысловые наполне­ния вразличных отраслях человеческой деятельности:
•  вбыту информацией называют любые данные, све­дения, знания, которые кого-либоинтересуют. Напри­мер, сообщение о каких-либо событиях, о чьей-либодеятельности и т.п.;
•  втехнике под информацией понимают сообще­ния, передаваемые в форме знаков илисигналов (в этом случае есть источник сообщений, получатель (прием­ник)сообщений, канал связи);
•  вкибернетике под информацией понимают ту часть знаний, которая используется дляориентирова­ния, активного действия, управления, т.е. в целях со­хранения,совершенствования, развития системы;
•  втеории информации под информацией пони­мают сведения об объектах и явленияхокружающей
Отредакции. В № 6—9 мы опубликовали материалы для подготовки к экзамену в 9-мклассе. Начиная с этого номера бу­дут публиковаться материалы для 11-го класса.При этом мы рас­сматриваем билеты для уровня Б (см. № 5), так как билеты дляуровня А являются их подмножеством.
среды,их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся степеньнеопределенности, не­полноты знаний о них.
Применительнок компьютерной обработке данных под информацией понимают некоторуюпоследователь­ность символических обозначений (букв, цифр, закоди­рованныхграфических образов и звуков и т.п.), несу­щую смысловую нагрузку ипредставленную в понят­ном компьютеру виде. Каждый новый символ в такойпоследовательности символов увеличивает информаци­онный объем сообщения.
Информацияможет существовать в виде:
• текстов, рисунков, чертежей, фотографий;
• световых или звуковых сигналов;
• радиоволн;
• электрических и нервных импульсов;
• магнитных записей;
• жестов и мимики;
• запахов и вкусовых ощущений;
• хромосом, посредством которых передаются по наследству признаки и свойстваорганизмов;
• ит.д. (приведите примеры других видов существо­вания информации).
Свойстваинформации (с точки зрения бытового подхода к определению информации):
• релевантность — способность информации соот­ветствовать нуждам (запросам)потребителя;
• полнота — свойство информации исчерпывающе (для данного потребителя)характеризовать отображае­мый объект или процесс;
• своевременность — способность информации со­ответствовать нуждам потребителя внужный момент времени;
• достоверность — свойство информации не иметь скрытых ошибок. Достовернаяинформация со време­нем может стать недостоверной, если устареет и пере­станетотражать истинное положение дел;
• доступность — свойство информации, характе­ризующее возможность ее полученияданным потре­бителем;
• защищенность — свойство, характеризующее не­возможность несанкционированногоиспользования или изменения информации;
•эргономичность — свойство, характеризующее удоб­ство формы или объемаинформации с точки зрения данного потребителя.
1 бит— минимальная единица измерения информа­ции, при вероятностном подходе кизмерению информа­ции, принятом в теории информации, это количество ин­формации,уменьшающее неопределенность знаний в 2 раза.
Связьмежду единицами измерения информации: •* 1 байт = 8 бит,
•  1Кб (килобайт) = 2ю (1024) байт = 213 бит;
•  1Мб (мегабайт) = 210 (1024) Кб = = 2го (1048576) байт = 223 бит;
•  1Гб (гигабайт) = 210Мб = 220 Кб = 230 байт =
= 233бит;
•  1 Тб(терабайт) = 210 Гб = 220Мб = 230 Кб = = 240 байт = 243 бит.
Приобъемном подходе к измерению информации, характерном для компьютерной обработкиданных, ин­формативность сообщения определяется количеством символов, егосоставляющих.
Желательноизложить
Сравнительнаяхарактеристика различных подходов к определению термина «информация».Место инфор­мации в системе «вещество, энергия, информация».
Легализацияпонятия «информация» с точки зрения компьютерной обработки данныхразнообразной природы.
Понятиеинформации в философии.
Примеры,характеризующие свойства информации, определяемой с бытовой точки зрения.
Детализацияпонятия «бит» с точки зрения вероят­ностного подхода к измерениюинформации. Философ­ские и математические аспекты. Примеры.
Примеррешения задачи с использованием разных единиц измерения информации.
Примечаниядля учителей
Изучаемыйвопрос находится на стыке философии, информатики, математики. Границыпринадлежности указанного материала к той или иной науке достаточно условны.Важно донести это до учащихся. Проблемы введения понятия «информация»как фундаментально­го понятия информатики можно сравнить с проблема­миаксиоматического подхода к изучению стереомет­рии в школьном курсе геометрии.
Чащевсего абстрактные вопросы малоинтересны уча­щимся, вызывают внутреннееотторжение. Поэтому в данной ситуации важен мотивационный момент.
Примечаниедля учеников
Перваячасть вопроса представляется достаточно слож­ной, затрагивает определенныефилософские проблемы. Необходимо сравнить, как определяется понятие «ин­формация»в различных литературных и учебных ис­точниках,-привлечь дополнительныематериалы.
Ссылкана материалы вопроса
«Информатика»№ 13, с. 9 — 11; № 18, с. 19/2002.
2.Основы языка разметки гипертекста (HTML) Базовые понятия
Разметкадокумента, языки разметки документов, Hyper Text Markup Language, тэг (tag), структура HTML-документа, основные тэги HTML.
Обязательноизложить
Hyper Text Markup Language (HTML) является стан­дартным языком, предназначенным длясоздания ги­пертекстовых документов в среде Web. HTML-документымогут просматриваться различными типами браузеров (специальными программами,интерпретирующими та­кого рода гипертекстовые документы), наиболее извест­нымиз которых является InternetExplorer. В отличие от документов, напримертекстового процессора Microsoft Word, документы вформате HTML не орга­низованы по принципу WYSIWYG (What You See Is What You Get — что видишь, то и получишь [при вы­воде на печатьили монитор] ). Когда документ создан с использованием HTML, браузер должен интерпретиро­вать HTML для выделения различных элементовдоку­мента и первичной их обработки с целью их дальней­шего отображения в виде,задуманном автором.
Большинстводокументов имеют стандартные элемен­ты, такие, как заголовки, параграфы илисписки. Ис­пользуя тэги (команды) HTML, можно обозначать дан­ные элементы, обеспечивая браузеры минимальной ин­формациейдля их отображения, сохраняя в целом об­щую структуру и информационную полнотудокумен­тов. В большинстве случаев автор документа строго оп­ределяет внешнийвид документа. В случае HTMLчита­тель (основываясь на возможностях браузера) может в определенной степениуправлять внешним видом доку­мента (но не его содержимым). HTML позволяет от­метить, где в документедолжен быть заголовок или аб­зац, при помощи тэга HTML, а затем предоставляет браузеру интерпретировать этитэги.
Общаяструктура тэга и его содержимого такова: содержимое элемента
ЛюбойHTML-документ имеет следующую структуру:



Заголовоксодержит служебную информацию, в част­ности, предназначенную для поисковыхсистем.
Всетэги, которые предназначены для оформления до­кумента, могут быть условноразделены на несколько групп:
• форматирование;
• верстка таблиц;
• верстка списков;
• формирование гиперссылок;
• вставка изображений.
Тэтверстки, таблиц позволяют формировать и отобра­жать таблицы произвольнойсложности. Вообще дизайне­ры довольно часто используют таблицы для оформлениястраниц, помещая в них меню, текст, рисунки и т.д.
Тэгиверстки списков позволяют формировать мар­кированные и нумерованные списки.
Гипертекстовыйдокумент невозможно представить себе без ссылок на другие документы (внутренниеили внешние). Ссылки формирует тэг ... -с обязательнымпараметром HREF.
Тэгдля отображения рисунков — .Он не имеет закрывающегося тэга и содержит обязательный параметр SRC, значением которого является адресфай­ла с рисунком {относительный, т.е. на данном сайте, но, например, в другомкаталоге, или абсолютный, если рисунок, например изображение счетчика,подгружает­ся с другого сайта).
Современныеweb-конструкторы и дизайнеры пользу­ютсяне только HTML, но и рядом его расширений,например, каскадными таблицами стилей (CSS), уп­равляют содержанием страниц средствами программи­рования.
Желательноизложить
Примерыдругих программных продуктов для раз­метки документов, принцип их действия.
ЗаголовокHTML-документа и назначение его эле­ментов.
Тэгиформатирования текста и примеры их исполь­зования.
Тэгиверстки таблиц и примеры их использования.
Тэгиверстки списков и примеры их использования.
Графическиеформаты для web. Правила сохранения изображений для web, требования к изображениям. Па­раметрытэга IMG.
Понятиео CSS, языках программирования для web. Исполнение программ и скриптов настороне сервера и клиента.
Примечаниядля учителей
Вопросбилета является в достаточной мере объем­ным,, поэтому наилучшее запоминание иусвоение ма­териала может быть достигнуто хорошей его структу­ризацией.
Следуетотметить, что учащиеся, занимавшиеся верст­кой web-страниц без использования визуальных редакторов (Front Page и др.), окажутся в гораздо более выигрышном положенииперед учащимися, выполнявшими такого рода работу только с помощью указанныхредакторов.
Примечаниедля учеников
Дляуспешного освоения материала данного вопроса достаточно сверстать вручную (безиспользования визу­ального редактора) 2—3 страницы HTML-документов. Это поможет понять смысл и назначениеосновных тэ­гов HTML.
Использованныеисточники информации
1. Усенков Д. Уроки web-мастера. М.:Лаборатория Базовых Знаний, 2001, 432 с.
2. Мат&риалы вопроса // «Информатика» № 5, с. 13-22, 2003.
3.Практическое задание на поиск информации в глобальной компьютерной сетиИнтернет
Принципысоставления задания
Присоставлении заданий следует учесть, чтобы ис­комая информация была достаточнодоступной, актуальной, представляла познавательный интерес для учащихся. Вслучае невозможности реального поиска в глобальной сети следует воспользоватьсяпрограм­мами — имитаторами поиска или осуществлять по­иск в локальной сети(Еремин Е.А. Имитатор поиско­вой машины как эффективное средство обучения по­искуинформации в Интернете. // «Информатика» №45, с. 15-20, 2001).
Примерызаданий
«Информатика»№ 5, с. 13—22, 2003.
БИЛЕТ№ 2
I |8        1.Информационные процессы. Хранение, не- i
|§    редача и обработка информации.                            .
g       2. Основыалгоритмического программирования '
I g    (типы данных, операторы, функции,процедуры и т.д.). I
|s        3. Основные этапы инсталляциипрограммно- |
!«   го обеспечения. Практическое задание. Инстал- I
i у*    ляцияпрограммы с носителя информации (дис- .
кет,дисков CD-ROM).
1. Информационные процессы. Хранение, передача и обработка информации
Базовыепонятия
Информационныйпроцесс, восприятие информации, передача информации, получение информации,обработ­ка информации, хранение информации, информацион­ная деятельностьчеловека
Обязательноизложить
Подинформационным, понимают процесс, связанный с определенными операциями надинформацией, в ходе которого может измениться содержание информации или формаее представления. В информатике к таким процессам относят получение, хранение,передачу, об­работку, использование информации.
Получениеинформации основано на отражении раз­личных свойств объектов, явлений ипроцессов окружаю­щей среды. В природе такого рода отражение выража­ется ввосприятии с помощью органов чувств. Человек пошел дальше по этому пути исоздал множество при­боров, которые многократно усиливают природные спо­собностик восприятию.
Человеквоспринимает с помощью органов чувств сле­дующую информацию:
•визуальная (восприятие зрительных образов, раз­личение цветов и т.д.) — спомощью зрения;
•звуковая (восприятие музыки, речи, сигналов, шума и т.д.) — с помощью слуха;
• обонятельная (восприятие запахов) — с помощью обоняния;
• вкусовая (восприятие посредством вкусовых рецеп­торов языка) — с помощью вкуса;
•тактильная (посредством кожного покрова восприя­тие информации о температуре,качестве предметов и т.д.) — с помощью осязания.
Хранениеинформации имеет большое значение для многократного использования информации,передачи информации во времени.
Передачаинформации необходима для того или ино­го ее распространения. Простейшая схемапередачи такова:
источникинформации — канал связи — прием­ник {получатель) информации
Дляпередачи информации с помощью технических средств необходимо кодирующееустройство, предназ­наченное для преобразования исходного сообщения ис­точникаинформации к виду, удобному для передачи, и декодирующее устройство,необходимое для преобра­зования кодированного сообщения в исходное.
Обработкаинформации подразумевает преобразова­ние ее к виду, отличному от исходной формыили со­держания информации.
Наиболееобщая схема обработки информации такова: входная информация — преобразовательинфор­мации — выходная информация
Процессизменения информации может включать в себя, например, такие действия: численныерасчеты, ре­дактирование, упорядочивание, обобщение, системати­зация и т.д.
Деятельностьчеловека, которая связана с процесса­ми получения, преобразования, накопления,передачи и использования информации, управления, называют ин­формационнойдеятельностью.
Основныевехи в процессе развития и совершенство­вания информационной деятельностичеловека перечис­лены ниже.
Появлениеречи. Значительно расширило возможнос­ти информационной деятельности человека,в особен­ности передачи информации.
Возникновениеписьменности. Дало возможность дол­говременного хранения информации и передачинакоп­ленных знаний и культурных ценностей последующим поколениям.
Изобретениекнигопечатания. Революция в мире ти­ражирования знаний, хранящихся в письменномвиде. Расширение научной информации, развитие художе­ственной литературы и т.д.
ИзобретениеЭВМ — универсальных инструментов информационной деятельности.
Желательноизложить
Провестианалогию между информационной дея­тельностью человека и реализациейинформационных
процессовв электронных вычислительных машинах. Привести примеры информационнойдеятельности че­ловека.
Охарактеризоватьосновные вехи в процессе раз­вития и совершенствования информационной дея­тельностичеловека. Почему компьютер является уни­версальным инструментом информационнойдеятель­ности?
Примечаниедля учителей
Данныйвопрос является общим по информацион­ным процессам. Детализированное изложениепредпо­лагается в других билетах. Поэтому следует ограничить­ся общим обзором спримерами по каждому виду дея­тельности.
Примечаниедля учеников
Необходимовыполнить полный обзор информаци­онных процессов, привести примеры по каждомуиз них. Обзор выполнить в общем виде, подробности из­лагаются в других билетах.
Ссылка
«Информатика»№ 13, с. 9—13, 2002.
2.Основы алгоритмического программирования (типы данных, операторы, функции,процедуры и т.д.)
Базовыепонятия
Аргументыи результаты алгоритма, промежуточные величины.
Типданных (определяет, какие значения может при­нимать величина, какие операциинад ней можно вы­полнять и как она хранится в памяти машины).
Простыеи сложные типы данных. Простому типу соответствует только одно текущеезначение, а слож­ный объединяет несколько.
Операторы:присваивания и управляющие (развил­ка, цикл).
Процедураи функция.
Обязательноизложить
Примечание.Изложение стоит вести применительно к тому языку программирования, которыйизучался в школе. Из-за наличия некоторых особенностей языков данное замечаниеможет в некоторых деталях оказаться существенным.
Впрограммировании налицо две взаимосвязанные сос­тавляющие процесса решениязадачи: собственно дан­ные и инструкции по их обработке, т.е. алгоритм.
Рассмотрениеначнем с первой составляющей — дан­ных. По роли данных в алгоритме различаютисходные (входные) данные, выходные (чаще говорят — резуль­тат) и рабочие(промежуточные) данные.
Каждаявеличина в алгоритме имеет свой тип. Тип величины определяет, какие значенияможет принимать величина, какие операции над ней можно выполнять и как онахранится в памяти машины.
БИЛЕТ№ 5
1.Функциональная схема компьютера (ос-: новные устройства, их взаимосвязь).Характе-I ристики современных персональныхкомпью-I теров.
2.Технология объектно-ориентированного: программирования (объекты, их свойства и! методы, классы объектов).
3.Задача. Определение результата выполне­ния алгоритма по его блок-схеме илизаписи на языке программирования.
1.Функциональная схема компьютера (основные устройства, их взаимосвязь).Характеристики современных персональных компьютеров
Базовыепонятия
Функциональныеустройства компьютера: процессор, память (внутренняя и внешняя), устройстваввода и вывода информации.
Шина(информационная магистраль) — основное устройство для переноса информации междублоками компьютера. Ее составляющие: шина адреса, шина данных и шинауправления.
Основныехарактеристики компьютера: процессор — тактовая частота; ОЗУ и видеопамять —объем; набор периферийных устройств и возможности их расширения.
Обязательноизложить
Современныйкомпьютер есть сложное электронное устройство, состоящее из нескольких важныхфункцио­нальных блоков, взаимодействующих между собой.
Главнымустройством компьютера является процес­сор. Он служит для обработки информациии, кроме того, обеспечения согласованного действия всех узлов, входящих всостав компьютера.
Дляхранения данных и программы их обработки в компьютере предусмотрена память.Информация по решаемым в данный момент задачам хранится в опе­ративномзапоминающем устройстве (ОЗУ). Для со­хранения результатов необходимо использоватьноси­тель внешней памяти, например, магнитный или оп­тический диск.
Длязадания исходных данных и получения инфор­мации о результатах необходимодополнить компью­тер устройствами ввода и вывода.
Всеустройства компьютера взаимодействуют меж­ду собой единым способом черезпосредство специаль-
нойинформационной магистрали или шины. Непос­редственно к шине подсоединяютсяпроцессор и внут­ренняя память (ОЗУ и ПЗУ). Остальные устройства длясогласования с шиной имеют специальные кон­троллеры, назначение которых состоитв обеспечении стандартного обмена информацией через шину. Шина компьютерасостоит из трех частей:
•шина адреса, на которой устанавливается адрес тре­буемой ячейки памяти илиустройства, с которым бу­дет происходить обмен информацией;
•шина данных, по которой, собственно, и будет пе­редана необходимая информация;
•шина управления, регулирующая этот процесс.
Рассмотримв качестве примера, как процессор чи­тает содержимое ячейки памяти. Убедившись,что шина свободна, процессор помещает на шину адреса требу­емый адрес иустанавливает необходимую служебную информацию (операция — чтение, устройство —ОЗУ и т.п.) на шину управления. ОЗУ, «увидев» на шине обращенный кнему запрос на чтение информации, из­влекает содержимое необходимой ячейки ипомещает его на шину данных (разумеется, реальный процесс зна­чительно болеедетальный).
Подчеркнем,что на практике функциональная схе­ма может быть значительно сложнее: компьютермо­жет содержать несколько процессоров, прямые инфор­мационные каналы междуотдельными устройствами, несколько взаимодействующих шин и т.д.
Магистральнаяструктура позволяет легко подсоеди-. нять к компьютеру именно те внешниеустройства, которые нужны для данного пользователя.
Характеристикиперсональных компьютеров факти­чески представляют собой совокупностьхарактеристик отдельных устройств, его составляющих (хотя, строго говоря, онидолжны разумно соответствовать друг дру­гу). Наиболее важными из них являютсяследующие.
Главнаяхарактеристика процессора — тактовая час­тота. Такты — это элементарныесоставляющие машин­ных команд. Для организации их последовательного вы­полненияв компьютере имеется специальный генератор импульсов. Очевидно, что чем чащеследуют импульсы, тем быстрее будет выполнена операция, состоящая из фиксированногочисла тактов. Тактовая частота в совре­менных компьютерах измеряется вгигагерцах, что соот­ветствует миллиардам импульсов в секунду.
Стеоретической точки зрения важной характерис­тикой процессора является егоразрядность. На прак­тике же все выпускаемые в данный момент процессо­ры имеютодинаковую (причем достаточную для по­давляющего большинства практическихцелей) разрядность. С другой стороны, при выборе компьютера важ­ное значениеимеет набор окружающих процессор микросхем (так называемый «чипсет»), но детали этого вопроса выходят далеко за рамки билета.
ОбъемыОЗУ и видеопамяти также являются важ­ными характеристиками компьютера. Единицейих из­мерения в настоящий момент является мегабайт, хотя в некоторых наиболеедорогих моделях оперативная память уже превышает 1 гигабайт. Еще одной,«более технической», характеристикой является время досту­па к памяти— время выполнения операций записи или считывания данных, которое зависит отпринципа действия и технологии изготовления запоминающих элементов.
Потехнологии изготовления различают статические и динамические микросхемы памяти.Первая является более быстродействующей, но, соответственно, и более дорогой. Вкачестве компромиссного решения в совре­менных компьютерах применяетсясочетание большого основного объема динамического ОЗУ с промежуточ­ной (междуОЗУ и процессором) статической кэш-па­мятью. Ее объем также оказываетсущественное влия­ние на производительность современного ПК.
Важнойхарактеристикой компьютера является его оснащенность периферийнымиустройствами. Читате­ли легко смогут привести здесь достаточное количествопримеров. Хочется только подчеркнуть, что существенна 'также возможностьподключения к машине дополни7 тельных внешних устройств. Например, современно­мукомпьютеру совершенно необходимо иметь разъе­мы USB1, через которые к нему можно подключать множествоустройств: от принтера и мыши до флэш-диска и цифрового фотоаппарата.
Желательноизложить
Приобращении к внешним устройствам использу­ются специальные регистры, которыепринято назы­вать портами.
Обменпо шине между устройствами при опреде­ленных условиях и при наличиивспомогательного кон­троллера может происходить без непосредственного участияпроцессора. В частности, возможен такой об­мен между периферийным устройством иОЗУ (пря­мой доступ к памяти).
Обавида запоминающих микросхем — статические и динамические — успешно конкурируютмежду со­бой. С одной стороны, статическая память значитель­но проще вэксплуатации и приближается по быстро­действию к процессорным микросхемам. Сдругой сто­роны, она имеет меньший информационный объем и большую стоимость,сильнее нагревается при работе. На практике в данный момент выбор микросхем дляпостроения ОЗУ всегда решается в пользу динамиче­ской памяти. И все жебыстродействующая статиче-
1 USB (Universal Serial Bus) — универсальная последователь­ная шина.
екаяпамять в современном компьютере обязательно есть: она называется кэш-памятью.
Кэшневидим для пользователя, так как процессор использует его исключительносамостоятельно. Кроме сохранения данных и команд, считываемых из ОЗУ, вспециальном каталоге кэш запоминаются также адре­са, откуда информация былаизвлечена. Если информа­ция потребуется повторно, уже не надо будет терятьвремя на обращение к ОЗУ — ее можно получить из кэш-памяти значительно быстрее.Кэш-память явля­ется очень эффективным средством повышения произ­водительностикомпьютера.
Примечаниядля учителей
Еслив аналогичном билете 9-го класса упор делался на перечисление основныхустройств компьютера, их примеров и функций, то при ответе на выпускномэкзамене данный материал служит лишь введением. Основное содержание первойчасти вопроса служит описанием процесса взаимодействия узлов компьюте­ра черезобщую информационную шину.
Вовторой половине вопроса следует не просто тре­бовать от учеников перечисленияхарактеристик ком­пьютера и их значений, но и разъяснения их сущности иособенно знания тех свойств компьютерной систе­мы, на которых данныехарактеристики сказываются. Например, какое влияние оказывает недостаточныйобъем ОЗУ и почему, для каких приложений требует­ся большое количествовидеопамяти, а какие вполне работоспособны при минимальном и т.п.
Примечаниедля учеников
Вопросдовольно объемный, но с практической точ­ки зрения понятный. Поэтомуограничимся единствен­ной рекомендацией: изобразите все упомянутые в рас­сказеблоки компьютера в виде схематического рисун­ка, что значительно 'облегчитобъяснения.
Ссылки
Большоеколичество дополнительного материала по данному билету можно найти в книге Е.А.Еремина «Популярные лекции об устройстве компьютера» (СПб.: BHV-Петербург, 2003).
«Информатика»№ 9, 2002, с. И —13.
2.Технология объектно-ориентированного программирования (объекты, их свойства иметоды, классы объектов)
Базовыепонятия
Парадигмапрограммирования, объектно-ориенти­рованное программирование, объект, метод,инкапсу­ляция, наследование, полиморфизм.
Обязательноизложить
Основополагающейидеей одного из популярных в настоящее время подходов к программированию —объектно-ориентированного — является объединение
БИЛЕТ№ 6
1. Устройства памяти компьютера. Внешние носи­тели информации (гибкие диски,жесткие диски, диски CD-ROM/R/RW, DVD и др.). Принципы записи и считыванияинформации.
2. Визуальное объектно-ориентированное програм­мирование. Графический интерфейс:форма и управ­ляющие элементы.
3. Векторная графика. Практическое задание. Соз­дание, преобразование, сохранение,распечатка рисунка в среде векторного графического редактора.
1.Устройства памяти компьютера. Внешние носители информации (гибкие диски,жесткие диски, диски CD-ROM/R/RW, DVD и др.). Принципы записи и считыванияинформации
Базовыепонятия
Внешняяпамять, накопитель, носитель информации, магнитный носитель, оптическийноситель.
Обязательноизложить
Внешняя(долговременная) память — это место дли­тельного хранения данных (программ,результатов рас­четов, текстов и т.д.), не используемых в данный момент воперативной памяти компьютера. Внешняя память, в отличие от оперативной,является энергонезависимой. Носители внешней памяти, кроме того, обеспечиваюттранспортировку данных в тех случаях, когда компьюте­ры не объединены в сети(локальные или глобальные).
Дляработы с внешней памятью необходимо наличие накопителя (устройства,обеспечивающего запись и (или) считывание информации) и устройства хранения —но­сителя.
Основныевиды накопителей:
• накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);
• накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД);
• накопители на магнитной ленте (НМЛ);
• накопители CD-ROM, CD-RW, DVD.
Имсоответствуют основные виды носителей:
• гибкие магнитные диски (Floppy Disk)',
• жесткие магнитные диски (Hard Disk);
• кассеты для стримеров и других НМЛ;
• диски CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD-R, DVD-RW. Основные характеристики накопителейи носителей:
• информационная емкость;
•  скоростьобмена информацией;
• надежность хранения информации;
• стоимость.
Принципработы магнитных запоминающих уст­ройств основан на способах храненияинформации с ис­пользованием магнитных свойств материалов. Как прави­ло,магнитные запоминающие устройства состоят из соб­ственно устройствчтения/записи информации и маг­нитного носителя, на который непосредственноосуще­ствляется запись и с которого считывается информация. Магнитныезапоминающие устройства принято делить на виды в связи с исполнением, физико-техническимихарак­теристиками носителя информации и т.д. Наиболее часто различают: дисковыеи ленточные устройства. Общая тех­нология магнитных запоминающих устройствсостоит в намагничивании переменным магнитным полем участков носителя исчитывания информации, закодированной как области переменной намагниченности.Дисковые носите­ли, как правило, намагничиваются вдоль концентрических полей —дорожек, расположенных по всей плоскости дискоидального вращающегося носителя.Запись произво­дится в цифровом коде. Намагничивание достигается за счетсоздания переменного магнитного поля при помощи головок чтения/записи. Головкипредставляют собой два или более магнитных управляемых контура с сердечника­ми,на обмотки которых подается переменное напряже­ние. Изменение величинынапряжения вызывает измене­ние направления линий магнитной индукции магнитногополя и при намагничивании носителя означает смену зна­чения бита информации с 1на 0 или с 0 на 1.
Компакт-дискдиаметром 120мм (около 4,75") изго­товлен из полимера и покрытметаллической пленкой. Информация считывается именно с этой металлическойпленки, которая покрывается полимером, защищающим данные от повреждения. CD-ROM является односторон­ним носителем информации.
Считываниеинформации с диска происходит за счет регистрации изменений интенсивностиотраженного от алюминиевого слоя излучения маломощного лазера. При­емник, илифотодатчик, определяет, отразился ли луч от гладкой поверхности, был рассеянили поглощен. Рассеива­ние или поглощение луча происходит в местах, где в про­цессезаписи были нанесены углубления. Фотодатчик вос­принимает рассеянный луч, и этаинформация в виде элект­рических сигналов поступает на микропроцессор, которыйпреобразует эти сигналы в двоичные данные или звук.
Скоростьсчитывания информации с CD-ROM срав­нивают со скоростью считыванияинформации с музы­кального диска (150 Кб/с), которую принимают за еди­ницу. Насегодняшний день наиболее распространенны­ми являются 52-скоростные накопители CD-ROM (ско­рость считывания — 7500 Кб/с).
Устройствас возможностью многократной записи на оптический диск используют многослойныйдиск с отра­жающей поверхностью, перед которой находится слой
БИЛЕТ№ 8
1. Назначение и состав операционной системы | компьютера. Загрузка компьютера.
2. Законы логики.
3.Практическое задание на построение таблицы
I и графикафункции в среде электронных таблиц.     I
1.Назначение и состав операционной системы компьютера. Загрузка компьютера
Базовыепонятия
Операционнаясистема — важнейшая часть систем­ного программного обеспечения, котораяорганизует процесс выполнения задач на ЭВМ, распределяя для этого ресурсымашины, управляя работой всех ее уст­ройств и взаимодействием с пользователем.
Ресурсыкомпьютера: процессорное время, память всех видов, устройства ввода/вывода,программы и данные.
Hardware(компьютерное оборудование) и software (программное обеспечение).
Функцииоперационной системы.
Обязательноизложить
Операционнаясистема организует совместную ра­боту компьютерного оборудования и прикладногопро­граммного обеспечения и служит своеобразным про­граммным расширениемуправляющего устройства компьютера.
Зачемнужен еще один дополнительный программ­ный слой? По нескольким причинам.Во-первых, не­возможно заложить в компьютер информацию обо всех устройствах,которые к нему могут быть подсоедине­ны. Загружаемая (а следовательно,изменяемая) про­граммная часть, обеспечивающая работу компьютер­ной аппаратуры,решает данную проблему. Во-вторых, наличие операционной системы оченьсущественно об­легчает разработку нового прикладного ПО, посколь­ку всенаиболее часто встречающиеся при работе с компьютерным оборудованием функциисконцентри­рованы в ОС и о них уже не надо заботиться. В-треть­их, пользовательполучает стандартный интерфейс для диалога с ПО, что существенно облегчаетосвоение новых программ.
ОСсовременного компьютера выполняет следую­щие функции.
• Организация согласованного выполнения всех про­цессов в компьютере.Планирование работ, распреде­ление ресурсов.
• Организация обмена с внешними устройствами. Хранение информации и обеспечениедоступа к ней, предоставление справок.
• Запуск и контроль прохождения задач пользователя.
• Реакция на ошибки и аварийные ситуации. Конт­роль за нормальнымфункционированием оборудования.
• Обеспечение возможности доступа к стандартным системным средствам (программам,драйверам, ин­формации о конфигурации и т.п.).
• Обеспечение общения с пользователем.
• Сохранениеконфиденциальности информации в многопользовательских системах.
Значительнаячасть операционной системы загруже­на в память постоянно. Программы длянекоторых редко используемых операций типа форматирования дискет чаще всегооформляются в виде самостоятельных слу­жебных программ и хранятся на внешнихносителях. Такие программы часто называют утилитами. Кроме того, в ОС, какправило, включают небольшой стандарт­ный набор самого необходимого программногообеспе­чения, например, простейший текстовый редактор.
Процессзагрузки ОС в заметно упрощенном виде выглядит так. При включении компьютерастартует выполнение программы начальной загрузки, находя­щейся в ПЗУ. Сначалаищется и тестируется установ­ленное оборудование. Если все устройства функцио­нируютнормально, информация о них запоминается и происходит переход к поискуначального загрузчика операционной системы. Он может находиться на же­сткомдиске, на дискете, на CD-ROM и даже быть получен с помощьюсетевой платы. Поэтому компью­тер опрашивает перечисленные устройства поочереди до тех пор, пока не обнаружит требуемую информа­цию. Загрузчикпредставляет собой не что иное, как программу дальнейшей загрузки. Он загружаетв ОЗУ остальную часть операционной системы, и машина сможет наконец нормальнообщаться с пользователем.
Современныекомпьютеры в основном используют внешние устройства Plug and Play (переводится «вклю­чил и работай»), поэтомуони способны в процессе загрузки' сообщить процессору свои основные харак­теристикии условия работы.
Желательноизложить
Первыеоперационные системы (СР/М, MS-DOS, Unix) вели диалог с пользователем на экране тексто­вого дисплея:человек вводил очередную команду, а
13
компьютер,проверив ее, либо выполнял, либо отвер­гал по причине ошибки. Такие системы влитературе принято называть ОС с командной строкой.
Развитиеграфических возможностей дисплеев при­вело к появлению графического интерфейса,когда объек­ты манипуляций в ОС изображаются в виде небольших рисунков, анеобходимые действия тем.или иным об­разом выбираются либо из меню, либо спомощью ма­нипулятора «мышь». Примерами операционных сис­тем сграфическим интерфейсом служат MacOS(для компьютеров Macintosh), OS/2 иWindows.
Для«классических» ОС с командной строкой до­вольно четко выделяются триосновные части:
• машинно-зависимая часть для работы с конкрет­ными видами оборудования;
• базовая часть, не зависящая от конкретных дета­лей устройств: она работает сабстрактными логиче­скими устройствами и при необходимости вызывает функции изпредыдущей части; отвечает за наиболее общие принципы работы ОС;
• программа ведения диалога с пользователем.
Составоперационных систем с графическим интер­фейсом типа Windows заметно шире, но в целом име­ет похожее строение.
Порядокопроса устройств при поиске начального загрузчика ОС может быть легко изменен спомощью коррекции сведений о конфигурации компьютерного оборудования (BIOS setup).
Примечаниедля учителей
Посравнению с билетом для 9-го класса в тексте вопроса нет прямого упоминания отипе интерфейса. Именно поэтому нам пришлось перенести достаточно важныйматериал об ОС с командной строкой и с графическим интерфейсом в необязательныйраздел. Кстати, очень забавно, когда формулировка билета в одиннадцатом классеменьше, чем в девятом...
Примечаниедля учеников
Лучшене механически заучивать перечисленные для изложения факты, а постаратьсяразобраться в них и привести для себя в какую-то определенную систему. Можетбыть, постараться дать каждому из них корот­кое легко понятное вам название изапоминать уже эти названия. В любом случае не забывайте, что в от­вете наэкзамене ценится не дословность воспроизве­дения материала, а умение импользоваться, т.е. объяс­нять и отвечать на вопросы.
2.Законы логики Базовые понятия
Понятие,суждение, умозаключение. Истинность, ложность суждений и умозаключений. Законылогики как возведенные в принципы харак­терные черты мышления.
Обязательноизложить
Предметомлогики является структура мышления, его формы и законы. Выделяются три формымышления: понятие, суждение, умозаключение. Понятие — это форма мышления, вкоторой фиксируются существен­ные признаки отдельного предмета или класса однород­ныхпредметов. Понятия выражаются словами или груп­пами слов. Примером понятияявляется термин «пап­ка», обозначающий один из элементов файловойсисте­мы большинства ОС. Суждение — форма мышления^ в которой что-либоутверждается или отрицается о пред­метах, их свойствах или отношениях. Суждениевыра­жается в форме повествовательного предложения. Суж­дение может бытьпростым или сложным. Пример сужде­ния — «Папка не является файлом».Умозаключение — форма мышления, посредством которой из одного или несколькихсуждений, называемых посылками, по опре­деленным правилам получаетсязаключение.
Законв логике понимается как требование или прин­цип, которому необходимо следовать,чтобы мышле­ние было правильным. Из многих возможных требо­ваний были выделеныте, которые наиболее тесно свя­заны с такими свойствами мышления, как последова­тельность,определенность, непротиворечивость и обос­нованность: закон тождества, законнепротиворечия, закон исключенного третьего, закон достаточного ос­нования.Рассмотрим каждый из них более подробно.
Законтождества формулируется следующим образом: «В процессе определенногорассуждения всякое поня­тие или сркдение должны быть тождественны самимсебе». В мышлении этот закон выступает в качестве нор­мативного правила: впроцессе рассуждения нельзя под­менять одну мысль другой, одно понятие другим.Нельзя выдавать тождественные мысли за различные, а различ­ные — затождественные. Нарушение закона тождества приводит к двусмысленности. Например:«Откуда бе­рется хлеб? Отвечай! — Это я знаю, он печется… — Печется? Оком это он печется? — Не о ком, а из чего… Берешь зерно, мелешь его… — Незерно ты мелешь, а чепуху!» (Л.Кэрролл. «Алиса в Зазеркалье»).
Законнепротиворечия утверждает: «Два противо­положных суждения не могут быть истиннымив одно и то же время и в одном и том же отношении». На­пример, суждения«Петя Иванов учится в нашем клас­се» и «Петя Иванов не учится внашем классе» явля­ются противоречивыми, и истинным может быть лишь одноиз них. Суждения «Петя Иванов учится в нашем классе» и «ПетяИванов не учился в нашем классе» могут быть непротиворечивыми, а значит,могут быть истинными или ложными одновременно.
Законисключенного третьего формулируется следую­щим образом: «Из двухпротиворечащих друг другу срк-дений одно истинно, другое ложно, а третьего недано». Действие этого закона оказывается неограниченным лишь в«жестких» предсказуемых ситуациях. Например, суж­дения «Завтра в15 часов будет солнечное затмение» и «Завтра в 15 часов не будетсолнечного затмения» под­чиняются этому закону, поскольку день и часочередного
БИЛЕТ№ 10
Представлениецелых и вещественных чисел
I в памятиперсонального компьютера.
| 2.Логическая схема триггера. Использование
I триггеров воперативной памяти.
г 3.Задача. Разработка алгоритма (программы),
.содержащегокоманду (оператор) ветвления.
1.Представление целых и вещественных чисел в памяти персонального компьютера
Базовыепонятия
Целыеи вещественные числа.
Знаковыйразряд. Дополнительный код.
Переполнение— получение результата, для сохране­ния которого в машине недостаточно двоичныхразрядов.
Представлениес плавающей запятой; мантисса и порядок. Нормализованные числа.
Обязательноизложить
Числоваяинформация была первым видом инфор­мации, который начали обрабатывать ЭВМ, идолгое время она оставалась единственным видом. Поэтому неудивительно, что всовременном компьютере суще­ствует большое разнообразие типов чисел.
Целыечисла. Для того чтобы различать положитель­ные и отрицательные числа, в ихдвоичном представле­нии выделяется знаковый разряд. По традиции исполь­зуетсясамый старший бит, причем нулевое значение в нем соответствует знаку плюс, аединичное — минусу.
Изсказанного следует, что положительные числа представляют собой обычное двоичноеизображение числа (с нулем в знаковом бите). А вот для записи отрицательныхчисел используется специальный код, называемый в, литературе дополнительным.Для прак­тического получения кода отрицательных чисел исполь­зуется Следующийалгоритм:
•модуль числа перевести в двоичную форму;
•проинвертировать каждый разряд получившегося кода, т.е. заменить единицынулями, а нули — единицами;
• кполученному результату обычным образом при­бавит единицу.
Вещественныечисла. Для хранения этого типа данных в памяти современных ЭВМ обычно использу­етсяпредставление чисел с плавающей запятой. Оно фактически взято из математики,где любое число А в
системесчисления с основанием О предлагается запи­сывать в виде
А =(±М) • Q±f,
где Мназывают мантиссой, а показатель степени Р — порядком числа. Для десятичнойсистемы это выгля­дит очень привычно, например: заряд электрона ра­вен — 1,6 •1СГ'19 Кл, а скорость света в вакууме состав­ляет 3 • 108 м/с.
Арифметикачисел с плавающей запятой оказывается заметно сложнее, чем для целых. Тем неменее вычисли­тельные машины со всем этим великолепно умеют авто­матическисправляться. Заметим, что для процессоров Intel все операции над вещественными числами вынесе­ны вотдельный функциональный узел, который принято называть математическимсопроцессором; до 486-й мо­дели он представлял собой отдельную микросхему.
Такимобразом, при использовании метода представ­ления вещественных чисел с плавающейзапятой в памя­ти фактически хранятся два числа: мантисса и порядок.Разрядность первой части определяет точность вычисле­ний, а второй — диапазонпредставления чисел.
Кописанным выше общим принципам представле­ния вещественных чисел необходимодобавить прави­ла кодирования мантиссы и порядка. Эти правила могут отличатьсядля различных машин, и мы не будем их здесь рассматривать.
Такимобразом, если сравнить между собой представ­ление целых и вещественных чисел,то станет отчетливо видно, как сильно различаются числа, скажем, 3 и 3.0.
Желательноизложить
Беззнаковыецелые числа. Хотя в математиче­ских задачах не так часто встречаются величины,прин­ципиально не имеющие отрицательных значений, без­знаковые типы данныхполучили в ЭВМ большое рас­пространение. Причина состоит в том, что в самоймашине и программах для нее имеется много такого рода объектов: прежде всегоадреса ячеек, а также всевозможные счетчики (количество повторений цик­лов,число параметров в списке или символов в текс­те). К этому списку добавимнаборы чисел, обозначаю­щие дату и время, размеры графических изображений впикселях. Все перечисленное выше принимает толь­ко целые и неотрицательныезначения.
Минимальноезначение для данного числового типа по определению равно 0, а максимальноесостоит из единиц во всех двоичных разрядах, а потому зависит от их количества:
max- 2N- I, — где N — разрядность чисел.
Результатвычислений, например после умножения, при определенных условиях можетпотребовать для своего размещения большего количества разрядов, чем имеется напрактике. Проблема выхода за отведен­ную разрядную сетку машины называетсяпереполне­нием. Факт переполнения всегда фиксируется путем установки в единицуспециального управляющего бита, который последующая программа имеет возможностьпроанализировать. Образно говоря, процессор заме­тит переполнение, нопредоставляет программному обеспечению право принять решение реагировать нанего или проигнорировать.
Присохранении вещественного числа некоторое неудобство вносит тот факт, чтопредставление числа в плавающей форме не является единственным:
3 •108= 30 • 107 = 0,3 • 109 = 0,03 • 1010 = ...
Поэтомудоговорились для выделения единственно­го варианта записи числа считать, чтомантисса всегда меньше единицы (т.е. целая часть отсутствует), а пер­вый разрядсодержит отличную от нуля цифру — в нашем примере обоим требованиямудовлетворит толь­ко число 0,3 • 109. Описанное представление чисел на­зываетсянормализованным и является единственным. Любое число легко нормализуется спомощью фор­мального алгоритма.
Всесказанное о нормализации можно применять и к двоичной системе:
А =(±Л4) • 2±р, причем 1/2
Существенно,что двоичная мантисса всегда начи­нается с единицы (М > 1/2). Поэтому вомногих ЭВМ эта единица даже не записывается в ОЗУ, что позволяет сохранитьвместо нее еще один дополни­тельный разряд мантиссы (так называемая«скрытая единица»).
Примечаниедля учителей
Изложение,приведенное ранее в полных материа­лах билета (см. ссылку после вопроса),гораздо под­робнее, чем это необходимо для ответа на экзамене, затопредставляет собой достаточно полное систе­матическое описание вопроса. Авторнадеется, что знание деталей будет полезно учителю при подго­товке рассказа науроке. В данной публикации сде­лана попытка выделить тот самый минимум, кото­рыйученику необходимо включить в свой ответ на экзамене.
Примечаниядля учеников
Приответе надо быть готовым к дополнительным вопросам об обосновании тех или иныхутверждений. Например, каковы максимальное и минимальное зна­чения 8-битногоцелого числа со знаком и почему их модули не равны.
Какобычно, при подготовке вопроса необходимо продумать и подобрать примеры к своемурассказу.
Ссылкана материалы по вопросу
Полныйтекст материалов вопроса опубликован в «Информатике» № 11, 2003, с. 9— 13.
2.Логическая схема триггера. Использование триггеров в оперативной памяти
Базовыепонятия
Триггер.
Входыдля сброса и установки триггера, прямой и инверсный выходы.
Статическое(на триггерах) и динамическое (на базе конденсаторов) ОЗУ.
Обязательноизложить
Триггер— это электронная схема, которая может находиться в одном из двух устойчивыхсостояний; последним условно приписывают значения 0 и 1. При отсутствии входныхсигналов триггер способен сохра­нять свое состояние сколь угодно долго. Такимобра­зом, из определения следует, что триггер способен хранить ровно 1 битинформации.
Можнобез преувеличения сказать, что триггер явля­ется одним из существенных узловЭВМ. Как правило, некоторое количество триггеров объединяют вместе, при этомполученное устройство называется регистром.
Рассмотримлогическое устройство триггера. На рисунке а приведена простейшая схематриггера, а на рисунке б показано его обозначение на схемах как единогофункционального узла.
Q
Начнемс расшифровки обозначений входов и выхо­дов. Триггер имеет два входа — S (от англ. Set — уста­новка) и R (Reset — сброс),которые используются соответственно для установки триггера в единичное и сбросав нулевое состояния. Вследствие таких обозначе­ний рассматриваемую схемуназвали RS-триггером. Один из выходов,обозначенный на схеме Q,называется пря­мым, а противоположный выход — инверсным (это показывает чертанад Q, которая в математической ло­гикеобозначает отрицание). За единичное состояние триггера договорились приниматьтакое, при котором
Q=i-
Обратимсятеперь к рисунку а. Видно, что триггер состоит из двух одинаковых двухвходовыхлогических элементов ИЛИ-НЕ (ИЛИ обозначается символом 1 внутри элемента, аотрицание НЕ — небольшим кру­жочком на его выходе), соединенных определенным
2004№ 16 ИНФОРМАТИКА
Готовимсяк экзамену по информатике
Е.А.Еремин, В.И. Чернатынский, А.П. Шестаков,
Продолжение.См. № Л 0-15/2004
БИЛЕТ№ 13
1. Понятие алгоритма. Свойства алгоритма. Испол­нители алгоритмов (назначение,среда, режим рабо­ты, система команд).  Компьютер как формальный исполнительалгоритмов (программ).
2. Позиционные и непозиционные системы счис­ления. Запись чисел в позиционныхсистемах счисле­ния.
3. Практическое задание. Решение простейшей оп­тимизационной задачи в средеэлектронных таблиц.   |
I________________________________________________I
1.Понятие алгоритма. Свойства алгоритма. Исполнители алгоритмов (назначение,среда, режим работы, система команд). Компьютер как формальный исполнительалгоритмов (программ)
Базовыепонятия
Алгоритм— понятное и точное указание исполните­лю совершить последовательностьдействий, направлен­ных на решение поставленной задачи.
Свойстваалгоритма: дискретность, понятность, опре­деленность, результативность,корректность, массовость.
Исполнитель— человек или автоматическое устрой­ство, которое выполняет алгоритмы.
Системакоманд, режим работы исполнителя.
Обязательноизложить
Наша жизньбуквально насыщена алгоритмами. Вспом­ним кулинарные рецепты, инструкции ксложной быто­вой технике, умножение «столбиком» и деление «угол­ком»,перевод из десятичной системы в двоичную и мно­жество других примеров.
Алгоритм— это правила, описывающие процесс пре­образования исходных данных в требуемыйрезультат. Чтобы произвольные правила действительно были алго­ритмом, онидолжны обладать следующими свойствами.
Дискретность.Процесс решения задачи должен быть разбит на четкую последовательность отдельныхшагов, каждый из которых принято называть командой.
Понятность.Каждая команда алгоритма должна быть понятна тому, кто исполняет алгоритм; впротив­ном случае она (и, следовательно, весь алгоритм в це­лом) не может бытьвыполнена. В информатике часто говорят, что все команды алгоритма должнывходить в систему команд исполнителя.
Определенность.Команды, образующие алгоритм, должны быть предельно четкими и однозначными, все
г.Пермь
возможностидолжны быть заранее предусмотрены и ого­ворены. Для заданных исходных данныхрезультат не может зависеть от какой-либо дополнительной инфор­мации извнеалгоритма.
Результативность.Правильный алгоритм не мо­жет обрываться безрезультатно из-за какого-либо не­преодолимогопрепятствия в ходе выполнения. Кроме того, любой алгоритм должен завершиться законечное число шагов.
Корректность.Решение должно быть правильным для любых допустимых исходных данных.
Массовость.Алгоритм имеет смысл разрабатывать только в том случае, когда он будетприменяться много­кратно для различных наборов исходных данных.
Исполнитель— фундаментальное понятие информа­тики. Оно входит в определение алгоритма.
Исполнителиалгоритмов необычайно разнообразны. Исполнителем словесных инструкций(алгоритмов) яв­ляется человек. Многие окружающие нас автоматические устройстватоже действуют в соответствии с определен­ными алгоритмами (выключающийся подостижении определенной температуры воды электрический чайник, турникет вметро, современная многопрограммная сти­ральная машина и многие другие). Компьютертоже яв­ляется исполнителем, возможности которого необычай­но широки.
Каковынаиболее важные черты исполнителей?
Во-первых,состояние каждого исполнителя описыва­ется определенными характеристиками.Полный набор характеристик, описывающий состояние исполнителя, и обстановка, вкоторой он действует, принято называть средой данного исполнителя.
Во-вторых,любой исполнитель имеет собственный строго определенный набор команд. Вучебниках его обычно называют системой команд исполнителя, или сокращенно СКИ. Исполнительне способен выполнить ни одной команды, которая не попадает в его СКИ, дажеесли введенная команда отличается от существую­щей всего лишь единственнойнеправильно написанной буквой.
Но исинтаксически правильная команда при некото­рых условиях не может бытьвыполнена. Например, не­возможно произвести деление, если делитель равен нулю,или нельзя осуществить команду движения вперед, когда робот уперся в стену.Отказ в подобной ситуации можно сформулировать как «не могу» (вотличие от «не пони­маю» в случае синтаксической ошибки в записикоман­ды). Следовательно, каждая команда в СКИ должна иметь четко оговоренныеусловия ее выполнения; все случаи аварийного прерывания команды из-за нарушенияэтих условий должны быть тщательно оговорены.
Третьейважной особенностью исполнителей является наличие различных режимов его работы;перечень режи­мов у каждого исполнителя, естественно, свой. Для боль­шинстваучебных исполнителей особо выделяют режимы непосредственного и программногоуправления1. В первом случае исполнитель ожидает команд от человека и каждуюнемедленно выполняет. Во втором исполнителю сначала задается полнаяпоследовательность команд (программа), а затем он исполняет ее в автоматическомрежиме. Боль­шинство исполнителей могут работать в обоих режимах.
И взаключение небольшое замечание по последней час­ти вопроса. Если внимательнопроанализировать свойства алгоритмов, то становится очевидным, что длявыполнения алгоритма вовсе не требуется ею понимание, а правиль­ный результатможет быть получен путем формального и чисто механического следованияалгоритму. Отсюда выте­кает очень важное практическое следствие: поскольку осоз­наватьсодержание алгоритма не требуется, его исполнение вполне можно доверитьавтомату или ЭВМ. Таким обра­зом, составление алгоритма является обязательнымэтапом автоматизации любого процесса. Как только разработан алгоритм, машинаможет исполнять его лучше человека.
Желательноизложить
Термин«алгоритм» имеет интересное историческое происхождение. В IX веке великий узбекский математикаль-Хорезми разработал правила арифметических действий над десятичными числами,которые в Европе стали назы­вать «алгоризмами». Впоследствии словотрансформиро­валось до известного нам сейчас вида и, кроме того, рас­ширилосвое значение: алгоритмом стали называть любую последовательность действий (нетолько арифметических), которая приводит к решению той или иной задачи.
Помимопростейших «бытовых» алгоритмов, можно выделить еще три крупныхразновидности алгоритмов: вычислительные, информационные и управляющие. Пер­вые,как правило, работают с простыми видами данных (числа, векторы, матрицы), нозато процесс вычисления может быть длинным и сложным. Информационные ал­горитмы,напротив, реализуют сравнительно небольшие процедуры обработки (например, поискэлементов, удов­летворяющих определенному признаку), но для больших объемовинформации. Наконец, управляющие алгорит­мы непрерывно анализируют информацию,поступающую от тех или иных источников, и выдают результирующие сигналы,управляющие работой тех или иных устройств.
Компьютеримеет не только собственную систему команд, но и свой алгоритм работы.Рассмотрим подроб­нее, как он выполняет отдельные операции и как реали­зуетсявся программа в целом.
Каждаяпрограмма состоит из отдельных машинных команд. Каждая машинная команда, в своюочередь, делится на ряд элементарных унифицированных состав-
1Аналогичные режимы издавна существовали в языке Бейсик, где строка без номеранемедленно исполнялась интерпретатором, а с номером — заносилась в память дляпоследующего исполне­ния; нечто похожее существует и в более поздних версияхпод MS-DOS, реализованных в виде компиляторов.
ныхчастей, которые принято называть тактами (пом­ните термин «тактоваячастота процессора»? — он про­исходит именно отсюда!). В зависимости отсложности команды, она может быть реализована за разное коли­чество тактов.
Привыполнении каждой команды ЭВМ проделывает определенные стандартные действия,описанные ниже.
1.Согласно содержимому счетчика адреса команд (спе­циального регистра, постоянноуказывающего на ячейку памяти, в которой хранится следующая команда) считы­ваетсяочередная команда программы.
2.Счетчик команд автоматически изменяется так, что­бы в нем содержался адресследующей команды. В про­стейшем случае для этой цели достаточно к текущемузначению счетчика прибавить некоторую константу, оп­ределяющуюся длинойкоманды.
3. Считанная операция расшифровывается, извлека­ются необходимые данные, над нимивыполняются тре­буемые действия и, если это предусмотрено операцией, производитсязапись результата в ОЗУ.
4. Все описанные действия циклически повторяются с п. 1.
Рассмотренныйосновной алгоритм работы ЭВМ по­зволяет шаг за шагом выполнить хранящуюся в ОЗУпро­грамму.
Примечаниядля учителей
Данныйвопрос по сравнению с экзаменом 9-го класса объединяет два билета — обалгоритмах и об исполните­лях. Поэтому в конце данных материалов вы увидите двессылки на предыдущие публикации.
Вотличие от экзамена в 9-м классе, выпускников мож­но с некоторой осторожностьюспрашивать не о конк­ретном исполнителе, но об их общих свойствах. Об осто­рожностиговорю потому, что умение обобщать есть до­статочно сложный навык, и, ксожалению, в окружаю­щей нас повседневной жизни, где логика видна все мень­ше,он развивается все слабее и слабее.
Возможно,не все учителя считают нужным излагать материал об основном алгоритме работыЭВМ. Тем не менее, обосновывая формальность исполнения програм­мы, о немжелательно сказать.
Примечаниядля учеников
Вопросо свойствах алгоритма имеет фундаментальное значение в курсе информатики любогоуровня. Поэтому при подготовке данного вопроса мы рекомендуем зау­чить названиявсех свойств2. В то же время объяснение всех свойств, как обычно, необходиморазобрать и до­полнить примерами.
Приподготовке вопроса обязательно повторите осо­бенности и систему командисполнителей и языков про­граммирования, которые вы изучали на уроках. Сопос­тавьтеэти сведения с приведенным выше материалом и подберите примеры, которые вывключите в свой экза­менационный ответ.
2 Бпорядке исключения, так как обычно, напротив, всегда при­зывали к осмысленномузапоминанию материала, а не заучиванию
Готовимсяк экзамену по информатике
Е.А.Еремин, В.И. Чернатынский, А.П. Шестаков,
г.Пермь
Продолжение.См. № 10—15/2004
БИЛЕТ№ 15
1.Алгоритмическая структура «ветвление». I Команда ветвления. Примеры полного и неполного | ветвления.
2.Двоичное кодирование текстовой информации, i Различные кодировки кириллицы.
3. Практическое задание. Формирование запроса I на поиск данных в среде системы управления база- | ми данных.
1.Алгоритмическая структура «ветвление». Команда ветвления. Примерыполного и неполного ветвления
Базовыепонятия
Алгоритм,ветвление, условие, полное ветвление и неполное ветвление.
Обязательноизложить
Присоставлении алгоритмов решения разнообраз­ных задач часто бывает необходимообусловить те или иные предписания, т.е. поставить их выполнение в зависимостьот результата, который достигается на определенном шаге исполнения алгоритма.Например, алгоритм нахождения корней квадратного уравнения с помощью компьютерадолжен содержать проверку знака дискриминанта. Лишь в том случае, когда диск­риминантположителен или равен нулю, можно про­водить вычисление корней. Алгоритмперемещения в заданный пункт по улицам города обязательно дол­жен содержатьпредписание проверки сигналов свето­форов на пересечениях улиц, поскольку ониобуслов­ливают движение на перекрестках. Можно привести еще много примеровподобных ситуаций, которые не имеют решения в рамках структуры«следование». По этой причине в теории алгоритмов наряду со«следо­ванием» предлагается вторая базовая структура, назы­ваемая«ветвление». Эта структура предполагает фор­мулировку ипредварительную проверку условий с пос­ледующим выполнением тех или иныхдействий, реа­лизуя альтернативный выбор.
Всловесной форме представления алгоритма «ветв­ление» реализуется ввиде команды:
ЕСЛИ то ИНАЧЕ
Здесь — это логическое выражение, — описаниепоследовательности действий,
которыедолжны выполняться, когда прини­мает значение ИСТИНА, — описание пос­ледовательности действий, которые должны выпол­няться,когда принимает значение ЛОЖЬ. Любая из серий может быть пустой. Вэтом случае ветвление называется неполным. Каждая серия мо­жет, в свою очередь,содержать команду ветвления, что позволяет реализовать не только альтернативныйвыбор действий.
Еслидля представления алгоритма используется блок-схема, структура«ветвление» изображается так:
Полноеветвление   Неполное ветвление
Вязыке программирования Turbo Pascal структураветвления изображается оператором:
IF      THEN      ELSE   ;
Здесь и — последовательности операторов языка Turbo Pascal, заключенные в опера­торные скобки BEGIN… END.
Рассмотримпример использования структуры «вет­вление». Одной из типичных задачинформатики яв­ляется задача сортировки: упорядочения по возраста­нию илиубыванию величин порядкового типа. Соста­вим алгоритм и программу сортировкисписка из двух фамилий, используя неполное ветвление.
Алгоритм
/ *'Y  /
i     Г
Конец
2004№ 17 ИНФОРМАТИКА
Программа
PROGRAM SORT;
VAR X,Y,C: STRING;
BEGIN
WRITELN (-'Введи две фамилии'); READLN(X,Y); IF X > Y THENBEGIN
С := X; X := Y; Y := С END;
WRITELN('После сортировки'); WRITELN (X); WRITELN (Y) END.
Рассмотримтеперь в качестве примера использова­ния полного ветвления алгоритм и программувычис­ления отношения двух чисел с блокировкой деления на ноль и выводомсоответствующего сообщения на экран монитора.
Алгоритм
Программа
PROGRAMREL; VAR А, В, С: REAL; BEGIN
WRITELN('Введи 2числа'); READLN(А, В); IF В О О THEN
BEGIN
С := А/В; WRITELN('С = ', С) END ELSE
WRITELN('ДЕЛЕНИЕ HA 0') END.
Ссылкана материалы вопроса
1. Угринович Н. Информатика и информационные технологии. Учебное пособие для10—11-х классов. Углубленный курс. М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2000, 440 с.
2. Семакин И., Залогова А., Русаков С., Шестакова Л. Базовый курс для 7—9-хклассов. М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001, 384 с.
2.Двоичное кодирование текстовой информации. Различные кодировки кириллицы
Базовыепонятия
Код,кодирование, двоичное кодирование, символ, код символа, кодировочная таблица.
Обязательноизложить
Есликаждому символу какого-либо алфавита сопос­тавить определенное целое число, тос помощью дво­ичного кода можно кодировать и текстовую информа­цию. Дляхранения двоичного кода одного символа может быть выделен 1 байт = 8 бит.Учитывая, что каждый бит принимает значение 0 или 1, количество их возможныхсочетаний в байте равно 28 = 256. Зна­чит, с помощью 1 байта можно получить 256разных двоичных кодовых комбинаций и отобразить с их по­мощью 256 различныхсимволов. Такое количество символов вполне достаточно для представления тек­стовойинформации, включая прописные и заглавные буквы русского и латинского алфавита,цифры, знаки, псевдографические символы и т.д. Кодирование зак­лючается в том,что каждому символу ставится в соот­ветствие уникальный десятичный код от 0 до255 или соответствующий ему двоичный код от 00000000 до 11111111. Такимобразом, человек различает символы по их начертанию, а компьютер — по их коду.Важ­но, что присвоение символу конкретного кода — это вопрос соглашения,которое фиксируется в кодовой таблице. Кодирование текстовой информации с помо­щьюбайтов опирается на несколько различных стан­дартов, но первоосновой для всехстал стандарт ASCII (American Standard Code for Information Interchange), разработанный в США в Национальноминституте ANSI (American National Standards Institute). В систе­ме ASCII закреплены две таблицы кодирования —базовая и расширенная. Базовая таблица закрепляет значения кодов от 0 до 127, арасширенная относится к символам с номерами от 128 до 255. Первые 33 кода (с 0до 32) соответствуют не символам, а опера­циям (перевод строки, ввод пробела ит.д.). Коды с 33-го по 127-й являются интернациональными и со­ответствуютсимволам латинского алфавита, цифрам, знакам арифметических операций и знакампрепина­ния. Коды с 128-го по 255-й являются национальны­ми, т.е. внациональных кодировках одному и тому же коду соответствуют различные символы.
Вязыках, использующих кириллический алфавит, в том числе русском, пришлосьполностью менять вто­рую половину таблицы ASCII, приспосабливая ее под кириллический алфавит. Вчастности, для представле­ния символов кириллицы используется так называе­мая«альтернативная кодировка».
Внастоящее время существует несколько различ­ных кодовых таблиц для русских букв(КОИ-8,
2004№ 17 ИНФОРМАТИКА
СР-1251,СР-866, Mac, ISO), поэтому тексты, создан­ные в одной кодировке, могутнеправильно отобра­жаться в другой.
Послепоявления ОС Windows от фирмы Microsoft выяснилось, что альтернативнаякодировка по некото­рым причинам для нее не подходит. Передвинув рус­ские буквыв таблице (появилась возможность — ведь псевдографика в Windows не требуется), получили кодировку Windows 1251 (Win-1251).
Внастоящее время все большее число программ начинает поддерживатьшестнадцатибитовый стандарт Unicode,который позволяет кодировать практически все языки и диалекты жителей Земли всилу того, что кодировка включает в себя 65 536 различных двоич­ных кодов.
Международнаяорганизация по стандартизации (International Organization for Standardization, или IOS) разработала свой код, способный соперничать с Unicode. Здесь для кодирования символовиспользует­ся комбинация из 32 бит.
Желательноизложить
Кодированиеи шифрование текста — исторический подход.
Переводтекста из одной кодировки в другую.
Ссылкана материалы вопроса
«Информатика»№ 12, 2003, с. 3 — 5.
3.Практическое задание. Формирование запроса на поиск данных в среде системыуправления базами данных
Принципысоставления задания
Дляорганизации запросов нужно предложить гото­вую базу данных, не требуя еезаполнения. Запросов должно быть несколько', причем их можно дифферен­цироватьпо сложности для отметок «удовлетворитель­но', „хорошо“,»отлично".
Учащиесядолжны продемонстрировать умение соз­давать как простые запросы, так и сиспользованием логических операций и некоторых простейших функ­ций изучаемойСУБД.
Примерызаданий
Вкачестве вариантов заданий можно использовать материалы задачника-практикума«Информатика. За­дачник-практикум в 2 т.» / Под ред. И.Г. Семакина,Е.К. Хеннера. Т. 1, 2. М.: Лаборатория Базовых Зна­ний, 1999.
Примерызапросов можно посмотреть в статье: Брыз­галов Е.В., Шестаков А.П. Уроки по Access // Инфор­матика и образование № 7,2000, с. 18—29.
Ссылкана материалы
«Информатика»№ 16, 2002, с. 13—22.
БИЛЕТ№ 16
1.Алгоритмическая структура «цикл». Циклы со I счетчиком и циклы по условию
I 2. Двоичноекодирование графической информа- I | ции. Растр.Пиксель. Глубина цвета
I 3. Задача наопределение количества информа- I I ции и преобразование единицизмерения количест- i. ваинформации1. Алгоритмическая структура «цикл». Циклы со счетчиком ициклы по условию
Базовыепонятия
Цикл— последовательность команд (серия, тело цикла), которая может исполнятьсямногократно для разных значений данных до удовлетворения некото­рого условия.
Циклыс неопределенным количеством повторений (по условию) и с параметром(счетчиком).
Обязательноизложить
Циклявляется одним из трех базовых алгоритми­ческих элементов, на основе которых,согласно тео­рии, можно построить любой алгоритм. Значение цикла в практическомпрограммировании необычайно вели­ко — как правило, программа пишется лишьтогда, когда те или иные действия требуется совершить мно­гократно дляразличных значений данных. (В самом деле, если необходимо провести однократноевычис­ление по формуле разумной сложности, это быстрее и проще сделать накалькуляторе.)
Циклыбывают двух принципиально различных ти­пов: с предопределенным и с заранеенеизвестным числом повторений. В первом случае из условия задачи известно,сколько раз цикл будет выполнен: напри­мер, найти сумму первых десяти членовчислового ряда. Во втором — количество повторений будет зависеть от результатоввычислений и поэтому определится толь­ко в ходе работы программы: примеромможет слу­жить нахождение суммы ряда с заданной точностью, когда вычисленияпрекращаются, если очередное сла­гаемое не превышает требуемой погрешности.Внима­тельно сравните два приведенных выше примера, и вы, несомненно,почувствуете разницу.
Дляполноты классификации следует добавить, что цикл с условием, в свою очередь,тоже может реализо­вываться двумя способами. В первом варианте в начале циклаповеряется условие, а затем, если оно истинно, выполняются операторы цикла ипроисходит возврат на новую проверку; поскольку здесь условие предше­ствуетсодержимому цикла, то в литературе его при­нято называть циклом с предусловием.Во втором варианте, напротив, сначала цикл выполняется, а затем
проверяетсяусловие его завершения: в случае ложно­сти цикл повторяется (иначезаканчивается); такой цикл, когда условие ставится после операторовсодержимого, называют «с постусловием». Чаше всего только одна изназванных разновидностей цикла наилучшим образом подходит к конкретной задаче.Например, если вы со­бираетесь удалить пробелы, стоящие в начале строки, то,скорее всего, выберете цикл с предусловием, потому что надо сначала убедиться,что пробел имеется, и толь­ко затем его удалять (глупо поступать наоборот — сна­чалаудалять, а потом проверять, стоило ли это делать, хотя в практической жизнитакая, с позволения ска­зать, логика порой встречается...). Зато ввод текста доточки трудно построить иначе как с постусловием, по­скольку сначала требуетсяввести очередной символ и только потом сравнивать его с точкой.
Частоодни и те же действия требуется выполнить для различных значений параметра:типичная ситуа­ция — подставить числа от 1 до 10 в какую-нибудь формулу. Длярешения такого типа задач лучше всего подойдет цикл с параметром, которыйвозьмет на себя автоматическое изменение переменной цикла и ее сравнение сокончательным значением.
Завершаяответ, необходимо продемонстрировать все перечисленные виды циклов на томязыке, который использовался на уроках (блок-схема, алгоритм для исполнителя,язык программирования). По понятным причинам мы не можем здесь предугадать всевоз­можности.
Желательноизложить
Циклыс неопределенным количеством повторений, как правило, не имеют каких-тосущественных осо­бенностей реализации в различных языках. А вот цикл спараметром (FOR), напротив, часто обладает теми илииными специфическими свойствами. Например, в языке Бейсик, где параметром цикламожет быть только числовая переменная (но зато любого типа), разрешается циклот 0 до 1 с дробным шагом изме­нения 0.1. В Паскале параметр цикла необязательно числовой, но зато он должен являться порядковым (иметь конечныйупорядоченный набор допустимых значений). Таким образом, можно строить циклы поцелым, символьным (CHAR), логическим,заданным перечнем своих значений и некоторым другим типам переменных, но затозапрещено использование веще­ственных значений1. Фактически в Паскале при каж­домновом исполнении цикла берется или следующее, или предыдущее в используемомтипе значение. В языке Си цикл FORеще более интересный. Его заголовок фактически содержит три части: действия поинициа­лизации, действия по проверке окончания цикла и,
1Хотя бы потому, что для вещественных чисел не определено понятие«следующий»: в самом деле, какое значение следует пос­ле 1.1 — 1.2,1.11 или 1.101?
наконец,действия после каждой итерации. Характер­ной особенностью является возможностьиметь в каж­дой части произвольное количество операторов, вклю­чая вариант ихотсутствия. Например,
for   (i = 0,   j  = n — 1;  i
Настолькообщий подход позволяет вообще напи­сать цикл без содержимого: например, самоператор организации цикла
for (s=0, i = 1; i
Примечание.Ярые приверженцы Си последние два опе­ратора никогда не напишут иначе, чем s += i, i++, даваявозможность компилятору составить чуть более эффективную программу. Но мнехотелось сделать текст более удобочитае­мым для тех, чье мышление не связано сконкретными комби­нациями значков.
Разумеется,рассказанный в предыдущем абзаце материал не предназначен для включения в ответце­ликом. Просто подчеркнуто, что ученику желательно раскрыть особенности циклаFOR в том языке, кото­рый он изучал (априведенные примеры просто ука­зывают те места, где эти особенности надоискать).
И взаключение еще одно важное с практической точки зрения замечание. Принекорректной организации не­которых циклов может возникнуть эффект так называе­мого«зацикливания», когда действия внутри цикла не могут создать условия,требующиеся для его заверше­ния. Следует всячески избегать подобных ситуаций пу­темтщательного анализа условий работы цикла.
Примечаниедля учителей
Влитературе обычно используется термин «цикл с параметром», а не«цикл со счетчиком».
Примечаниедля учеников
Какобычно, при подготовке вопроса необходимо продумать и подобрать на изученномязыке примеры циклических алгоритмов. Вне зависимости от языка при ответежелательно использовать блок-схемы.
2.Двоичное кодирование графической информации. Растр. Пиксель. Глубина цвета
Базовыепонятия
Растр— специальным образом организованная со­вокупность точек, на которойпредставляется изобра­жение.
Пиксель— логический элемент изображения.
Обязательноизложить
Людямиздавна хотелось зафиксировать окружаю­щие их предметы и события в виденаглядных графи­ческих изображений. Свидетельством этому являются рисунки сосценами охоты на стенах пещер, планы местности и многое другое. Важнымитехническими шагами в данном направлении явились изобретение
практическойдеятельности (ссылка есть выше) необ­ходимо проследить все этапы решениясодержатель­ной задачи — с исследования моделируемой предмет­ной области ипостановки задачи до интерпретации результатов, полученных в ходевычислительного экс­перимента. Для освоения полной технологической це­почки прирешении конкретных задач следует выде­лять и подчеркивать соответствующие этапыработы.
Ссылкана материалы вопроса
«Информатика»№ 14, 2003, с. 3 — 8.
2.Двоичное кодирование звуковой информации. Глубина кодирования и частотадискретизации
Базовыепонятия
Дискретнаяи непрерывная форма представления информации. Аналого-цифровой ицифро-аналоговый преобразователи.
Дискретизациязвукового сигнала по времени и ам­плитуде.
ТеоремаНайквиста для выбора частоты дискрети­зации звука.
Обязательноизложить
Звуковыесигналы в окружающем нас мире нео­бычайно разнообразны. Для их записи с цельюпос­ледующего воспроизведения необходимо как можно точней сохранить форму кривойзависимости интен­сивности звука от времени. При этом возникает одна оченьважная и принципиальная трудность: звуковой сигнал непрерывен, а компьютерспособен сохранить в памяти пусть очень большое, но конечное число дискретныхвеличин. Следовательно, в процессе записи звуковая информация должна быть«оцифрована», т.е. из аналоговой непрерывной формы переведена в циф­ровуюдискретную. Данную функцию выполняет спе­циальный блок, входящий в составзвуковой карты, который называется аналого-цифровой преобразова­тель — АЦП.
Каковыосновные принципы работы АЦП?
Во-первых,он производит дискретизацию записы­ваемого звукового сигнала по времени. Этоозначает, что измерение уровня интенсивности звука ведется не непрерывно, а,напротив, в определенные фиксиро­ванные моменты времени (удобнее, разумеется,через равные временные промежутки). Частоту, характери­зующую периодичностьизмерения звукового сигнала, принято называть частотой дискретизации. Вопрос оее выборе далеко не праздный, и ответ в значитель­ной степени зависит отспектра сохраняемого сигна­ла: существует специальная теорема Найквиста, соглас­нокоторой частота «оцифровки» звука должна как минимум в 2 разапревышать максимальную частоту, входящую в состав спектра сигнала.
Во-вторых,АЦП производит дискретизацию амп­литуды звукового сигнала. При измеренииимеется «сетка» стандартных уровней (например, 256 или 65 536 — этоколичество характеризует глубину коди­рования), и текущий уровень измеряемогосигнала ок­ругляется до ближайшего из них.
Итак,в ходе оцифровки звука мы получаем поток целых чисел, представляющих собойстандартные ам­плитуды сигналов через равные промежутки времени.
Изложенныйметод преобразования звуковой инфор­мации для хранения в памяти компьютера вочередной раз подтверждает тезис о том, что любая информация для хранения вкомпьютере приводится к цифровой форме и затем переводится в двоичную систему.Те­перь мы знаем, что и звуковая информация не является исключением из этогофундаментального правила.
Остаетсярассмотреть обратный процесс — воспро­изведение записанного в компьютерный файлзвука. Здесь имеет место преобразование в противополож­ном направлении — издискретной цифровой формы представления сигнала в непрерывную аналоговую,поэтому вполне естественно соответствующий узел компьютерного устройстваназывается ЦАП — циф­ро-аналоговый преобразователь. Процесс реконструк­циипервоначального аналогового сигнала по имею­щимся дискретным даннымнетривиален, поскольку никакой информации о форме сигнала между сосед­нимиотсчетами не сохранилось. В разных звуковых картах для восстановления звуковогосигнала могут использоваться различные способы. Наиболее нагляд­ный и понятныйиз них состоит в том, что по имею­щимся точкам рассчитывается степеннаяфункция, проходящая через заданные точки, которая и прини­мается в качествеформы аналогового сигнала.
Желательноизложить
Изкурса физики известно, что звук есть колебания среды. Чаще всего средойявляется воздух, но это сов­сем не обязательно. Например, звук прекрасно рас­пространяетсяпо поверхности земли: именно поэто­му в приключенческих фильмах герои, стараясьуслы­шать шум погони, прикладывают ухо к земле. Напро­тив, существует весьмаэффектный школьный физи­ческий опыт, который показывает, что при откачива­ниивоздуха мы перестаем слышать звук находящего­ся под герметичным колпакомзвонка. Важно также подчеркнуть, что существует определенный диапазон частот, ккоторому принадлежат звуковые волны: при­мерно от нескольких десятков герц довеличины не­много более 20 кГц1. Значения этих границ определя­ютсявозможностями человеческого слуха.
1Интересно сопоставить характерные звуковые частоты с так­товой частотойтипового микропроцессора — различие составля­ет примерно 6 порядков, чтоговорит об огромных возможностях компьютера в обработке звуковой информации.
БИЛЕТ№ 17
1.Технология решения задач с помощью компьютера! |  (моделирование, формализация,алгоритмизация, програм-1 мирование). Показать на примере задачи (математиче­ской,физической, экономической, экологической).          ' 2. Двоичное кодированиезвуковой информации. I |Глубина кодирования и частота дискретизации.3. Задача. Составление таблицыистинности для ло-| I гическойфункции, содержащей операции отрицания, (инверсию), умножения  (конъюнкцию),сложения
I   (дизъюнкцию).
1.Технология решения задач с помощью компьютера (моделирование, формализация,алгоритмизация, программирование). Показать на примере задачи (математической,физической, экономической, экологической)
Базовыепонятия
Модель,идеальная и материальная модель, моделиро­вание, компьютерное моделирование,математическое моделирование, этапы компьютерного моделирования, формализация,компьютерный эксперимент, алгоритм, программа, тестирование и отладкапрограммы.
Обязательноизложить
Врешении любой содержательной задачи с исполь­зованием компьютера можно выделитьряд этапов.
Первыйэтап — определение целей моделирования. Основные из них таковы:
• понять,как устроен конкретный объект, какова его структура, основные свойства, законыразвития и взаимодействия с окружающим миром (согласно этой цели моделированияполучают описательную, или дес­криптивную, модель);
• научитьсяуправлять объектом (или процессом) и определить наилучшие способы управленияпри задан­ных целях и критериях (оптимизационные и много­критериальные модели);
• научитьсяпрогнозировать прямые и косвенные последствия воздействия на объект (игровые иими­тационные модели).
Послеэтого переходят к формализации объекта (процесса), результатом которой и будетв нашем слу­чае модель (математическая или информационная).
Содержательноеописание процесса обычно самостоя­тельного значения не имеет, а служит лишьосновой для дальнейшей формализации этого процесса — по­строенияформализованной схемы и модели процесса.
Формализованнаясхема является промежуточным звеном между содержательным описанием и моделью иразрабатывается в тех случаях, когда из-за сложнос­ти исследуемого процессапереход от содержательного описания к модели оказывается невозможным.
Моделирование— процесс построения формальной модели реального явления и ее использование вцелях исследования моделируемого явления.
Когдамодель сформулирована, выбирается метод и инструментальное средство ееисследования. В зависи­мости от формализованной постановки задачи в каче­стветакого средства может выступать либо пакет при­кладных программ, либособственноручно составлен­ная программа.
Еслив качестве средства решения задачи' выступает тот или иной языкпрограммирования (впрочем, это актуаль­но и для математических пакетов),следующий этап — разработка алгоритма и составление программы для ЭВМ (понятияалгоритма и программы подробно рассматри­ваются в билете 13, вопрос 1; а основыалгоритмическо­го программирования — в билете 2, вопрос 2).
Послесоставления программы решаем с ее помо­щью простейшую тестовую задачу с цельюустранения грубых ошибок.
Еслирезультаты соответствуют экспериментальным данным или нашим интуитивнымпредставлениям, проводят расчеты по программе, данные накаплива­ются исоответствующим образом обрабатываются. Чаще удобной для восприятия формойпредставления результатов являются не таблицы значений, а графи­ки, диаграммы.Иногда численные значения пытают­ся заменить аналитически заданной функцией,вид которой определяет экспериментатор. Результаты ана­лиза и обработкиполученных данных в конечном итоге попадают в отчет о проделанном эксперименте.
Примерырешения содержательных задач из раз­личных областей см.: Шестаков А.П.Профильное обу­чение информатике в старших классах средней школы (10—11-еклассы) на основе курса «Компьютерное математическое моделирование»(КММ) // «Инфор­матика» № 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48/2002.
Желательноизложить
Историяразвития технологии решения задач с ис­пользованием ЭВМ.
Примечаниедля учителей
Чащевсего задачи на программирование предлага­ются учащимся уже в формализованномвиде. На при­мере ряда моделей из различных областей науки и
Длявысококачественного воспроизведения звука верхнюю границу обычно с некоторымзапасом при­нимают равной 22 кГц. Отсюда из теоремы Найквис-та следует, чточастота звукозаписи в таких случаях (например, при записи музыкальныхкомпакт-дисков) должна быть не ниже 44 кГц2. Часто такое высокое качество нетребуется, и частоту дискретизации мож­но значительно снизить. Например, призаписи речи вполне достаточно частоты дискретизации 8 кГц. За­метим, чторезультат при этом получается хотя и не блестящий, но легко разборчивый3 —вспомните, как вы слышите голоса своих друзей по телефону.
Приоцифровке звука напрашивается линейная за­висимость между величиной входногосигнала и номе­ром уровня. Иными словами, если громкость возрас­тает в 2 раза,то интуитивно ожидается, что и соответ­ствующее ему число возрастет вдвое. Впростейших случаях так и делается, но это не самое лучшее реше­ние. Причина втом, что в широком диапазоне гром­кости звука человеческое ухо не являетсялинейным. Например, при очень громких звуках (когда «уши закладывает») увеличение или уменьшение интенсив­ности звука почти не дает эффекта, в товремя как при восприятии шепота очень незначительное паде­ние уровня можетприводить к полной потере разбор­чивости. Поэтому при записи цифрового звука,осо­бенно при 8-битном кодировании, часто используют различные неравномерныераспределения уровней громкости, в основе которых лежит логарифми­ческий закон(ц-law, A-law и другие).
Примечаниедля учителей
Мырассмотрели процессы преобразования ес­тественных звуков к виду, пригодному дляхране­ния в компьютере, и последующего их восстанов­ления при воспроизведении.Разумеется, не следует требовать от учеников на экзамене большего. Тем не менееназовем некоторые интересные вопросы, связанные с компьютерной обработкойзвуковой информации, которые полезно знать любому гра­мотному пользователю. Этопрежде всего сжатие (кто ни разу не использовал файлы МРЗ?), MIDI-запись музыки в виде необычайнокомпактных «нотных» команд для инструментов, форматы звуковых файлови их осо­бенности, возмолшости компьютеров в редактировании фонограмм(фильтрация, удаление помех и т.п.) и дру­гие не менее важные и интересныетемы.
Примечаниедля учеников
Авторсоветует при подготовке к экзамену прочи­тать полный материал вопроса,снабженный интерес­ными примерами и иллюстрациями.
2 Обычно используется значение 44 032 Гц, которое делится нацело на 256.
3Известно, что высокие частоты в основном влияют на «окрас­ку» (тембр) человеческого голоса.
Ссылкана материалы по вопросу
Подробныематериалы опубликованы в «Информа­тике» № 14, 2003. Электроннаяверсия имеется на сайте редакции по адресу http:/ /inf.lsepteniber.ru/ eremin/emc/theory/info/Ъ17__2.html.
Поповоду непрерывной и дискретной информации можем порекомендовать почитать ответна «старый вопрос 3 билета 10, опубликованный в „Информати­ке“ №14, 2003 (также доступно в Интернете по ссыл­ке из списка литературыпредыдущего вопроса).
3.Задача. Составление таблицы истинности для логической функции, содержащейоперации отрицания (инверсию), умножения (конъюнкцию), сложения (дизъюнкцию)
Теоретическийматериал к этому заданию содер­жится в билете № 23, вопрос 2. Тему предлагаемыхпрактических заданий можно сформулировать так: до­казать ряд основных законовалгебры логики путем построения таблицы истинности для обеих частей ра­венств,которые эти законы выражают.
Вариант1. Доказать распределительный закон:
~Х и Y • Z = (X u F) • (~Х u Z)
Решение.Построим таблицу истинности, придавая возможные значения логическим переменным(1 — ис­тина, 0 — ложь) и пользуясь соглашением о приоритете логическихопераций (НЕ, И, ИЛИ в порядке БИЛЕТ № 18                                  I
I 1. Программныесредства и технологии обработ-| ки текстовой информации (текстовый редактор, |текстовый процессор, редакционно-издательские i системы).
2.Алгоритмическая структура
3.Задача. Перевод десятичных чисел в двоичную,' I восьмеричную, шестнадцатеричную системы счис-1 | ления
1.Программные средства и технологии обработки текстовой информации (текстовыйредактор, текстовый процессор, редакционно-издательские системы)
Базовыепонятия
Текстовыйредактор, текстовый процессор, настоль­ная издательская система, документ,основные элементы текстового документа, форматы текстовых документов.
Обязательноизложить
Текстовыередакторы (процессоры} относятся к программному обеспечению общего назначения,они предназначены для создания, редактирования, форма­тирования, сохранения вовнешней памяти и печати текстовых документов. Обычно текстовыми редакто­рамипринято называть программы, выполняющие про­стейшие операции по редактированиютекста, а про­цессорами — программы, обладающие расширенны­ми по сравнению средакторами средствами для ком­пьютерной обработки текста. Современныетекстовые процессоры по своим функциональным возможностям приближаются киздательским системам — пакетам программ, предназначенным для верстки газет,жур­налов, книг.
Основныефункции текстовых процессоров:
• создание документов;
• редактирование;
• сохранение документов во внешней памяти (на дисках) и чтение из внешней памятив оперативную;
• форматирование документов;
• печать документов;
• составление оглавлений и указателей в документе;
• создание и форматирование таблиц;
• внедрение в документ рисунков, формул и др.;
• проверка пунктуации и орфографии.
Основнымиэлементами текстового документа яв­ляются: символ, слово, строка, предложение,абзац, страница, документ.
Обычнотекстовые процессоры предусматривают две основные операции изменения форматадоку­мента:
• форматирование произвольной последовательности символов (от одного до любогоколичества, чаще всего эта последовательность предварительно выделяется);
• форматирование абзацев.
Приформатировании символов можно изменить:
• шрифт;
• начертание шрифта (полужирный, курсив, под­черкнутый);
• размер шрифта;
• межсимвольный интервал;
• применить к символам эффекты (нижний, верх­ний индекс, малые строчные буквы ит.д.).
Приформатировании символов можно изменить:
• способ выравнивания строк абзаца (влево, впра­во, по центру, по ширине);
• отступ в красной строке абзаца;
• ширину и положение абзаца на странице;
• межстрочное расстояние (интерлиньяж) и рас­стояние между соседними абзацами;
• создать специальные абзацы (маркированные или нумерованные списки и т.д.).
Наиболеераспространенные форматы текстовых файлов: текстовый, Rich Text Format, текст DOS,до­кумент Word, документ HTML.
Настольныекомпьютерные издательские системы широко используются в различных сферахпроизвод­ства, бизнеса, политики, науки, культуры, образова­ния и др. С ихпомощью верстаются бюллетени, рек­ламные проспекты, газеты, книги и др.
Настольныеиздательские системы представляют собой комплекс аппаратных и программных средств,предназначенных для компьютерного набора, верст­ки и издания текстовых ииллюстративных материа­лов. Отметим, что с аппаратной точки зрения про­фессиональнаяработа с издательской системой тре­бует прежде всего монитора с достаточнобольшой диагональю (19—25»), производительного видеоадап­тера сдостаточным объемом видеопамяти (порядка 256 Мб — 1 Гб), производительногопроцессора и объемного жесткого диска. Это связано с тем, что макет чаще всегосодержит немало иллюстраций вы­сокого качества, что и требует использованияприве­денных выше ресурсов.
Назовем некоторые издательские системы: Express Publisher, Illustrator for Windows, VenturaPublisher, PageMaker, TeX (LaTeX) и др. Первые системы обще­го назначения, последняя предназначенапрежде всего для верстки текста с преобладанием математических формул ииспользуется многими научными физико-математическими журналами.
Дляобработки изображений с целью внедрения их в текст, сверстанный в издательскойсистеме, приме­няют такие графические пакеты, как CorelDraw, Adobe PhotoShop, и др.
Издательскиесистемы реализованы практически для всех платформ и самых разнообразныхоперационных систем.
Желательноизложить
Правилакомпьютерного набора и оформления текстов.
Отличительныечерты текстовых процессоров в раз­ных операционных системах.
Дополнительныевозможности текстовых процессо­ров как настольных издательских систем.
Кодированиетекстовой информации. Кодировочные таблицы. Кодировки кириллицы.
Сканированиеи распознавание текстовой инфор­мации.
Ссылкана материалы вопроса
«Информатика»№ 14, 2003, с. 3 — 8.
2.Алгоритмическая структура «выбор» Базовые понятия
Операторвыбора (оператор множественного ветв­ления).
Обязательноизложить
Кромеусловного оператора, в качестве управляю­щей структуры довольно часто используетсяопера­тор выбора. Эта алгоритмическая структура позво­ляет переходить на однуиз ветвей в зависимости от значения заданного выражения (селектора выбора). Ееособенность состоит в том, что выбор выполняе­мых операторов здесьосуществляется не в зависимо­сти от истинности или ложности логического выра­жения,а является вычислимым. Оператор выбора позволяет заменить несколько условныхоператоров (в силу этого его еще называют оператором, множе­ственноговетвления).
Валгоритмической структуре «выбор» вычисля­ется выражение /с ивыбирается ветвь, значение метки которой совпадает со значением k. После выполне­ния выбранной ветвипроисходит выход из конст­рукции выбрра (в СН—К в отличие от Turbo Pascal, такой выход не осуществляется, а продолжают вы­полнятьсяпоследующие операторы, поэтому для при­нудительного завершения оператора выбораприме­нятся оператор break).Если в последовательности нет метки со значением, равным значению выраже­ния/с, то управление передается внешнему операто­ру, следующему за конструкциейвыбора (это про­исходит в случае отсутствия альтернативы выбора; если она есть,то выполняется следующий за ней оператор, а уже затем управление передаетсявнеш­нему оператору).
Записьоператора выбора: Turbo Pascal
case   k  of
Al: серия 1; A2: серия 2;
AN: серия N; else  серия N + 1 end;
C++
switch (k)
{case Al :
case A2 :
серия 1; break; серия 2; break;
case AN: серия N; break; default: серия N + 1;}
Любаяиз указанных серий операторов может со­стоять как из единственного оператора,так и не­скольких (в этом случае, как обычно, операторы, от­носящиеся к однойметке, должны быть заключены в операторные скобки begin, .end —в Turbo Pascal и {..} -в C++).
Выражение/с здесь может быть любого порядково­го типа (напомним, что к таким типам в языкеPascal относятся все целые типы, boolean, char, перечисля­емый тип, диапазонный тип, базирующийся налюбом из указанных выше типов).
Привестипримеры задач с использованием опера­тора выбора.
Желательноизложить
Сравнительнаяхарактеристика условного операто­ра и оператора выбора.
Примечаниедля учителей
Приизучении темы необходимо показать, какие преимущества имеет данный операторперед услов­ным, выявить ситуации, когда его целесообразно ис­пользовать.
Ссылкана материалы вопроса
1. «Информатика» № 14, 2003, с. 3 — 8.
2. comp-science.narod.ru/Progr/UsljCase.htm.
3.Перевод десятичных чисел в двоичную, восьмеричную, шестнадцатеричную системысчисления.
Теоретическийматериал к этой задаче содержится в билете № 13, вопрос 2. Примеры перевода спод­робными пояснениями и варианты заданий можно найти на сайте http:\comp-science.narod.ru\ Progr\Syst_Sch.html ив газете «Информатика» № 19, 2002, с. 5—7.
БИЛЕТ№ 19
Программныесредства и технологии обработки |
|  числовой информации (электронные калькуляторы I
|   иэлектронные таблицы). Назначение и принципы i
I   работы
2.Событийное объектно-ориентированное про- ,
граммирование.Событийные и общие процедуры.
3. Компьютерные вирусы.  Практическое зада- '
I   ние.Исследование дискет на наличие вируса с по- I
I   мощьюантивирусной программы.
1.Программные средства и технологии обработки числовой информации (электронныекалькуляторы и электронные таблицы). Назначение и принцип работы
Примечаниядля учителей
Сегодняхочется начать именно с примечаний, по­скольку у автора текста этого ответаесть серьезные сомнения по поводу того, что именно надо рассказы­вать поданному вопросу. Следовательно, и содержи­мое остальных разделов будетсущественным образом зависеть от того, что написано в примечании.
Согласнотексту вопроса, от нас требуется расска­зать о двух технологиях обработкичисловой информа­ции на компьютере — на калькуляторе и с помощью электроннойтаблицы (обращаю ваше внимание на тот факт, что в тексте не содержится нималейшего намека на существование других технологий даже с помощьютрадиционного «и т.д.»). Подобная поста­новка вопроса мне кажетсянеудачной как минимум по следующим причинам.
Существуютдругие программные средства и тех­нологии, причем не менее эффективные, чемэлект­ронные таблицы, позволяющие обрабатывать число­вую информацию насовременном компьютере. Тезис об электронной таблице Excel как о вершине обработ­ки числовых данных по крайнеймере неубедителен.
Стандартныеучебники не обсуждают сформули­рованный вопрос в явном виде. Включать подобноготипа вопросы в билеты некорректно как по отноше­нию к ученикам, так и кучителям (откуда им взять информацию для объяснения?!).
Ответна данный вопрос без литературы с помо­щью самостоятельных рассужденийзатруднителен. Например, я честно скажу, что не готов описать прин­цип работыпрограммы-калькулятора в Windows,если только под принципом не понимается описание спо­соба набора чисел ипорядка манипуляций при выпол­нении на нем арифметических действий1.
1Словами «принцип работы программы» обычно принято обо­значатьописание внутренней логики устройства программы и методы, которыми онаобрабатывает информацию; хотя, конечно, практические приемы использования можноназвать ' принципа­ми работы с программой (знать бы, что именно авторы вопросаимели в виду...).
Итак,как можно поступить в данной ситуации? Возможно несколько путей.
1. Принятьмаксимально простое толкование сфор­мулированного вопроса: есть примитивныйкалькуля­тор, позволяющий выполнить небольшой объем вы­числений, и есть электронныетаблицы, которые дают возможность обработки большого количества чисел поодинаковым формулам.
2. Воспользоваться допустимым правом учителя в разумных пределах варьироватьформулировку вопро­са и, убрав упоминание о калькуляторах, оставить тра­диционныйи понятный вопрос об электронных таб­лицах как технологии обработки числовойинформа­ции, их назначении и принципах работы.
3. Рассмотретьвопрос «в полной постановке», т.е. обсудить основные технологииобработки числовой информации и место электронных таблиц среди них. Материалыможно взять из предыдущей публикации (см. ссылку в конце вопроса).
Примечание.Как довольно отчетливо показала дискуссия о новом стандарте школьного, курсаинформатики, опубликован­ная недавно в газете, те, кто формулирует стратегическиедоку­менты по содержанию курса, не особенно стремятся учитывать возможности имнения учителей, которые эти документы воп­лощают в жизнь. По-моему, данныйвопрос билета является одним из примеров такою сорта (будет и еще один подобныйвопрос в билете 25). К счастью, в случае, когда формулировка отдельного вопросабилета из-за некоторой двусмысленности или непродуманности недостаточно ясна,учителя имеют возмож­ность внести некоторые уточнения, которые сделают вопросболее понятным и подходящим для реальных учеников.
Базовыепонятия
Технологииобработки числовой информации на современном компьютере. Электронные таблицы.
Обязательноизложить
ЭВМбыла создана для обработки числовой информа­ции. Более чем полувековоесовершенствование вычисли­тельной техники многократно увеличило ее возможности.
Бытующеемнение о том, что «умная» машина спо­собна правильно выполнить любыевычисления и сде­лать это с абсолютной точностью, не всегда оказывает­сяверным. Нежелание (а порой и неумение) учиты­вать применимость тех или иныхметодов к решаемой задаче и тем более их оптимальность, оценить досто­верностьполученных результатов на практике может приводить к конфузам. Например, о том,сколько зна­ков в выданном компьютером ответе являются досто­верными, задумываютсянемногие: «машина не может ошибаться!» — единодушно (и в чем-то дажеправиль­но) в один голос заявляют и школьник, и бухгалтер, и экономист,добросовестно используя все выведенные на экран цифры числа. Тем не менееустановить количе­ство отображаемых знаков после запятой в современ­нойэлектронной таблице несоизмеримо проще, чем понять, сколько именно нужно ихоставить.
Выводочевиден: гигантский рост возможностей компьютеров в обработке числовойинформации ни в коем случае не отменяет, а в некоторых случаях даже усиливаетважность осознанного выбора подходящих методов и технологий решения тех илииных возникаю­щих на практике вычислительных задач.
Современноепрограммное обеспечение, имеющее своей целью реализацию на компьютеревсевозможных расчетов, необычайно разнообразно. Для организации вычислений спомощью ЭВМ существует большое коли­чество программ, которые различаютсяидеологией по­строения, набором возможностей, степенью автомати­зации расчетов,трудозатратами на организацию вычис­лительного процесса, а также возможностямипредстав­ления результатов (например, в графическом виде). Ко­нечно, кругпрограммных средств и технологий обработ­ки, числовой информации неограничивается калькулято­рами и электронными таблицами. Любой школьник знает,что вычислительные задачи можно эффективно решать с помощью языковпрограммирования. Некоторые даже имели опыт работы с системами аналитическихпреоб­разований математических выражений (Maple, Mathematica или им подобными), которые могут, преж­де чем подставлять конкретныечисловые значения, ре­шить задачу в общем виде; часто полученных формул уже безвсяких дополнительных расчетов бывает доста­точно, чтобы понять результатызадачи.
Выбираемоедля вычислений программное обеспе­чение должно соответствовать уровню ихсложности (вспомните, например, пословицу о стрельбе из пуш­ки по воробьям).
Однократныевычисления по 1—2 небольшим фор­мулам быстрее и проще всего выполнить, запустивпрограмму-калькулятор. Отметим, что данный подход эффективен именно принебольших объемах вычисле­ний и когда не требуется их многократное повторе­ние;в противном случае возрастает вероятность оши­бок и становится оправданнымприменение более слож­ного программного обеспечения.
Обработкасерии данных по одинаковым формулам (результаты эксперимента или финансовыерасчеты) с возможностью наглядного представления данных (таблицы, графики)представляет собой типичную за­дачу для электронных таблиц.
Темне менее на практике вполне могут встретить­ся задачи, для которых дажемощности современных электронных таблиц явно недостаточно. Например, пристатистической обработке результатов эксперимента часто необходимо не простонайти корреляцию, т.е. уровень взаимосвязи, между двумя столбцами, нопроанализировать наличие связи «каждого с каждым». Подобную задачугораздо легче решить добавлением к обычному режиму электронной таблицыспециальной программы-макроса или даже использованием тради­ционного языкапрограммирования.
Желательноизложить
Прирешении задач, связанных с обработкой чис­ловой информации, разработчикипредоставляют нам целый ряд типов программного обеспечения. Мы мо­жем, вчастности:
1) использовать программу-калькулятор;
2) применять непосредственный режим языка про­граммирования (например, Basic);
3) разработать и реализовать программу решения задачи на языке программирования;
4) воспользоваться электронной таблицей;
5) написать программу-макрос для электронной таб­лицы (некоторое начальноепредставление о макросах можно получить, обратившись, например, к учебнику [2]);
6) привлечь на помощь аналитическую систему. Список, разумеется, не претендует наполноту, и,
вполневозможно, читатели могут его продолжить.
Прощевсего, по-видимому, разбить процесс реше­ния вычислительной задачи на отдельныесоставляю­щие и посмотреть, как они поддерживаются при раз­личных способахрешения. Результаты удобно пред­ставить в виде следующей таблицы (номерастолбцов соответствуют порядковым номерам методов решения в приведенном ранеесписке):
Изтаблицы видно, что возможности различного программного обеспечения дляобработки числовых данных различны. Прежде всего они касаются степе­ниавтоматизации расчетов (например, макросы в со­стоянии заменить большоеколичество «ручных» опе­раций), повторяемости тех или иных действий(пов­торение расчета по хранящимся формулам, наличие программы и т.д.),простоте их реализации (красиво оформленную таблицу в Excel получить проще, чем при традиционных методахпрограммирования).Составляющие процесса решения 1 2 3 4 5 6 Арифметические действия Да Да Да Да Да Да Хранение промежуточных результатов и констант Несколько Много Много Много Много Много Хранение формул Нет Нет Да  . Да Да Да Математическое преобразование формул Нет Нет Нет Нет Нет Да Хранение программы Нет Нет Да Нет Да Да Автоматическое повторение (циклы, итерации) Нет Ограничено Да Ограничено Да Да Действия по условию Нет Ограничено Да Ограничено Да Да Табличное представление результатов Нет Ограничено Да Автоматически Автоматически Да Графическое представление Нет Нет Да Да Да Да Возможность сортировки данных Нет Нет Да Встроена Да Да
Примечаниедля учеников
Обязательновыясните, какой объем ответа на дан­ный вопрос хочет услышать от вас учитель. Всвете рассказанного ранее может оказаться, что часть изло­жения (раздел«желательно изложить») можно будет вообще пропустить.
Ссылкана материалы по вопросу
Подробныйтекст материалов к вопросу опублико­ван в «Информатике» № 15, 2003,с. 3— 5.
2.Событийное объектно-ориентированное программирование. Событийные и общиепроцедуры
Базовыепонятия
Событияи их обработчики.
Программакак совокупность обработчиков.
Обязательноизложить
Обработкасобытий является одной из основ совре­менного программного обеспечения.Событиями в ин­тересующем нас сейчас смысле называется все то, что требуетреакции программы. Сюда относятся действия пользователя с мышью и клавиатурой,а также всевоз­можные изменения состояния системы: появление и исчезновениеокон, изменение содержимого области ре­дактирования в результате вывода имногое другое. На­писанная нами программа должна в ответ на происхо­дящиесобытия осуществлять те или иные действия: на­пример, по щелчку мыши вызыватьпоявление диалого­вого окна, при закрытии активного окна переключать фокусввода на одно из оставшихся окон, а при умень­шении размера текста убиратьполосы прокрутки.
Подчеркнем,что событие есть базовое понятие, присущее самой операционной системе Windows, a не системам программирования.
Присобытийном подходе программа рке не является чем-то единым и последовательным,а представляет со­бой совокупность обработчиков (подчас абсолютно не­зависимыхдруг от друга) тех или иных событий. Проще говоря, программист должен описать,как его приложе­ние будет реагировать на каждое из обрабатываемых событий.Отметим, что написать несколько небольших обработчиков заметно легче, чемцельную программу.
Намкажется, что ответ на данный вопрос лучше все­го построить на конкретномпримере. Один из вариан­тов такого рассмотрения подробно изложен в предыду­щейпубликации по билетам 11-го класса, где разбирает­ся несложная программа,которая осуществляет букси­ровку с помощью кнопки мыши небольшой картинки.
Желательноизложить
Посколькуреакция программы на события, как пра­вило, связана с конкретными визуальнымикомпонента­ми — щелчок по кнопке, изменение размеров окна и т.п., обработчикитакже принято считать методами конкретных объектов. В качестве наиболеераспростра­ненного примера рассмотрим заголовок обработчика
событияOnClick (реакция на щелчок мыши) в систе­ме Delphi для компонента типа Buttonl, имеющий вид procedure TForml.ButtonlClick(Sender: TObject);
Налицообъектно-ориентированная форма записи, где имя метода отделено точкой откласса, к которому принадлежит данный метод.
Заметим,что типичным аргументом является объект Sender, через который система Delphi передает имя кон­кретного объекта, вызывающегообработчик. Последнее обстоятельство представляет большой практический ин­терес,так: как; позволяет делать общий обработчик; на группу компонентов. Скажем, длякалькулятора вместо 10 одно­типных обработчиков кнопок можно написать всегоодин:
' п := 10 * n + (Sender asTButton).tag;
Вприведенной формуле предполагается, что пере­менная п, накапливающая результатнабора числа, имеет целочисленный тип, а значения свойства tag у всех кнопок предварительноустановлены в соответ­ствии с надписью на кнопке (на кнопке «1»задана 1, на кнопке «2» — 2 и т.д.). Тогда становится понят­ным, что,используя Sender в качестве конкретной кнопки, мыполучаем доступ к ее свойству tag ипо стандартной формуле добавляем его к текущему зна­чению числа в качествепоследней десятичной цифры.
Описываяфункционирование обработчиков событий, целесообразно несколько подробнеерассказать о меха­низме реализации событий в современном программ­номобеспечении, Материал этот следует считать до­полнительным, но, по мнениюавторов, он достаточно нагляден и полезен для понимания сути фундаменталь­ныхпроцессов событийного программирования. Хочется даже провести некоторую аналогию:в физике тоже можно применять некоторые законы электричества, не зная того, чтоток есть направленное движение элект­ронов; тем не менее это, к счастью,(пока!) не являет­ся основанием для исключения данного фундаменталь­ногоматериала из школьного курса.
Основойобработки событий в современных программ­ных системах служит посылка и приемсообщений. В про­стейшем случае сообщение представляет собой несколькопомещаемых в строго определенное место памяти целых чисел. Первое являетсяидентификатором сообщения: проще говоря, оно позволяет однозначно определить на­значениесообщения. Остальные числа являются парамет­рами, раскрывающими суть события.Скажем, для случая сообщений мыши это координаты положения ее указате­ля наэкране. Для других сообщений содержание инфор­мации, разумеется, будетотличаться, но можно утверж­дать, что каждому типу сообщений соответствуетстрого определенная «уточняющая» информация.
Те,кого заинтересовала эта часть вопроса и кто на­мерен рассказать о ней наэкзамене, могут обратиться к полному тексту билета (см. ссылку в концевопроса).
Примечание.Советую также в случае более глубокого ин­тереса к вопросу о сообщениях Windows внимательно после­дить запоследующими номерами газеты. Там будет опублико­вана статья Е.А. Еремина«Что такое скан-код клавиши и как его увидеть», в конце которойописывается довольно простая программа непосредственной обработки сообщений отклави-
БИЛЕТ№ 20
I 1. Компьютернаяграфика. Аппаратные средства. (монитор, видеокарта, видеоадаптер, сканер и др.).' Программные средства (растровые и векторные гра-I фические редакторы, средства деловой графики, про-| граммыанимации и др.).
2.Этапы развития вычислительной техники. Ос­новные технические характеристикисовременного I персонального компьютера.
3. Практическоезадание по работе с электрон-' ной почтой (в локальной или глобальной компью- 'I терной сети).
1.Компьютерная графика. Аппаратные средства (монитор, видеокарта, видеоадаптер,сканер и др.). Программные средства (растровые и векторные графическиередакторы, средства деловой графики, программы анимации и др.)
Базовыепонятия
Компьютернаяграфика, монитор, видеокарта, ви­деоадаптер, сканер, цифровой фотоаппарат,растровая компьютерная графика, векторная компьютерная гра­фика, фрактальнаякомпьютерная графика, ЗО-графи-ка, деловая графика, анимационная графика.
Обязательноизложить
Представлениеданных на мониторе компьютера в графическом виде впервые было реализовано всере­дине пятидесятых годов для больших ЭВМ, применяв­шихся в научных и военныхисследованиях. С тех пор графический способ отображения данных стал неотъем­лемойпринадлежностью подавляющего числа компью­терных систем, в особенностиперсональных. Графи­ческий интерфейс пользователя сегодня является стан­дартом«де-факто» для программного обеспечения разных классов, начиная соперационных систем.
Специальнуюобласть информатики, занимающую­ся методами и средствами создания и обработкиизоб­ражений с помощью программно-аппаратных вычис­лительных комплексов,называют компьютерной гра­фикой. Она охватывает все виды и формы представле­нияизображений, доступных для восприятия челове­ком либо на экране монитора, либов виде копии на внешнем носителе. Визуализация данных находит при­менение всамых разных сферах человеческой деятель­ности. Например, в медицине(компьютерная томо-
графия),научных исследованиях, моделировании тка­ней и одежды, опытно-конструкторскихразработках.
Взависимости от способа формирования изображе­ний компьютерную графику принятоподразделять на растровую, векторную и фрактальную. Отдельным предметомсчитается трехмерная (3D) графика: пост­роение объемных моделей объектов ввиртуальном про­странстве. Как правило, в ней сочетаются векторный и растровыйспособы формирования изображений.
Наспециализацию в отдельных областях указывают названия некоторых разделов:«Инженерная графи­ка», «Научная графика», «Web-графика», «Компью­тернаяполиграфия» — и прочие. На стыке компью­терных, телевизионных икинотехнологий образова­лась область компьютерной графики и анимации.
Хотякомпьютерная графика служит всего лишь инструментом, ее структура и методыоснованы на передовых достижениях фундаментальных и приклад­ных наук:математики, физики, химии, биологии, ста­тистики, программирования и множествадругих. Это замечание справедливо как для программных, так и для аппаратныхсредств создания и обработки изобра­жений на компьютере. Поэтому компьютернаягра­фика является одной из наиболее бурно развивающихся отраслей информатики.
Информационнуюсвязь между пользователем и компьютером обеспечивает монитор. Система отобра­жениякомпьютера состоит из двух главных компо­нентов:
•монитора (дисплея);
•видеоадаптера (называемого также видеоплатой, или графической платой).
Информацияна мониторе может отображаться несколькими способами. Самый распространенный —отображение на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), такой же, как втелевизоре. ЭЛТ представляет собой электронный вакуумный прибор в стекляннойколбе, в горловине которого находится электронная пушка, а на дне — экран,покрытый люминофором.
Нагреваясь,электронная пушка испускает поток элек­тронов, которые с большой скоростьюдвигаются к эк­рану. Поток электронов (электронный луч) проходит черезфокусирующую и отклоняющую катушки, кото­рые направляют его в определеннуюточку покрытого люминофором экрана. Под воздействием ударов элект­роновлюминофор излучает свет, который видит пользо­ватель, сидящий перед экраномкомпьютера.
Химическоевещество, используемое в качестве лю­минофора, характеризуется временемпослесвечения,
котороеотображает длительность свечения люминофо­ра после воздействия электронногопучка. Время после­свечения и частота обновления изображения должнысоответствовать друг другу, чтобы не было заметно мерцание изображения (есливремя послесвечения очень мало) и отсутствовали размытость и удвоение контуровв результате наложения последовательных кадров (если время послесвеченияслишком велико).
Электронныйлуч движется очень быстро, прочер­чивая экран строками слева направо и сверхувниз по траектории, которая получила наименование растр. Период сканирования погоризонтали определяется скоростью перемещения луча поперек экрана.
Впроцессе развертки (перемещения по экрану) луч воздействует на те элементарныеучастки люмино-форного покрытия экрана, в которых должно появиться изображение.Интенсивность луча постоянно меняет­ся, в результате чего изменяется яркостьсвечения со­ответствующих участков экрана. Поскольку свечение исчезает оченьбыстро, электронный луч должен вновь и вновь пробегать по экрану, возобновляяего. Этот процесс называется возобновлением (или регенераци­ей) изображения.
Существуютальтернативные конструкции средств отображения, основанные на других физическихяв­лениях. Позаимствовав технологию у изготовителей плоских индикационныхпанелей, некоторые компа­нии разработали жидкокристаллические дисплеи, на­зываемыетакже LCD-дисплеями (Liquid-Crystal Display). Для ниххарактерен безбликовый плоский экран и низкая потребляемая мощность (некоторыемодели таких дисплеев потребляют 5 Вт, в то время как мониторы сэлектронно-лучевой трубкой — по­рядка 100 Вт). По качеству цветопередачи жидко­кристаллическиепанели с активной матрицей в на­стоящее время превосходят большинство моделеймониторов с электронно-лучевой трубкой.
Разрешающая,способность, или разрешение, мони­тора — это размер минимальной детали изображе­ния,которую можно различить на экране. Данный параметр характеризуется количествомэлементов раз­ложения — пикселей (pixel) — по горизонтали и вер­тикали экрана. Чем больше количество пикселей,тем более детальное изображение формируется на экране. Необходимое разрешение взначительной степени за­висит от конкретного приложения. Символьные при­ложения(например, текстовый редактор) требуют невысокого разрешения, в то время какприложения с большим объемом графики (например, настольная издательскаясистема) нуждаются в более детальных изображениях.
Важнойхарактеристикой монитора, определяющей четкость изображения на экране, являетсяразмер зерна (точки, dot pitch) люминофораэкрана монитора. Величи­на зерна монитора имеет значения от 0,41 до 0,18 мм.
Видеоадаптерформирует сигналы управления мо­нитором. Большинство видеоадаптеровподдеРживает по крайней мере один из следующих стандартов:
• MDA (Monochrome Display Adapter);
• CGA (Color Graphics Adapter);
•  EGA (Enhanced Graphics Adapter);
• VGA (Video Graphics Array);
•  SVGA (SuperVGA);
• XGA (extended Graphics Array).
Сканер— это устройство ввода в ЭВМ информации. непосредственно с бумажногодокумента. Можно вво­дить тексты, схемы, рисунки, графики, фотографии и другуюграфическую информацию. Сканеры можно раз­делить на несколько групп: по типуинтерфейса, способу формирования сигнала, типу сканируемых документов.
Различаютцветные и черно-белые сканеры. Также можно выделить ручные, планшетные,роликовые, проекционные сканеры. В офисах и дома чаще ис­пользуют планшетныесканеры.
Длядальнейшей обработкшотсканированных изоб­ражений используются соответствующиесредства ма­шинной графики; текста — программы распознава­ния, например, Fine Reader.
Рисунокс точки зрения растрового редактора со­стоит из отдельных точек (элементов) —пикселей. Чаще всего пиксель есть объединение нескольких фи­зических точекэкрана, и только в частном случае каж­дый элемент изображения совпадает сединственной точкой на мониторе. Все пиксели характеризуются двумя координатамии цветом. Поскольку растровый принцип однозначно определяет последовательностьобхода точек рисунка, специально сохранять коорди­наты нет необходимости, адостаточно запомнить пос­ледовательность цветов всех точек.
Важнойхарактеристикой растрового изображения является количество цветов. Чем большеколичество цветов, тем лучше цветопередача, но тем больше зани­мает местаполученный рисунок.
Еслив растровой графике базовым элементом изображения является точка, то ввекторной графи­ке — линия. Линия описывается математически как единый объект,и потому объем данных для отобра­жения объекта средствами векторной графики су­щественноменьше, чем в растровой графике.
Линия— элементарный объект векторной графи­ки. Как и любой объект, линия обладаетсвойствами: формой (прямая, кривая), толщиной, цветом, начер­танием (сплошная,пунктирная). Замкнутые линии приобретают свойство заполнения. Охватываемое имипространство может быть заполнено другими объек­тами (текстуры, карты) иливыбранным цветом.
Простейшаянезамкнутая линия ограничена двумя точками, именуемыми узлами. УЗЛЫ также имеютсвой­ства, параметры которых влияют на форму конца ли­нии и характер сопряженияс другими объектами.
5
Всепрочие объекты векторной графики составля­ются из линий. Например, куб можносоставить из шести связанных прямоугольников, каждый из кото­рых, в своюочередь, образован четырьмя связанными линиями. Возможно представить куб и какдвенадцать связанных линий, образующих ребра.
Системаделовой графики — система, позволяю­щая выводить на экран различные видыграфиков и диаграмм: гистограммы, круговые и секторные диаг­раммы и т.д. Вчастности, такие средства содержатся в табличных процессорах, например, в MS Excel.
Системанаучной и инженерной графики — систе­ма, позволяющая в цвете и в заданноммасштабе ото­бражать на экране графики двухмерных и трехмер­ных функций,заданных в табличном или аналитиче­ском виде, системы изолиний, в том числе инанесен­ные на поверхность объекта, сечения, проекции, кар­ты и др.
Анимация— технология мультимедиа; воспроизве­дение последовательности картинок,создающее впе­чатление движущегося изображения. Средства поддержки созданияанимационных изображений имеются в большинстве растровых и векторных гра­фическихредакторов.
Базовыепонятия
Этапыразвития вычислительной техники (ручной, механический, электромеханический,электронный).
Обязательноизложить
Основнойинструмент компьютеризации — ЭВМ (или компьютер). Человечество проделало долгийпуть, прежде чем достигло современного состояния средств вычислительнойтехники.
Основнымиэтапами развития вычислительной тех­ники являются:
I. ручной — с50-го тысячелетия до н.э.;
П.механический — с середины XVIIвека;
III. электромеханический — с девяностых годов XIX века;
IV.  электронный —с сороковых годов XX века.
I. Ручной периодавтоматизации вычислений начал­ся на заре человеческой цивилизации. Онбазировался на использовании пальцев рук и ног. Счет с помощью группировки иперекладывания предметов явился пред­шественником счета на абаке — наиболееразвитом счетном приборе древности. Аналогом абака на Руси являются дошедшие донаших дней счеты. Использо­вание абака предполагает выполнение вычислений поразрядам, т.е. наличие некоторой позиционной систе­мы счисления.
Вначале XVII века шотландский математик Дж.Не-пер ввел логарифмы, что оказало революционное вли­яние на счет. Изобретеннаяим логарифмическая ли­нейка успешно использовалась еще пятнадцать лет назад,более 360 лет прослужив инженерам. Она, не­сомненно, является венцомвычислительных инстру­ментов ручного периода автоматизации.
П.Развитие механики в XVII веке сталопредпосыл­кой создания вычислительных устройств и приборов, использующихмеханический способ вычислений. Вот наиболее значимые результаты, достигнутыена этом пути.
1623г. — немецкий ученый В.Шиккард описывает и реализует в единственном экземпляремеханическую счетную машину, предназначенную для выполнения четырехарифметических операций над шестиразряд­ными числами.
1642г. — Б.Паскаль построил восьмиразрядную действующую модель счетной суммирующеймашины. Впоследствии была создана серия из 50 таких машин, одна из которыхявлялась десятиразрядной. Так фор­мировалось мнение о возможности автоматизацииумственного труда.
1673г. — немецкий математик Лейбниц создает. первый арифмометр, позволяющийвыполнять все че­тыре арифметических операции.
1881г. — организация серийного производства арифмометров.
Арифмометрыиспользовались для практических вычислений вплоть до шестидесятых годов XX века.
Английскийматематик Чарльз Бэббидж (Charles Babbage,1792—1871) выдвинул идею создания про­граммно-управляемой счетной машины,имеющей ариф­метическое устройство, устройство управления, ввода и печати.Первая спроектированная Бэббиджем машина, разностная машина, работала напаровом двигателе. Она заполняла таблицы логарифмов методом постоян­нойдифференциации и заносила результаты на метал­лическую пластину. Работающаямодель, которую он создал в 1822 году, была шестиразрядным калькулято­ром,способным производить вычисления и печатать цифровые таблицы. Второй проектБэббиджа — ана­литическая машина, использующая принцип про­граммного управленияи предназначавшаяся для вы­числения любого алгоритма. Проект не был реализован,но получил широкую известность и высокую оцен­ку ученых.
Аналитическаямашина состояла из следующих че­тырех основных частей:
— блок хранения исходных, промежуточных и ре­зультирующих данных (склад —память);
— блок обработки данных (мельница — арифме­тическое устройство);
— блок управления последовательностью вычисле­ний (устройство управления);
— блок ввода исходных данных и печати результа­тов (устройства ввода/вывода).
Одновременнос английским ученым работала леди Ада Лавлейс (Ada Byron, Countess of Lovelace, 1815— 1852). Она разработала первыепрограммы для ма­шины, заложила многие идеи и ввела ряд понятий и терминов,сохранившихся до настоящего времени.
III.Электромеханический этап развития ВТ явля­ется наименее продолжительным иохватывает около 60 лет — от первого табулятора Г.Холлерита до пер­вой ЭВМ ENIAC.
1887г. — создание Г.Холлеритом в США первого счетно-аналитического комплекса,состоящего из руч­ного перфоратора, сортировочной машины и табуля­тора. Одно изнаиболее известных его применений — обработка результатов переписи населения внесколь­ких странах, в том числе и в России. В дальнейшем фирма Холлерита сталаодной из четырех фирм, поло­живших начало известной корпорации IBM.
Начало30-х годов XX века — разработкасчетно-аналитических комплексов. Состоят из четырех основ-
ныхустройств: перфоратор, контрольник, сортиров­щик и табулятор. На базе такихкомплексов создают­ся вычислительные центры.
В этоже время развиваются аналоговые машины.
1930г. — В.Буш разрабатывает дифференциаль­ный анализатор, использованный в дальнейшемв во­енных целях.
1937г. — Дж. Атанасов, К.Берри создают элект­ронную машину ABC.
1944г. — Г.Айкен разрабатывает и создает управ­ляемую вычислительную машину MARK-1. В дальней­шем было реализованоеще несколько моделей.
1957г. — последний крупнейший проект релейной вычислительной техники — в СССРсоздана PBM-I, которая эксплуатировалась до 1965 г.
IV. Электронныйэтап, начало которого связывают с созданием в США в конце 1945 г. электроннойвы­числительной машины ENIAC.
Вистории развития ЭВМ принято выделять несколько поколений, каждое из которыхимеет свои отличительные признаки и уникальные характеристики. Главное отличиемашин разных поколений состоит в элементной базе, ло­гической архитектуре ипрограммном обеспечении, кро­ме того, они различаются по быстродействию,оператив­ной памяти, способам ввода и вывода информации и т.д. Эти сведенияобобщены ниже в таблице.
ЭВМпятого поколения должны удовлетворять сле­дующим качественно новымфункциональным требо­ваниям:
1)обеспечивать простоту применения ЭВМ путем эффективных систем ввода/выводаинформации.